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油菜对氮肥的需求量较大,目前油菜生产中氮肥用量偏多、氮肥利用率偏低。筛选并培育油菜氮高效品种,是提高氮肥利用率、减少氮肥施用量的一条有效途径。新型甘蓝型油菜(ArArCcCc)由常规甘蓝型油菜(AnAnCnCn)和埃塞俄比亚芥(BcBcCcCc)、白菜型油菜(ArAr)通过种间杂交和自交发展而来,从埃塞俄比亚芥的Cc亚基因组和白菜型油菜的Ar亚基因组获得优异等位基因,表现出更强的杂种优势和抗逆能力。本研究在前期筛选新型甘蓝型油菜氮高效种质、利用小孢子技术培养获得纯合的双单倍体(DH)系的基础上,利用营养液培养和盆栽试验,筛选新型甘蓝型油菜氮高效、低效DH系,进而研究其低氮胁迫下植株生长、氮吸收利用和根系N03-吸收动力学、氮吸收同化相关酶活性及基因表达、氮效率、光合效率、以及外源基因组分导入量等,以此探索新型甘蓝型油菜氮高效种质的高效机制,获得的主要研究结果如下：1.新型甘蓝型油菜氮高效、低效种质的筛选1.1采用营养液培养试验,在正常氮和低氮条件下培养46份新型甘蓝型油菜DH系和2份常规甘蓝型油菜品种,调查油菜苗期19个氮效率相关指标,通过主成分分析和各指标间变异程度分析,确定油菜苗期氮效率筛选指标为：低氮处理下地上部干物重为主要筛选指标,地上部氮累积量和氮利用指数为辅助指标,相对指标(低氮与正常氮的比值)为参考指标。依据此筛选指标,通过3批油菜氮效率营养液培养初筛,确定新型甘蓝型油菜D4-9和D4-15为苗期氮高效种质,D1-1和D2-1为苗期氮低效种质。1.2以营养液培养初筛获得的新型甘蓝型油菜苗期氮高效、低效种质为材料,采用盆栽试验,以低氮处理下各油菜种质的籽粒产量为主要筛选指标,氮效率系数(低氮处理下籽粒产量与正常氮处理下籽粒产量的比值)和产量构成要素为辅助指标,通过2年全生育期油菜氮效率复筛,发现新型甘蓝型油菜在苗期表现为氮高效、低效的种质,成熟期也有相同的表现。最终确定新型甘蓝型油菜D4-9和D4-15为氮高效种质,D1-1和D2-1为氮低效种质,并以D4-15和D1-1作为氮高效机制研究的主要材料。2.新型甘蓝型油菜氮高效机制的研究2.1在低氮条件下,油菜氮高效种质D4-15的总根长、根体积等根系形态指标及地上部干物重、氮累积量和氮利用效率均显著高于氮低效种质D1-1,说明低氮胁迫下D4-15有较发达的根系,较高的氮吸收、累积和利用能力,对低氮胁迫适应能力更强。2.2 1 5N同位素示踪和根系N03-吸收动力学研究结果表明,油菜氮高效种质D4-15对15NH4+和15NO3-的吸收量均显著高于氮低效种质Dl-1；在低氮处理下,与油菜氮低效种质D1-1相比,油菜氮高效种质D4-15具有较小的Km值和Cmin值及较大的Imax值。说明油菜氮高效种质D4-15具有较高的氮吸收能力和较大的氮吸收速率,对低氮胁迫的适应能力较强。2.3在低氮条件下,新型甘蓝型油菜氮高效种质D4-15叶片中硝酸还原酶活性(NRA)和谷氨酰胺合成酶活性(GSA)均显著高于其他基因型,各油菜种质叶片中的NRA和GSA明显高于根部,说明种质D4-15叶片和根部均具有较强的还原NO3-和同化NH4+的能力。2.4与正常氮处理相比,在低氮条件下,各油菜种质叶片诤光合速率(Pn),气孔导度(gs),蒸腾速率(Tr)和气孔限制值(Ls)均显著下降,而胞间C02浓度(Ci)显著上升。在低氮水平下,油菜氮高效种质D4-15叶片中的Pn、gs光合氮素利用率(PNUE)和下部叶SPAD值均显著高于氮低效种质D1-1。说明油菜氮高效种质的叶片能在较低氮浓度下吸收较多的C02用于制造碳水化合物,且其下部叶在低氮胁迫时具有维持较长时间光合作用的能力,进而合成较多的光合物质,最终形成较高的籽粒产量。2.5在低氮条件下,与油菜氮低效种质D1-1相比,油菜氮高效种质1D4-15根系中硝转运子基因(BnNRT1;1, BnNRT2;5, BnNRT2;6, BnNRT2;7)、铵转运子基因(BnAMT1;1)和叶片中基因BnNRT2;5均有显著高的表达量,同时其具有较高的氮代谢基因(BnNR2和BnGln2)的表达量,从分子水平上探索了新型甘蓝型油菜氮高效种质D4-15在低氮胁迫下对氮素高效吸收和利用的机制。2.6新型甘蓝型油菜氮高效种质D4-15基因组中导入的白菜型油菜Ar亚基因组和埃塞俄比亚芥Cc亚基因组的量分别为32.7%、32.2%,总和为64.9%,而油菜氮低效种质D1-1分别17.7%、14.6%,总和为32.3%。可见,油菜种质D4-15比种质D1-1有更多的外源基因组分的渗入,这可能是油菜氮高效种质D4-15氮高效生理和分子机制的遗传基础。综上所述,本文研究：筛选获得了新型甘蓝型油菜氮高效种质和氮低效种质各2份；氮高效种质D4-15在低氮胁迫下有较大的根系,较强的氮吸收和利用能力,较高的干物重和籽粒产量,从而有更高的氮效率、表现出对低氮胁迫更强的适应性。这些形态和生理方面的特征可能决定于低氮处理下油菜氮高效种质D4-15的氮吸收代谢关键蛋白(酶)/基因有更高的活性和表达量,这与氮高效种质具有更多的外源基因片段导入量相关。然而,更直接更充分的证据还有待氮高效种质氮高效基因的克隆和功能研究。