東北地理所在長期高氮輸入影響小麥種子萌發跨代效應機制研究方面取得進展
氮肥投入是提高糧食產量的重要農業措施，但長期過量施氮也可能引發土壤生態功能下降、養分失衡以及作物自身適應能力改變等問題。已有研究表明，氮素供應水平能夠影響作物籽粒形成和品質特征，但長期連續高氮環境是否會通過跨代效應影響后代種子萌發能力，以及其潛在調控機制仍不清楚。
針對上述問題，中國科學院東北地理與農業生態研究所作物生理與栽培學科組以小麥為研究對象，建立連續七代高氮和正常氮處理實驗體系，結合空間代謝組學、空間轉錄組學以及種子內生微生物群落分析，系統揭示了長期高氮輸入對小麥后代種子萌發能力的影響及其代謝—微生物調控機制。
研究發現，連續七代高氮處理顯著延緩了小麥后代種子的萌發過程，使第七代（F7）種子的萌發指數降低12.3%，而種子活力指數未發生顯著變化。為進一步解析長期高氮影響種子萌發的內在機制，研究團隊利用空間代謝組學和空間轉錄組學技術，對小麥種子胚和胚乳區域的代謝變化進行了分析。結果發現，長期高氮處理改變了種子不同組織間的代謝分配模式，其中作為萌發過程中主要營養供應組織的胚乳，其關鍵代謝物L-天冬氨酸含量下降73.9%；與此同時，胚中β-丙氨酸和精胺等代謝物也顯著降低。進一步研究發現，長期高氮還改變了小麥種子內生細菌群落組成，并促進芽孢桿菌屬（Bacillus）的富集。功能驗證顯示，Bacillus能夠利用L-天冬氨酸作為碳氮來源，并在補充L-天冬氨酸條件下降低小麥種子的萌發能力，提示種子內生微生物可能通過競爭關鍵代謝資源參與長期高氮誘導的萌發抑制過程。
該研究解析了長期高氮輸入影響作物后代種子萌發的潛在機制，即高氮環境通過改變種子營養資源供應、組織特異性代謝過程以及內生微生物組裝，共同調控小麥種子萌發能力。研究結果拓展了對農業養分管理長期生態效應的認識，為優化氮肥投入策略、提高作物種子質量和農業可持續生產提供了新的理論依據。
研究成果以“Multi-Generational High Nitrogen Application Inhibits Seed Germination in Wheat: Insights Into Metabolic Dynamics and Microbial Interactions”為題，在線發表于國際學術期刊Plant, Cell & Environment。論文由中國科學院東北地理與農業生態研究所聯合培養博士生穆朋、客座研究人員楊愛崢副教授、李向楠研究員等共同完成。該研究得到黑土地保護與利用重點實驗室開放基金項目（2023HTDGZ-KF-06）、國家自然科學基金（32372228）以及吉林省科技發展計劃（0217-00084B）等資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1111/pce.70734
圖1. 連續七代高氮處理改變小麥種子代謝特征和內生微生物群落組成
圖2. 長期高氮誘導小麥種子胚和胚乳代謝重編程，導致關鍵萌發相關代謝物減少
圖3. 芽孢桿菌通過競爭利用L-天冬氨酸參與高氮誘導的小麥種子萌發抑制過程
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吉公網安備22017302000214號
