苎麻是一种生物产量和蛋白质含量较高、营养品质相对均衡的多年生草本植物,大量研究表明其饲用开发潜力巨大。而氮素是苎麻正常生长发育过程中不可缺少的元素之一,合理的利用氮素能促进苎麻茎和叶片的生长,提高生物产量和经济产量,改善营养品质。因此通过选育氮高效品种来提高氮利用效率、减少氮肥的损失受到了极大的重视,而筛选不同氮效率基因型,了解不同基因型间的氮效率、生理生化和分子机制方面的差异是氮高效育种的基础。本研究以30个苎麻基因型为试验材料,通过氮素利用效率、产量和品质性状的比较,筛选出2个氮高效基因型和1个氮低效基因型,并对其生理生化机制进行了研究,同时通过差异基因的筛选进一步明确了氮高效利用的分子机制。具体研究结论如下:通过隶属函数法对19个产量和品质相关性状综合指标进行排序,并运用分子标记辅助选择和氮素利用效率筛选,三种方法综合考虑,将大方圆麻、武胜野麻2号、册亨家麻确定为氮利用效率低、产量低、品质差的基因型,将两江家麻、梁平青麻、H2000-03、古家青杆麻确定为氮利用效率高、产量高、品质好的基因型。用碳水化合物和蛋白质体系(CNCPS)研究苎麻饲料碳水化合物组分和蛋白质组分,其中苎麻干叶总碳水化合物含量为59.21%,而且99%左右是可以降解的。蛋白质组分中不能消化蛋白含量为2.55%,约97%蛋白为真蛋白。氮高效基因型苎麻的根系体积、总吸收面积和活跃吸收面积等方面均高于氮低效基因型,但是氮低效基因型显示出了较强的根系活力,相关分析表明氮利用效率与根系体积和活跃吸收面积极显著(P<0.01)正相关,与根系活力和总吸收面积显著(P<0.05)正相关。叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量、氮代谢相关酶和纤维发育相关酶等大部分随着氮素水平的升高逐渐升高,且氮高效基因型均高于氮低效基因型,通过隶属函数和反隶属函数法对伸长期苎麻的15个生理指标进行计算,发现两个基因型在15 mmol/L、12 mmol/L和9 mmol/L处理的平均隶属函数值差异不显著,且均显著高于其他处理,因此选择9 mmol/L处理作为苎麻氮素营养的最佳浓度。通过分析两个基因型在无氮胁迫后的基因表达情况,发现无氮处理间得到1165个差异基因,包括505个上调表达基因和660个下调表达基因。对照组间得到1277个差异基因,包括592个上调表达基因和685个下调表达基因。对差异基因的功能进行注释发现主要为蛋白激酶、转录因子、细胞色素P450等。具体包括WRKY转录因子家族基因、乙烯应答因子、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因、ATP相关转运蛋白基因等。GO分类后发现,对照组间差异基因主要注释在Catalytic activity和Binding-related功能组,而处理组间Oxidoreduction和Single-organism metabolic process差异基因最多。本研究发现一种筛选差异基因的方法,对理解氮高效基因型的潜在分子机制具有重要作用。通过比较基因表达发现在这两个基因型中,无氮胁迫改变了数百种基因的表达,且存在三种可能的反应机制。首先确定具有适应力的苎麻在正常环境下高度表达了94种基因,其中某些基因编码的蛋白质起到了一种“前置”保护作用,这些提前装载蛋白质参与了已知的耐无氮机制,包括UDP-糖基转移酶基因和GDSL脂肪酶基因等,以及其他与氧化还原有关的基因。第二类基因为在无氮胁迫下具有一定的忍耐能力,或在细胞内存在较低的氮胁迫压力,使其在短时间内对胁迫反应较小或没有做出反应,称之为“压力忍耐基因”。包括氨基环丙烷羧酸(ACC)氧化酶的相关基因、半胱氨酸蛋白酶基因、胰蛋白酶抑制剂相关基因和转录因子ORG2等17种基因。第三类为无氮胁迫处理后,存在一些在一个基因型中表达量下调,但在另一个基因型中表达量相对上升的基因,这些基因可能在应对无氮胁迫中发挥着重要作用,为相对上调基因。包括:细胞壁连接类受体激酶WAK,普遍的逆境蛋白a类似蛋白,微管结合蛋白,亮氨酸拉链蛋白ATHB-16和水通道蛋白NIP6-1等170种基因。这三类基因对氮高效基因型苎麻抵抗无氮胁迫具有重要作用。