小黑麦氮利用效率基因型差异及评价

为小黑麦氮高效基因型育种提供依据,以31个代表不同遗传背景的小黑麦品种为对象,采用盆栽试验,设低氮和正常供氮2个处理,对小黑麦在分蘖期、拔节期和最佳刈割时期抽穗期的氮素利用效率和相关性状指标进行研究。结果表明,小黑麦的氮素利用效率在低氮和正常供氮条件下都有较大的基因型差异,并在抽穗期时变异系数达到最大（低氮条件下CV为19.07 %,正常供氮为19.50 %）。根据小黑麦在两供氮条件下不同生育期的氮素利用效率可将小黑麦分为3个类型:氮高效利用基因型,氮低效利用基因型和中间类型,并由此确定氮高效利用基因型为:CIxt82、PI429186和PI429228,氮低效利用基因型为:CIxt74、CIxt75、CIxt76、PI428955、PI587238和PI587241。小黑麦株高与地上部生物量在两供氮条件下各生育期表现出氮高效利用基因型高于氮低效利用基因型的趋势。相关性分析表明,小黑麦株高和地上部生物量与氮素利用效率呈现较强的正相关性。因此,这两个植株性状可作为小黑麦氮高效利用基因型评价的辅助指标。     

大麦不同氮利用效率品种筛选及GS2基因的表达分析

为探明大麦品种的不同氮利用效率差异及质体型谷氨酰胺合成酶基因的表达差异,以48份大麦品种为材料,并利用不同氮水平营养液水培8周,研究其在低氮(0.4 mmol·L~(-1))、中氮(2.0 mmol·L~(-1))及高氮(5.0 mmol·L~(-1))下根、茎、叶的相关性状,筛选氮高效利用和氮低效利用的大麦品种,并利用qRT-PCR对筛选到的大麦氮高效和氮低效品种的GS2基因表达特性进行分析。结果表明,中氮下,除根干重和根含氮量外,其余的大麦苗期根、茎、叶各生物性状在品种间差异极显著,根据不同氮处理下的48份大麦品种苗期性状以及氮利用效率,筛选到1个氮高效品种(Z0099001)和2个氮低效品种(ARr-91和甘啤7号)。3个氮处理水平下,氮高效品种GS2基因的相对表达量高于氮低效品种,并且氮高效品种和氮低效品种根、茎、叶中GS2基因的相对表达量也各不相同,其中,叶中最高,茎中次之,根中最低。低氮条件下,根茎叶中,Z0099001的GS2基因的相对表达量高于甘啤7号,ARr-91最低。中氮条件下,根、茎、叶中均表现为氮高效品种高于氮低效品种,但在根中差异不显著,茎和叶中差异显著。高氮条件下,3个品种在根中GS2基因的相对表达量较低;在茎和叶中,Z0099001的相对表达量显著高于ARr-91和甘啤7号,且Z0099001叶中GS2基因的相对表达量在所有性状中最高。本研究结果为进一步解析大麦氮高效利用率奠定了基础。     

氮素水平对不同氮效率基因型水稻的物质生产与分配的影响

研究了在群体水培条件下,3种氮素水平(5、15和25mg.kg-1)对6种不同氮效率利用基因型迟熟中粳水稻物质生产与分配的影响。结果表明:氮素水平、基因型对水稻氮素干物质生产效率(NUEdm)、氮素籽粒生产效率(NUEg)均有极显著的影响。6种不同氮效率基因型可分成氮高效和氮低效利用型2类。NUEdm在2类基因型水稻中总体上均随着氮素水平升高呈现上升趋势;而NUEg在氮低效基因型中表现为随氮素浓度升高而先升后降。在水稻的4个关键生育期,不同氮素水平、2类基因型之间水稻干物质积累量差异显著。成熟期,氮素水平对水稻茎鞘、根、穗的干物质分配比例影响显著,对叶片干物质分配比例影响不显著。相同氮素水平下,就平均值而言,水稻茎鞘、叶片、根系干物质比例均表现为氮低效基因型>氮高效基因型,而穗的干物质比例均表现为氮高效基因型>氮低效基因型。氮素水平对不同基因型水稻产量影响显著,同一氮素水平下均表现为氮高效型基因型水稻产量显著高于氮低效型基因型,且施氮量越大差异越大。相关分析表明,水稻各关键生育期的干物质生产量、产量、每穗粒数均与氮素水平、基因型的NUEg、NUEdm显著或极显著相关,与成熟期水稻各器官干物质分配比例相关性则相对较弱。     

