甘蓝型油菜氮素营养效率的遗传效应分析

为掌握甘蓝型油菜氮肥利用率各遗传分量的效应值,明确造成氮肥利用率差异的数量遗传基础。利用主基因+多基因混合遗传模型,以氮素吸收效率差异较大的两个基因型油菜湘油15(P1)和R210(P2)为亲本,通过杂交、回交构建了P1、P2、F1、B1、B2和F26个世代,成熟期测定了各世代的氮素含量并分析了氮素营养效率差异。结果表明,不同油菜世代氮素营养(氮素吸收效率NAE,氮素利用效率NUE和氮收获指数NHI)存在明显的基因型差异;氮素营养效率具有较广泛的遗传变异,呈连续性分布;NAE的最适模型为B-1(2对加性-显性-上位性主基因模型),主基因遗传率达71.36%;NUE的最适模型为D-2(1对加性主基因+加性-显性多基因模型);NHI的最适模型为E-0(2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因模型),主基因遗传率达58.13%。研究结果表明不同氮营养效率鉴定指标的遗传模式不一样,所以在油菜氮营养效率遗传改良上也应按照不同领域和研究目的来利用最佳氮素营养效率进行改良。在品种选育上通过与不同氮效率油菜基因型杂交、回交可以获得到氮营养高效的油菜基因型。本研究为氮高效育种工作提供一定的理论依据和应用价值。     

不同氮效率油菜种质苗期氮吸收转运与利用差异研究

氮效率研究是油菜营养性状遗传改良的前提,为探究不同氮效率油菜种质苗期氮吸收、转运和利用的异同,以2个氮效率差异油菜种质H6（氮高效）和L18（氮低效）为供试材料,利用水培营养液设置正常氮（CK）和低氮（LN）2个氮浓度处理,培养14d后检测植株氮含量,计算氮累积量、氮转运系数和氮利用效率。结果显示,不同氮浓度处理对油菜苗期氮的吸收、转运和利用效率影响的差异达到极显著水平（P＜0.01）。与CK相比,LN处理的油菜生物量、氮含量和氮累积量均显著降低,而氮利用效率和根冠比显著提高;氮高效油菜种质H6的生物量、氮累积量、氮转运系数和氮生理利用效率均显著大于氮低效种质L18,分别为L18的2.07、1.42、3.23和1.56倍。从氮的吸收、转运和利用3个方面探讨了低氮胁迫处理下油菜种质苗期氮效率差异的原因,对深入开展油菜氮高效机理研究及油菜品种氮效率改良具有一定的指导意义。     

黄淮麦区小麦苗期氮高效品种(系)的筛选

以黄淮麦区近年来育成的71个品种(系)为材料,采用液培法,设低氮、正常氮和高氮3个处理,对小麦苗期14个氮素利用效率相关性状进行鉴定,并以济麦22为对照品种,以苗氮素利用效率、根系氮素利用效率和总氮素利用效率3个性状为筛选指标,分别在3个氮素水平下筛选出37、27和25个氮高效品种(系),其中有14个品种(系)在3个氮营养水平下3个性状值均较高,可作为氮高效新品种选育的亲本材料。     

黄淮海玉米自交系氮利用效率相关性状分析

为了阐明不同玉米自交系间氮效率差异特征,筛选优异的氮高效种质,改良玉米的氮素利用效率,为玉米氮高效育种方面的研究奠定基础.以平均产量和氮效率为评价指标并结合抽雄期、散粉期、成熟期、株高、穗位等二级性状,对25份目前在黄淮海应用的核心种质和自育玉米自交系材料进行相关性分析及氮利用效率评价.相关性分析结果表明,氮效率在2种不同的氮处理条件下与散粉-吐丝间隔期、平均产量都呈极显著正相关,与株高分别呈显著和极显著正相关,即3个性状可作为评价玉米自交系材料氮效率高低的指标.方差分析结果显示,在低氮和高氮条件下,散粉-吐丝间隔期、平均产量及株高均存在极显著的差异.将高氮条件与低氮条件下的平均产量进行分析并结合株高和散粉-吐丝间隔期等二级性状,鉴定出郑58、WK858和9058这3个玉米自交系材料可在氮高效育种中作为供体亲本来改良玉米的氮素利用效率.丰富了氮高效种质资源,评价了不同玉米材料的氮素利用效率,揭示了不同材料对氮素的反应程度,为氮高效育种提供材料以及自交系的选育和合理的利用肥料提供理论基础和技术支撑.     

