FACE对武香粳14根系活性影响的研究

利用我国惟一的农田开放式空气CO₂浓度增高(Free-air CO₂ enrichment-FACE)研究平台,研究大气CO₂浓度比对照（现大气CO₂浓度）高200 μmol·mol^-1的FACE处理对水稻品种武香粳14根系活性的影响。结果表明：(1)FACE处理使水稻单位干重根系的总吸收面积、活跃吸收面积的最大值比对照提早10 d左右,移栽后18 d及其以后不同生育时期的单位干重根系的总吸收面积、活跃吸收面积、α-萘胺氧化量等根系活性指标均显著或极显著低于对照,但FACE处理对每穴根系活性的影响相对较小;(2)移栽后28 d及其以后不同生育时期每穴的不定根数、不定根总长度、根系体积、根干重与单位干重根系的活性关系密切,根量越大单位干重根系的活性越低;(3)不同生育时期的植株含氮率与单位干重根系的活性多呈正相关,植株碳氮比与单位干重根系的活性多呈负相关。笔者认为,FACE处理水稻生育前期根系生长量大、植株含氮率低、碳氮比高等可能是造成其单位干重根系活性显著低于对照的重要原因。     

华南主栽高产籼稻根系形态特征及其与产量构成的关系

为探明不同类型高产籼稻的根系形态特征差异及其与产量的关系,以7个目前在华南地区大面积推广应用的主导品种(组合)合美占、桂农占、玉香油占、粤晶丝苗2号、五优308、天优998、天优122为材料,在2010-2011年进行两年盆栽试验,分别考查分蘖盛期、抽穗期及成熟期的单株、单茎及单条不定根形态性状,利用WinRhizo根系分析系统分析抽穗期的根系分枝特征,并计算根系形态特征与产量的相关性。结果表明: (1)杂交籼稻组合各生育时期的单株根数、单株根长、单茎根长及单条根长均显著大于常规籼稻品种;单株和单茎的根体积与干重差异不明显;常规稻单条根质量则普遍高于杂交稻。(2)抽穗期不同级别根的表面积和体积均为不定根>粗分枝根>细分枝根,杂交稻不同级别根的总长度为粗分枝根>不定根>细分枝根,常规稻则为不定根>粗分枝根>细分枝根;杂交稻的分枝根总长度及粗分枝根和细分枝根的长度、表面积、体积都显著大于常规稻;常规稻的平均根直径则显著大于杂交稻。(3)杂交稻与常规稻根系特征的主要差异是单株根数和长度的差异,分蘖数和单条根长度的差异是两者根系特征差异的重要原因。(4)单株不定根数、不定根总长、根干重等12个根系性状分别与产量显著或极显著正相关;单株不定根数和分枝根总表面积分别是影响产量的主要因素。这些结果为水稻根系遗传改良和超高产育种及栽培提供了参考。     

不同氮利用效率水稻基因型的根系形态与生理指标的研究

选用氮素利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种, 研究了225 kg hm-2施氮条件下根系形态和生理指标的差异及其与氮素利用效率的相互关系。结果表明, 有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期和成熟期, 氮高效型水稻的根干重、根系体积、总吸收表面积、活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比均显著或极显著大于氮低效型水稻。有效分蘖临界叶龄期和拔节期, 氮高效类型水稻的根冠比显著大于氮低效型, 而抽穗和成熟期则表现相反趋势。成熟期前, 氮高效型水稻的根系α-NA氧化量极显著大于氮低效型, 而成熟期, 氮高效型中杂交水稻的根系α-NA氧化量略低于个别氮低效型水稻品种。相关性分析表明, 有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期和成熟期, 水稻的根干重、根系体积、根系的α-NA氧化量、总吸收表面积、活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比与氮素利用效率呈显著或极显著正相关。有效分蘖临界叶龄期和拔节期, 植株的根冠比与氮素利用效率呈显著正相关, 而抽穗和成熟期则呈极显著负相关。氮高效型水稻在其一生中具有良好的根系形态和保持较强的根系活力, 为植株大量吸收和高效利用氮素奠定了良好基础。同时, 在水稻的生长过程中, 地下部与地上部的合理比例及协调生长也是促进植株高效吸收利用氮素的重要因素。     

