外源有机酸缓解水稻幼苗根系铝毒的生理机制

以4种杂交水稻品种为材料,进行溶液培养,测定了不同Al胁迫处理下发芽期幼苗的根长、根重、根电导率以及根系线粒体中重要的活性氧清除酶POD、CAT和APX的变化,研究了水稻幼苗对外源有机酸和Al毒响应的生理机制。结果表明:1.5mmol/L Al胁迫下水稻幼苗根系受到轻微伤害,同时POD和APX活性明显增加,CAT活性变化不大;而添加有机酸后,Al胁迫得到明显缓解,其中琥珀酸的缓解效果最为明显,柠檬酸、苹果酸、柠檬酸 琥珀酸的效果表现出品种的特异性;且加入外源有机酸后,POD和APX活性呈下降趋势,CAT的活性变化相对较小。表明Al胁迫引起水稻根细胞线粒体中活性氧代谢平衡发生变化,而有机酸的加入调节了Al胁迫下根系细胞线粒体中活性氧清除酶的活性,从而缓解了发芽期水稻幼苗的Al毒。     

施肥深度对春小麦根系分布及后期衰老的影响

施肥深度对春小麦根系分布及后期衰老影响的盆栽试验结果表明,施肥深度可以改变小麦根重及根长密度在不同土体中的分布,较深层次(20~30cm)的施肥,有利于下层土壤中根重、根长密度及根系活性的提高,同时增加旗叶叶面积和净光合速率,并使小麦根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性保持较高的水平,抑制过氧化产物丙二醛(MDA)的产生,延缓根系衰老,最终使小麦产量明显提高。     

土壤肥力和施氮量对小麦根系氮同化及子粒蛋白质含量的影响

采用田间土柱栽培的方法,研究了不同土壤肥力条件下施氮量对小麦根系氮素吸收、同化及子粒产量和蛋白质含量的影响。结果表明,小麦浅层根系衰老开始的时间比深层根系早,深层根系对小麦生育后期氮素吸收具有重要的作用。增施氮肥或土壤肥力高有利于小麦根系的生长发育,提高了根系活力和氮素同化关键酶的活性,延缓了根系的衰老,提高了小麦子粒产量和蛋白质含量。     

一次性施用控释肥对水稻根系活力及养分吸收特性的影响

采用盆栽试验,研究了一次性施用控释肥对水稻根系活力及养分吸收特性的影响。结果表明,在等养分量下,控释肥BNCRF和BRCU处理较专用肥分次施用的SNRSF处理能提高水稻生育前期、中期根系伤流强度,显著提高全生育期伤流液的氨基酸态氮输出强度;明显增加了根系总吸收面积和有效吸收面积。同时,BNCRF处理在前、中期氮、磷吸收速率显著增强,BRCU处理仅在生育中期显著提高。采用低钾控释肥BLCRF处理,水稻前期伤流强度、氨基酸态氮输出强度及吸收面积均较小,但中、后期明显增高,氮、磷吸收速率与高钾含量的SNRSF处理相当。说明一次性施用控释肥能显著增强根系活力,提高生育中期养分吸收速率,改善水稻根系生理功能。     

缓/控释肥对杂交水稻根系形态、生理特性和产量的影响

以杂交中稻F优498为试验材料,采用两因素裂区试验研究4 种氮肥种类（尿素一道清、尿素常规运筹、硫包膜缓释肥、树脂包膜控释肥）在不同移栽秧龄施肥对水稻不同生育期根系形态及籽粒产量的影响。结果表明,在秧苗3叶1心、 5叶1心移栽时水稻在结实期的总根长、根系体积和根系伤流强度比7 叶1 心移栽时高。与施用尿素相比,施用缓/ 控释肥显著增加了根干重、总根长、根系体积和根系伤流强度。在不同移栽秧龄下,施用缓/控释肥均能促进水稻根系生长并向土壤深层分布,保持根系活力。相关分析表明, 水稻籽粒产量与抽穗后的根干重、总根长、根系表面积、伤流强度和10 cm以下的根系分布比例呈显著或极显著正相关。综合根系形态生理与产量表现,5 叶1心移栽、施用树脂包膜控释肥,为本试验的最佳处理。     