水稻氮高效基因型根系分泌物中有机酸和氨基酸的变化特征

采用溶液培养试验,研究水稻氮高效基因型在不同供氮水平下,根系分泌物中有机酸和氨基酸种类及含量的变化情况,并探讨其与氮素利用效率之间的关系。结果表明: 1）水稻氮高效基因型氮积累量随着供氮水平的降低明显下降,而氮素利用效率显著提高; 在供氮水平为20 mg/L时,高效基因型具有较高的氮积累量,且氮素利用效率较低效基因型高42.9%（分蘖期）和21.4%（拔节期）。 2）草酸为高效基因型根系分泌的主要有机酸种类,其分泌量占有机酸总量的80%以上,其次是乙酸和柠檬酸; 有机酸分泌总量和草酸分泌量在分蘖期和拔节期随供氮水平的降低而降低,乙酸和柠檬酸分泌量在拔节期也呈相同趋势; 相同供氮水平下,高效基因型有机酸分泌总量均显著低于低效基因型,且在20 mg/L时差异明显。 3）丙氨酸为高效基因型根系分泌的主要氨基酸种类,其分泌量占氨基酸总量的50%以上,其次是丝氨酸、 谷氨酸、 天冬氨酸、 苯丙氨酸、 甘氨酸和苏氨酸,且氨基酸分泌总量和各组分氨基酸分泌量均随供氮水平的降低而降低; 在低氮水平（10 mg/L和20 mg/L）下,高效基因型氨基酸分泌总量均显著低于低效基因型。4）在分蘖期和拔节期,水稻根系分泌有机酸和氨基酸总量与氮素利用效率均呈显著或极显著负相关,有机酸分泌组分中的草酸和氨基酸分泌组分的天冬氨酸分泌量与氮素利用效率也呈显著或极显著负相关。以上结果表明,低氮条件下水稻氮高效基因型氮效率优势明显,高效基因型氮素利用效率高,有利于体内同化物质的合理分配。     

不同基因型水稻氮利用效率的差异及评价

随着人们对农田氮肥过量施用导致肥料利用率下降和环境污染等问题认识的逐渐加深,不同基因型水稻氮营养效率的研究得到了普遍重视。采用177个粳稻基因型在两个施氮水平下进行田间筛选试验来评价水稻的产量、吸氮量和氮素生理利用效率的变异情况。结果表明,随着供氮水平的增加,水稻的产量和吸氮量随之增加,氮生理利用效率却随之降低;在相同的供氮水平下,不同水稻基因型之间的产量、吸氮量和氮生理利用效率存在显著差异。根据水稻在两个供氮水平下的产量水平把水稻分为四个类型:双高效型、低氮高效型、双低效型和高氮高效型。氮高效基因型可描述为在不同供氮水平下都有较高的产量,同时意味着氮高效品种能吸收大量的氮或有较高的氮生理利用效率。水稻成熟时较低的秸秆氮浓度可表明水稻具有较高的氮生理利用效率。     

不同小麦品种生育期氮素效率差异的变化特征

以6个小麦品种(洛麦1、郑麦9023、豫麦18、小偃22、小偃6和小偃107)为材料,设置低氮和高氮两个处理,分别在小麦的4个生育期收获取样,研究了不同小麦品种生育期氮吸收和利用效率差异的变化特征及其与相关生理参数的关系。研究结果表明,氮吸收方面,洛麦1为低氮高效品种,小偃107为高氮高效品种;氮利用方面,豫麦18为低氮高效品种,洛麦1为高氮高效品种;小偃6在两个氮处理中无论是氮吸收还是氮利用均为低效品种。造成小麦氮吸收或利用效率差异的主要时期为灌浆期到成熟期之间的籽粒产量形成阶段。低氮条件下,氮利用高效品种灌浆期的地上部谷氨酰胺合成酶活性也较高,而根系生物量和根系活力与小麦氮吸收效率无明显相关。     