水稻主要根系性状对施氮时期反应的品种间差异

以日本晴、武运粳8号、扬稻6号、汕优63为供试材料,设计不施肥、基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥等4个不同氮肥施用时期的处理,研究水稻抽穗期主要根系性状对施氮时期反应的品种间差异及其对产量的影响.结果表明:(1)不同穗型品种根系性状差异明显,小穗型品种在每株不定根数、每株不定根总长上具有优势,大穗型品种在每株根干重、     

抑制无效分蘖对不同基因型水稻根系特征及养分吸收的影响

为了研究抑制无效分蘖对不同基因型水稻根系特征及养分吸收积累的影响,以培杂泰丰和粤晶丝苗为材料(分别记为P和Y),通过设计不同的栽插孔穴直径(栽插孔径分别为20,28,35 mm,依次记为D1、D2、D3)限制水稻的无效分蘖,试验采用水培法。结果表明:与D1、D3相比,D2显著提高了水稻培杂泰丰和粤晶丝苗的穗粒数和产量;在幼穗分化期,D2处理水稻培杂泰丰和粤晶丝苗根系根长、根表面积、根系体积以及根尖数和分叉数均明显高于D1处理;D2与D3处理培杂泰丰水稻抽穗期茎鞘P、K含量显著高于D1处理;D2处理抽穗期的钾素积累总量显著高于D1、D3处理;D3处理水稻粤晶丝苗幼穗分化期、抽穗期的氮素积累总量、磷素积累总量和钾素积累总量均显著高于D1处理。相关分析结果也表明,水稻齐穗期的总根长与氮素积累总量和钾素积累总量存在显著的正相关关系,根系的表面积和总体积与氮素、磷素和钾素积累总量均存在显著或极显著的正相关关系,而且,根系的平均直径与磷素积累总量和钾素积累总量也显著正相关。     

水稻株高性状对大气CO2浓度升高的响应

以粳稻品种Asominori与籼稻品种IR24的杂交组合所衍生的染色体片段置换系（CSSLs）为材料,田间试验分别在FACE（CO₂浓度约570 µmol mol^-1）和对照（CO₂浓度约370 µmol mol^-1）下,对水稻株高性状的数量性状位点（QTL）进行了分析。结果表明,Asominori和IR24的株高、穗长、上位第一节间长和上位第二节间长在FACE和对照下的差异达显著水平;供试株系的4个株高性状对CO₂浓度升高都呈正负两种响应,其变化最大的株系为AI7和AI44（株高分别增加14.2 cm和降低4.54 cm）,AI9和AI12（穗长分别增加3.56 cm和降低2.39 cm）,AI39和AI27（上位第一节间长分别增加15.74 cm和降低1.49 cm）,AI32和AI53（上位第二节间长分别增加8.09 cm和降低3.00 cm）;FACE和对照下分别检测出14和15个QTL,分布在除第2、7、9和第10号染色体外的各染色体上,其中5个（qPH6^-4、qPH8^-4、qPL8^-4、qPL12^-4和qLFN6^-4）在FACE和对照条件下同时检测到,分布在第6、8和第12染色体上,而其余的只在FACE或对照下检测到。这29个QTLs中,3个（qPH6^-4QE、qPH8^-4QE和qLSN5^-4QE）具显著的基因型与环境互作。在不同的CO₂环境下,测试性状发生不同程度的表型变异。结果推论,对CO₂浓度增加敏感的QTL位点,可能受到CO₂浓度增加的诱导,可见控制水稻株高性状的QTL与CO₂增加的环境发生了互作效应。     

