水稻氮素和叶绿素SPAD叶位分布特点及氮素诊断的叶位选择

 【目的】研究分析水稻氮素和SPAD值的叶位分布特点，并试图提出SPAD计诊断氮素营养状况的最佳测定叶位。【方法】在95-38、武育粳3号、镇稻5394、9915等4个粳型品种和1个籼型品种R161-10的盆播氮肥试验和宁粳2号大田氮肥试验的基础上，研究水稻氮素和叶绿素含量（SPAD值）随叶位的空间分布特征，并对不同叶位叶片的含氮率、叶绿素含量、SPAD值之间及其与总叶片含氮率和植株含氮率之间的相关性进行分析，比较不同叶位叶片SPAD测定值的变异系数。【结果】水稻不同叶位叶片含氮率、叶绿素含量、SPAD值均存在差异，增加施氮量能提高叶片含氮率、叶绿素含量和SPAD值，同时减少叶位间的差异；SPAD值对氮素的敏感性顺序为顶4叶、顶3叶和顶2叶，而顶1叶的敏感性排序因品种不同而不同；穗分化期、齐穗期和成熟期均以顶3叶与总叶片及植株含氮率相关系数最高；且适宜氮素水平下，穗分化期顶3叶SPAD值的变异系数最小。【结论】以某一特定叶片的SPAD值或以叶色差的大小来诊断水稻氮素营养状况和推荐水稻穗肥施用时，顶3叶是较为理想的指示叶或参照叶。     

不同氮素水平下水稻叶片及相邻叶位SPAD值变化特征

通过大田试验,研究在3种不同施肥方案和6个施氮水平下,水稻植株整个生长周期SPAD值的变化情况以及水稻分蘖、孕穗和抽穗3个重要时期主茎顶1叶至顶4叶的SPAD值分布变化特征。结果表明:水稻整个生长期叶色呈现"黑黄"交替的变化规律,而主茎顶4叶对氮素供应盈缺的反应最为敏感,可作为反映水稻N素营养状况的理想指示叶;对水稻主茎上各个相邻叶位的SPAD差值与施氮水平之间的相关性比较发现,顶4叶和顶3叶的SPAD差值(SPADL4-L3)与施氮水平之间存在明显的相关性,随着施氮水平的提高,顶4叶与顶3叶间的SPAD值差异逐渐缩小,且这一结果不受施肥条件和水稻生长时期的影响,因此,也可以利用SPADL4-L3值作为水稻整个生育期N素营养状况实时诊断的指标。     

关于用水稻“顶3顶4叶叶色差”作为高产群体叶色诊断统一指标的再论证

【目的】进一步论证用水稻"顶3顶4叶叶色差"作为高产群体叶色诊断的统一指标。【方法】以2001—2002年的试验结果进行再论证。选择叶色(SPAD)差异较大的金南风、9915、越光、9325等4个粳稻材料,白稻、H97-322等2个籼稻材料;通过不同施氮量试验,用SPAD-502型叶绿素计于有效分蘖临界叶龄期(N-n)、倒2叶期和齐穗期测定全株各叶的SPAD值,比较单叶SPAD值、顶3顶4叶色差跟植株含氮率、产量形成的关系差异。【结果】单叶SPAD值品种间或生育期差异很大,难以用某一叶的SPAD值诊断氮素营养状态,而在生育各期会出现顶4顶3、顶4=顶3和顶4顶3三种叶色差,是氮素不足、正常和过剩的生理反映;单叶的SPAD值与分蘖率、成穗率、每穗颖花数和结实率之间没有规律性的关系,不能作为共同诊断指标,而顶3顶4叶叶色差和产量三因素的形成存在规律性的变化关系;单叶SPAD值不能作为产量诊断的指标值,而在N-n叶龄期、倒2叶龄期和齐穗期3个叶龄期顶3顶4叶色差值相等的群体,均可以获得最高的产量。【结论】顶3叶顶4叶叶色差是稻体氮素营养水平的表观指标;单叶SPAD测定和顶3顶4叶色差诊断配合,可以准确诊断水稻植株氮素的丰亏。     