不同施氮水平下不同氮利用效率小黑麦植株氮素积累分配特性

采用土培盆栽试验,以小黑麦氮高效利用品种‘Clxt82’、‘PI429186’和氮低效利用品种‘Clxt74’为材料,研究0(不施氮)、0.033 g(N)·kg-1(低氮)和0.066 g(N)·kg-1(正常氮)3个不同施氮水平下,各生长时期氮素在器官间和器官内不同功能性氮素分配的特性。结果表明:氮高效利用品种在氮素不足的条件下优势更明显,抽穗期高效利用品种和低效利用品种间生物量的差异随施氮量的增加而减小,在不施氮、低氮和正常供氮时‘Clxt82’、‘PI429186’地上部生物量分别为‘Clxt74’的1.55倍、1.19倍、1.06倍和1.79倍、1.35倍、1.30倍。不同生育时期,小黑麦氮积累量均随施氮量的增加而显著增加,低氮和正常供氮处理,在分蘖期、拔节期氮高效利用品种氮积累量均显著高于低效利用品种,而在抽穗期差异则不大。随施氮量的增加,氮素在叶片和穗部的分配比例减小,在茎的分配比例增大;分蘖期和拔节期,氮高效利用品种茎中氮素分配比例小于低效利用品种,叶片氮素分配比例则大于低效利用品种。抽穗期氮高效利用品种穗部氮素分配比例大于低效品种,而叶部则相反。各生育时期各器官不同形态氮素含量总体上随施氮量的增加而增加。不施氮和低氮处理,拔节期氮高效品种‘Clxt82’、‘PI429186’叶片营养性氮含量是低效品种‘Clxt74’的1.31倍、1.76倍和1.12倍、1.35倍,而结构性氮含量则是低效品种的86.12%、64.01%和80.82%、71.51%;抽穗期氮高效品种‘Clxt82’、‘PI429186’叶片营养性氮含量是低效品种‘Clxt74’的1.01倍、1.11倍和1.04倍、1.13倍,结构性氮含量为低效品种‘Clxt74’的74.99%、63.08%和75.78%、62.84%;各时期品种间功能性氮素含量差异不大。低氮条件下氮高效利用品种通过降低结构性氮素含量、增加营养性氮素含量来满足氮素的利用和体内循环。     

基因型×环境互作下小麦氮代谢相关性状的遗传和相关性分析

【目的】选育氮高效的小麦品种,可有效提高氮素利用效率和生产效率,对环境安全至关重要。本文分析了小麦氮代谢相关性状的遗传效应,为小麦氮高效品种选育提供理论依据。【方法】选用7个小麦品种及其组配的12个杂交组合,进行田间盆栽试验。设置3个氮水平,利用基因型与环境互作的加性-显性遗传模型,对氮代谢相关的10个性状进行遗传与相关性分析。【结果】株高、开花期和成熟期单茎干物重、开花期氮素积累量、籽粒氮素积累量和氮素吸收总量主要受加性效应控制,花后氮素同化量受显性×环境互作效应影响较大,氮素利用效率、氮素生理效率以加性×环境互作效应为主。10个性状狭义遗传力总体不高(平均值为0.56),广义遗传力总体较高(平均值为0.881)。互作广义遗传力均达到1%显著水平,表明不同的氮水平对遗传表达有较大影响。氮素利用效率、氮素生理效率和开花期氮素积累量的互作狭义遗传力较大,表明不同氮水平对这些性状的选择效果不同。通过加性效应预测值得出,亲本DK138和JN10的氮素利用效率和氮素生理效率的加性效应为显著正效应。大多数组合的显性主效应与不同氮水平下的显性×环境互作效应在方向上不尽一致,表明小麦氮高效杂交后代的选择宜考虑特定的氮水平条件。显性效应预测值表明,组合JN10×W9903的氮素生理效率显性效应值最大且达到显著水平,是氮素生理效率较高的组合。相关分析表明,两两性状间以加性遗传相关为主。氮素生理效率与株高呈加性正相关关系,达到10%显著水平。除株高和谷氨酰胺合成酶活性外,氮素利用效率与其他性状间以显性环境互作相关为主。氮素利用效率与氮素生理效率之间的显性×环境互作相关系数达到10%显著水平。氮素利用率与氮素生理效率的表现型和基因型相关系数为正值且达1%显著水平。【结论】通过性状分析表明,株高在一定程度上可以作为氮素生理效率的间接选择性状,氮素利用效率与氮素生理效率这两个性状进行协同改良。品种DK138和JN10可作为亲本以提高后代的氮素利用效率和氮素生理效率。杂交组合LM14×W9903表现出良好的后代选育利用潜力。     