欧洲黑杨苗期氮素营养遗传变异分析

为了了解欧洲黑杨苗期氮素营养的遗传变异情况,研究欧洲黑杨的遗传背景。以104份欧洲黑杨基因型为材料,结合通径分析和Structure 2.2软件进行遗传多样性分析。结果表明,欧洲黑杨各性状遗传力均高于0.65以上,材积的遗传增益大于25.49%。通径分析显示,施氮区地径和不施氮区材积对氮反应指数为正向效应,其他性状则为负向效应。基于模型的群体结构分析出欧洲黑杨群体种质来源具有明显的多元特性和异质性,将欧洲黑杨群体分为7类,其中第2和第3组群为主要组群,结合欧洲黑杨引种的地理来源和氮素利用效率类型,中欧和南欧是欧洲黑杨群体进化的起源中心。根据对欧洲黑杨遗传结构的分析,建议下一步开展欧洲黑杨氮素高效型亲本材料选择应以中欧和南欧为主。     

利用水培筛选玉米氮高效种质资源的研究

采用霍格兰缺氮营养液配方进行玉米苗期培养,对26个玉米不同基因型材料的苗期株高、总干重、吸氮量和氮素转化率等主要性状指标进行分析,结果表明,变异系数变化为：单株总干重〉症状叶数〉氮素转化率;总干重与缺氮症状叶数成高度负相关（R=-0．959^＊＊）,与氮素转化率成正相关（R=0．354-）;并建立了玉米耐低氮指标体系,并从供试材料中筛选出耐低氮种质材料3个,对氮素敏感的种质材料11个,介于两者间的中间型种质材料12个。     

长江流域棉花主推品种氮素吸收与利用效率比较与分类

 以长江流域推广应用的8个棉花品种为材料,探讨了品种间氮素吸收与利用效率的差异。结果表明：参试品种氮素回收利用效率（RE）差异较大,变化幅度在29.0%~48.2%之间,且高氮素回收利用效率品种具有铃吸氮量、总吸氮量较高、茎叶吸氮量适宜的特征;氮素子棉生产效率（NUEsp）差异也较大,其中泗棉3号和科棉6号较高,分别为20.67 kg·kg^-1和20.35 kg·kg^-1。对不同品种RE进行聚类分析结果表明,参试品种可以分为3种类型：类型Ⅰ,回收利用效率高效型;类型Ⅱ,回收利用效率中效型;类型Ⅲ,回收利用效率低效型。NUEsp聚类分析结果表明,不同品种可以分为2种类型：类型Ⅰ,氮素子棉生产效率高效型;类型Ⅱ,氮素子棉生产效率低效型。进一步分析可知,参试品种RE与NUEsp存在4种类型：即二者都高效型,二者都低效型,高NUEsp和低RE型以及低NUEsp和高RE型。     

茄子氮效率基因型差异的研究

为了解茄子的氮素吸收利用特性和筛选氮高效基因型,采用田间小区试验和测试分析方法,通过测定茄子产量、氮利用效率、氮响应度和氮素吸收总量等指标,对10个茄子基因型进行了氮效率方面的研究。结果表明,不同基因型茄子的产量、氮利用效率、氮响应度和氮素吸收总量均存在显著差异。根据供试材料在施氮和不施氮处理下氮效率的不同将供试10个基因型划分为5种类型:高氮高效-低氮高效型(HH-LH)包括06-991;高氮高效-低氮中效型(HH-LM)包括06-917;高氮高效-低氮低效型(HH-LL)包括06-961和06-867;高氮中效-低氮低效型(HM-LL)包括06-972,06-947,06-854,06-830和06-909;高氮低效-低氮低效型(HL-LL)包括06-910。对氮效率构成因素通径分析表明,氮素吸收总量对氮效率的直接作用大于氮利用效率的直接作用,氮素吸收总量是决定氮效率的主要因素。     

