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。     

冬小麦苗期氮素吸收利用生理指标的综合评价

为了快速筛选冬小麦耐低氮品种,本研究通过对两种氮素水平下15个冬小麦品种苗期的株高、根长、干物质、植株氮积累量等多项生理指标的测定,以各项指标的耐低氮指数作为衡量耐低氮性的指标,利用主成分分析和聚类分析对其耐低氮性进行综合评价。结果将9个单项生理指标综合成为4个相互独立的综合指标,并通过聚类分析将15个基因型划分为3类:新冬18号、新冬15号、石4185属耐低氮类型;石家庄8号、新冬7号、偃展4110、河农9901、邯5316、新冬28号属中间类型;新冬3号、新乡9408、新冬23号、石审6185、豫麦34号、郑9023属低氮敏感类型,三个类群之间植株干重和植株氮积累量的耐低氮指数在0.05水平上差异显著。     

冬小麦新品种"科农199"选育和推广

以"科农9204"为父本、"石4185"为母本进行杂交, 经单株选择和系统选育, 培育出高产稳产小麦品种"科农199"。该品种中早熟, 株型紧凑, 株高75~80 cm, 穗纺锤型、短芒, 灌浆快, 落黄好。籽粒角质、饱满, 千粒重40~42 g; "科农199"根系发达, 生育后期根系活力强, 具有较强的吸收深层土壤水分养分的能力;该品种适应性强, 产量稳定性好, 抗逆性强。在黄淮北片国家冬小麦区域试验中连续两年产量居第1 位, 比对照品种"石4185" 极显著增产, 于2006 年通过国家品种审定。目前, "科农199"已在河北、河南、山东和山西等省累计推广种植130 万公顷, 成为黄淮冬麦区北片的主栽品种之一。     

低磷胁迫对水稻地上部氮、钾吸收和积累的影响

在盆栽土培条件下,采用耐低磷水稻基因型508T、580T、99011T和99112T及低磷敏感基因型99012S和99056S为材料,研究了不同生育时期,低磷胁迫对水稻氮、钾吸收和积累的影响。结果表明,在分蘖期,低磷处理对水稻体内氮、钾含量的影响较小,但低磷敏感基因型水稻受影响较大;孕穗期,除508T的氮含量变化不明显外,其它基因型体内氮、钾含量均显著增加。在这两个时期,低磷敏感基因型99012S氮、钾含量的变化幅度在所有基因型中最高,而另一个低磷敏感基因型99056S则相反。至成熟期,由于受吸收效率和转运效率的共同影响,不同基因型水稻体内氮、钾含量的变化趋势明显比生育前期复杂,耐低磷基因型水稻茎叶的氮、钾含量与低磷敏感基因型没有明显的差异。在生育前期,耐低磷基因的氮、钾积累量显著高于低磷敏感基因型;生育后期,耐低磷基因型的绝对积累量优势消失,但相对积累量优势变大。     

陕A群、陕B群选育的玉米自交系氮效率评价

为阐明不同类型玉米自交系氮效率差异特征,筛选氮高效的玉米自交系,以陕A群、陕B群选育的33份玉米自交系为材料,以4份骨干自交系(‘郑58’、‘昌7-2’、‘PH6WC’和‘PH4CV’)为对照,调查了2种施肥条件下[0 kg(N)·hm?2、180 kg(N)·hm?2]玉米自交系的穗位叶SPAD值、叶面积、干物质积累量、叶片、茎秆和籽粒氮含量等生理指标。利用主成分分析和模糊隶属函数,采用逐步回归分析方法建立最优回归方程,筛选耐低氮性综合评价指标。结果表明:穗位叶SPAD值、吐丝期绿叶面积、吐丝期茎干重、吐丝期叶干重和籽粒氮含量,可作为玉米自交系耐低氮能力的第2性状筛选指标。以产量作为第1性状指标,可将37份玉米自交系划分为14份高产氮高效型,5份低产氮高效型,15份低产氮低效型和3份高产氮低效型。以耐低氮能力综合值D值筛选,将37份玉米自交系可分成3种类型,其中耐低氮能力较强的15份(D值≥0.5),耐低氮能力中等的15份(0.35≤D值0.5),耐低氮能力较差的7份(D值0.35)。综合分析,2种施氮条件下,‘KB215’、‘KB417’、‘KA225’、‘KB081’和‘L123098-2’5份玉米自交系具有吐丝期绿叶面积大,吐丝期茎叶干重、籽粒氮含量高和籽粒产量高,耐低氮能力强的特点。因此,强化育种环境的选择压力,实施低氮选择策略,可有效提高玉米种质对氮肥的利用效率。     

