耐低氮烟草基因型的筛选及其氮效率类型

筛选耐低氮及氮高效的烟草基因型是提高氮素利用效率,减少氮污染的一种有效途径。本文采用营养液培养方法,以低氮(0.5 mmol L~(-1))和正常氮(5.0 mmol L~(-1))处理74个烟草基因型幼苗,通过指标统计、因子分析、聚类分析来确定评价指标,并筛选出耐低氮基因型。不同基因型烟草的根系体积、根系生物量、茎叶氮累积量、地上部生物量变异明显,低氮和正常氮处理的变异系数分别为0.37~0.68和0.38~0.64。两种氮水平下的主成分基本相似,并表明茎叶氮累积量和地上部生物量起主要作用。根据评价指标的Heatmap聚类和氮效率综合值散点图分析结果,筛选出15个耐低氮基因型,占供试材料的20.3%,其中8个属于低氮高效正常氮低效型,6个属于低氮低效正常氮低效型,1个属于低氮高效正常氮高效型;还筛选出8个低氮敏感基因型,其中6个属于低氮低效正常氮高效型,2个属于低氮低效正常氮低效型。初步确定14P9为耐低氮且氮高效基因型,中烟100和K394为低氮敏感且氮低效基因型。     

低氮高效红甜菜形态特征分析

筛选低氮高效基因型红甜菜是提高氮素利用效率,减少氮污染的有效途径。采取液体培养方法,设置低氮(1.5 mmol/mL)、正常氮(5 mmol/mL)、高氮(10 mmol/mL)3种氮素水平处理,选用中国农业科学院甜菜研究所育种品系,通过生长指标统计、因子分析、聚类分析来确定评价指标,并筛选出耐低氮基因型。在低氮和高氮条件下,茎叶氮含量、茎叶氮素干物质生产效率、整株氮累积量、氮生理利用效率、整株氮素干物质生产效率差异性显著,变异系数分别为0.169~0.217和0.110~0.271。通过因子分析发现,在低氮和高氮条件下主成分培养情况基本相同,第一主成分是由根系氮含量、根系氮素干物质生产效率、整株氮素干物质生产效率、整株氮含量、氮生理利用效率决定,第一主成分所占的方差贡献率较大。综合红甜菜氮素吸收累积变异特征及因子分析,将茎叶氮含量、茎叶氮素干物质生产效率、整株氮累积量、氮生理利用效率、整株氮素干物质生产效率作为初步筛选红甜菜氮高效综合评价指标。再根据隶属函数法计算出的氮效率综合值和采用欧氏距离平方拟合的分层聚类分析,将整株氮素干物质生产效率作为筛选氮高效综合评价指标。最终筛选出对氮素高效吸收利用的材料（低氮高效型‘YeginaS2’、低氮低效高氮高效型‘CYCLHDAR’）,结合其株高、叶面积、叶柄长、根长等形态特征、干物质量及根冠比等实用特征,分析不同基因型红甜菜对土壤氮素吸收利用特点,进一步验证对增施氮肥反应敏感的低氮高效型、低氮低效高氮高效型品种。     

苗期耐低氮基因型苦荞的筛选及其评价指标

土壤缺氮是造成我国黄土高原冷凉地区农业低产的主要原因。为了筛选耐低氮苦荞基因型及适宜鉴定指标,采用苗期水培方式,测定9个不同基因型苦荞在不同氮水平下的农艺性状、生理特性及植株氮素利用等指标,采用隶属函数法计算各指标耐低氮指数,通过主成分分析与聚类分析评价各基因型苦荞综合耐低氮能力。结果表明,低氮胁迫下,苦荞地上部生长受抑制程度大于根系,株高、茎粗、叶面积、地上部干重、根系体积、根系表面积及根系平均直径均呈下降趋势,主根长和根冠比呈上升趋势;根系活力、根系硝酸还原酶(NR)活性及可溶性蛋白含量有所下降,而根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)、可溶性糖及游离脯氨酸含量有所升高;叶片叶绿素含量、Fm和Fv/Fm降低,而Fo升高;植株全氮含量及氮积累量降低,而由于植株氮积累量降幅明显大于生物量降幅,导致氮利用效率显著升高。将25个单项指标转化为4个相互独立的综合指标(累计贡献率达87.44%),并将9个苦荞基因型划分为耐低氮型、中间型和不耐低氮型。为了预测苦荞基因型的耐低氮能力,将D值作因变量,各指标耐低氮指数作自变量进行逐步回归分析,建立最优回归方程,筛选出株高、茎粗、叶面积、根冠比、叶绿素含量、Fm、根系超氧化物歧化酶(SOD)活性及氮利用效率8项对苦荞耐低氮能力有显著影响的指标,并且9个苦荞基因型的苗期耐低氮能力预测值Y与D值显著相关(R2=0.998,P0.01),表明这8个指标可用于耐低氮苦荞基因型的快速鉴定。     