水稻生育后期根系响应氮肥调控的蛋白作用机制分析

以大穗型水稻‘金恢809’为试验材料,设置前氮后移(施氮量的30%作基肥,30%作蘖肥,30%作穗肥,10%作粒肥)及传统氮肥(施氮量的40%作基肥,30%作蘖肥,30%作穗肥)施用两种处理,并采用双向电泳技术分析了水稻生育后期根系对前氮后移调控的蛋白响应机制。通过构建的不同氮肥处理下水稻开花后15 d根系蛋白2-DE电泳图谱,并结合MALDI-TOF/MS分析,共成功鉴定到57个出现差异表达的蛋白,其中40个在前氮后移处理下上调表达,17个下调表达。依据其蛋白功能可以归为12类,主要涉及信号转导,氨同化,胁迫与防御,糖酵解,三羧酸循环,氨基酸代谢、蛋白合成及折叠等代谢途径。研究发现水稻生育后期根系GTP结合的核蛋白、GDP解离抑制因子、液泡型H+-ATP酶亚基C会响应氮肥的调控而出现表达变化,并将信号传递到电压依赖性离子通道蛋白、液泡型ATP酶亚基C以及膜联蛋白p35,进而调节根系细胞间物质运输与信息的传递。本研究结果还表明,前氮后移的施肥方式,通过适当增加水稻生育后期氮肥的施用,调节根系糖类转换、糖酵解及三羧酸循环相关蛋白的表达,增加了根系ATP的供应;通过增强根系中清除过氧化氢系统及防御相关蛋白的表达,延缓了根系的衰老;通过上调谷氨酸脱氢酶、天冬氨酸转氨酶和谷氨酞胺合成酶的表达丰度,促进了根系对土壤中氮元素的吸收与转运。研究结果对于进一步明确水稻根系响应氮素调控的分子生态特性具有重要的理论与实际意义。     

冬小麦根系对施肥深度的生物学响应研究

施肥深度对冬小麦根系分布及后期衰老影响的根管栽培试验结果表明,施肥深度可改变不同土体中小麦根重及根系活性,较深层次(50～100cm)施肥有利于小麦根长增加和下层土壤中根重及根系活性的提高,同时可增加旗叶叶面积和净光合率,并使小麦根系SOD和POD活性保持较高水平,抑制过氧化产物MDA的产生,延缓根系及旗叶衰老,明显提高小麦产量。施肥过深(150cm)虽能诱导根系下扎,但小麦总根重和产量却均有所下降。     

氮肥运筹方式对杂交水稻干物质积累和产量的影响

以杂交中籼稻Ⅱ优2027和36优959为材料,在施氮量240 kg/hm2条件下,研究氮肥运筹方式对杂交水稻产量及构成因素和干物质积累的影响。结果表明,水稻产量、干物质积累随氮追肥用量的合理提高而增加,但后期施氮比例过高则不利于产量、干物质积累和形成良好的构成因素。氮肥运筹以4∶3∶3(基肥∶分蘖肥∶穗肥)较为合理,两个水稻品种产量最高,分别达8314.8 kg/hm2和9399.5 kg/hm2。干物质积累和根干重最高,生育后期干物质积累强度最大。     

硫膜和树脂膜控释尿素对水稻产量、光合特性及氮肥利用率的影响

本试验以控释期为90d的硫膜（SPCU）和树脂膜（PCU）控释尿素为材料,通过盆栽试验,研究了硫膜和树脂膜控释尿素对水稻产量、 光合特性及氮肥利用效率的影响。结果表明,与普通尿素（U）一次基施相比,控释尿素各处理均能显著提高水稻子粒产量、 氮肥表观利用率和农学效率,增幅分别达15.1%~51.4%、 64.5%~14.11%和5.4~18.2 kg/kg;显著提高水稻生育中后期叶片净光合速率;提高水稻生育中后期的SPAD值。与普通尿素分次施用相比,树脂膜控释尿素及硫膜控释尿素和普通尿素以7∶3比例一次性施入的处理能显著提高水稻子粒产量、 氮肥农学效率以及水稻收获后的土壤全氮和碱解氮含量,其增幅分别为7.9%~31.7%、 3.3~13.0 kg/kg、 2.2%~17.6%和13.2%~22.0%;显著提高叶片中后期的净光合速率,且以树脂膜控释尿素100%一次基施的处理最高。施用树脂膜控释尿素的各处理较普通尿素均能显著提高水稻的氮肥生理效率。树脂膜控释尿素比硫膜控释尿素表现出更好的水稻增产效应和氮肥利用效率,更能有效延缓叶片衰老,实现水稻氮素的高效利用。     