不同氮效率基因型冬小麦生理特征的比较研究

采用田间小区试验,通过对两个不同氮效率基因型冬小麦小偃22(XY22)和小偃6号(XY6)产量和构成因素,氮素吸收利用效率以及关键生育期的硝酸还原酶、叶水势、叶绿素含量等生理指标测定,探讨了其对氮素利用的差异及其机理。结果表明,不施氮处理,子粒产量、硝酸还原酶活性、叶水势、叶绿素含量明显降低,而施氮后明显提高;氮素吸收利用效率、叶水势、叶绿素含量在施N150 kg/hm2时保持在较高水平。两个基因型中,小偃22比小偃6号的生理代谢更加旺盛,施氮加强了这种作用,这可为进一步选育氮高效利用型小麦品种提供科学依据。     

不同基因型油菜氮素利用效率的差异及其与农艺性状和氮素营养性状的关系

通过田间试验对50个甘蓝型油菜基因型进行氮利用效率筛选,并将不同氮利用效率基因型在施氮（N 180 kg/hm2）和不施氮（N 0 kg/hm2）条件下的农艺性状和氮营养性状作了比较研究。结果表明,50个油菜基因型的氮利用效率具有显著差异,最大相差2.5倍（施氮）和1.7倍（不施氮）。油菜的农艺性状及氮素营养性状指标均表现出一定的基因型变异,其中第一个有效分枝高度变异系数最大,超过 50%,而籽粒含氮量的变异系数最小,只有 6% 左右。不论供氮水平高低,氮高效基因型的每角粒数,籽粒生物量,籽粒占地上部生物量的比例以及籽粒氮占地上部总氮的比例均高于氮低效基因型,第一个有效分枝高度则显著低于氮低效基因型。另外,油菜氮素利用效率与各器官含氮量、 茎叶氮素累积量、 果荚氮素累积量、 茎叶氮占地上部氮的比例和果荚氮占地上部氮的比例呈显著或极显著负相关,而不同氮效率基因型的地上部总生物量和地上部氮素累积总量则无显著差异。不同氮利用效率基因型的农艺性状和氮营养性状对氮肥的敏感性有显著差异。     

两个玉米品种灌浆期叶片氮转移效率差异的分子机制

【目的】 提高玉米氮效率是实现农业高产高效的重要措施,而花后叶片的衰老和玉米的氮效率密切相关。为此,在田间条件下研究了叶片衰老过程与氮转移效率的关系,尤其是不同玉米品种氮转移效率差异的分子机制。 【方法】 田间试验选择中度绿熟玉米品种先玉335 (XY335) 和持绿玉米品种NE9为供试作物,设施N 45,120和240 kg/hm2三个水平。测定了玉米吐丝期以及吐丝后7 d、14 d、21 d、28 d、35 d、42 d和成熟期茎、叶、籽粒氮含量和花后绿叶面积,吐丝期及吐丝后14 d、28 d、42 d和成熟期叶片氮浓度,以及吐丝期和灌浆期叶片中SPAD、可溶性蛋白浓度、游离氨基酸浓度和ZmSee2β (玉米叶片中协同衰老的蛋白酶–豆荚蛋白的基因) 基因表达的变化,计算了叶片氮转移效率。 【结果】 品种XY335具有比品种NE9更高的产量,随施氮量的增加品种XY335的籽粒产量较品种NE9增加更加显著。虽然两个品种的收获指数没有差异,但是品种XY335的氮素收获指数高于品种NE9,并且品种XY335营养器官的氮转移效率高于品种NE9,整体高8.28个百分点 (P < 0.05)。品种XY335叶片氮转移效率比品种NE9高出12.89个百分点,而二者茎的氮转移效率没有差异。品种XY335花后叶片中氮浓度开始降低的时间早于品种NE9,在低氮条件下尤为明显。成熟期时,三个氮水平处理下品种XY335叶片中的氮含量均低于品种NE9。从吐丝期到灌浆期,品种XY335叶片中可溶性蛋白的降解率高于品种NE9,其中N45处理下高16.5个百分点,N120处理下高6.2个百分点。从吐丝期到灌浆期叶片中游离氨基酸的浓度不断增加,而品种XY335叶片中的增加幅度大于品种NE9。从吐丝期到灌浆期叶片中 ZmSee2β基因表达量增加,而随施氮量减少品种XY335叶片中表达量高于品种NE9,表明品种XY335叶片中蛋白降解得更加迅速。 【结论】 相对于绿熟品种NE9,品种XY335具有籽粒产量高和籽粒氮素积累强的特点。这不仅由于吐丝后品种XY335具有较强的氮素吸收能力,而且因为品种XY335有更高的叶片氮转移效率。品种XY335叶片氮转移效率高可能是因为控制蛋白质降解的ZmSee2β基因表达能力强,提高了叶片中蛋白质的降解速度。      

