不同氮素利用效率基因型水稻氮素积累与转移的特性

选用氮素利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻基因型, 研究水稻氮素积累、转移特性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(N-n)、抽穗和成熟期, 氮高效类型水稻的氮素积累量极显著高于氮低效类型, 而拔节期差异不明显。水稻氮素的阶段性积累量, 除(N-n)至拔节阶段, 氮高效类型水稻极显著低于氮低效类型外, 其余各阶段氮高效类型水稻的氮积累量均极显著高于氮低效类型。水稻氮素的阶段性积累率, 移栽至(N-n)和(N-n)至拔节阶段氮低效类型水稻显著大于氮高效类型, 而在拔节至抽穗和抽穗至成熟阶段则表现出相反的趋势。抽穗前的氮素转移量和转移率, 氮高效类型水稻显著或极显著大于氮低效类型, 而抽穗前氮对籽粒的贡献率, 氮高效类型极显著低于氮低效类型。氮高效类型水稻具有在(N-n)前氮素适度积累, (N-n)后至抽穗阶段, 氮素的有效积累高而无效积累弱的特点。因此至抽穗期, 氮高效类型水稻的氮素积累量大于氮低效类型, 具有较高的氮素转移量和转移率。但由于氮高效类型水稻在抽穗以后仍具有较强的氮素积累能力, 因此其抽穗前氮对籽粒的贡献率相对低于氮低效类型。     

水稻高产氮高效型品种的根系形态生理特征

选用低产氮低效型、高产氮中效型和高产氮高效型具有代表性的6个粳稻品种,在各自最适氮素水平下,研究了根系形态生理特征的差异。结果表明,较之低产类型品种,高产类型品种在根干重、根体积、根系总吸收表面积、活跃吸收表面积、根系α-NA氧化量及根系伤流强度等方面在各个生育时期均存在着明显的优势,说明生产力的提高伴随着根系形态特征的改善和生理活性的加强。同为高生产力类型品种,因氮利用率的差异根系形态生理特征表现不同。较之高产氮中效类型,高产氮高效型水稻的群体根干重、群体根体积、群体根系伤流强度和根系总吸收表面积均有所降低,而单茎根干重、单茎根体积、单茎根系伤流强度、活跃吸收表面积比及根系α-NA氧化量却有显著或极显著提高。表明适当控制高生产力水稻的群体生长量,促进群体和个体协调发展,着力提高抽穗后单茎根系质量,将是水稻高产和氮高效协调统一的可靠途径。     

淮北地区偏大穗型中粳水稻养分吸收特性

为探讨淮北地区偏大穗型水稻的养分吸收特性,以偏大穗型水稻品种连粳7号和穗数型水稻品种连粳4号（ck）为试验材料,对氮（N）、磷（P）和钾（K）养分吸收和累积特性进行了研究。结果表明由于每穗总粒数极显著增加,偏大穗型水稻品种产量（10.97t/hm2）极显著高于穗数型水稻品种（8.46t/hm2）;偏大穗型水稻拔节期、抽穗期和成熟期N、P、K含量均高于穗数型水稻,其中P和K含量差异均达显著水平;偏大穗型水稻N、P和K的累积量表现基本一致,在有效分蘖临界叶龄期前N、P和K的累积量相当,在有效分蘖临界叶龄期至拔节期、拔节期至抽穗期和抽穗期至成熟期N、P和K的累积量偏大穗型水稻品种均显著高于穗数型水稻品种;偏大穗型水稻品种每生产1000kg稻谷所吸收的N、P和K,超高产水稻分别为22.97kg、7.66kg和25.71kg,穗数型水稻品种为25.30kg、8.04kg和28.84kg;偏大穗型水稻对养分吸收具有生育前期低和中后期高的特点,并可提高养分吸收的产谷效率。     

