不同基因型水稻氮效率与生育后期根系性状关系研究

以两优培九、扬稻6号、珍汕97B、香晚、猫牙、丝苗、Ceys和IR4共8个水稻品种为供试材料,在盆栽条件下,采用4个氮肥水平,研究了抽穗期与成熟期主要根系性状品种间的差异及其与产量、氮效率的关系。结果表明,品种间水稻氮素吸收总量、干物质积累量差异显著;不同品种间根系性状差异显著,抽穗期氮吸收效率高的品种其不定根干重及吸收面积较大;根系性状与干物质重、吸氮量和稻谷产量成正相关。氮素吸收效率高的品种在生育前期有较大的根干重与根表面积;而氮素利用效率高的品种表现为在生育中期与后期均有较高的根系活性,增加了生育后期的干物质及氮素的积累量与转运量,氮素籽粒生产效率较高。     

氮高效利用基因型水稻根系形态和活力特征

【目的】研究水稻（Oryza sativa）氮高效利用基因型根系形态和活力变化,为根系的栽培调控和育种改良提供理论依据和技术参考。【方法】选择前期筛选出的水稻氮利用效率高低不一的基因型为试验材料,在比较氮利用效率基因型差异的基础上,采用水培试验,利用根系分析系统提取苗期至抽穗期不定根、粗分枝根和细分枝根的长度、表面积和体积等形态指标数据,探讨各类根形态与氮吸收的关系,同时分析氮高效利用基因型中典型材料不同供氮水平下根系活力变化。【结果】（1）水稻产量和氮利用效率呈现极显著的基因型差异,氮高效利用基因型籽粒产量、籽粒氮积累量、氮素干物质生产效率、氮素籽粒生产效率和氮素收获指数比低效基因型高50.20%、34.20%、11.48%、26.01%和12.50%。拔节期和抽穗期水稻干物质量、氮积累量与籽粒产量、氮素籽粒生产效率、氮素收获指数均呈现显著或极显著正相关,抽穗前（特别是拔节期和抽穗期）的物质积累和氮的吸收显著影响水稻产量和氮利用效率的提高。（2）低氮水平下,氮高、低利用效率基因型间的根系形态指标差异显著。细分枝根根长占水稻总根长的比重最大,为73.40%,且高效基因型在苗期、分蘖期、拔节期和抽穗期比低效基因型分别高32.09%、14.66%、14.40%和12.69%;粗分枝根表面积和体积分别占水稻总表面积和总体积29.81%和43.50%,其中高效基因型粗分枝根表面积在拔节期和抽穗期比低效基因型分别高94.70%和64.38%,体积分别高90.24%和58.18%;不定根根长、表面积和体积分别占水稻总根长、总表面积和总体积19.68%、36.66%和41.19%,且高效基因型不定根根长、表面积和体积在拔节期比低效基因型高40.84%、44.90%和51.02%,差异最大。（3）氮高效利用基因型根系吸收面积和还原力随着氮水平的提高显著降低,而氧化力变化不大。相同氮水平下,氮高效利用基因型拔节后总吸收面积、活跃吸收面积、氧化力、还原力分别为低效基因型的1.3-2.1倍、1.1-3.2倍、1.0-3.0倍、1.4-2.2倍。（4）低氮水平下,粗分枝根的根长、表面积和体积对氮积累量影响程度最大,为47.1%-78.4%。粗分枝根的发育情况直接影响氮的吸收,从而影响水稻产量和氮利用效率。【结论】低氮条件下良好的根系形态和生理活性是水稻氮高效利用的重要特征。培育氮高效利用基因型,可对水稻营养生长期根系形态和活性加以遗传改良,尤其是提高粗分枝根的比例,以期塑造良好的根系构型。     