小麦氮素吸收利用的基因型差异研究

采用裂区试验设计，施氮和不施氮（对照）处理下，对16个不同基因型小麦拔节期和收获期氮素吸收利用差异进行研究。结果表明，不同基因型小麦的氮素吸收、利用特性存在很大差异，相关分析表明，氮素胁迫条件下，氮素吸收过程是全生育期的限制因素。依据收获期小麦相对吸氮总量和相对利用效率（对照处理与施氮处理的比值），将16个基因型分为5种类型：双高型、氮吸收高效型、氮利用高效型、双低型和中间型，为小麦氮高效育种提供理论依据。     

川中丘区玉米氮高效品种筛选及增产潜力分析

为探究高产氮高效玉米品种在减肥增效措施中的增产潜力,本研究通过对川中丘陵区近十年11个主推玉米品种在2个环境(简阳和中江)和3个氮水平[0(LN)、150(MN)和300 kg·hm^-2(HN)]下的田间产量及产量构成因子等进行方差和相关性分析,依据产量的基因型×氮互作效应对玉米品种进行氮效率分类,研究不同类型玉米的增产潜力以及与增产潜力有关的产量性状。结果表明,基因型、氮、环境及其互作显著影响玉米产量,基因型×氮互作显著影响穗粗和百粒重;11个试验玉米品种存在氮效率的基因型差异,包括双高效型、高氮高效型、耐低氮型和双低效型4种类型,其中双高效型和高氮高效型占总数的45.5%,其在HN和LN的增产潜力分别为6.74%~7.54%和9.88%~13.45%;高产氮高效品种(双高效型和高氮高效型)在2个试验点的节氮潜力差异较大,HN的节氮潜力可达19.18%以上;增产潜力与穗粗、百粒重等产量构成因子显著正相关;正红311、川单189和绵单1256在2个环境下均表现出高产氮高效品种特征。在川中丘陵区不同肥力的土壤上选择种植高产氮高效或耐低氮的玉米品种,通过合理施肥,可以达到增产/稳产和节氮增效的目的。本研究对川中丘陵区玉米高产氮高效品种的选育和推广应用具有重要理论意义。     

小麦苗期氮素吸收利用效率差异及聚类分析

【目的】氮肥过量施用,不仅造成氮素大量流失,还增加了农业生产成本,对生态环境带来了巨大的威胁。筛选和培育氮高效小麦品种是提高氮肥利用率、 降低环境污染风险的有效途径。本文通过对44个小麦品种苗期性状的考察,初步筛选出具有氮高效潜力的小麦品种。【方法】利用循环营养液培养方法,研究了安徽省44个小麦品种(系)在正常氮(5 mmol/L)和高氮(45 mmol/L)条件下苗期氮素吸收利用效率的差异。采用隶属函数法将评价指标数据进行标准化,区间为[0,1];而后采用客观赋权法将标准化后的数据整合成一个无量纲的综合值,最后基于综合值运用最短距离法、 欧氏距离平方聚类分析方法,将44个小麦品种划分成不同的氮效率类型。【结果】在两种供氮水平下,不同小麦品种的茎叶干重、 根干重、 叶面积、 茎叶氮累积量和根氮累积量存在显著性差异,其变异系数分别在27.9%～33.7%和21.5%～32.8%之间,可作为小麦苗期氮效率的评价指标。小麦苗期氮效率综合值在正常氮和高氮水平下分别在0.053～0.920和0.001～0.853之间,其中鉴76在正常氮和高氮条件下的氮效率综合值均大于80%。通过隶属函数氮效率综合值及其聚类分析,将44个供试小麦品种分为氮高效型、 氮中效型和氮低效型三类;其中扬麦16和鉴76在正常氮和高氮条件下均表现为高效型,皖麦68、 F60501-4、 鉴62和安农1026只在高氮条件下表现为高效型。氮高效型、 氮中效型、 氮低效型小麦品种在正常供氮和高氮条件下分别占供试品种总数的4.54%、 54.55%、 40.91%和13.63%、 38.64、 47.73%。【结论】在正常供氮和高氮条件下,44个供试小麦品种的茎叶氮累积量、 茎叶干重、 根部氮累积量、 根部干重和叶面积存在显著性差异,可以作为小麦苗期氮效率评价指标;初步确定扬麦16和鉴76为正常供氮和高氮条件下的氮高效型品种,皖麦68、 F60501-4、 鉴62和安农1026 为高氮条件下的氮高效型品种。     