水稻甬优12产量13.5t hm~(–2)以上超高产群体的氮素积累、分配与利用特征

为探明甬优12超高产群体的氮素吸收与积累特征,2013—2014年,对高产(10.5~12.0 t hm–2)、更高产(12.0~13.5 t hm–2)、超高产(13.5 t hm–2)3个产量群体的氮素吸收与积累特征等进行了系统比较研究。结果表明,与高产和更高产群体相比:(1)超高产群体拔节期植株含氮率较低,抽穗期和成熟期植株含氮率高于对照。超高产群体拔节期氮素吸收量较低,抽穗和成熟期氮素吸收量较高。(2)超高产群体播种至拔节期氮素积累量和积累比例低于对照;拔节至抽穗期、抽穗至成熟期植株氮素积累量和积累比例高于对照。播种至拔节期氮素积累量与产量呈极显著线性负相关,拔节至抽穗期、抽穗至成熟期植株氮素积累量与产量呈极显著线性正相关。(3)超高产群体抽穗期和成熟期茎鞘、叶片和穗部氮素吸收量较高,且花后茎鞘氮素转运量和穗部氮素积累量也较高。花后茎鞘氮素转运量与实产呈显著线性正相关;穗部氮素积累量与实产呈极显著线性正相关。(4)甬优12超高产群体氮素吸收利用参数为,籽粒生产率50.8 kg grain kg~(–1)、百千克籽粒吸氮量1.97 kg、氮肥偏生产力42.1 kg kg–1、氮收获指数0.552。本研究表明,与一般高产群体相比,甬优12超高产群体氮素吸收具有拔节前较低、拔节至抽穗期和抽穗至成熟期高的特点;促进花后茎鞘氮素转运量有利于提高水稻产量。甬优12超高产群体百千克籽粒吸氮量2.0 kg左右,其氮素利用效率较低,在其超高产栽培管理中应重视氮素的高效利用。     

不同水稻氮利用效率基因型的物质生产与积累特性

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225 kg hm^-2施氮条件下各基因型水稻物质生产与积累特性及其与氮利用效率的相互关系。结果表明，不同氮效率类型水稻群体茎蘖数没有鲜明的特征差异，但氮高效类型水稻的茎蘖成穗率极显著高于氮低效类型。氮高效类型水稻物质生产与积累具有“前稳、中小、后高”的特性，即在有效分蘖临界叶龄期前具有适宜的叶面积、光合势和群体生长速率，物质积累具一定优势，但其占全生育期总积累量的比例较少；有效分蘖临界叶龄至拔节阶段，无效分蘖发生少，叶面积指数、光合势、群体生长速率低，物质积累也不具优势；拔节以后，具有良好的群体质量，叶面积增长较快，群体光合势和生长速率加大，物质积累优势较为明显。不同氮效率类型水稻物质生产与积累的特性不仅可以解释水稻氮素利用的品种间差异，同时也为生产上提高水稻氮利用效率提供了可行的调控途径。     

籼、粳超级稻品种根系形态及若干生理特征的差异

为阐明籼、粳超级稻根系干物质积累与分布特征和主要形态生理性状指标的差异及其与产量形成的关系,以当地主体且具有代表性的2个超级杂交籼稻组合和2个常规粳型超级稻品种为试验材料,对麦稻两熟制条件下籼、粳超级稻单茎和群体根干重、总根长、根数、根体积、根系吸收面积、发根力、抽穗后根系伤流强度及根冠比、每条根长、根直径、根密度、颖花根流量、抽穗期根系在土层中的分布和产量构成等方面进行了系统的比较研究。结果表明:(1)整个生育期,粳稻的根冠比、每条根长、发根数、发根体积、发根干重及颖花根流量、穗数、群体颖花量、结实率和实收产量均高于籼稻,而根直径、每穗粒数和千粒重低于籼稻,其中根冠比、每条根长、颖花根流量、穗数、每穗粒数、结实率和实收产量差异达显著或极显著水平;(2)粳稻抽穗前(含抽穗期)单茎根干重、总根长、根数、根体积和根系总吸收表面积及根密度均低于籼稻,但差异不显著,而成熟期这6个指标粳稻均显著或极显著高于籼稻;(3)粳稻拔节前单茎活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比均小于籼稻,而拔节后(含拔节期)两者差异趋势与之相反,差异显著或极显著;(4)除拔节期群体根干重、拔节期和抽穗期群体根数外,其他群体形态生理特征指标粳稻均显著或极显著高于籼稻;(5)无论是单茎还是群体,粳稻抽穗后0~35 d根系伤流量均显著或极显著高于籼稻;(6)粳稻0~10 cm土层根系干重所占比例极显著低于籼稻,10 cm以下土层根系干重占根系总干重的比例极显著高于籼稻,粳稻扎根更深,进一步强化了植株抗倒防早衰能力。与超级杂交籼稻相比,常规粳型超级稻抽穗后根系生长优势不断加大,特别是群体生长优势,成熟期粳稻所有根系形态生理特征指标均优于籼稻,是粳稻高产形成的重要原因和保障。     