FACE对武香粳14颖花分化和退化的影响

2001—2003年，利用我国唯一的农田开放式空气CO₂浓度增高(FACE)研究平台，研究大气CO₂浓度比对照高200 μmol·mol^-1的FACE处理对水稻品种武香粳14颖花分化和退化的影响。FACE处理结果表明，每穗现存颖花数平均比对照少10.4～12.6朵，降幅为6.88%~8.49%，达极显著水平；对每穗颖花分化数和1次枝梗颖花退化数无显著影响，但使2次枝梗颖花的退化数和退化率显著高于对照；水稻每朵分化颖花所占有的抽穗期植株含N量和拔节至抽穗期的吸N量显著或极显著小于对照，使抽穗期茎鞘中可溶性碳水化合物含有率及其与植株含N率的比值显著或极显著高于对照；每朵分化颖花所占有的抽穗期植株含N量和拔节至抽穗期的吸N量与每穗颖花退化数均呈线性负相关，相关系数分别为－0.848**、－0.961**；抽穗期茎鞘中可溶性碳水化合物含有率及其和植株含N率的比值与每穗颖花退化数均呈线性正相关，相关系数分别为0.808*、0.831*。认为FACE处理降低水稻颖花形成期吸氮能力，使植株碳代谢增强、氮代谢减弱可能是其分化颖花大量退化和每穗颖花数少于对照的重要原因之一。     

FACE对水稻根系及产量的影响

2002－2003年利用我国惟一的农田开放式空气CO2浓度增高(FACE)研究平台,以武香粳14为供试品种,设施Ｎ量150 kg·hm-2(LN)、250 kg·hm-2 (NN)、350 kg·hm-2 (HN) 3个处理,研究了大气CO2浓度比对照高200 μmol·mol-1的FACE处理对水稻根系形态性状、根系活性和产量的影响。结果表明,(1) FACE使LN、NN、HN处理水稻抽穗期的     

不同类型水稻品种间根系性状的差异

在群体水培条件下, 选用包括常规籼稻、常规粳稻、广亲和品种、三系杂交籼稻、杂交粳稻、两系法杂交稻在内的92个水稻品种(组合), 研究不同类型水稻品种间每株不定根数、每株根干重、每株不定根总长度、每条不定根长、最长根长、每条不定根粗、每条不定根重、单位长度不定根重、单位干重根系活性、每株根系活性、根系吸收总面     

开放式空气CO2浓度升高对稻米品质的影响

了解大气CO₂浓度升高对粳稻和籼稻稻米品质的影响,为今后合理筛选育种材料提供依据。以粳稻Asominori与籼稻IR24为材料,田间试验,于2003年和2004年连续2年在FACE（Free Air CO₂ Enrichment,大气CO₂浓度增加200μmol/mol）和正常大气CO₂浓度（约370μmol/mol）下,分析了稻米的加工品质、外观品质和蒸煮食味品质。与对照相比,两年内IR24和Asominori的糙米率、精米率和整精米率等加工品质都显著降低了,降低幅度分别为-3.14%~-0.21%和-3.14%~-0.33%;FACE对水稻粒长、粒宽以及粒形无显著影响;但与对照相比,IR24和Asominori的垩白米率却由对照下的29.63%和30.81%显著降低至18.93%和24.78%;FACE对两品种精米中直链淀粉含量无显著影响,但对RVA(Rapid Viscosity Analyzer)谱中各指标影响显著,其中FACE处理显著提高了两品种的最高粘度,而崩解值、消减值和糊化温度由于受到其它互作效应的影响两年的变化趋势不尽相同,蒸煮食味品质变化复杂;此外,IR24和Asominori的粗蛋白含量由对照下的11.77%和10.23%显著降低至10.97%和9.91%。两年内,IR24和Asominori除加工品质和食味品质表现趋势相同外,外观品质和蒸煮品质表现出籼稻IR24对CO₂浓度升高的响应程度大于粳稻Asominori。     