低氮胁迫对谷子苗期性状的影响和耐低氮品种的筛选

筛选和培育耐低氮能力强的作物品种,是提高作物氮素利用效率,减少氮肥施用量,降低环境污染的有效措施。本研究以45份谷子品种为试材,采用水培的方法,在低氮(0.1mmol·L~(-1))和正常氮(5mmol·L~(-1))条件下,测定苗高、根长和根数等22个氮效率相关指标,采用综合耐低氮系数法以及基于主成分分析的隶属函数法评价参试谷子品种的耐低氮性。结果表明,与正常氮条件相比,低氮胁迫下,谷子苗期根长、根冠比、地上部氮素生理效率、地下部氮素生理效率、单株氮素生理效率有不同程度提高,其余17个指标都有不同程度降低。两种评价方法均根据45个谷子品种的耐低氮能力将其划分为强耐低氮型、耐低氮型、中间型、较敏感型和敏感型5类。筛选出耐低氮性较强的品种5份,编号分别为11、14、17、35和39。利用GGE双标图对品种-耐低氮相关指标的分析表明,编号39和14的耐低氮品种主要耐低氮性状为地下部干重、地下部鲜重、根长;编号为11、35和17的耐低氮品种主要耐低氮性状为地上部鲜重、叶片数、叶宽、叶长、单株氮累积量、地上部氮累积量、单株干质量、地上部干重、地下部氮累积量、根数、苗高和SPAD。可见不同谷子品种的耐低氮机制存在一定差异,研究结果可为谷子耐低氮品种的选育提供材料基础。     

不同pH低磷土壤上水稻磷营养特性研究

通过盆栽试验,研究了不同磷效率水稻在不同pH土壤和不同磷处理水平下的磷营养特性。结果表明,低磷条件下,分蘖期耐低磷基因型850、1574和1079的磷吸收效率最高,孕穗期3个耐低磷品种磷吸收量和利用效率均较高;到成熟期1574品种的相对磷吸收量最高,达到65%,而相对磷利用效率则以1574和850品种最高。不同pH土壤上,分蘖期,各水稻品种在碱性土壤上磷吸收量和利用效率最低,相对磷吸收量和相对磷利用效率却最高;耐低磷基因型850、1574和1079的磷吸收量高于鄂晚13和敏感基因型99012。在孕穗期,各水稻品种在碱性土壤上的磷吸收量高于其它两种土壤,但相对磷利用效率却最低;耐低磷基因型850和1574在3种土壤上磷吸收量均最高,成熟期各水稻品种磷利用效率则明显高于孕穗期。可见,不同耐低磷基因型在不同pH土壤上表现出的磷营养特性不同,在耐低磷品种的筛选过程中应该考虑土壤pH因素,生产中应根据不同土壤酸度类型选择合适的品种。     

不同氮利用效率小麦氮代谢相关基因的表达特征

深入理解小麦氮利用效率基因型差异的分子生物学机理对于氮高效小麦的分子育种具有重要指导意义。本试验选用两个不同氮利用效率的小麦基因型,设置不同氮水平,分别在小麦的5个生育期收获采样,研究不同氮利用效率小麦基因型中5个氮代谢相关基因的表达特征。研究结果表明,在氮利用方面,无论是在低氮还是高氮条件下,氮利用高效小麦XY107的籽粒氮利用率均高于氮利用低效小麦LM1;在基因表达方面,在低氮条件下,小麦地上部谷氨酰胺合成酶基因(TaGS1c)、丙氨酸转氨酶基因(TaAlaAT)和丙酮酸磷酸双激酶基因(TaPPDK)的表达水平在抽穗期以后均显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平;而在高氮条件下,只有基因TaPPDK的表达水平在抽穗期以后显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平。本研究发现,TaGS1c、TaAlaAT和TaPPDK 3个基因在决定小麦氮利用效率的基因型差异方面发挥着重要作用。     

Comparison of Winter Wheat Genotypes Differing in Zinc Efficiency and Origin: The Zinc Uptake and Enzyme Activity

Zinc (Zn)–efficient wheat genotypes yield well on Zn-deficient soil. In this study, two Chinese wheat genotypes, Kenong9204 and Han6172, and two reference genotypes, Bezostaja (Zn efficient) and BDME10 (Zn inefficient), from Turkey were conducted to measure their physiological responses to Zn deficiency in the greenhouse. Results showed obvious genetic variation among the genotypes with Zn efficiency from 76% to 105%. Bezostaja and Kenong9204 had greater shoot dry weight and accumulated more shoot Zn content than BDME10 and Han6172 without Zn application. In one aspect of enzyme activities, Bezostaja and Kenong9204 presented significantly greater activities of superoxide dismutase while maintaining similar activities of catalase, ascorbate peroxidase, and glutathione reductase compared with inefficient genotypes BDME10 and Han6172 under Zn-deficient condition. Zinc-efficient genotypes are recommended to satisfy the sustainable grain yield in China and other areas, where Zn deficiency in soil is spread and multiple stresses may happen at times.     