籼粳杂交稻甬优2640钵苗机插超高产群体若干特征探讨

选用大穗型籼粳杂交稻甬优2640,以国家粮食丰产科技工程实施基地江苏东海、兴化和海安6.4、6.8和7.3 hm2连片超高产攻关方为依托,对籼粳杂交稻钵苗机插超高产群体(13.5 t hm–2左右)和高产群体(12.0 t hm–2左右)系统比较研究,旨在阐明秸秆还田条件下钵苗机插水稻超高产产量构成及其群体特征。结果表明,与高产群体相比,籼粳杂交稻钵苗机插超高产群体表现穗型大、粒数多和群体颖花量高,有效穗数、结实率和千粒重相当;群体茎蘖数生育前期稳步增长,有效分蘖临界叶龄期达适宜穗数,拔节期高峰苗数量少,拔节之后缓慢消减,最终成穗率高;群体叶面积指数有效分蘖临界叶龄期和拔节期较小,孕穗期达最大值(8.5左右),此后平稳减少,成熟期仍保持3.5以上;群体干物质积累量有效分蘖临界叶龄期和拔节期相当,拔节后积累较快,孕穗期、抽穗期和成熟期显著或极显著增高,且生育中、后期干物质积累比例高;群体氮素积累、群体光合势、群体生长率和净同化率表现为"前小,中高,后强"。说明水稻钵苗机插超高产群体生育中、后期具有较强的光合物质生产力和较高的氮素积累量。本文还探讨了秸秆还田条件下水稻钵苗机插超高产栽培关键技术。     

不同氮肥吸收利用效率水稻基因型叶片衰老特性

选用氮肥利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种,研究225kghm-2施氮条件下其氮素吸收积累特性。与氮低效基因型相比,氮高效基因型水稻在拔节至抽穗、抽穗至成熟阶段的氮素吸收速率、氮素积累量和积累比例均具有明显优势,其中以抽穗至成熟阶段的优势尤为显著。该阶段水稻各器官逐渐衰老,植株各项生理功能逐渐衰退,为明了水稻衰老与植株中后期氮素吸收与积累、氮肥吸收利用效率的相互关系,相继研究了花后各基因型水稻的衰老特性。结果表明,齐穗后的不同时期,氮高效基因型水稻的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均显著高于氮低效基因型,而膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)的含量却要显著低于氮低效基因型水稻。相关性分析表明,水稻的氮肥利用效率与齐穗后剑叶中的SOD、POD和CAT活性呈极显著正相关,而与其剑叶中的MDA含量呈极显著负相关。由此说明,与氮低效基因型相比,氮高效基因型水稻生育后期剑叶中用于清除活性氧自由基的SOD、POD、CAT活性较高,能有效阻止高浓度氧的积累和膜脂过氧化作用,降低MDA的含量,因而降低叶片的衰老进程,在维持较长光合功能期的同时能增强物质积累,促进植株对氮肥的吸收和利用。     

