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氮素是小麦生长所需的最大量的营养元素，当今世界范围内大量施用氮肥以增加作物的产量。然而，大量施用氮肥和不合理的施肥方法导致氮肥的增产效果下降，剩余的氮肥引发了一系列环境问题，同时也增加了农民的生产成本。因此，必须减少化肥的施用，在保证粮食安全的基础上保证人类健康，减少环境污染。但是，小麦幼苗对低氮的响应及其适应的生理机制方面的研究还不够系统和深入。本研究通过对不同年代育成或引进的32个具有广泛代表性的小麦品种进行筛选，将小麦分为三种类型，并确定了合适的筛选浓度。在前期实验基础上，从氮代谢、光合作用、根系生长与植物激素关系等几个方面系统研究了小麦幼苗适应低氮营养的生理机制。主要研究结果如下:
低氮处理下，小麦地上部的生长量降低，根系生长量短期内提高。通过主成分分析和相关性分析表明，相对植株氮积累量和相对地上部干重适合作为耐低氮基因型筛选的指标。通过植株氮积累量和地上部干重的耐性指数聚类分析，将32个品种分为三类:低氮敏感型、中间型、耐低氮型。进一步选用低氮敏感型和耐低氮型的两个代表性品种，早洋麦和扬麦158，进行不同氮水平的梯度实验，确定了适宜的筛选浓度。
低氮处理下根系形态与植物激素的关系:低氮处理降低了根平均直径，增加了根系的总根长，促进了根系生长，从而可能具备了更强的氮吸收面积。两个小麦品种根系生长素（IAA）含量与对照相比明显升高，而根系细胞分裂素(CTK)明显降低，导致根系IAA含量/CTK含量明显增加;低氮处理后第20天，两个小麦品种地上部和根系的氮含量明显降低。相关性分析表明总根长与根系IAA含量/CTK含量呈极显著正相关，而与根系氮含量呈极显著负相关;根系IAA含量/CTK含量与根系氮含量呈极显著负相关，说明低氮处理下，根系IAA和CTK可以反应氮的状态。综上，低氮处理下，氮含量的变化影响了IAA和CTK的含量和分配，而IAA和CTK平衡的改变进一步影响了根系的生长。
低氮处理对小麦根系氮同化能力的影响:(a)随低氮处理时间的延长，两个小麦品种根系氮同化酶，硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶(GS)活性逐渐增加，并最终高于对照;(b)低氮明显增加了两个小麦品种根系异柠檬酸脱氢酶的活性，从而根系具有更强的提供α-酮戊二酸和还原力的能力;(c)低氮处理下，小麦根系可溶性糖和蔗糖含量明显高于对照，根系可能具有更多的碳架用于氮素的还原。以上结果表明低氮处理下，氮素在根系的同化增加。品种间比较，扬麦158根系具有更强的氮同化能力。
低氮处理对小麦源叶中氮的再利用的影响:随低氮处理时间延长，两个小麦品种叶片内肽酶活性明显高于对照，说明蛋白质的水解增加;低氮处理下，两个小麦品种叶片NAD型谷氨酸脱氢酶(NAD-GDH)活性明显高于对照，说明蛋白质水解生成的氨基酸的分解增加;两个小麦品种叶片谷氨酰胺合成酶活性明显高于对照，说明源叶氨基酸分解产生的铵被固定合成了更多的谷氨酰胺用于再循环。以上结果表明低氮处理加速了源叶氮的再利用。品种间比较，早洋麦具有更强的氮素再移动和再循环能力。
低氮对小麦幼苗光合特性的影响:低氮处理导致早洋麦顶1叶和顶2叶与对照相比明显降低，而扬麦158与对照相比差异不显著，说明扬麦158具有较强的低氮适应能力。低氮处理下，两个小麦品种实际光化学速率和最大光化学速率与对照相比差异不显著，说明PSⅡ反应中心没有被低氮破坏。低氮处理后第20天，早洋麦顶1叶和顶2叶叶绿素含量、可溶性蛋白含量和游离氨基酸含量明显降低，但是扬麦158与对照相比明显降低;与对照相比，早洋麦顶2叶Rubisco含量显著降低，而扬麦158差异不显著。综上，扬麦158具有更良好的氮状况，可以保证新展开叶的正常的光合作用，因此能够适应低氮营养。
综上所述，低氮处理影响了根系IAA/CTK的平衡，将更多的碳氮物质分配给根系，促进了根系的生长，从而塑造了良好的根系形态，进而根系具有了获取更多的氮素的能力。低氮处理下，根系吸收的氮素更多的在根系同化;同时加速了源叶（顶3叶）氮素的再利用和再循环，将氮素运转到库器官，促进根系的生长和维持新展开功能叶的正常光合作用。耐低氮基因型小麦品种在氮代谢方面更适宜低氮营养主要归因于更强的氮吸收同化能力，进而保证叶片更好的氮状况，用于维持新叶正常的光合作用，以适应低氮营养。以上研究结果系统而深入的揭示了小麦幼苗适应低氮营养的生理机理。