施氮量对棉花叶位SPAD值的影响及棉花氮素营养诊断

在不同施氮量和不同质地土壤条件下,研究了氮素水平对棉花叶片含氮量和叶绿素含量的影响。研究表明,棉花不同生育时期叶片含氮量不同,苗期、蕾期、花铃期、铃期叶片含氮量分别为28.1、27.4、32.2、30.9 g·kg^-1。在各时期不同处理的叶片含氮量,均表现出相同的规律,即随施氮水平的提高,棉花叶片含氮量增加。土壤质地不同（砂壤土、粘壤土）时,高、中、低产棉田棉花叶片含氮量存在差异;随着施氮量的提高,棉花叶片含氮量随之提高,同时棉花不同叶位间的含氮量更加接近。对叶绿素的分析表明,不同施氮水平下,叶绿素含量差异显著;相同施氮水平下,不同叶位叶片SPAD值差异显著;施氮量增加能够提高棉花叶片的SPAD值,同时减小棉花不同叶位间SPAD差值的大小。初花期和花铃期顶1叶的叶位差指数PDI与棉花叶片含氮量的相关性最高,可以用叶位差指数作为衡量棉花氮素状况的指标。     

水稻氮素供需差与不同叶位叶片氮转运和衰老的关系

 采用去穗和疏花方法调节稻穗氮需求量 ,研究了水稻氮素供需差 (NSDB)对不同叶位叶片氮转运和衰老的影响。结果表明 ,在NSDB <0的条件下 (对照 ) ,植株上部 4张叶输出氮素 ,叶片正常衰老 ;随NSDB提高 ,顶部叶片尤其是顶 4叶的氮素输出显著减少 ,叶片MDA含量下降 ,SOD和CAT酶活力提高 ,上位叶与下位叶之间的叶色差缩小 ;当NSDB >0以后 (去穗 ) ,上部 4叶的氮积累量不仅未减少 ,相反还有显著的增加 ,叶片的衰老进程被延缓。研究证实顶 4叶叶色受氮素供需差的影响最大 ,当土壤供氮不能满足库需氮时 ,顶 4叶叶色浅于顶 3叶     

水稻灌浆中后期功能叶中叶绿素含量及其变化趋势与谷物产量关系研究

对5个抗早衰能力有明显差异的籼稻恢复系灌浆中后期上3片功能叶的相对叶绿素含量(SPAD值)进行测定,分析了叶绿素含量及其变化趋势与谷物产量的关系.结果表明,水稻灌浆中后期各功能叶中叶绿素含量与单穗粒重关系最为紧密,但相关性未达显著水平;抽穗后15～20d之间,剑叶和倒二叶中叶绿素降解速率与单株粒重呈分别呈显著和极显著负相关,而倒三叶中叶绿素降解速率与单株粒重相关程度较低,育种上选择抽穗后15 ～20 d期间剑叶和倒二叶叶绿素降解速率较慢的恢复系作为父本将有利于提高杂交水稻的籽粒产量.     

不同施氮量对水稻株型特征和穗部性状的影响

以常规粳稻品种武粳15号为材料,设5个施氮量处理,研究了不同施氮量下水稻株型及穗部性状的变化及其相关性。结果表明,水稻剑叶的长、宽、质量随着施氮量的增加而增加,ST(300kg/hm2)处理最大,三者分别为28.10cm、1.22cm、0.18g,随后降低。倒二叶长和质量的表现与剑叶一致,处理ST-15(255kg/hm2氮)、ST、ST+15(345kg/hm2氮)的叶宽均较宽,但差异不大。倒三叶的长、宽、质量随着施氮量的增加而增加,随后降低,长度最大值出现在ST+15处理,为39.68cm,宽度和质量最大值出现在ST处理,分别为1.13cm、0.21g。影响穗质量的上三叶因子主要是上三叶质量,尤其是倒三叶质量,相关系数为0.929。影响穗质量的节间是上二节,相关系数为0.927,上二节间越长,穗质量越高。不同施氮水平的源库特征变化趋势一致,库源比均以ST处理为最高。株高与单株穗质量相关达到显著水平,相关系数为0.928。上三叶的宽度对单株产量的影响较大。所有节间与单株穗质量呈正相关,但均未达到显著水平。     