耐低氮小麦基因型筛选指标的研究

以12个小麦基因型为研究对象,采用溶液培养与田间试验的方法,设低氮胁迫和正常供氮2个水平,对耐低氮小麦基因型的筛选指标进行了探讨,为氮高效基因型小麦育种提供理论依据。结果表明,小麦植株干重在低氮胁迫和正常供氮条件下都有较大的基因型变异(变异系数CV分别为29.03%和18.21%);在所有调查性状的相对值中,相对植株干重(低氮胁迫/正常供氮)基因型变异较大(CV为22.76%)。相关性分析表明,相对植株干重与相对株高、相对植株吸氮量和相对氮利用效率间呈极显著正相关(P0.01),且溶液培养试验中相对植株干重和田间试验中相对子粒产量(不施氮/施氮)间呈极显著正相关(r=0.77**,n=12)。因此,以小麦苗期相对植株干重作为筛选指标,然后进行田间验证,是筛选耐低氮小麦基因型行之有效的途径。     

施氮量对土壤无机氮分布和微生物量氮含量及小麦产量的影响

在高肥力土壤条件下,研究了施氮量对土壤无机氮分布和微生物量氮含量及小麦产量的影响。结果表明,小麦生长期间,施氮处理0100.cm土层硝态氮积累量显著大于不施氮处理;当施氮量大于150.kg/hm2时,随施氮量增加,0100.cm土层硝态氮积累量显著增加;随小麦生育进程推进,施氮处理上层土壤硝态氮下移趋势明显,至小麦成熟时,施氮1952～85.kg/hm2处理60100.cm土层硝态氮含量显著大于其它处理。小麦生长期间,0100.cm土层铵态氮积累量较为稳定,施氮处理间亦无显著差异。与不施氮肥相比,施氮提高小麦生长期间040.cm土层土壤微生物量氮含量;当施氮量小于240.kg/hm2时,随施氮量增加,土壤微生物量氮含量增加。小麦的氮肥利用率随施氮量增加而降低;施氮1051～95.kg/hm2,收获时小麦植株吸氮量、生物产量、子粒产量和子粒蛋白质含量提高;而施氮量大于240.kg/hm2时,小麦生育后期的氮素积累量降低,收获时植株吸氮量、生物产量和子粒蛋白质含量降低。说明本试验条件下,施氮1051～50.kg/hm2可满足当季小麦氮素吸收利用,获得较高的子粒产量和蛋白质含量。继续增加施氮量,土壤微生物量氮含量增加,但土壤中残留大量硝态氮,易淋溶损失。     

缓释氮肥与尿素掺施比例对冬小麦产量及氮素吸收利用的影响

  【目的】  研究不同氮肥类型下缓释氮肥与尿素掺混对3个不同冬小麦品种生长发育、干物质累积量、产量、氮素转运、吸收利用效率以及土壤硝态氮残留的影响，探索适宜提高陕西关中地区冬小麦产量的氮肥配比，为该地冬小麦高效生产的肥料管理提供科学依据。  【方法】  本试验设置了4个氮肥处理，分别为纯尿素 (U)、纯缓释氮肥 (S)、缓释氮肥与尿素8∶2掺混 (SU₁)、缓释氮肥与尿素6∶4掺混 (SU₂)，施氮量为180 kg/hm2；以不施氮肥 (N₀) 为对照。选取关中地区农民主栽的3个冬小麦品种[小偃22 (XY22)、西农979 (XN979) 和郑麦379 (ZM379)]为试材，每个品种设5个处理。观测冬小麦在主要生育期的株高和叶面积指数，并分析冬小麦成熟期的干物质累积量、产量、植株氮素累积量和土壤硝态氮残留量。  【结果】  施氮量相等时，缓释氮肥与尿素掺施能显著促进冬小麦生长发育，增加冬小麦的产量和成熟期植株氮素累积量。SU₂处理下不同冬小麦品种的株高、叶面积指数、产量和成熟期植株氮素累积量均达到最大值，且0—100 cm土层剖面硝态氮残留量最小。SU₂处理下3个冬小麦品种的产量分别比U和S处理提高了31.81%～31.99%和9.66%～25.38%；营养器官的氮素向籽粒的转移率也分别提高了21.31%～51.12%和2.60%～20.78%。此外，缓释氮肥与尿素掺施能显著提高3个冬小麦品种的氮素吸收利用效率，显著促进开花后营养器官的氮素向籽粒转运，XY22、XN979和ZM379在SU处理下，冬小麦营养器官氮素转运对籽粒的贡献率分别为49.71%、48.32%和49.39%；在SU₂处理下3个冬小麦品种的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均最大，分别为17.54和41.95 kg/kg、17.94和41.53 kg/kg、11.32和38.56 kg/kg。冬小麦收获后，XY22在SU₂处理下0—100 cm土层硝态氮的残留总量在3个品种中最小, 为112.67 kg/hm2，比U处理下的硝态氮累积总量明显下降13.48%。这表明缓释氮肥与尿素掺施可以显著提高表层土壤硝态氮含量，减少硝态氮向土壤深层淋失，提高氮肥的利用效率。  【结论】  施氮量为180 kg/hm2时，缓释氮肥与尿素按6∶4掺混是本试验条件下冬小麦高效生产的最佳掺施比例。     