水氮管理模式对不同氮效率水稻氮素利用特性及产量的影响

以高产氮高效品种(德香4103)和中产氮低效品种(宜香3724)为材料,通过"淹水灌溉+氮肥优化运筹(W1N1)"、"控制性交替灌溉+氮肥优化运筹(W2N1)"、"旱种+氮肥优化运筹(W3N2)"3种水氮管理模式处理,研究其对氮素利用及产量的影响及其生理特性,并探讨氮素利用及产量与生理响应间的关系。结果表明,氮效率品种间的差异与水氮管理模式对水稻氮素利用特征、灌溉水生产效率、生理特性及产量均存在显著影响;不同氮效率品种间在氮肥利用效率方面的差异明显高于水氮管理模式的调控效应;而水氮管理模式对灌溉水生产效率、总吸氮量、氮素干物质生产效率及稻谷生产效率的调控作用显著。W2N1相对于W1N1及W3N2水氮管理模式能促进不同氮效率水稻拔节至抽穗期、抽穗至成熟期氮素的累积,提高功能叶谷氨酰胺合成酶(GS)活性、光合速率(Pn)及根系活力,进而提高稻谷产量及氮肥利用率,且对中产氮低效品种的调控效应显著高于对高产氮高效品种,为本试验最佳的水氮管理模式。高产氮高效品种的平均总颖花数、拔节至抽穗期稻株氮累积量、功能叶GS活性、Pn及根系活力均显著高于氮低效品种,尤其结实期高产氮高效品种更有利于维持叶片及根系的代谢同化能力,利于氮素转运、再分配到籽粒中提高稻谷生产效率及氮肥利用效率,是氮高效品种相对于氮低效品种高产、氮高效利用的重要原因。相关分析表明,水氮管理模式下不同氮效率水稻主要生育时期功能叶GS活性、Pn及根系活力与氮素利用及稻谷产量均存在显著或极显著的正相关;尤其以水稻抽穗期剑叶GS活性及根系活力与氮素利用及稻谷产量的正相关性最高。     

氮高效利用水稻碳氮代谢物含量的变化特征

采用土培盆栽试验,研究氮高效利用水稻在不同供氮水平下碳氮代谢物含量的变化情况,并探讨其与氮素利用效率之间的关系。结果表明,氮高效利用水稻碳氮代谢物谷氨酸(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、α-酮戊二酸(2-OG)和蔗糖的含量随生育进程的变化态势与氮低效利用水稻大致相同,但其含量的高低因品种、施氮量不同而异。Glu对氮的响应基本为随施氮量增加而增加。Gln在抽穗期、开花期和2-OG在抽穗期、开花期、成熟期对氮响应呈现先降后升再降的"S"型曲线变化规律;蔗糖在抽穗期随施氮量的增加而减少,而在成熟期表现为增加。抽穗期Gln与Glu呈极显著正相关;氮利用效率(NUE)与开花期的Gln呈显著负相关,与Glu呈显著正相关,与成熟期2-OG呈极显著负相关。施氮量和不同氮利用效率水稻对碳氮代谢物含量有影响,氮高效利用水稻在低氮条件下具有较高的Glu、2-OG和蔗糖含量;抽穗期不同供氮处理Gln含量均明显较高。     

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）。     

不同基因型小麦对低氮胁迫的生物学响应

采用溶液培养的方法,研究了不同基因型春小麦(加春1、2、4号)根系对低氮胁迫的生物学响应、小麦苗期氮素吸收、分配的基因型差异以及与根系形态之间的相关关系,结果表明,⑴低氮胁迫下小麦的根重、根长、根条数、根系总吸收面积与活跃吸收面积、根系SOD及POD活性、根系活力均明显降低,但不同基因型间的差异明显。低氮胁迫下加春2号小麦根系具有较好的形态学与生理学性状,并向地上部分配了较大比例的氮素,地上部氮累积量占总氮量的百分率比其它两种基因型分别高7.6%和8.2%,氮的利用率也比其它两种基因型高8.0%和9.9%。加春2号比其它两个基因型更能适应低氮环境胁迫。⑵在低氮胁迫下,春小麦根重、根总长度、根系活力、根系总吸收面积及活性吸收面积与总吸氮量呈显著线性相关,而在高氮水平下无相关关系,表明在氮素胁迫条件下,根系形态对氮吸收率起重要作用。     