控释氮肥的氮素释放特征及其对水稻的增产效应

采用浸水释放试验和水稻田间试验方法研究了疏水性材料有机高分子聚合物包膜控释氮肥的释放特征,并以普通氮肥作对照研究了包膜控释氮肥对水稻的增产效应。研究结果表明,包膜控释氮肥养分释放达到了控释效果;与普通氮肥相比,施用控释氮肥有效提高了稻田土壤中碱解氮和铵态氮含量,促进了水稻植株和根系对氮素的吸收利用;两种处理的水稻总生物量差异不显著,但是在籽粒产量上,控释氮肥各处理两年的试验结果均比普通氮肥增产10%~40%,尤其是控释氮肥施用量为普通氮肥1/3时仍有增产效果,2003年高达15·1%;在当地稻田条件下,2002年控释氮肥氮素利用率最高达到了51·2%。采用疏水性包膜材料有机高分子聚合物包膜的控释氮肥比普通氮肥具有控制释放、促进水稻吸收氮素养分、提高籽粒产量和肥料的当季利用率与降低施肥量的优越性。     

施用控释氮肥对减少稻田氮素径流损失和提高水稻氮素利用率的影响

采用渗漏池模拟研究了洞庭湖区双季稻种植条件下施用控释肥料对氮素径流损失、水稻产量和稻株氮素含量的影响。结果表明,施用等N量控释氮肥 (CRNF) 和70%N量控释氮肥 (70% CRNF) 的处理总氮 (TN) 径流损失量比施用尿素处理 (CF) 分别降低了24.5%和27.2% (P0.05)。主要是施用控释氮肥显著降低了水稻前期 (施肥后10 d内)的径流水中氮素浓度。与施用尿素相比,两种土壤上施用控释肥的早、晚稻产量均明显提高,特别是在河沙泥上,稻谷总产量以70% CRNF处理最高,比尿素处理增产4.95% (P0.05)。控释氮肥能明显提高水稻生长后期的植株和子粒中的N含量;在水稻增产显著的河沙泥上,70% CRNF处理的早、晚稻子粒N含量较CF处理提高了9.4% (P0.05)和23.3%(P0.01);其氮素利用率高于施用全量尿素的CF处理。     

2种缓/控释肥对滨海盐碱地区水稻产量及氮代谢的影响

为实现节本增效稻作,缓解大量、多次追肥引发不良环境效应,以中晚熟粳稻"盐丰47"为试材,设常规化肥、中科虹稳定性复合肥、炭基肥料3种处理及空白对照组,研究缓/控释肥对水稻生长发育、氮代谢酶活性及产量构成的影响。结果表明,施用2种新型肥料的产量与常规处理相比无显著差异。从产量构成来看,中科虹稳定性复合肥和常规化肥高产主要归因于较多的有效穗数,而炭基肥料依靠较高水平的穗粒数、结实率和千粒重维持产量;从氮代谢角度分析,2种新型肥料提高了齐穗期水稻功能叶硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、亚硝酸还原酶(NiR)活性及可溶性蛋白含量,而常规处理谷氨酸合成酶(GOGAT)活性显著高于其他处理和空白对照组。中科虹稳定性复合肥中硝化抑制剂、脲酶抑制剂等组分保证了较长的养分释放周期,改善了植株生长关键阶段氮代谢能力,特别是分蘖末期起保蘖增穗的作用;而炭基肥料中生物炭等有效组分增强了土壤养分固持能力,提高了可提取态养分含量及其有效性。因此,科学施用中科虹稳定性复合肥和炭基肥料可在稳产基础上减少化肥用量(较常规处理分别减少151.50,187.50 kg/hm~2),对肥料投入较高的滨海盐碱地区发展绿色可持续农业具有应用价值。     

