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番茄对氮缺乏的生理和代谢反应揭示了产量与品质之间的权衡
《Journal of Plant Growth Regulation》：Physiological and Metabolic Responses to Nitrogen Deficiency Reveal Trade-offs between Yield and Quality in Tomato
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年12月24日 来源：Journal of Plant Growth Regulation 4.4
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番茄氮胁迫下代谢重编程及抗氧化物质积累机制研究，通过温室控制实验（25/18°C，55% R.H）发现氮不足导致植物生长和产量下降38.6%-62.5%，但维生素C等营养素分别提升188.7%和41.3%，同时关键代谢基因表达上调。
氮（N）是一种对植物生长、产量和代谢至关重要的大量营养元素，然而其过度农业使用会带来严重的环境风险。在番茄中，提高氮的利用效率需要更深入地了解植物对氮限制的生理反应。这项在温室条件下（25/18°C，55%相对湿度）进行的盆栽控制实验，为了解氮限制如何独立于田间条件的变化影响番茄产量和果实品质提供了机制上的见解。此类受控研究为优化施肥策略以及选择在氮资源有限地区具有更好氮利用能力的基因型提供了参考依据。我们使用了两种氮浓度水平：最佳水平（4 mM）和低水平（0.8 mM），发现氮缺乏显著抑制了植物的营养生长和果实产量，SPAD值、植株高度、地上部和根部生物量以及总产量分别下降了38.6%、36.5%、28.7%和62.5%。果实品质指标如硬度、总可溶性糖、淀粉、总游离氨基酸和蛋白质含量分别减少了40.5%、37.8%、41.8%和10.2%。相比之下，包括维生素C、类胡萝卜素和番茄红素在内的营养成分含量分别增加了188.7%、41.3%和38.2%。谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）的酶活性分别下降了38.8%和72.2%。同时，L-半乳糖抗坏血酸生物合成途径中的关键基因PHOSPHOMANNOMUTASE (PMM)、GUANOSINE MONOPHOSPHATE SYNTHASE (GMP)、GDP-MANNOSE 3、5-EPIMERASE (GME)、GDP-L-GALACTOSE PHOSPHORYLASE (GGP)、 VITAMIN C DEFECTIVE 4 (VTC4)、 GLUTAMATE DEHYDROGENASE (GDH)和 LACTATE DEHYDROGENASE (LDH)的表达显著上调。这些发现表明，在氮胁迫下，植物的代谢机制发生了重新编程，资源从生长转向了抗氧化物质的积累。尽管产量下降，氮缺乏仍提升了果实的营养价值并激活了适应性途径。这些研究结果阐明了番茄对氮限制的生理和生化适应机制，为培育具有更好氮适应性和更强抗氧化潜力的品种提供了理论基础，特别适用于低投入和环境敏感的生产区域。
氮（N）是一种对植物生长、产量和代谢至关重要的大量营养元素，然而其过度农业使用会带来严重的环境风险。在番茄中，提高氮的利用效率需要更深入地了解植物对氮限制的生理反应。这项在温室条件下（25/18°C，55%相对湿度）进行的盆栽控制实验，为了解氮限制如何独立于田间条件的变化影响番茄产量和果实品质提供了机制上的见解。此类受控研究为优化施肥策略以及选择在氮资源有限地区具有更好氮利用能力的基因型提供了参考依据。我们使用了两种氮浓度水平：最佳水平（4 mM）和低水平（0.8 mM），发现氮缺乏显著抑制了植物的营养生长和果实产量，SPAD值、植株高度、地上部和根部生物量以及总产量分别下降了38.6%、36.5%、28.7%和62.5%。果实品质指标如硬度、总可溶性糖、淀粉、总游离氨基酸和蛋白质含量分别减少了40.5%、37.8%、41.8%和10.2%。相比之下，包括维生素C、类胡萝卜素和番茄红素在内的营养成分含量分别增加了188.7%、41.3%和38.2%。谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）的酶活性分别下降了38.8%和72.2%。同时，L-半乳糖抗坏血酸生物合成途径中的关键基因PHOSPHOMANNOMUTASE (PMM)、GUANOSINE MONOPHOSPHATE SYNTHASE (GMP)、GDP-MANNOSE 3、5-EPIMERASE (GME)、GDP-L-GALACTOSE PHOSPHORYLASE (GGP)、 VITAMIN C DEFECTIVE 4 (VTC4)、 GLUTAMATE DEHYDROGENASE (GDH)和 LACTATE DEHYDROGENASE (LDH)的表达显著上调。这些发现表明，在氮胁迫下，植物的代谢机制发生了重新编程，资源从生长转向了抗氧化物质的积累。尽管产量下降，氮缺乏仍提升了果实的营养价值并激活了适应性途径。这些研究结果阐明了番茄对氮限制的生理和生化适应机制，为培育具有更好氮适应性和更强抗氧化潜力的品种提供了理论基础，特别适用于低投入和环境敏感的生产区域。