水稻产量对氮肥响应的品种间差异及其与根系形态生理的关系

以籼稻天优华占、两优培九和粳稻陵香优18、宁粳1号为材料,研究了水稻产量对氮肥的响应。结果表明,水稻产量对施氮量的反应存在明显的品种间差异。上述4个水稻品种在获得最高产量(10.1~10.3 t hm–2)时,天优华占和陵香优18所需施氮量为242.5~255.5 kg hm–2,明显低于两优培九和宁粳1号的327.3~328.0 kg hm–2。天优华占和陵香优18的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均明显高于两优培九和宁粳1号,表明天优华占和陵香优18产量对氮肥的反应较两优培九和宁粳1号敏感。在高产(10.5~10.9 t hm–2)条件下,天优华占和陵香优18主要生育期根系的重量、长度和总吸收表面积低于两优培九和宁粳1号,而根系活跃吸收表面积及其占总吸收表面积的比例、根系伤流量以及根系活力则显著高于两优培九和宁粳1号。上述结果表明,通过栽培措施调控或选用根系活跃吸收表面积、根系伤流量和根系活力高的水稻品种将更有利于降低水稻施氮量和提高产量及氮肥利用效率。     

不同氮肥利用效率水稻基因型剑叶光合特性

选用氮肥利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种，研究225 kg hm^-2施氮条件下水稻剑叶光合特性的差异及其与氮肥利用效率、水稻结实性的相互关系。结果表明，齐穗后，氮高效基因型水稻的叶绿素含量、叶片含氮量、净光合速率、光合功能期和叶绿素荧光动力学参数中的最大光化学效率(F_v/F_m)、PS II的潜在活性(F_v/F_o)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)和非光化学猝灭系数(q_N)均显著高于氮低效基因型。相关性分析表明，齐穗后不同时期，剑叶中叶绿素含量、叶片含氮量、净光合速率、剑叶的光合功能期和叶绿素荧光动力学参数值(F_v/F_m、F_v/F_o、Φ_PSII、q_P、q_N)与水稻的氮肥利用效率、结实性均呈极显著的正相关。由此说明，与氮低效基因型相比，氮高效基因型水稻生育后期具有较好的光合特性，较长的光合功能期；同时，其PSII反应中心更加稳定，具有更大的光能转化为电化学能的潜力，非光化学猝灭对光合机构也有更好的保护作用。因而，其在促进植株光合物质积累，提高结实性的同时能通过地上部与地下部的调节反馈增强植株对氮肥的吸收利用。     

不同基因型小麦对低氮胁迫的生物学响应

采用溶液培养法，研究了不同基因型春小麦（加春1、2、4号）根系对低氮胁迫的生物学响应、苗期氮素吸收、分配的基因型差异以及与根系形态之间的相关关系。结果表明，在低氮胁迫下，小麦的根重、根长、根条数、根系总吸收面积与活性吸收面积、根系活力均明显降低，但不同基因型间差异明显，加春2号根系具有较好的形态学与生理     

中粳稻不同栽培模式对产量及其生理特性的影响

旨在探讨水稻高产与氮肥高效利用的栽培技术。以中粳稻品种，设置当地高产栽培(对照)、超高产栽培和高产高效栽培等处理，比较分析在不同栽培技术体系下产量形成特点及其生理原因。与对照相比，高产高效栽培增加了根和地上部植株干重、提高了根系细胞分裂素含量、根系氧化力、粒叶比、灌浆中后期叶片光合速率、抽穗期茎鞘中非结构性碳水化合物累积量、物质运转率和收获指数；产量增加了31%，氮肥农学利用率(单位施氮量增加的产量)增加了57%。说明通过栽培技术的集成优化，可以促进植株生长，进而获得高产和氮肥高效利用的效果。