有机-无机肥配施对水稻产量、品质及氮素吸收的影响

通过田间试验,研究氮施用量相同的条件下,有机肥和化肥不同比例（有机肥氮分别占100%、70%、40%、20%和0%）,对早稻、晚稻及单季稻施用对水稻产量、品质和氮素吸收的影响。结果表明,有机肥氮为40%、20%、40%时,早稻、晚稻和单季稻产量最高,分别比单施化肥区增8.5%、2.8%和4.6%。有机肥氮在20%～40%之间,稻米品质较佳,比例过高则稻米易碎、垩白上升和蛋白质含量下降。有机肥氮为20%水稻氮素累积量最高,有利于氮素的吸收、利用。     

控释氮肥全量基施对宁夏引黄灌区水稻氮素利用效率和淋失的影响

利用田间小区试验研究了控释氮肥全量基施对宁夏水稻产量、氮素利用效率和淋洗损失的影响,为控释氮肥全量基施技术在宁夏引黄灌区应用提供技术依据。以"宁粳50号"水稻品种为研究对象,以不施氮肥(CK)为对照,参考农民常规施肥(FP)施氮量,设置了4个控释氮肥减量施用处理:控释氮肥135 kg/hm~2(C-135)、控释氮肥180 kg/hm~2(C-180)、控释氮肥225 kghm~2(C-225)和控释氮肥270 kg/hm~2(C-270)。对水稻产量、氮素吸收和利用效率、水稻生育期不同深度淋溶水浓度和淋失量进行测定和分析。结果表明:C-180处理和C-225处理在氮肥用量分别降低了25%和40%的条件下,水稻籽粒产量没有降低,原因在于提高了水稻的有效穗数和穗粒数。与FP比较,控释氮肥施氮量控制在270 kg/hm~2以下时,控释氮肥全量施用各处理氮肥利用率显著提高,C-135、C-180、C-225处理氮肥利用率分别比FP处理提高了10.22,11.10,12.75个百分点。控释氮肥各处理水稻生育期内田面水和不同土体深度淋溶水中的TN浓度均低于FP处理,且延迟了田面水中TN浓度峰值出现的时间,减少了因稻田排水和径流导致的氮素损失。FP处理全生育期氮素淋洗损失总量为24.57 kg/hm~2,控释氮肥各处理素淋洗损失总量在11.54～17.35 kg/hm~2,其中C-180,C-225处理总氮淋失量分别比常规施肥降低了46.17%和49.40%。综合考虑水稻产量和氮素损失因素,宁夏水稻控释氮肥全量基施适宜施氮量在180～225 kg/hm~2。     

稻草不同还田方式对双季水稻产量及稻米品质的影响

通过2年田间定位试验,设置施肥区稻草还田（NPK+S）、 稻草烧灰还田（NPK+SI）和稻草不还田（NPK）以及相对应的不施肥区对照共6个处理,研究了不同稻草还田方式对双季水稻产量及稻米品质的影响。结果表明, 在施用等量氮、 磷、 钾养分条件下, NPK+S处理具有提高早稻分蘖数及成穗率、 中后期叶面积指数及地上部干物质量,增加叶片叶绿素含量（SPAD值）, 增加水稻单位面积有效穗数的显著作用,但对晚稻的作用不明显; 早稻NPK+S处理的产量较其他两个处理两年平均增幅为3.78%~8.77%, 晚稻随着稻草还田次数的增加,NPK+S与NPK+SI处理的产量趋于接近,但较NPK处理增产5.66%~7.32%。不施肥条件下,稻草还田（CK+S）处理对早、 晚稻生长发育的影响明显大于稻草烧灰还田（CK+SI）和稻草不还田（CK）, 且其早、 晚稻产量也极显著高于后两个处理。研究还发现,稻草还田能提高早、 晚稻的稻米食味品质,但降低其外观品质和营养品质以及晚稻稻米的加工品质。以上结果说明,进行稻草全量还田对持续提高双季水稻产量具有重要意义。     