供氮浓度对小稻根系生长的影响

在水培条件下，设计0、14、28、42mg/kg4个供氮浓度，研究其对扬稻6号不同生育时期、生育阶段根系生长的影响。结果表明：①依对氮素反应而言，根系性状可分为3大类：第1类为随供氮浓度的提高而增加的性状，如每株不定根数；第2类为随供氮浓度的提高而显著下降的性状，包括每条不定根长、不定根粗、不定根重和单位长度不定根重等；第3类根系性状，在一定的氮素供应范围内，其生长量随供氮浓度的提高而增加，但供氮浓度进一步增加其增幅变小，如每株根干重和不定根总长度。②抽穗期根系性状中，每株不定根数主要取决于无效分蘖期，其次是有效分蘖期，再次为拔节长穗期；每株根干重和不定根总长度主要取决于无效分蘖期，其次是拔节长穗期，再次为有效分蘖期。③无效分蘖期是影响每株根干重、不定根数和不定根总长度生长的主要生育阶段，根系增加量的不同是由其生长速率不同所致。     

不同供氮条件下施用蚯蚓粪对水稻生长及根系活性的影响

采用盆栽试验研究高、中、低氮水平下施用蚯蚓粪对水稻生长及根系活力的影响.结果表明:在3种供氮水平下,增施蚯蚓粪均能明显改善水稻根系与地上部生长及提高根系活力;在施氮的基础上增施蚯蚓粪,移栽25 d后稻株的茎蘖数及地上部于重平均比单施氮肥分别提高9.8%、44.7%,而根干重、根系总体积及根系活力则分别提高20.1%、29.5%和50.7%.在高氮水平下,水稻的分蘖及根系活力等均受到一定程度的抑制,但该抑制效应可被施用蚯蚓粪而缓解.     

不同氮素供应水平对烤烟苗期生长的影响

试验采用砂培和营养液浇灌的方式,以烤烟品种K326为试验材料,研究了烤烟在营养生长阶段对不同氮素水平的响应。结果表明:提高氮素浓度能够促进烤烟干物质的积累,有利于地上部分的生长,降低根冠比;轻度缺氮可促进根系和茎部的生长,但氮素水平过高对根系的生长有抑制作用;在缺氮水平下,叶绿素含量逐渐下降,供应充足的氮素能提高叶绿素含量;硝酸还原酶活性和根系活力随氮素浓度的增加呈上升趋势;氮素供应水平与膜脂氧化程度有关,严重缺氮下,丙二醛含量大量积累,高氮供应则能降低膜脂氧化水平。     

旱、水稻根系生长对水氮响应的研究

以粳型旱稻中旱3号及粳型水稻淮稻5号为材料,设置不同土水势和不同氮素处理组合,比较研究了旱稻、水稻根系生长对水氮响应的差异。结果表明,旱稻的平均根数低于水稻,但平均最长根长、根干质量和根直径显著高于水稻。随着土壤水分胁迫的加重,旱稻、水稻的平均根数和根干质量均逐渐减少,但旱稻的下降幅度小于水稻。旱稻、水稻根干质量随水分胁迫在耕作层上、下层所占比例的变化趋势完全相反;在不同氮素水平处理下,旱稻的平均根数、根直径和根干质量均表现为中氮高氮低氮,水稻为中氮低氮高氮,其直径和最长根长均为低氮中氮高氮,旱稻根系变化幅度大于水稻。随着施氮水平的增加,旱稻和水稻根干质量在耕作层上、下层所占比例的变化趋势一致,但幅度不同。旱稻根系主要集中在10~20 cm耕作层,水稻根系主要集中在0~5 cm耕作层。旱稻对水分胁迫钝感,对氮素增减敏感,而水稻表现则相反。     

不同施氮水平对植烟土壤关键酶活性和烤烟根系活力的影响

为明确不同施氮水平对植烟土壤酶活性和根系活力的影响,采用大田试验,以不施用氮肥为对照,测定了烟株移栽后团棵期、旺长期、现蕾期、打顶期、成熟期烟田土壤的3种酶活性以及烤烟的根系活力。结果表明：各土壤酶活性随烤烟生育期的延长而提高,与对照相比,多施氮素处理土壤酶活性在烤烟各生育时期有显著提高,说明肥料养分是土壤酶活性提高的主要原因之一；与对照相比,各时期多施氮素处理烤烟根系活力均表现显著提高,说明适量增加氮素水平有利于烤烟根系的生长。说明,烟田施用氮肥改变了土壤酶活性,提高了烤烟根系活力,对烟草生长有良好意义。     