低氮高效红甜菜形态特征分析

筛选低氮高效基因型红甜菜是提高氮素利用效率,减少氮污染的有效途径。采取液体培养方法,设置低氮(1.5 mmol/mL)、正常氮(5 mmol/mL)、高氮(10 mmol/mL)3种氮素水平处理,选用中国农业科学院甜菜研究所育种品系,通过生长指标统计、因子分析、聚类分析来确定评价指标,并筛选出耐低氮基因型。在低氮和高氮条件下,茎叶氮含量、茎叶氮素干物质生产效率、整株氮累积量、氮生理利用效率、整株氮素干物质生产效率差异性显著,变异系数分别为0.169~0.217和0.110~0.271。通过因子分析发现,在低氮和高氮条件下主成分培养情况基本相同,第一主成分是由根系氮含量、根系氮素干物质生产效率、整株氮素干物质生产效率、整株氮含量、氮生理利用效率决定,第一主成分所占的方差贡献率较大。综合红甜菜氮素吸收累积变异特征及因子分析,将茎叶氮含量、茎叶氮素干物质生产效率、整株氮累积量、氮生理利用效率、整株氮素干物质生产效率作为初步筛选红甜菜氮高效综合评价指标。再根据隶属函数法计算出的氮效率综合值和采用欧氏距离平方拟合的分层聚类分析,将整株氮素干物质生产效率作为筛选氮高效综合评价指标。最终筛选出对氮素高效吸收利用的材料（低氮高效型‘YeginaS2’、低氮低效高氮高效型‘CYCLHDAR’）,结合其株高、叶面积、叶柄长、根长等形态特征、干物质量及根冠比等实用特征,分析不同基因型红甜菜对土壤氮素吸收利用特点,进一步验证对增施氮肥反应敏感的低氮高效型、低氮低效高氮高效型品种。     

大白菜对氮素响应的基因型差异及相关特征分析

为明确大白菜主产区主推品种对氮素响应的特征及基因型差异,筛选氮高效大白菜种质资源,探讨大白菜氮效率及氮敏感度的评价指标,以我国栽培面积和生产供应数量最大的蔬菜作物大白菜为研究对象,以目前主产区主推的68份代表性品种为试验材料,采用田间试验方法,于成熟期对开展度、株高、毛质量、外叶数、球质量、球高、球宽、球叶数、最大叶长、最大叶宽、中肋长、中肋宽、中肋厚、中心柱长和中心柱宽共15个在生产中关注的重要农艺性状及含氮量、氮农学利用效率和氮响应度3个氮效率性状在2种氮素水平(正常供氮,N:270 kg/hm~2;低氮,N:54 kg/hm~2)进行了详细调查、计算和分析,对各性状在2种氮水平下的相对值进行了计算,并对大白菜氮效率类型和氮敏感度进行了评价和划分。结果表明,除外叶数和中心柱长之外,其他13个农艺性状在2种供氮水平下均存在极显著差异,氮水平对大白菜重量性状的影响最大,对抽薹性相关的性状影响最小,大白菜的含氮量和氮农学利用效率在不同氮水平下也存在显著差异;各农艺性状在相同氮处理条件下均存在极显著的基因型差异,其中中心柱长在品种间变异系数最大;含氮量、氮农学利用效率和氮响应度也存在显著的基因型差异,其中氮响应度的变异系数最大;根据2种供氮水平下的产量,将供试大白菜品种分为4种氮效率类型,即双高效型、高氮高效型、低氮高效型和双低效型;根据相对产量和氮响应度,将68份大白菜品种分为4种氮敏感型,即氮不敏感型、氮低度敏感型、氮中度敏感型和氮高度敏感型。综合2种评价标准,可更清楚了解不同大白菜品种的氮素响应特征,为进一步研究大白菜氮高效利用的分子机制及选育氮高效大白菜新品种奠定基础。     