盐胁迫下两种基因型冬小麦萌发过程中钠离子吸收及对碳、氮代谢的影响

采用两种基因型冬小麦种子为试验材料,研究了盐胁迫对小麦种子萌发过程中Na 的吸收和累积及其对C、N代谢的影响及外源Ca(NO3)2和CaCl2对小麦萌发过程中盐害的缓解效应。结果表明,150mmol/L NaCl胁迫明显抑制小麦种子的萌发。种子萌发过程中,"小偃6号"的耐盐性优于"陕229"。外源钙对两种小麦盐胁迫效应的缓解作用不同。6mmol/L钙离子可明显减轻"陕229"的盐害作用,对"小偃6号"作用不大。盐胁迫对种子萌发过程中的蛋白酶和淀粉酶活性具有明显抑制作用。盐胁迫下,"小偃6号"种子的蛋白酶和淀粉酶活性明显高于"陕229"。钙离子对盐胁迫下小麦萌发过程胚乳内蛋白酶的活性有较大调节作用,对淀粉酶活性影响较小。盐胁迫下小麦种子中Na 含量显著增加,K/Na比显著降低。钙离子对盐胁迫下小麦种子中Na 累积的影响较大,盐胁迫和外源钙处理对K 含量影响较小。     

Varietal tolerance to Zinc deficiency in wheat and barley grown in chelatorbuffered nutrient solution and its effect on uptake of Cu,Fe, and Mn

Tolerance to zinc (Zn) deficiency was examined for three wheat (Triticum aestivum L.) and three barley (Hordeum vulgare L.) varieties grown in chelator‐buffered nutrient solution. Four indices were chosen to characterize tolerance to Zn deficiency: (1) relative shoot weight at low compared to high Zn supply (“Zn efficiency index”), (2) relative shoot to root ratio at low compared to high Zn supply, (3) total shoot uptake of Zn under deficient conditions, and (4) shoot dry weight under deficient conditions. Barley and wheat exhibited different tolerance to Zn deficiency, with barley being consistently more tolerant than wheat as assessed by all four indices. The tolerance to Zn deficiency in the barley varieties was in the order Thule=Tyra>Kinnan, and that of wheat in the order Bastian=Avle>Vinjett. The less tolerant varieties of both species accumulated more P in the shoots than the more tolerant varieties. For all varieties, the concentrations of Mn, Fe, Cu, and P in shoot tissue were negatively correlated with Zn supply. This antagonism was more pronounced for Mn and P than for Cu and Fe. Accumulation of Cu in barley roots was extremely high under Zn‐deficient conditions, an effect not so clearly indicated in wheat.     

不同施氮量对旱地不同品种冬小麦氮素累积、运输和分配的影响

通过田间试验研究了西北旱地4个主要冬小麦品种在不同供氮水平下对氮素的吸收、累积和转移特性。结果表明,增施氮肥显著地促进了小麦地上部分氮素累积总量,子粒氮素累积量在施氮量180.kg/hm2时最高,再增加氮肥用量子粒氮素累积量降低;施氮明显增加了收获时茎秆氮素的残留量。不同品种间氮素累积量差异显著,其中小偃22最高,其后依次为陕253、小偃503和陕229;小偃22的氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥生理效率均高于其它几个小麦品种。不同器官相比,开花前氮素主要累积在叶片中,茎秆的累积量在开花期达到最大。不同部位氮素转移效率为叶片穗茎秆;叶、茎、穗氮素转移效率存在基因型差异。     

不同小麦品种(品系)耐缺锰能力的比较研究

在四川平原水旱轮作的缺锰土壤上,采用田间和盆栽试验相结合的方法研究了15个不同小麦品种（品系）的耐缺锰能力。结果表明,不同小麦品种的耐缺锰能力存在很大差异。多数小麦品种对缺锰敏感,少数品种具有较强的耐性。其中,小麦品系80-8既具有较强的耐缺锰能力,也是供试小麦品种中产量最高的,在缺锰土壤上具有很好的推广应用价值。通过盆栽试验可对不同小麦品种进行初步筛选。在缺锰条件下,不同小麦品种间地上部锰浓度没有显著差异,不宜作为判别小麦耐缺锰能力的指标。缺锰可见症状与缺锰耐性有较好的一致性,可作为初步筛选指标。田间试验相对产量是最可靠的鉴定指标。根系发达,根冠比较高是小麦耐缺锰的一个重要因素。     