不同氮素水平对豫麦49-198籽粒灌浆及淀粉合成相关酶活性的调控效应

为了明确不同氮素水平下小麦干物质运转、 籽粒灌浆及有关淀粉酶活性的变化规律,以豫麦49 198为材料,在河南科技大学试验农场,通过设置120 kg/hm2（N1）、 180 kg/hm2（N2）、 240 kg/hm2（N3）和300 kg/hm2（N4）4个氮素水平,研究了小麦茎鞘物质运转、 籽粒灌浆和淀粉合成有关酶活性。结果表明,在一定范围内增施氮肥有利于提高茎鞘干物重以及抽穗后茎鞘物质输出量、 输出率、 转化率,各指标均以N3处理最高,N1处理最低。适量增施氮肥能提高籽粒生长潜势、 最大灌浆速率和平均灌浆速率,缩短籽粒生长活跃期,使品种达最大灌浆速率的时间提前,其中N3处理最佳,其最大灌浆速率和平均灌浆速率分别为0.55710-2 和0.37310-2 g/(grainsd),N4处理最差,其最大灌浆速率和平均灌浆速率分别为0.40610-2 和0.272 10-2 g/(grainsd)。适量增施氮肥能增强籽粒灌浆过程中可溶性淀粉合成酶（SSS）、 Q酶和ADPG焦磷酸化酶3种酶活性,各处理中,酶活性均以N3处理最高,N4处理最低,N3和N4处理相比SSS、 Q和ADPG焦磷酸化酶最大酶活性分别提高了22.0%、 23.2%和9.5%。但过量施氮,降低了茎鞘干物重的积累、 运输和转化能力以及籽粒灌浆速率和3种淀粉合成有关酶活性。抽穗期茎鞘干物重、 抽穗后茎鞘干物质输出量和输出率均与籽粒产量呈显著正相关。试验表明,在适宜氮肥水平下小麦具有较高的茎鞘物质输出率和转化率、 籽粒灌浆速率及淀粉合成有关酶活性,是产量较高的生理基础。     

小麦苗期耐低氮基因型的筛选与评价

氮是作物吸收的第一大必需营养元素, 对作物生长发育具有不可替代的作用。大量研究表明, 不同基因型小麦对氮的吸收利用能力不同, 培育氮高效小麦品种是提高氮利用效率的根本途径, 而发掘耐低氮小麦种质资源是小麦氮高效育种的基础。为此, 本研究以30 个小麦-冰草远缘杂交的高代品系, 1 个小麦-黑麦远缘杂交的T1BL·1RS 易位系, 2 个"小偃54"×"京411"重组自交系群体中的品系, 以及13 个生产上的主栽品种为试验材料, 通过低氮胁迫和正常供氮2 个处理的苗期水培试验, 进行了耐低氮基因型的筛选与评价。方差分析显示, 13 个氮效率相关性状在2 种氮水平之间及各小麦基因型之间的差异均达到显著或极显著水平。主成分分析显示, 前3 个主成分累积贡献率达到81.2%, 已包含了大部分信息, 能够基本反映整体状况。其中, 相对茎叶吸氮量、相对植株吸氮量、相对根冠比、相对茎叶干重、相对植株干重、相对茎叶氮利用效率、相对根含氮量在3 个主成分中占较大的比重。综合评价结果显示, 在33 个小麦远缘杂交品系中08B41 得分最高, 为1.60,为最耐低氮的品系; 13 个主栽品中"科农9204"得分最高, 为2.10, 为耐低氮的品种。聚类分析显示, 46 份基因型小麦可划分为3 大类: 耐低氮型(15 份)、中间型(22 份)和低氮敏感型(9 份)。筛选出08B41、XJ19-1、08B8、08B10、08B13、08B25、WR9603、08B2、08B5 共9 份耐低氮远缘杂交高代品系, 及"科农9204"、"邯7086"、"河农827"、"石麦18"、"石4185"、"石新733"共6 份耐低氮主栽品种。这些耐低氮的基因型可作为小麦营养高效育种的种质资源, 本文并对小麦近缘种属在小麦营养高效遗传改良中的作用进行了讨论。     