水稻剑叶角度与氮素营养效率的关系

剑叶角度是构成水稻理想株型的重要指标和影响水稻产量的重要因素。通过水稻剑叶角度与氮营养效率的关系研究,为水稻塑造理想株型和提高氮营养效率提供理论依据与技术途径。试验采用盆栽土培法,以不同年代的9个典型稻种资源为材料,设置不施氮（0 kg/hm²尿素）、正常施氮（240 kg/hm²尿素）和高施氮（480 kg/hm²尿素）3个施氮水平,于水稻灌浆期测量剑叶角度、各器官含氮量和土壤含氮量,进行剑叶角度与氮营养效率间的相关分析与函数拟合。结果表明,不同水稻品种的剑叶角度和氮营养效率存在显著的基因型差异,且随施氮水平而异。剑叶角度随施氮量的增加而急剧增加,不施氮下的基因型间差异明显小于正常施氮和高施氮。剑叶角度与氮利用效率、土壤氮生产力、植株氮生产力和氮收获指数呈显著负相关,不同氮营养效率间存在极显著正或负相关。氮利用效率、土壤氮生产力、植株氮生产力和氮收获指数随剑叶角度呈显著的对数递减,顺序为植株氮生产力＞氮收获指数＞氮利用效率＞土壤氮生产力。因此,在生产上可根据水稻剑叶角度来预测氮营养效率,并以其为依据实时地调控氮肥运筹来实现氮营养的高效利用。     

水稻氮高效基因型及其评价指标的筛选

以48份不同水稻基因型为供试材料，研究了它们的氮素吸收和利用率，及其与主要农艺性状之间的关系。结果表明，水稻基因型在氮素吸收利用率方面间存在明显差异，从现有的材料中可筛选出氮高效基因型。长伦占不论在低氮处理还是高氮处理均表现出氮高效利用特性，为典型的氮高效基因型。此外，还筛选了适于低氮条件种植的广恢128和茉莉占选；适于高氮条件种植的97香、2466和银花占。低氮高效型适合在贫瘠地区种植，而高氮高效型适合在肥沃地区种植。结果表明，水稻氮素利用率与抽穗期及乳熟期倒2、倒3叶的叶绿素含量呈显著或极显著负相关；与收获指数、稻谷产量和穗数之间均呈极显著正相关，它们可作为水稻氮素利用效率的评价指标。但是水稻氮素吸收率与利用率之间存在极显著负相关，因此，如何协调二者关系，既能提高稻谷产量和氮素利用率，又减少施氮量是急需解决的问题。     

不同氮素利用效率型小麦品种的生理差异分析

以不同氮素利用效率型小麦品种（2个氮高效、2个氮低效和2个中间型）为材料,分别在灌溉及雨养条件下测定其花后旗叶氮素同化及转运相关酶等生理性状的动态变化,同时在开花期和成熟期测定氮素积累及转运相关性状。结果表明,氮高效型品种晋麦54和晋麦66具有更高的植株氮素积累总量、氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率、花后氮素转运量、花后氮素转运效率和单株产量,以及更低的花前氮素转运量和花前对籽粒氮积累的贡献率。同时,氮高效型品种的各酶活性及可溶性蛋白质含量高于其他4个品种,而中间型品种晋麦73和泰麦269又高于氮低效型品种晋麦61和泰农18。相关性分析结果显示,参试小麦品种多数关键酶活性与氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率、花后氮素转运量、花后氮素转运效率、花后对籽粒氮积累的贡献率和单株产量呈显著正相关;与花前对籽粒氮积累的贡献率和花前氮素转运量呈显著负相关。     

施氮量对不同氮效率水稻花后干物质和氮积累与转运的影响

选用3个氮利用效率(NUE)和3个氮收获指数(NHI)显著不同的水稻基因型,在土培盆栽试验下,研究了施氮量(0kgN?ha-1、180kgN?ha-1和360kgN?ha-1)对水稻花后植株干物质和氮积累与转运的影响及与氮营养效率的关系。结果表明,施氮降低了水稻NUE和NHI,NUE和NHI差异分别以低氮和高氮为最大。施氮提高了水稻干物质和氮总积累量、花后积累量及转运量。不同NHI水稻花后干物质和氮转运率及转运贡献率随施氮量增加而增加,不同NUE水稻则降低。不同NUE水稻花前干物质积累和花后转运量差异最大,不同NHI水稻花后干物质积累和转运差异量最大。不同NUE水稻花后氮积累量差异最大,不同NHI水稻花后氮积累和转运差异最大。相关分析表明,水稻NUE与干物质积累总量、花后氮积累量、氮转运率和转运氮贡献率密切相关;而NHI与花后干物质转运量和转运氮贡献率的关系最大。因此,同一施氮量下,增加水稻干物质积累总量、降低花后氮积累量和促进花后氮高效转运是提高NUE的重要措施,提高花后干物质转运量和转运氮贡献率则有利于提高NHI。     