供氮浓度对水稻根系生长的影响

在水培条件下 ,设计 0、1 4、2 8、42 mg/kg4个供氮浓度 ,研究其对扬稻 6号不同生育时期、生育阶段根系生长的影响。结果表明 :1依对氮素反应而言 ,根系性状可分为 3大类 :第 1类为随供氮浓度的提高而增加的性状 ,如每株不定根数 ;第 2类为随供氮浓度的提高而显著下降的性状 ,包括每条不定根长、不定根粗、不定根重和单位长度不定根重等 ;第 3类根系性状 ,在一定的氮素供应范围内 ,其生长量随供氮浓度的提高而增加 ,但供氮浓度进一步增加其增幅变小 ,如每株根干重和不定根总长度。2抽穗期根系性状中 ,每株不定根数主要取决于无效分蘖期 ,其次是有效分蘖期 ,再次为拔节长穗期 ;每株根干重和不定根总长度主要取决于无效分蘖期 ,其次是拔节长穗期 ,再次为有效分蘖期。3无效分蘖期是影响每株根干重、不定根数和不定根总长度生长的主要生育阶段 ,根系增加量的不同是由其生长速率不同所致     

氮素营养对铁皮石斛生长和生理的影响

为研究氮素营养对铁皮石斛生长的影响,以铁皮石斛组培苗为试验材料,对不同氮素水平下铁皮石斛生长指标及根系活力、氮素在植株体内分布、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、丙二醛(MDA)含量、游离脯氨酸(Pro)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化酶(POD)活力进行动态测定,观察其动态变化趋势并筛选最佳使用。结果发现,低氮水平有利于根系的生长和根系活力的提高,氮素向根部集中,叶绿素、可溶性蛋白质、游离脯氨酸(Pro)合成及SOD、POD活性受到抑制,植株体内MDA含量较高,当氮素提高后,根系活力下降,叶部含氮量提高,叶绿素、可溶性蛋白质、Pro合成加快,SOD、POD活力提高,植株体内MDA含量下降,但过高的氮素也不利于植株的生长。说明5～10 mmol/L氮素营养最有利于铁皮石斛组培苗的生长。     

不同氮效率水稻根系形态和氮素吸收利用与产量的关系

【目的】探究不同氮效率水稻根系形态和氮素吸收利用与产量关系的规律,明确水稻高产根系形态特征,提出相应的水氮优化管理措施。【方法】2013年以氮高效品种川农优498和氮低效品种川优6203为试验材料,进行不同穗肥运筹比例的裂区试验;2014年以相同试验材料进行穴苗数和促花肥、保花肥配比的裂裂区试验;2015年以氮高效品种德香4103和氮低效品种宜香3724为试验材料,进行水分管理方式和氮肥施用模式的裂裂区试验;分别以上述3个大田试验获得的产量、根系形态及氮素吸收利用相关指标为样本,通过计算方差膨胀因子诊断变量间存在的多重共线性关系。在多重共线性严重的情况下,运用岭回归分析研究根系形态、氮素吸收利用和产量三者之间的关系。基于这些关系在年度间的重演性,确定其中普遍存在的共性规律。【结果】(1)氮高效品种拔节期、抽穗期及成熟期的氮素积累量、氮素干物质生产效率和干物重与产量岭回归方程的决定系数范围分别为0.0219—0.3961、0.0452—0.1379和0.0914—0.6694,氮低效品种分别为0.0084—0.6190、0.1224—0.4341和0.0818—0.4881,产量与氮素吸收利用的关系年度间重演性较差,无明显共性规律;以根干重、不定根数量、长度、表面积、体积、粗分枝根长度、表面积、体积以及细分枝根长度、表面积、体积11项根系形态指标为自变量,氮素积累量、氮素干物质生产效率和干物重三者分别为因变量进行岭回归分析,氮高效品种的回归方程决定系数范围分别为0.0527—0.2728、0.0653—0.3139和0.0714—0.3158,氮低效品种分别为0.0607—0.5040、0.0555—0.4411和0.0724—0.5449,氮素吸收利用与根系形态的关系规律年度间存在较大差异;2013—2015年,氮高效和氮低效品种抽穗期根系形态与产量岭回归方程的决定系数均超过0.8,P0.001,表明抽穗期根系形态对产量具有显著影响是共性规律。(2)在以抽穗期根系形态指标为自变量,产量为因变量的岭回归方程中,氮高效品种的粗分枝根长度标准回归系数最高,对产量影响最大;对氮低效品种而言,细分枝根表面积的增加对产量提高最有利。(3)常规施氮量(150 kg·hm~(-2))下,优化施肥模式为穗肥占比40%,且保花肥的比例达到或超过50%,其结合交替灌溉,有利于优化根系形态;SPAD指导施肥模式下,施氮量较优化施肥减少(由150 kg·hm~(-2)降为120 kg·hm~(-2)),采用常规灌溉比交替灌溉更有利于根系形态优化。【结论】水稻抽穗期根系形态与产量关系极为密切,合理的水氮管理措施能够优化根系形态提高产量。常规灌溉结合SPAD指导施肥或交替灌溉结合优化施肥均有利于氮高效品种抽穗期粗分枝根长度的增长和氮低效品种细分枝根表面积的增大,最终提高产量。     