功能叶早衰突变体水稻后期自然衰老的生理特性研究

生育后期功能叶早衰已成为限制杂交水稻产量和品质发挥的重要因素。为探究生育后期功能叶早衰生理特性的变化,以生育后期功能叶早衰的突变体(ospls2)和野生型水稻浙恢7954为材料,对其生育后期上部3片功能叶的叶绿素含量、叶绿素荧光、活性氧(ROS)、抗氧化保护酶系统和可溶性糖进行比较分析。结果表明,突变体ospls2功能叶叶绿素含量、叶绿素a/b值和PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)均随着生育后期叶片的衰老明显降低,且明显低于相同叶位的野生型,初始荧光(F₀)表现则相反;在水稻生育后期,突变体ospls2功能叶的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均明显低于野生型,且随着叶片的衰老明显降低。其中,CAT活性的降低时间晚于APX,表明在水稻生育后期叶片自然衰老过程中,突变体ospls2功能叶H₂O₂含量早期上升主要与APX活性降低有关,而后期的升高则与CAT活性的降低有关。POD活性在水稻叶片自然衰老过程中可能与ROS合成有关,而并未起到抗氧化保护酶的功能。本研究为水稻生育后期耐早衰品种的选育提供了理论依据。     

长期氮肥减量深施对双季稻产量和土壤肥力的影响

  【目的】  合理减少氮肥用量是解决我国当前稻田生态系统氮素损失量大、氮肥利用率低等问题的重要途径。然而，长期减少氮肥投入能否维持水稻产量和稻田土壤肥力还不清楚。以我国南方典型红壤双季稻田为研究对象，系统分析连续7年化肥深施结合不同氮肥用量措施下双季稻产量、氮肥偏生产力、根际土壤速效养分含量和土壤肥力的差异特征，探讨长期氮肥减量的可行性，为制定适宜的双季稻田氮肥管理措施提供科学依据。  【方法】  于2012年，在中国科学院桃源农业生态试验站开始设置氮肥减量深施长期定位试验，以常规施氮 (CF，早、晚稻施氮量均为N 150 kg/hm2，基追肥均为表层撒施) 为对照，基于化肥深施，设置3个氮肥水平 (N1，减氮30%；N2，减氮23%；N3，减氮16%)。每年早、晚稻收获计产，并于2018年早、晚稻分蘖期、拔节期和成熟期采集水稻根际土壤，测定土壤无机氮、有效磷和速效钾含量，同时测定晚稻成熟期根际土壤pH、有机碳和全量养分含量，研究长期氮肥减量深施对双季稻产量和稻田土壤肥力的影响。  【结果】  与CF处理相比，深施条件下，减氮16%～30%处理早、晚稻分蘖期根际土壤无机氮和速效钾含量无显著变化，但减氮23%和30%处理早稻分蘖期根际土壤有效磷含量显著降低；拔节期和成熟期根际土壤NH₄+-N和NO₃–-N含量分别提高了4.26%～109.00%和2.56%～65.50%，有效磷和速效钾含量分别提高了3.10%～32.60%和5.94%～42.40%，保证了双季稻生育中后期氮磷钾养分的稳定供应。在化肥深施基础上，连续7年减少16%～30%氮肥用量提高了氮肥偏生产力，早晚稻增产4.37%～32.70%，并维持土壤有机质和全量养分含量的稳定。  【结论】  结合化肥深施，在常规氮肥用量(150 kg/hm2)基础上减少30%氮肥投入，双季稻根际土壤速效养分含量不会降低，甚至高于撒施。因此，长期减施氮肥结合深施可以维持双季稻的产量和稻田土壤肥力的稳定，显著提高氮肥偏生产力。     

夜温升高对双季水稻物质生产与养分吸收的影响

利用两间玻璃室不同的夜间温度条件, 研究了水稻生长期间夜温升高对双季早、晚稻物质生产和养分积累的影响。结果表明: 夜温升高对双季早稻的生物产量没有影响, 但可显著提高晚稻生物产量。早稻穗分化前夜温升高可增加物质积累量, 而穗分化后则减少物质积累量; 夜温升高减少晚稻幼穗分化至抽穗期间的物质积累, 而增加其他生育期的物质积累。夜温升高加速早稻剑叶衰老, 而对晚稻无显著影响。夜温升高对水稻氮素积累影响较小, 对磷、钾积累影响较大。其中, 播种至幼穗分化夜温升高有利于早稻稻株的养分积累, 而幼穗分化后不利于养分积累; 夜温升高不利于晚稻播种—抽穗的养分积累, 而有利于抽穗后的养分积累。试验表明, 夜温升高对不同季水稻及水稻不同生育期物质生产与养分吸收的影响存在差异。