遗传 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (7): 629-641.doi: 10.16288/j.yczz.21-064

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作物氮肥利用效率遗传改良研究进展

李姗1(), 黄允智1(), 刘学英2, 傅向东2,3   

  1. 1. 南京农业大学,作物遗传与种质创新国家重点实验室,南京 210095
    2. 中国科学院遗传与发育生物学研究所,植物细胞与染色体工程国家重点实验室,北京 100101
    3. 中国科学院大学,北京 100049
  • 收稿日期:2021-02-18 修回日期:2021-04-02 出版日期:2021-07-20 发布日期:2021-04-25
  • 通讯作者: 傅向东 E-mail:shanli@njau.edu.cn;2020201051@stu.njau.edu.cn
  • 作者简介:李姗,博士,教授,研究方向:植物激素调控水稻养分高效利用。E-mail: shanli@njau.edu.cn。2012—2018年就读于中国科学院遗传与发育生物学研究所,在傅向东课题组攻读博士学位,目前任南京农业大学农学院教授,研究方向:不同植物激素互作调控水稻氮肥利用效率的分子机制。博士期间,主要研究了赤霉素信号转导途径调控水稻氮肥高效利用的分子机制,揭示了半矮秆基因导致作物氮肥利用效率降低的原因,阐明了DELLA-OsGRF4模块调控氮肥利用效率的分子机制,为提高“绿色革命”半矮秆品种氮肥利用效率提供了新策略。博士论文《OsGRF4提高水稻产量和氮肥利用效率的分子机制研究》获得2020年中国科学院优秀博士生论文。|黄允智,在读博士研究生,研究方向:植物激素调控水稻养分高效利用。E-mail: 2020201051@stu.njau.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目编号(31830082);国家自然科学基金项目编号(91935301);江苏省自然科学基金项目资助编号(BK20200540)

Genetic improvement of nitrogen use efficiency in crops

Li Shan1(), Huang Yunzhi1(), Liu Xueying2, Fu Xiangdong2,3   

  1. 1. State Key Laboratory of Crop Genetics & Germplasm Enhancement, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;
    2. State Key Laboratory of Plant Cell and Chromosome Engineering, Institute of Genetics and Developmental Biology, Beijing 100101, China
    3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2021-02-18 Revised:2021-04-02 Online:2021-07-20 Published:2021-04-25
  • Contact: Fu Xiangdong E-mail:shanli@njau.edu.cn;2020201051@stu.njau.edu.cn
  • Supported by:
    Supported by the National Natural Science Foundation of China Nos(31830082);Supported by the National Natural Science Foundation of China Nos(91935301);the Natural Science Foundation of Jiangsu Province No(BK20200540)

摘要:

氮素是植物生长发育所需的大量元素之一,施用氮肥是农业生产中提高农作物产量的重要手段。自20世纪60年代以来,“绿色革命”半矮秆农作物品种的育成和大面积推广有效地解决了“高产与倒伏”之间的矛盾,提高了农作物的收获指数和产量。然而半矮秆水稻和小麦品种也表现出生长发育对氮肥响应减弱、根系对铵态氮和硝态氮的吸收能力下降以及氮肥利用效率(nitrogen use efficiency, NUE)低的弊病,其产量增加依赖于氮肥的大量投入,这不仅提高了种植成本还导致了严重的环境污染问题。因此,提高农作物氮肥利用效率对于保障国家粮食安全和农业可持续发展具有重要战略意义。本文概述了“绿色革命”与赤霉素的作用机理,系统总结了植物氮素吸收、同化和代谢调控方面的研究进展,并介绍了提高作物氮肥利用效率的最新研究发现,以期为作物氮肥高效利用的遗传改良提供参考。

关键词: 水稻, 绿色革命, 氮肥利用效率, 可持续农业

Abstract:

Nitrogen (N) is an essential mineral nutrient for plant growth and development. N deficiency is the major factor limiting plant growth and crop production in most natural and agricultural soils. The green revolution of the 1960’s boosted crop yields through cultivation of semi-dwarf plant varieties. However, green revolution wheat and rice varieties have relatively poor nitrogen use efficiency (NUE), require a high N fertilizer supply to achieve maximum yield potential, and this leads to an increase in production costs and environmental problem. Therefore, a major challenge for sustainable agriculture is whether improvement of NUE through the reduction of N fertilizer supply can be achieved without yield penalty. In this review, we summarize the recent advances in understanding of molecular mechanisms underlying the regulation of N-responsive plant growth, utilization and possibility for improvements of NUE in crops, and new breeding strategies through modulation of N-responsive growth-metabolism coordination for future sustainable agriculture.

Key words: rice, green revolution, nitrogen use efficiency, sustainable agriculture