秸秆覆盖与氮肥运筹对杂交稻根系生长及氮素利用的影响

【目的】在我国稻-麦、稻-油等多熟制区域,富含氮素的小麦、油菜等水稻前茬作物秸秆被大量弃置、焚烧,造成极大浪费和环境污染,与此同时,稻季氮肥投入量却在逐年增加,因此在水稻生产中研究秸秆覆盖与氮肥配合施用的理论与技术,对实现秸秆还田与减少氮肥用量具有重要意义。本试验研究油菜、小麦2种秸秆覆盖方式下,3种不同的氮肥运筹方式对杂交稻主要生育时期根系生长、氮素吸收利用特征及产量的影响,并探讨其根系生长与氮素利用及产量间的关系,以期寻求最佳的秸秆还田与氮肥运筹搭配模式。【方法】本试验以杂交稻F优498为材料,采用两因素裂区试验设计,主区为小麦秸秆覆盖(S1)、油菜秸秆覆盖(S2)和无秸秆覆盖(S0);副区为氮肥运筹模式,在135 kg/hm2总施氮量条件下,设置基肥∶蘖肥∶穗肥为5∶3∶2(N1);基肥∶蘖肥∶穗肥为3∶3∶4(N2);基肥∶蘖肥∶穗肥为3∶1∶6(N3)3种氮肥运筹模式,以不施氮肥(N0)为对照。研究各处理杂交稻在移栽后20 d、移栽后30 d、齐穗期和成熟期根系生长及形态、各生育期的干物质与氮素积累,水稻茎鞘的干物质转运、产量及其构成因子以及各时期氮素积累及利用效率,同时对各生育时期根系生长与氮素利用及产量间的关系进行分析。【结果】结果表明,小麦秸秆覆盖均可有效促进杂交稻各生育时期的根系生长、改善根系形态、增加各时期的干物质与氮素积累,提高氮肥的利用效率及稻米产量。在不同种类秸秆覆盖下,基肥∶蘖肥∶穗肥(倒4叶龄期施入)为3∶3∶4(N2)时,可及时地对杂交水稻主要生育时期的根系生长进行调控,有效促进抽穗至成熟期的干物质积累与转运率,提高水稻主要生育时期的氮素积累及氮肥利用效率,显著增加稻谷产量,为本试验中最优的氮肥管理模式;而氮肥后移比例过高(基肥∶分蘖肥∶穗肥运筹比例为3∶1∶6),会限制齐穗期根系的生长,导致稻谷产量及氮肥利用效率降低。相关性分析表明,秸秆覆盖与氮肥运筹下主要生育时期根干重、根体积、总根长与产量及氮素吸收利用均存在显著或极显著的正相关(r=0.38*0.78**),尤其以齐穗期的根体积与总根长、根干重与氮素累积、产量及氮素回收利用率的相关性最好。【结论】小麦秸秆、油菜秸秆覆盖能够有效促进杂交稻根系的生长,增加干物质与氮素积累,提高氮肥利用效率,且小麦秸秆覆盖效果更显著。秸秆覆盖条件下,氮肥运筹以基肥∶蘖肥∶穗肥为3∶3∶4时的水稻根系生长旺盛,物质生产能力强,氮肥利用效率最高。因此,小麦秸秆覆盖与基肥∶蘖肥∶穗肥以3∶3∶4的比例配合的水稻的产量最高,为最优组合。     