水稻株高性状对大气CO2浓度升高的响应

以粳稻品种Asominori与籼稻品种IR24的杂交组合所衍生的染色体片段置换系（CSSLs）为材料，田间试验分别在FACE（CO₂浓度约570 µmol mol^-1）和对照（CO₂浓度约370 µmol mol^-1）下，对水稻株高性状的数量性状位点（QTL）进行了分析。结果表明，Asominori和IR24的株高、穗长、上位第一节间长和上位第二节间长在FACE和对照下的差异达显著水平；供试株系的4个株高性状对CO₂浓度升高都呈正负两种响应，其变化最大的株系为AI7和AI44（株高分别增加14.2 cm和降低4.54 cm），AI9和AI12（穗长分别增加3.56 cm和降低2.39 cm），AI39和AI27（上位第一节间长分别增加15.74 cm和降低1.49 cm），AI32和AI53（上位第二节间长分别增加8.09 cm和降低3.00 cm）；FACE和对照下分别检测出14和15个QTL，分布在除第2、7、9和第10号染色体外的各染色体上，其中5个（qPH6^-4、qPH8^-4、qPL8^-4、qPL12^-4和qLFN6^-4）在FACE和对照条件下同时检测到，分布在第6、8和第12染色体上，而其余的只在FACE或对照下检测到。这29个QTLs中，3个（qPH6^-4QE、qPH8^-4QE和qLSN5^-4QE）具显著的基因型与环境互作。在不同的CO₂环境下，测试性状发生不同程度的表型变异。结果推论，对CO₂浓度增加敏感的QTL位点，可能受到CO₂浓度增加的诱导，可见控制水稻株高性状的QTL与CO₂增加的环境发生了互作效应。     

籼稻品种的氮素累积量与根系性状的关系

2001和2002年,在群体水培条件下,分别以国内外不同年代育成的籼稻代表品种88个和122个为材料,测定植株的干物重、全氮含量以及13个有关根系性状,采用组内最小平方和的动态聚类方法对供试籼稻品种成熟期的氮素累积量进行聚类,分析不同氮素累积量类型籼稻品种根系有关性状的差异以及影响籼稻品种氮素累积量的主要根系性状。结果表明：(1) 供试籼稻品种成熟期氮素累积量差异很大,2001年A、B、C、D、E、F类籼稻品种的氮素累积量分别为10.40、13.47、16.17、18.50、20.72、25.13 g·m^-2,2002年分别为8.53、12.44、15.80、19.87、25.15、33.31 g·m^-2,类型间的差异均达显著水平;（2）全生育期天数和每日氮素吸收量对品种成熟期氮素累积量均有显著影响（R² = 0.960～0.996）,并且后者显著大于前者;（3）成熟期氮素累积量与单株不定根数、单株根干重、单株不定根总长、单株根系总吸收面积、单株根系活跃吸收面积、单株根系α-NA氧化量等全株根系性状关系密切,与单条不定根长、单条不定根粗、单条不定根重等单条不定根性状和单位干重根系总吸收面积、单位干重根系活跃吸收面积等单位干重根系活性指标关系不密切;（4）多元逐步回归分析表明,单株根干重、冠根比、单株不定根数和单株不定根总长是影响籼稻品种氮素累积量的主要根系性状（R²=0.429～0.591）。     

开放式空气CO2浓度升高对冬小麦生长和N吸收的影响

利用FACE(free-air carbon dioxide enrichment)技术平台,设常CO₂（ambient CO₂）和高CO₂（elevated CO₂,ambient+200 μmol·mol^-1）2个水平和常N（NN,250 kg N·hm^-2）和低N（LN,150 kg N·hm^-2）2个水平,研究CO₂浓度升高对冬小麦（Triticum aestivum L.）整个生长生物量和氮（N）吸收的影响。结果表明,CO₂浓度升高使冬小麦各部分的生物量平均增加28.3%-44.5%,拔节期增幅最大,达36.8%-91.2%,而且NN处理的生物量增幅比LN处理低。CO₂浓度升高不同程度地降低了小麦的N含量,但是增加了N的吸收,在拔节期LN处理下分别增加20.8%-29.2%,CO₂浓度升高使小麦在拔节期NN处理的N相对吸收速率增加44.1%。说明在大气CO₂浓度升高条件下,小麦会通过生物量的增加固定更多的C,增加对N养分的需求,应着重考虑提高小麦拔节期间的施氮肥水平。     