Aluminum,manganese, and iron tolerance improves performance of wheat genotypes in waterlogged acidic soils

Waterlogging results in high shoot concentrations of iron (Fe), aluminum (Al), and manganese (Mn) in wheat grown in acidic soil. The verification of this observation in several acidic soils, development of screening techniques, and identification of genotypes differing in tolerance made it possible to test whether tolerance of ion toxicities improves performance of wheat in waterlogged acid soils. Six wheat varieties selected for tolerance/intolerance of Al, Mn, and Fe were grown in three acidic soils (pH_CaCl2 4.1–4.3) with or without waterlogging for 40 d. In terms of relative shoot dry weight, Al‐, Mn‐, and Fe‐tolerant genotypes tolerated waterlogging better, outperforming intolerant genotypes by 35%, 53%, and 32%, respectively, across the soils. The Al‐tolerant genotype had up to 1.8‐fold better root growth than the intolerant genotype under waterlogging. Waterlogging increased DTPA‐extractable soil Mn (71%) and Fe (89%), and increased shoot Fe (up to 7.6‐fold) and Al (up to 5.9‐fold) for different genotypes and soils. The Al‐tolerant genotype maintained lower tissue concentrations of Al as compared to intolerant genotypes during waterlogging. Waterlogging delayed crop development but distinctly less so in the tolerant than in the intolerant genotypes, thus jeopardizing the capacity of intolerant genotypes to produce yield in Mediterranean climates with dry finish of the season. Pyramiding multiple ion tolerances into current wheat varieties with desirable agronomic and quality characteristics to enhance their performance under waterlogged acid soils should be considered.     

不同氮效率基因型冬小麦物质生产对CO2浓度升高的响应研究

采用开顶式气室,以不同氮效率基因型冬小麦品种"小偃6号"(氮低效)和"小偃22号"(氮高效)为供试材料,通过盆栽方法,研究不同施氮水平下大气CO2浓度倍增对冬小麦叶面积、株高、生物量和产量的影响。结果表明,在CO2浓度倍增条件下,施氮后氮高效小麦基因型"小偃22号"穗长、株高显著高于氮低效小麦"小偃6号",但叶面积、茎长则相反。施氮水平、基因型和大气CO2浓度水平均不同程度地影响冬小麦生物量、产量及产量构成。同一施氮条件下,大气CO2浓度倍增使两种氮效率基因型冬小麦产量均显著增加,但增加量不尽一致:N1[0.15 g(N).kg-1(土)]处理时,氮低效"小偃6号"和氮高效"小偃22号"产量分别增加90.5%和52.9%,N2[0.30 g(N).kg-1(土)]处理时分别增加73.9%和93.6%。同一施氮条件下,大气CO2浓度倍增使两种氮效率基因型冬小麦地上部、根系、总生物量、每盆穗数、穗粒数和产量也均显著增加。从不同施氮水平看,大气CO2浓度倍增下(750μmol.mol–1)两种氮效率基因型冬小麦地上部、总生物量、穗粒数和产量均表现为N2>N1>N0。说明在该试验条件下,CO2浓度倍增及氮肥投入对作物生长及产量形成存在显著正交互效应。因此,在未来大气CO2浓度增加条件下,增加氮肥投入应有利于促进作物对大气CO2浓度升高的正效应,增加冬小麦的物质生产及提高产量。     

小麦远缘杂交种质资源创新

小麦近缘种是改良小麦的一个重要基因库, 具有许多栽培小麦所不具备的优良特性。我们通过远缘杂交、染色体工程的方法创制了一大批不同类型的材料, 经基因组原位杂交GISH、多色FISH 和特异分子标记鉴定, 抗条锈病、白粉病、叶锈病鉴定, 品质、营养性状以及产量性状鉴定, 共选育出10 类可为育种家利用的抗病、优质、富含微量营养元素、氮高效、丰产性状优良的远缘杂交新种质和新不育系种质; 开发了414对黑麦基因组专化的EST 引物, 31 个黑麦染色体(臂)专化的EST 分子标记, 可应用于分子标记辅助育种, 或追踪检测小麦背景中的黑麦染色体或染色体片段; 进行了抗病新基因的遗传分析和分子标记定位工作。利用新种质, 选育出了一批表现突出的抗病、营养高效的小麦-黑麦、小麦-冰草远缘杂交新品系