New Phytologist：根系與共生真菌驅動小麥氮素利用效率的生育期互補機制

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南京農業大學農學院耕作制度與農田生態課題組的最新研究成果

Temporal complementarity be tween roots and mycorrhizal fungi drives wheat nitrogen use efficiency

在

New Phytologist

上線上發表。該成果揭示了氮高效小麥品種在花前依賴根系吸收氮素而花後依賴叢枝菌根真菌（AMF）促進花前吸收氮素轉化形成籽粒產量的生育期互補機制。

本研究成果是在由南京農業大學農學院楊海水教授和瑞典農業大學Martin Weih教授共同主持的國家自然基金國際（地區）合作專案的資助下完成的。農學院耕作制度與農田生態課題組楊海水教授為第一作者和通訊作者，Martin Weih為共同通訊作者。該成果的試驗實施主要由方春、李逸凡和吳永成三位碩士研究生完成。德國科學院Matthias C。 Rillig院士（柏林自由大學） 和我校新引進領軍人才李鳳民教授給予了重要支援和富有建設性的指導。

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doi：10。1111/nph。18419

Summary

Improving nitrogen （N） use efficiency （NUE） to reduce the application of N fertilizers in a way that benefits the environment and reduces farmers‘ costs is an ongoing objective for sustainable wheat production。 However， whether and how arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） affect NUE in wheat is still not well explored。

Three independent but complementary experiments were conducted to decipher the contribution of roots and AMF to the N uptake and utilization efficiency in wheat。

We show a temporal complementarity pattern between roots and AMF in shaping NUE of wheat。 The pre-anthesis N uptake efficiency mainly depends on root functional traits， but the efficiency to utilize the N taken up pre-anthesis for producing grains （E

N，g

） is strongly affected by AMF， which might increase the uptake of phosphorus and thereby improve photosynthetic carbon assimilation。 Root association with AMF reduced the N remobilization efficiency in varieties with high E

N，g

； whilst the overall grain N concentration increased， due to a large improvement in post-anthesis N uptake supported by AMF and/or other microbes。

The findings provide evidence for the importance of managing AMF in agroecosystems， and an opportunity to tackle the contradiction between maximizing grain yield and protein concentration in wheat breeding。

提高氮素利用效率（NUE） 以降低氮素投入而改善農業環境並節約生產成本是實現小麥可持續生產的主要目標。然而，AMF是否及如何影響小麥NUE目前並不清楚。該研究首先提出了概念模型（圖1），並設計了3個獨立且互補的試驗進行闡明根系和AMF對小麥氮素吸收和轉化利用上的貢獻。

圖1 小麥花前與花後根系和AMF之間的C/NP交易概念模型

該研究首次發現：根系和AMF在驅動小麥NUE方面表現出生育期互補現象（Temporal complementarity） （圖2）。小麥花前氮素吸收效率主要依賴於根系功能性狀，而花前吸收氮素轉化形成籽粒生物量的效率（E

N，g

）受到AMF的強烈影響。高E

N，g

小麥品種依賴AMF在花後吸磷而可能提高灌漿期光合碳同化效率而提高花前吸收氮素的籽粒生物量轉化效率，增加產量。同時，高E

N，g

小麥品種依賴於AMF在花後吸氮而提高籽粒氮含量而改善品質（圖3）。這些研究發現為AMF在農業生中的重要性提供了有力支撐，並提供瞭解決小麥產量-品質協同提升矛盾的潛在方向。

圖2 AMF對小麥花後氮素吸收的影響

圖3 AMF對不同氮效率小麥品種產量-品質的影響