茶陵普通野生稻光合特性研究

以超高产或高产栽培稻两优培九、汕优63、威优46和93-11为对照,测定了湖南茶陵普通野生稻抽穗开花期1 d中不同时间点的净光合速率（P_n）以及Pn对不同光强、不同CO₂浓度与不同温度的响应曲线。结果表明,茶陵普通野生稻的Pn在下午极显著高于对照,在高温（40℃,45℃）胁迫下也是如此;光补偿点为22.3 µmol photons m^-2 s^-1,与对照差异不显著(20.1~23.7 µmol photons m^-2 s^-1),光饱和点为1 810 µmol photons m^-2 s^-1,与对照93-11无显著差异,但极显著高于其他对照材料（1 530~1 628 µmol photons m^-2 s^-1）,表观量子效率(AQY)与对照无显著差异;CO₂补偿点（52.7 μmol mol^-1）稍高于对照（42.7~50.1 μmol mol^-1）,而饱和点(644.5 μmol mol^-1)则明显高于对照(521.1~581.3 μmol mol^-1),羧化效率（0.1511 mol m^-2 s^-1）显著高于对照(0.1277~0.1384 mol m^-2 s^-1);叶绿素含量极显著高于对照。说明茶陵普通野生稻的光合性能强于超高产或高产对照栽培稻,且在高温下表现更为突出。     

硝酸还原酶活力与作物耐肥性的研究 Ⅱ、籼、粳稻对硝态氮的吸收和同化

本文以籼(原丰早)、粳(京引127)稻为材料,研究了它们对 NO₃的吸收和同化 NO₃为氨基酸过程中有关酶的活力。结果指出:1)籼稻幼苗根对外液NO₃的吸收能力高于粳稻;2)籼稻叶片把 NO₃^-同化为 NH₄⁺的硝酸还原酶(NR)和亚硝酸还原酶(NiR)活力都高于粳稻;3)在进一步同化 NH₄⁺(无机态氮)为氨基酸(有机态氮)的谷氨酸脱氢酶(GDH)和谷氨酰胺合成酶(GS)/谷氨酸合酶(GOGAT)两条途径中,籼稻叶片的 GDH、GS 和 GOG-AT 活力都高于粳稻。这些结果说明了耐肥性弱的籼稻对 NO₃的吸收同化能力高于耐肥性强的粳稻,也就是说籼稻比粳稻对氮肥的反应更敏感。籼、粳稻的这种差异可能也存在于其他不同耐肥性的作物品种间。这就以作物内在的氮素代谢基础说明了作物品种对氮肥反应的差异原因,即作物耐肥性的生理基础。还应指出在作物对 NO₃吸收同化的诸因素中硝酸还原酶起着主要的和关键的作用。     

不同施氮量对套作大豆根系形态与生理特性的影响

在小麦/玉米/大豆套作模式中,利用挖掘法研究了施氮量在不同生育时期对套作大豆（贡选1号）一些根系形态与生理特性的影响。结果表明,在V3~R5时期,根干重、根瘤数、一级侧根长、伤流量均以低氮（纯氮45、90 kg hm^-2）处理最优;在R7时期,高氮（纯氮180、225 kg hm^-2）处理能够延缓大豆根系衰老,根干重、伤流量与施氮量呈正相关。根冠比与施氮量在V3~R5时期呈二次曲线关系,在生育末期呈直线递增关系。伤流量冠比(y)与三节期后天数(x)呈极显著负指数函数关系y=ae^-bx。伤流液氮素内含物中NO₃^-高于NH₄⁺,并随着施氮量增加而增加。在套作大豆整个生育时期中根系活力呈单峰曲线,低氮处理的套作大豆根系活力明显增强,高氮处理促使根系活力的峰值推迟至R3出现,并在生育末期（R7）保持高水平（＞116.00 μg g^-1 FW h^-1）。