不同生育期水稻品种氮素吸收利用的差异

 【目的】研究不同生育期类型水稻品种氮素吸收利用的差异,分析提高其氮素吸收利用的途径。【方法】在群体水培条件下,以88—122个常规籼稻品种（2001—2002）、94个常规粳稻品种（2008—2009）为材料,测定生育期、各器官干物重和氮素含量、产量及其构成因素等,采用组内最小平方和的动态聚类方法将供试品种按播种到抽穗日数（为方便描述本文统称为生育期）从低到高依次分为A、B、C、D、E、F 六类,研究各类品种氮素吸收利用的差异及其原因。【结果】生育期长的品种抽穗期和成熟期氮素累积量大（籼稻）或较大（粳稻）,但结实期吸氮量并无优势;生育期长的品种植株含氮率较低（粳稻）或品种间差异较小（籼稻）,单位面积穗数较少（籼稻）或品种间差异较小（粳稻）,但其生长日数多、干物质生产量大、单穗吸氮量较大、单穗吸氮强度大（籼稻）或较大（粳稻）,干物质生产量、单穗吸氮量、单穗吸氮强度对吸氮量的作用分别大于植株含氮率、单位面积穗数、生长日数对吸氮量的作用;生育期长的品种氮素籽粒生产效率低（籼稻）或中等偏大（粳稻）,氮素干物质生产效率较大（粳稻）;生育期长的品种抽穗期、成熟期茎鞘叶中氮素分配比例大,穗中氮素分配比例小或较小（成熟期粳稻）。【结论】生育期长的品种吸氮能力强（籼稻）或较强（粳稻）,氮素籽粒生产效率低（籼稻）或中等偏大（粳稻）。生育期长的品种植株含氮率、穗数或小或无优势,但生长日数、干物质生产量、单穗吸氮量、单穗吸氮强度大。促进干物质生产,提高单穗吸氮强度和单穗吸氮能力有利于提高生育期长的品种氮素吸收量。无论是籼稻品种还是粳稻品种,促进营养器官中氮素向穗部运转,减少茎鞘叶中氮素分配比例,均有利于生育期长的品种氮素利用效率的提高。对粳稻品种而言,成熟期较低的植株含氮率也是生育期长的品种氮素利用效率高的重要因素。     

籼粳杂种一代部分株叶型性状和生理特性的研究

6个籼粳杂种一代的分蘖力、株高、穗长、上部三片叶面积超过高亲值或对照(汕优63)分别达到显著或极显著水平,叶片夹角偏向小值亲本,穗颈长、叶片厚度、含水量表现双亲均值,正向或负向优势均未达显著水平。分蘖期至乳熟期的单株叶面积、叶片含氮量的正向优势均达到显著或极显著水平,叶绿素含量在分蘖盛期未表现明显的优势,抽穗期至乳熟期则显著或极显著超过高亲值或对照。各主要生育时期的过氧化氢酶活性均具有明显的优势,过氧化物酶活性前期较低。抽穗期到乳熟期则极显著超过高亲值和对照。     

具有黄绿叶标记的香型籼稻不育系选育研究

【目的】转育成携带有标记性状的实用香型籼稻三系不育系及保持系。【方法】利用常规杂交自然分离突变体黄绿色叶片、有香味植株,转育成带有标记性状和香味的实用型不育系。【结果】选育的黄绿叶片突变体不育系其叶色自苗期至成熟期均表现为黄绿色,与正常叶色极易区别,并且未发现黄色退化现象。采用热水法鉴别具有香味的株系转育成带黄绿叶标记的香型籼稻不育系,其株高在41.5—56.5cm,植株叶片及谷粒颖壳呈黄绿色,其中叶鞘、叶耳及叶片边缘呈紫红色,分蘖力中等;其中黄标3A的穗长24.9cm,穗子着粒数145.0粒,谷粒呈长粒梭状形;千粒重28g,播始期85d,其保持系基部结实好,充实饱满。柱头呈紫黑色,柱头较大、而外露好。与恢复系测交、常规杂交的正、反交,其F1代均表现为正常绿色;测交、常规正、反交F2代群体平均分离比例分别为:2.92﹕1、2.76﹕1和2.96﹕1,经卡方检测,F2代群体分离符合3﹕1比例,表明黄绿色叶片呈隐性遗传,受1对隐性基因控制。【结论】黄绿叶标记不育系带有香味,且叶色与正常叶色有显著差异,受1对隐性基因控制。黄绿色叶片这一标记性状遗传稳定。与不同恢复系配组,F1代表现一般配合力强,可恢复性好。     