影响粳稻品种吸氮能力的根系性状

 【目的】研究不同吸氮量类型粳稻品种根系性状的演变趋势与差异,明确吸氮量大的粳稻品种根系性状的特征,为粳稻品种根系性状的遗传改良提供参考依据。【方法】2008—2009年,在群体水培条件下,以国内、外不同年代育成的94个常规粳稻品种为供试材料,测定根系形态、根系活性、植株各器官干物重和含氮量、产量构成因素等,采用组内最小平方和的动态聚类方法将供试品种按吸氮量的大小从低到高依次分为A、B、C、D、E、F 等6类,研究各类品种根系等性状的差异,分析影响氮素高效吸收的主要根系性状。【结果】供试品种间吸氮量的差异很大,吸氮量最大品种为最小品种的2.94倍（2008年）和2.59倍（2009年）;吸氮量大的品种平均产量极显著高于吸氮量小的品种;生育期、吸氮强度均是影响吸氮量的重要因素,吸氮强度对吸氮量的影响大于生育期对吸氮量的影响;不同吸氮量类型粳稻品种间单株根干重、单株不定根总长、单株总吸收面积、单株活跃吸收面积差异显著,单株根数、单株根系活力的差异因年而异。吸氮量大的品种单株不定根数、单株根干重、单株不定根总长、单株根系总吸收面积、单株根系活跃吸收面积优于吸氮量小的品种;改良根干重、冠根比、单株不定根总长、单条不定根重等性状能显著提高水稻的吸氮量。【结论】供试粳稻品种间吸氮量的差异很大。吸氮强度大是粳稻品种吸氮量大的重要因素。吸氮量大的品种单株根数、单株根干重、单株不定根总长、单株总吸收面积、单株活跃吸收面积、单株根系活力优于吸氮量小的品种,根干重、冠根比、单株不定根总长、单条不定根重是影响粳稻品种吸氮能力的主要根系性状。     

孕穗期冷水灌溉对寒地粳稻根系生长及产量的影响

以东农428和松粳10为试验材料,分别冷水灌溉处理0、3、6、9、12、15 d,分析孕穗期冷水灌溉对寒地粳稻根系形态、伤流强度、干物质积累及产量的影响,旨在探究孕穗期低温胁迫下寒地粳稻根系生长规律及其与产量关系。结果表明,与对照相比,孕穗期冷水灌溉下,寒地粳稻根系形态、伤流强度、根部与地上部干重及产量变化规律一致,冷水灌溉持续时间越长,降幅越大。冷水灌溉加快寒地粳稻生育中后期根系衰竭。孕穗期冷水灌溉抑制寒地粳稻根系发生和伸长,齐穗期根系形态和根干物质量显著下降,不利于生育中后期根系对营养物质吸收,地上部干物质积累减缓,地上部向根部运输有机质减少,根系活力降低,根系衰竭加快,致产量下降。孕穗期冷水灌溉下东农428中后期根系形态、根干重、根系活力维持在相对较高水平,地上部干物质积累量和产量变化幅度较小,是东农428耐冷性强于松粳10的主要原因。     