不同氮效率基因型水稻植株氨挥发速率及其与氮效率的关系

植物组织中氮素气态挥发损失可能与其氮效率密切相关。探讨不同氮效率基因型水稻地上部NH₃挥发特征及其与氮效率的关系,可为氮高效基因型的筛选提供理论依据和技术指标。本试验采用4个氮浓度进行盆栽液培,以扬稻6号、BG34-8、武育粳3号和珍汕97B等4个水稻品种为材料,研究水稻NH₃挥发速率(ammonia volatilization rate, AVR)与氮利用效率的关系。结果表明,各基因型的AVR在各生育期的变化趋势不完全相同,扬稻6号和武育粳3号在幼穗分化期最高,分别为11.0和10.4 mg N h^-1 pot^-1,而BG34-8和珍汕97B的AVR在孕穗期最高,分别为22.5和23.4 mg N h^-1 pot^-1;对相同的基因型,随培养液中氮浓度的增加,植株的AVR增大,氮低效基因型珍汕97B和武育粳3号的增幅大于氮高效基因型扬稻6号和BG34-8;在培养液中氮浓度较高时(80 mg N L^-1)植株地上部AVR与氮素积累量、氮素籽粒生产效率、氮肥农学利用率和氮肥生理利用率呈显著或极显著负相关 (r= -0.6768**、-0.6158*、-0.6667**、-0.8353**)。综上所述,水稻植株的AVR存在基因型差异,氮高效基因型的AVR较低;在高氮浓度液培条件下,较低的AVR可作为氮高效材料筛选指标。     

不同氮效率粳稻品种的冠层特征

探明氮高效水稻品种的冠层特征,对于培育和筛选氮高效品种具有重要意义。以2个氮高效品种武运粳30号和连粳7号及2个氮低效品种扬粳4038和宁粳1号作为材料进行大田试验,观察了两类水稻品种的冠层特征及其与产量和氮肥利用率间的关系。结果表明,与氮低效品种相比,氮高效品种总颖花量、结实率、产量和氮肥利用率较高;氮高效品种抽穗期具有较高的单茎茎鞘重、光合速率、光合氮素利用效率、剑叶厚度、比叶重、中上层冠层的光截获量及冠层顶部比叶氮含量、氮消减系数和光氮匹配度,上述主要冠层特征与产量及氮素籽粒生产效率呈显著或极显著正相关。这些冠层特征可作为筛选和培育氮高效水稻品种以及培育高产高效群体的重要指标。     

水肥“三匀”技术对水稻水、氮利用效率的影响

This study included three split-plot designed experiments. Experiments 1 and 2 were conducted in two fields with varied soil fertility and consistent treatment. Two rice varieties (Dexiang 4103, high NUE; Yixiang 3724, low NUE) were set as main plot. The sub-plot contained six nitrogen-water management modes (farmer’s usual management, FU; nitrogen-water coupling management, NWC; methodical nitrogen-water distribution management, MNWD; and their respective nitrogen-free controls). The main plot of Exp.3 was two high NUE varieties (Dexiang 4103, Fyou 498) and two low NUE varieties (Yixiang 3724, Chuanyou 6203); FU, NWC, and MNWD assembled the sub-plot. MNWD adopted the method of increasing frequency and reducing quantity, thus the nitrogen application rate was reduced by 20% compared with NWC and FU, the irrigation water amount was reduced by 20% to 25% compared with NWC, and 42% to 48% compared with FU. The stem number of MNWD changed smoothly and its ear bearing tiller percentage was higher. Compared with NWC and FU, the photo assimilation before anthesis MNWD had less, dry matter transportation before anthesis and high accumulation of assimilate after anthesis. The grain yield of MNWD was similar to that of NWC, while 8.77%-14.18% higher than that of FU. Correlation analysis showed that the dry weight of roots in 10-20 cm and 20-30 cm soil layers were significantly and positively correlated with nitrogen recovery efficiency (NRE), nitrogen agronomy efficiency (NAE), irrigation water production efficiency (IWPE) and water production efficiency (WPE). MNWD had a large amount of root system distributed in the soil layer below 10 cm, which was conducive to the improvement of water and nitrogen utilization efficiency. Compared with NWC and FU, MNWD increased NRE by 8.07%-11.99% and 20.72%-30.78%, NAE by 17.44%-27.38% and 96.47%-101.42%, IWPE by 23.34%-36.67% and 76.54%-117.38%, WPE by 8.41%-17.66% and 32.23%-65.29%, respectively.     