不同株型小麦功能叶片的光合速率及对粒重的影响

选用紧凑类型小麦品种济麦20,半紧凑类型小麦品种百泉3039,松散类型小麦品种扬麦16为试验材料,对不同叶位叶绿素含量、光合速率及对小麦强势粒和弱势粒重影响进行了分析,结果表明：不同株型小麦冠层叶片旗叶叶绿素含量差异不显著,而倒二叶、倒三叶叶绿素含量差异显著,松散株型和半紧凑株型小麦倒二叶、倒三叶的叶绿素含量差异不显著,但均显著高于紧凑株型;不同株型小麦冠层叶片的光合速率差异不显著,但是不同叶位叶片的光合速率差异极显著,表现为旗叶〉倒二叶〉倒三叶;旗叶对籽粒的贡献最大,且对倒二叶和倒三叶的缺失具有补偿效应,如果小麦冠层三片功能叶片全部缺失对籽粒千粒重的致损率可达29．83％～33．04％。     

施肥量与留叶数对烟叶产值量及化学成分的影响

为探讨施肥量与留叶数对烟叶产值量及化学成分的关系,在楚雄进行了施肥量(72kg/hm2、90kg/hm2、108kg/hm2)与留叶数(15片、18片、21片)两因素三水平试验,结果表明:随施肥量的增加烟株茎围、节距、田间叶面积系数增大;烟株患白粉病及赤星病机率增加,病情指数增大;烟叶产量、产值及上等烟比例增加;烤后上部烟叶比叶重随之增大;上部烟叶的总氮、烟碱含量增加,糖碱比变小。随留叶数的增加烟株封顶株高增高、田间叶面积系数增大;烟叶产量、产值增加,但上等烟比例减少;烤后上部烟叶比叶重随之减小;上部烟叶的烟碱含量降低,糖碱比变大;烟叶化学成分趋向不协调。因此不能盲目增加施肥量与留叶数,以施肥90kg/hm2、留叶18片的处理化学成分最协调。     

基于图像特征的水稻叶片全氮含量估测模型研究

探究水稻叶片生长外部颜色、几何形态特征与其全含氮量之间的定量描述关系,可以快速且准确地诊断水稻氮素营养状况。研究筛选了全氮含量估测敏感叶位,并比较了基于多元线性回归和机器学习方法的水稻敏感叶位全氮含量估测模型,为构建高性能的氮素营养定量诊断模型提供思路和方法。水稻田间试验于2017—2018年在江西省南昌市成新农场进行,供试水稻品种为两优培九,设置4个施氮水平(施氮水平从低到高为0、210、300和390 kg·hm^-2)。在水稻幼穗分化期和齐穗期,分别扫描获取水稻顶部第一完全展开叶叶片(顶1叶)、顶部第二完全展开叶叶片(顶2叶)以及顶部第三完全展开叶叶片(顶3叶)图像,共4 800张图像。通过图像处理技术获取25项水稻扫描叶颜色和几何形态特征,采用多元线性回归进行全氮含量估测,筛选出两个时期的敏感叶位,并应用机器学习方法建立水稻敏感叶位的全氮含量估测模型。与人工测量相比,通过图像处理方法获取的水稻叶片长宽平均相对误差分别为0.328%、3.404%;幼穗分化期顶3叶和齐穗期顶2叶较其他同期叶位更为敏感,且以幼穗分化期顶3叶最为敏感;应用机器学习建立的水稻敏感叶位全氮含量估测模型略优于多元线性回归模型,且采用BP神经网络建模最佳,幼穗分化期顶3叶模型验证集的RMSE_v=0.089、MRE_v=0.034、 $R^{2}_{v}$=0.887,齐穗期顶2叶模型验证集的RMSE_v=0.132、MRE_v=0.046、$R^{2}_{v}$=0.820。幼穗分化期顶3叶和齐穗期顶2叶的叶片图像特征最具有代表性,进行全氮含量估测更具可行性,可作为水稻氮素营养诊断的有效叶位。     