北方粳型杂交稻根系生长特征研究

以粳型杂交稻及其亲本和常规品种为材料,在不同生育时期对其根系生长和形态特征进行比较研究。结果表明,粳型杂交稻根系粗壮,下扎深,发根力,根长,根体积,根重和根冠比重方面都有明显的优势,尤以生长前期表现为明显,杂交稻的根系性状从抽穗期到乳熟期呈现大幅度下降,而乳熟期到黄熟期变化比较缓慢,这种趋势与常规品种正好相反,可能与其结实率低密切相关。     

Numerical Simulation of Root Growth Dynamics of CO2-Enriched Hybrid Rice Cultivar Shanyou 63 Under Fully Open-Air Field Conditions

Hybrid indica rice (Oryza sativa L.) cultivars play an important role in rice production system due to its heterosis, resistance to environmental stress, large panicle, and high yield potential. However, no attention has been given to its root growth dynamic responses to rising atmospheric CO₂ concentration ([CO₂]) in conjunction with nitrogen (N) availability. Free air CO₂ enrichment (FACE) and N have significant effects on rice root growth. In this experiment, a hybrid cultivar Shanyou 63 (Oryza sativa L.) was used to study the effects of FACE and N levels on roots growth of rice. The results showed a significant increase in both adventitious root volume (ARV) and adventitious root dry weight (ARD) under the FACE treatment. The application of nitrogen also increased ARV and ARD, but the increase was smaller than that under FACE treatment. On the basis of the FACE experiment, numerical models for rice adventitious root volume and dry weight were built with the time as the driving factor. The models illustrated the dynamic development of rice adventitious root volume and dry weight after transplanting, regulated either by the influence factor of atmospheric [CO₂] or by N application. The models were successfully used to predict ARV and ARD under FACE treatment in a different year with the predicted data being closely related to the actual experimental data. The model had guiding significance to growth regulation of rice root under the condition of atmospheric [CO₂] rising in the future.     

氮肥对双季稻根表铁膜形成及双季稻镉积累的影响

为探究淹水条件下氮肥比例对水稻根表铁膜形成量及对镉吸收转运的影响,开展大田试验,选取早稻株两优819（低镉品种）、陆两优996（高镉品种）和晚稻湘晚籼12号（低镉品种）、玉针香（高镉品种）为试验材料,以水稻全生育期施氮量为180 kg·hm^-2,设3个氮肥比例,基肥：蘖肥：穗肥：粒肥分别为4：4：2：0（T1）、8：0：2：0（T2）、6：0：2：2（T3）及不施氮处理（CK）。水稻分蘖期和乳熟期,整株采集水稻,测定植株各部位镉含量和根膜铁、镉含量;成熟期测定根、茎叶、糙米镉含量。结果表明,不同稻季低镉品种根膜铁含量为分蘖期>乳熟期,高镉品种根膜铁含量及镉吸附量为乳熟期>分蘖期。株两优819、陆两优996和玉针香乳熟期根膜镉含量以T1、T2处理时较CK有所降低,T3处理时最高,湘晚籼12号以不施氮情况下最高,T2处理下最低。高镉品种陆两优996不同时期根膜铁含量与根膜镉含量显著正相关（P<0.05）,高镉品种玉针香分蘖期根膜铁含量与根膜镉含量显著正相关（P<0.05）,乳熟期根膜铁含量与叶、穗镉含量显著负相关（P<0.05）。水稻根和茎、叶镉含量随生育期的延长而增加,施氮可降低早稻成熟期各部位镉含量,提高晚稻根和茎、叶镉含量。不同稻季糙米镉含量在氮处理下显著降低,施氮量一致情况下,改变氮肥比例对低镉品种株两优819和湘晚籼12号糙米镉含量无明显影响,高镉品种陆两优996和玉针香糙米镉含量以T3处理降低最明显,较CK分别降低52.72%和74.13%。由此可知,淹水条件下,可依据水稻品种,结合水稻镉积累关键生育期,制定合理的氮肥比例以降低糙米镉含量。     

