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繁殖期の開始時に測定された窒素および硫黄の再固定化関連パラメータは、Nおよび/またはS制限供給下で栽培されたナタネ（Brassica napus L.）において、NおよびS施肥を調整するための早期指標となるか？
Do nitrogen- and sulphur-remobilization-related parameters measured at the onset of the reproductive stage provide early indicators to adjust N and S fertilization in oilseed rape (Brassica napus L.) grown under N- and/or S-limiting supplies?
PMID: 31555901 DOI: 10.1007/s00425-019-03284-2.
抄録
主な結論:
開花時に測定した N と S の再固定化に関連する生理学的・分子的パラメータの特定の組み合わせは、ナタネの最終的な 作物性能を予測するものであった。ナタネ（Brassica napus L.）は、窒素（N）と硫黄（S）を多く必要とする作物である。窒素と硫黄の再固定化プロセスにより、自然摂取量が減少しても生殖器官への窒素と硫黄の要求を満たすことができるため、高収量と種子の品質を確保することができる。早期のNとSの再固定化の生理的・分子的指標の定量化は、NとSの受精を補正するための管理ツールとして利用できる可能性がある。しかし、この矯正戦略の大きな限界は、最終的な性能に関連する変数と初期に測定されたパラメータとの間の相関関係を確実にすることである。我々の研究では、冬期アブラナベ（OSR）の4つの遺伝子型を、高および/または低Nと低Sの供給を組み合わせた4つの栄養状態の下で、種子が成熟するまで栽培した。植物の最終性能、すなわち種子生産量、N および S 収穫指数、種子の N および S 使用効率、および N または S の再固定化プロセスに関連する初期パラメータ、すなわち光合成葉面積、N および S 葉濃度、葉の可溶性タンパク質および葉の硫酸塩濃度、開花時の葉の RuBisCO 含有量を測定した。その結果、NとSの供給量によって最終的な性能が異なることが明らかになった。最適な N:S の比率で供給することで、治療法特有の作物性能を説明することができ、N と S の同時管理を正当化することができた。初期に測定された植物パラメータの特定の組み合わせは、栄養供給や遺伝子型に関係なく、最終的な成績を予測するために用いることができた。この研究は、開花時に測定された生理学的・分子的指標が、N と S 化合物の再固定化の機能を反映し、収量と品質のペナルティを予測する可能性を実証している。しかし、予測モデルはNとSに依存しないため、適切な施肥をさらに調整するためには、瞬時のNとSの葉の分析が必要である。本研究は、NとSのミネラル施肥管理の文脈での即時診断ツールに関する展望を開く概念の証明である。
MAIN CONCLUSION: Specific combinations of physiological and molecular parameters associated with N and S remobilization measured at the onset of flowering were predictive of final crop performances in oilseed rape. Oilseed rape (Brassica napus L.) is a high nitrogen (N) and sulphur (S) demanding crop. Nitrogen- and S-remobilization processes allow N and S requirements to reproductive organs to be satisfied when natural uptake is reduced, thus ensuring high yield and seed quality. The quantification of physiological and molecular indicators of early N and S remobilization could be used as management tools to correct N and S fertilization. However, the major limit of this corrective strategy is to ensure the correlation between final performances-related variables and early measured parameters. In our study, four genotypes of winter oilseed rape (OSR) were grown until seed maturity under four nutritional modalities combining high and/or low N and S supplies. Plant final performances, i.e., seed production, N- and S-harvest indexes, seed N and S use efficiencies, and early parameters related to N- or S-remobilization processes, i.e., photosynthetic leaf area, N and S leaf concentrations, leaf soluble protein and leaf sulphate concentrations, and leaf RuBisCO abundance at flowering, were measured. We demonstrated that contrasting final performances existed according to the N and S supplies. An optimal N:S ratio supply could explain the treatment-specific crop performances, thus justifying N and S concurrent managements. Specific combinations of early measured plant parameters could be used to predict final performances irrespective of the nutritional supply and the genotype. This work demonstrates the potential of physiological and molecular indicators measured at flowering to reflect the functioning of N- and S-compound remobilization and to predict yield and quality penalties. However, because the predictive models are N and S independent, instant N and S leaf analyses are required to further adjust the adequate fertilization. This study is a proof of a concept which opens prospects regarding instant diagnostic tools in the context of N and S mineral fertilization management.