樟树叶片示踪高速路附近大气氮沉降

[目的]研究维管束植物组织监测大气氮沉降的可行性。[方法]在距高速路不同距离的地点采集不同树冠位置的樟树叶片及其下方的根际土壤,按照叶片面积大小对叶片进行分类,用元素分析仪分析叶片和土样所含氮量,统计分析叶片年龄、污染源和树冠对樟树叶片的影响。[结果]大叶片氮含量显著低于中叶片和小叶片;叶片氮含量随着离高速路距离的增大逐渐降低,而且差异显著,其与土壤氮含量变化无一致趋势;树冠不同位置氮含量也有差异：树顶叶片氮含量显著高于树底和树沿。这说明在土壤条件不同的情况下,樟树叶片也可以很好地指示大气氮沉降。[结论]维管柬植物监测大气环境具有可行性。     

基于中红外光声光谱的梨树叶片氮含量的测定

【目的】利用光谱学手段,寻找一种快速、简单的梨树叶片中氮含量的诊断方法。【方法】应用傅里叶变换中红外光声光谱仪（FTIR-PAS）研究环渤海湾地区4个梨试验站200个梨园叶片的光声光谱特征,采用偏最小二乘法（PLSR）对叶片氮素含量进行建模和预测。【结果】通过分析PLSR中的主成分数和样本氮素浓度范围对PLSR定量预测能力的影响,当烟台、泰安、昌黎、营口试验站及综合的主成分数分别为6、6、6、4和8时,所建模型最优;用所建的5个模型预测了未知样品的氮素含量,发现预测误差（RMSEP）介于1.26-2.18 g•kg-1,预测相关系数（Rp）介于0.644-0.806。【结论】FTIR-PAS与PLSR相结合建立的预测模型可满足梨树叶片氮素含量快速、方便检测的需要。     

水稻叶绿素计诊断追氮法研究

长期定位框栽试验结果表明,本地灌溉籼、粳稻分蘖盛期和幼穗分化期叶绿素计读数（ＳＰＡＤ值）与单位面积叶绿素含量、含氮量呈极显著正相关（ｐ＜０．０１）．ＳＰＡＤ值与产量关系可用二次多项式描述．籼稻分蘖盛期和幼穗分化期的标准ＳＰＡＤ值分别为４３．４和４４．３,粳稻分别为４５．５和４６．７．叶绿素计（ＳＰＡＤ－５０２）测定简易、快速,不受光照条件限制,对样品无破坏性．叶绿素计诊断追氮法可望作为亚热带地区灌溉水稻诊断追氮的实用方法．     

Characteristics of Rice Plant with Heavy Panicle

Using 15 indica rice varieties with different panicle weight, some ideal plant type characteristics in heavy panicle type of hybrid rice （HPT） and their relation to yield and its components were studied. Results showed that the leaf area index （LAI） of the HPT varieties was lower than that of medium panicle type （MPT） and light panicle type （LPT） varieties, but its decreasing rate of LAI and efficient LAI after heading was slower and had much higher percentage of efficient LAI, specific leaf weight, and ratio of grain to leaf area （cm^2） in comparison with the MPT and the LPT varieties. The length, width, thickness, and area of top three leaves of the HPT varieties were significantly larger than those of the MPT and the LPT varieties, and these components of top three leaves were significantly and positively correlated with the number of spikelets and filled grains, grain weight per panicle, and grain yield. The flag leaf in HPT varieties was erect with sorrow leaf angle, and their leaf angle of 2nd and 3rd leaf from top increased in sequence. The plant height of the HPT varieties was higher than that of the MPT and the LPT varieties, and their leaf site of top three leaves also increased in sequence. Therefore, HPT varieties as an ideal plant type could increase the utilization efficiency of sunlight energy. The ideal plant type characteristics and their adjuncts for the HPT varieties are proposed in this article.     