施氮量对不同小麦品种根系的影响

以不同氮利用效率小麦品种为供试材料,通过测定小麦不同时期的根系活力和根条数的方法,研究施氮量对小麦根系的影响。结果表明：根条数和根系活力随着施氮量的增加而增加,且差异显著。矮早8低氮条件下和郑麦366高氮条件下生育中及后期保持了较高的根条数和根系活力,根系衰老较缓,有利于对土壤有效氮的吸收,以郑麦366表现较为明显。     

水稻栽后前期根系与地上部增重模型及相互关系

以"冈优22"、"Ⅱ优162"和"K优047"为材料,通过裂区试验设置不同种植方式研究了水稻秧苗移栽后根系与地上部增重模型及其相互关系。结果表明:秧苗移栽至拔节期,根系增重和地上部干物质积累均呈指数模型增加,根系模型的相关指数在0.98以上,地上部模型的相关指数在0.94以上。地上部干重与根重间存在极显著的线性相关关系。根冠比在移栽后开始上升,至栽后10~15 d时达到最大值,然后下降,呈单峰曲线。3种种植方式中,免耕高留茬抛秧地上部和根系干重均最低,移栽后前期生长最慢,但根冠比要高于常耕插秧处理。3个品种中,"冈优22"根系和地上部干物质积累量最高,"Ⅱ优162"的根冠比最大。     

水稻分蘖期干物质积累对大气CO2浓度升高和氮素营养的综合响应差异及其生理机制

【目的】探究不同类型水稻品种物质生产响应大气CO₂浓度升高和氮素营养的综合响应差异及其生理机制。【方法】以产量和物质生产对CO₂浓度升高响应有明显差异的水稻品种两优培九(LY)和南粳9108(NJ)为材料,在人工气候室进行水培试验。分别设置对照CO₂浓度(A-CO₂,400μmol·mol^-1)和CO₂浓度升高(E-CO₂,600μmol·mol^-1)两个CO₂处理,高氮(HN,1.25 mmol·L^-1 NH₄NO₃)和低氮(LN,0.25 mmol·L^-1 NH₄NO₃)两个氮水平。分析CO₂浓度升高对不同水稻品种根系形态与生理活性、叶片和根系中细胞分裂素(CTKs)含量、氮素同化酶活性、叶片生理特性、光合参数以及干物质积累的影响差异。...     

水培条件下根际氧环境对水稻幼苗磷吸收的影响及其生理机制

【目的】研究根际氧环境对水稻幼苗磷吸收的影响及其生理机制,以期为促进水稻磷素吸收利用的新栽培措施提供理论依据。【方法】以珍汕97B和密阳46为材料,用国际水稻所营养液配方进行水培试验。秧苗移栽一周后用在线溶氧仪(氮气、氧气调节)设定中氧：2.5—3.5 mg·L^-1,高氧：>6.0 mg·L^-1(饱和溶解氧处理,在水稻生长过程中用充气泵连续向水体中充入空气)和常规水培(CK,不进行氧调节)3个氧处理,研究水稻幼苗生长(生物量、根系形态结构)、根系生理(根系活力、磷吸收动力学、磷酸酶活性、根系分泌的有机酸、柠檬酸等)以及磷吸收积累等指标。【结果】(1)中氧处理促进水稻幼苗分蘖的发生和生长,增加其生物量、根冠比以及磷的吸收和积累;高氧处理降低株高,减少地上生物量,对地下部分生物量无明显影响。(2)中氧处理后总根长、根系表面积、总根系体积较对照显著增加,平均根粗显著降低;高氧处理与之相反。中氧和高氧处理均能促进有机酸的分泌(有机酸总量、草酸、酒石酸以及柠檬酸含量均增加)、提高叶片和根系中酸性磷酸酶活性;但与高氧处理相比,中氧处理后根系活力显著...