基肥结合抽穗期追肥稳定稻麦产量并提高氮肥利用率及经济效益

  【目的】  普遍认为，相同施肥量下增加施肥次数有利于提高肥料利用率，但施肥次数偏多已成为江苏稻麦化肥过量投入的主要因素。一次施肥仍存在争议，基肥结合分蘖期追肥的两次施肥也会导致水稻生长后期养分供应不足，明确基肥结合抽穗期追肥的两次施肥效果对稻麦化肥减量具重要意义。  【方法】  2016—2019年开展稻麦轮作田间定位试验，分析产量和产量组成、氮肥累积效率和氮素累积盈余。定位试验为完全随机区组设计、4次重复，设不施氮 (CK)、习惯施肥 (CF)、推荐施肥 (相对于CF处理水稻减氮18.2%、小麦减氮22.2%，RF) 和推荐施氮量下基施4种类型氮肥(尿素U、硫包膜尿素SCU、聚合物包膜尿素PCU和尿素添加5%双氰胺NIU)结合抽穗期追肥 (BH) 两次施肥 ，共7个处理。2018—2019年，使用以普通尿素为氮源的改良配方肥 (IFF) 和含硝化抑制剂的稳定性复合肥 (SCF) 做基肥，进行稻麦两次施肥（BH）田间验证试验，以农户实际 (FP) 为对照比较施肥成本和种植效益。  【结果】  定位试验结果表明，与农户习惯 (CF) 比较，推荐施肥处理 (RF) 对稻麦产量均无显著影响；与推荐施肥比较，相同施氮量下基施不同类型氮肥结合抽穗期追肥的两次施肥处理对稻麦产量也无显著影响。施氮量减少可使稻麦氮肥累积效率显著增加、氮素累积盈余显著减少，而施肥次数减少对稻麦氮肥累积效率和氮素累积盈余均无显著影响。相同施氮量下基施不同类型氮肥结合抽穗期追肥两次施肥条件下，稻麦产量和氮肥效率均以含硝化抑制剂的尿素处理 (NIU-BH) 表现较好；小麦上使用聚合物包膜尿素处理 (PCU-BH) 效果不稳定。验证试验结果表明，基施改良配方肥两次施肥 (IFF-BH) 和基施稳定性复合肥两次施肥 (SCF-BH) 与农户实际比较，水稻可在施氮量减少18.2%～33.8%条件下使产量分别增加1.8%～4.5%和2.6%～6.1%，施肥成本分别减少1069～1538和473～1029元/hm2，净收益分别增加1950～2270和1168～2126元/hm2；小麦可在施氮量减少30.0%条件下使产量分别增加0.7%和9.7%，施肥成本分别减少1132和495元/hm2，净收益分别增加1387和2045元/hm2。  【结论】  在本研究条件下，定位试验和验证试验结果均表明，采用基肥加抽穗期追肥两次施肥，配合选择合适类型的肥料做基肥，可在施氮量减少18.2%～33.8%前提下稳定稻麦产量、提高氮肥效率和种植效益。     

Leaf color diagnosis and nitrogen management for winter wheat “Kitanokaori” in Hokkaido

(Jpn. J. Soil Sci.Plant Nutr., 77, 293–298, 2006)

“Kitanokaori” is a new variety of wheat for bread use bred at the National Agricultural Research Center for Hokkaido Region. The grain protein content of wheat for bread use should be higher than 120 g kg?1. Much nitrogen application is necessary to obtain high grain protein content. Therefore, it is necessary to determine the optimum amount of nitrogen to obtain the required protein content and to prevent nitrogen from remaining in the soil. The nutrition diagnosis using leaf color was investigated to predict the need and the amount of top-dressing. Field experiments were conducted for four years with nitrogen treatments in Andosol, which has moderate nitrogen fertility, and in Histosol, which is a fertile soil. The leaf color was measured using a chlorophyll meter SPAD502 (CM value) at the middle part of the leaf, avoiding the center rib. The colors of the 10·15 uppermost second leaves were measured in one plot and averaged.

A close relation was found between leaf color at the full heading stage and grain protein content at harvest. Leaf color at the full heading stage is therefore a good index to control the protein content. Considering the effect of top-dressing at the full heading stage in each CM value, the diagnosis criterion was decided. When the CM value is over 52 at the full heading stage, more nitrogen application is not needed. When the CM value is 50·52, 30 kg N ha?1 of top-dressing at the full heading stage is needed, and when the CM value is 45·50, 60 kg N ha?1 of top-dressing is needed to obtain a grain protein content of more than 120 g kg?1.