精确定量栽培对高海拔寒冷生态区水稻株型及产量的影响

 【目的】研究高寒水稻产量构成和株型特征的关系,明确精确定量栽培对高寒水稻增产的机理。【方法】以当地品种传统粳稻品种大白谷和新品种丽粳10号为试验材料,对抽穗期不同株型特征指标与产量及产量构成的相关分析,研究高海拔地区水稻生长发育特性及其生理生态特点,探讨高寒生态区水稻增产的主攻目标,以精确定量栽培和常规栽培相比较,分析精确定量栽培对高寒生态区水稻株型和产量的影响。【结果】不同产量群体之间株型方面以及有效穗、颖花量等产量构成因子方面都存在着差异,高产群体的显著特征是植株上部三叶叶长较长;上部三叶叶角较小;抽穗期叶片的比叶重大,且与叶片、茎秆及穗部性状关系密切;茎秆各节间配置合理,基部节间短,穗下节间较长;一次枝梗数、二次枝梗数和产量呈显著正相关。【结论】扩库(增加总颖花量)和强源(增加抽穗后LAI,提高比叶重)均可提高高寒生态区水稻产量,水稻精确定量栽培的氮肥运筹、水分管理方面与高产水稻器官建成同步,提高叶面积指数的同时,促进总颖花量的增长,可显著地提高该生态区水稻的产量。     

Digital image analysis and chlorophyll metering for phenotyping the effects of nodulation in soybean

Leaf photosynthesis and rhizobial nitrogen fixation are the two metabolic processes of utmost importance to legume growth and development. As these processes are closely related to each other, measuring of leaf chlorophyll content can provide information on the nodulation and nitrogen fixation status of crop plants. In the present investigation, a number of soybean breeding lines consisting of near-isogenic families which are genetically segregating for the nodulation trait were utilized in field experiments carried out across three growing seasons at Vienna, Austria. For phenotyping leaf chlorophyll content, the Minolta SPAD spectrometer was applied in parallel to a simple leaf digital image analysis procedure based on a commercial digital still camera. The main objectives of the research included the comparison of SPAD metering and image analysis for determination of chlorophyll content, phenotyping of the soybean nodulation vs. non-nodulation characteristic with respect to leaf, agronomic and seed traits, and relating both chlorophyll and image analysis data to seed quality characteristics. Nodulating and non-nodulating soybean lines significantly differed in chlorophyll content from the V5 (five leaves fully developed) soybean developmental stage onwards. Apart from chlorophyll content, leaf size, plant height, number of pods per plant, 1000-seed weight, and seed protein and oil content were also affected by nodulation type. The chlorophyll content of soybean leaves as determined by SPAD metering was significantly correlated (r = −0.937) to the green color value (RGB color model) of leaf image analysis at the R3 (beginning of pod growth) soybean developmental stage. Both chlorophyll content and leaf image analysis parameters were correlated to 1000-seed weight, seed protein and seed oil content. Thus, it appears that these leaf parameters related to photosynthesis and nitrogen fixation could be utilized to determine the nitrogen status of a soybean crop and subsequently in forecasting seed quality parameters of the harvest product.     

水稻叶片SPAD空间分布与氮素营养及种植密度的关系

通过大田试验,研究在4个施氮水平和3个种植密度下,水稻孕穗和抽穗两个时期水稻不同叶位叶片SPAD值的空间分布特征,并对叶片氮素营养和种植密度与不同叶位的SPAD值之间的相关性进行分析。结果表明,随着施氮量的增加,孕穗期SPAD值表现为顶3叶>顶2叶>顶4叶>顶1叶;抽穗期SPAD值表现为顶1叶>顶2叶>顶3叶>顶4叶。不同种植密度对水稻各叶位的SPAD值差异不显著。相关分析发现,孕穗期不同叶位SPAD值与施氮量的相关性顺序是顶4叶>顶3叶>顶2叶;抽穗期不同叶位SPAD值与施氮量的相关性顺序是顶1叶>顶3叶>顶2叶>顶4叶。