粳稻氮肥高效利用栽培技术的研究进展

以粳稻为对象,介绍了我国粳稻生产与氮肥使用现状;分析了粳稻氮肥利用率低的原因;综述了粳稻高产与氮肥高效利用的栽培技术现状和研究进展;并对今后粳稻高产与氮肥高效利用的研究方向提出了一些看法。     

Screening and Verification of Low Nitrogen Tolerant and Nitrogen Sensitive Cotton Germplasm

[Objective] The aim of this study is to evaluate nitrogen efficient cotton germplasms and improve nitrogen use efficiency. [Method] Eighty cotton germplasms were selected and evaluated in the hydroponic experiment under low (0.25 mmol·L^－1) and high (5 mmol·L^－1) nitrogen concentration. Different traits for screening were identified and nitrogen use efficiency types were classified. Field experiments were also performed for comparison and confirmation of the identified germplasms. [Result] The results showed that there were significant differences in the total plant dry matter, shoot nitrogen accumulation and nitrogen absorption efficiency in cotton germplasms at the two nitrogen levels. Based on coefficient of variation, principal component analysis and correlation, six traits including total plant dry matter, shoot dry matter, root dry matter, total nitrogen accumulation, shoot nitrogen accumulation and nitrogen absorption efficiency were used as screening indicators. According to the Heatmap clustering analysis and the nitrogen efficiency comprehensive index, two germplasms (Lu05R59 and CCRI 69) were identified as low nitrogen tolerant and nitrogen efficient, and two germplasms (Coker 201 and Xinluzhong 30) as low nitrogen sensitive and nitrogen inefficient. The results of field experiment were consistent with the results of the hydroponic culture at the seedling stage. [Conclusion] It was finally determined that Lu05R59 and CCRI 69 were the low nitrogen tolerant and nitrogen efficient germplasms, and Coker 201 and Xinluzhong 30 were low nitrogen sensitive and nitrogen inefficient germplasms. The results of these studies provide the possibility for screening and rapid identification of nitrogen use efficiency in cotton at the seedling stage, and provide the ideal materials and theoretical basis for further study of cotton nitrogen efficient.     

辽宁不同年代水稻品种生产力和氮肥效率对施氮水平的响应差异

阐明水稻品种演进过程中植株生产力和资源利用效率的变化特征,对高产高效协调的水稻品种选育和稻作技术改进具有重要的理论参考意义。本研究以1950-2010年间辽宁省的12个水稻主栽品种为材料,探讨氮肥施用对不同年代水稻品种植株生产力和氮肥利用效率的影响。结果表明,1990s及之后品种的最高生物学产量和籽粒产量均显著高于1980s及以前的品种,1990s及之后品种产量的递增主要归功于穗粒数的增加。其最高产量的施氮量显著高于1980s及以前的品种,低氮条件下不同年代品种间的生产力差异不显著。随年代的递进,水稻品种的氮肥农学利用率、偏生产力呈现递增趋势,但生理利用率和吸收利用率的变化趋势不明显;茎叶氮含量变化不明显,但籽粒氮含量呈下降趋势。随施氮量的递增,各年代品种植株含氮量均呈现递增趋势,但农学利用率、偏生产力、生理利用率、吸收利用率均呈下降趋势。在低氮条件下1990s及之后品种的氮肥利用效率与1980s及以前品种的差异不明显,但高氮下前者的氮肥利用效率显著高于后者。上述结果表明,虽然辽宁水稻植株生产力提升是品种改良和施肥水平提高的双重作用的结果,但在今后品种选育和栽培技术改进中要进一步协调好高产与资源高效的关系。