茄子氮高效基因型苗期筛选指标的研究

为明确茄子氮高效基因型苗期筛选指标,以茄子高氮高效低氮高效型基因型06-991和高氮高效低氮低效型基因型06-867为材料,采用溶液培养方法在高氮(11 mmo L/L)和低氮(2 mmo L/L)处理下,研究茄子苗期植株形态、根系特征和氮素在各个器官中的累积与分配的特性。结果表明,高氮处理下06-991和06-867茄子的植株形态、根系形态差异不显著;低氮处理下06-991的株高、叶片总叶绿素含量、植株干质量、平均根长、根体积、根干质量和植株氮累积量显著高于06-867,分别达到06-867的1.40,1.78,1.29,1.30,1.67,2.00倍。06-991的根冠比和植株向根部分配的氮素显著高于06-867。茄子各性状与氮素累积量相关性分析表明,2个氮水平下植株干质量和根干质量与植株氮素累积量呈极显著正相关,适合作为茄子苗期氮高效基因型筛选指标。     

不同氮效率芝麻品种苗期氮吸收转运与利用差异

为探究芝麻苗期氮吸收、转运及利用规律，以2个氮效率差异芝麻品种郑芝HL05(ZZ,氮高效)和缅甸高产者(MD,氮低效)为材料，通过水培试验设置正常(CK,17.86 mmol/L)和低氮(LN,0.2 mmol/L)2个氮浓度处理，比较不同氮效率芝麻在根系形态、氮吸收转运利用、氮代谢指标及相关基因表达等方面的差异。结果表明，不同氮浓度处理下，氮高效品种ZZ的根系形态指标、生物量、氮积累量、氮代谢相关酶活性、根系氮利用效率总体上均高于MD。低氮胁迫显著降低了芝麻的生物量、氮积累量及叶片氮代谢相关酶活性，提高了植株的根系形态指标、根系活力、根冠比、氮生理利用效率、根系干物质利用效率和氮利用效率。其中，氮高效品种ZZ的生物量、氮积累量、转运系数、根系氮生理利用效率和氮利用效率分别是MD的2.48,1.08,1.73,2.36,2.65倍。实时荧光定量PCR结果显示，低氮胁迫下，氮高效品种中，参与NO₃^-吸收、转运和再分配的相关基因SiNPF6.3a/b、SiNPF4.6a、SiNRT2.4a/b、SiNRT2.5、SiNPF7.3a/b和SiNPF...     

玉米耐低氮基因型筛选压力的选择

收集了贵州省喀斯特高原生态型玉米自交系、杂交种及农家品种，采用溶液培养的方法，对玉米耐低氮基因型的筛选压力展开了较为系统的研究，初步获得以下研究结果：（1）在极低N胁迫（O．05mmol／L）条件下，不同玉米基因型的缺素症状、地上部干重、根干重、根冠比及植株总吸氮量的基因型差异显著，更易评价和鉴定玉米基因型的耐低氮营养特性。因而，氮素胁迫压力为0．05mmol／L时，较适于对耐低氮基因型材料的筛选。（2）在极低供N条件下，贵毕303基因型具有较高的氮效率，这主要来源于吸收效率的差异，该基因型在低N下总吸氮量最高；而绵单1号、安单136和兴黄单89—2表现出较强的耐低氮特性。     

不同氮吸收效率品种油菜氮素营养特性的差异

采用土培盆栽试验,在不同供氮水平下对50份甘蓝型油菜进行氮吸收效率筛选,并比较其不同品种的氮素营养特性。结果表明,油菜的氮素营养特性表现出一定的品种差异,其中根系氮累积量及其占总吸氮量的百分比变异系数最大,超过50%,而生长前期植株含氮量的变异系数最小。不论氮素供应水平高低,油菜氮高效品种的总吸氮量和各器官的氮素累积量均显著高于氮低效品种,其中根系氮素累积量的差异最大,而果荚氮素累积量的差异最小;氮高效品种根系中累积的氮素比例均显著高于氮低效品种,而果荚中累积的氮素比例均显著低于氮低效品种;氮高效品种营养生长阶段地上部的含氮量与氮低效品种的差异不显著,而地上部的氮素累积量显著高于氮低效品种;营养生长阶段功能叶片的SPAD值也显著高于氮低效品种。随着供氮水平的改变,氮高效品种各器官的含氮量、氮素累积量和氮素分配比例的变化幅度均显著高于氮低效品种。不同品种油菜氮素营养指标的显著差异为通过遗传改良途径培育作物新品种和提高作物氮肥利用效率提供了基础。     

低氮胁迫对不同小麦品种苗期性状的影响

研究了低氮0.1mMNO3胁迫对6个不同基因型小麦品种苗期性状的影响.研究结果表明,低氮胁迫处理对小麦根系性状的影响大于地上部性状,不同苗期性状受低氮胁迫影响的程度分别为:根系鲜重＞根系干重＞最长根长＞地上部鲜重＞苗长＞地上部干重.6个供试小麦品种中,中国春对低氮胁迫最为敏感,而埃及红的耐低氮性相对较强.     

磷胁迫下不同基因型大豆苗期根系形态及生物量差异的研究

在磷胁迫[0mmol/L(P),砂培]条件下,对不同基因型大豆苗期在根系形态、生物量等方面的差异进行了研究,结果表明：磷高效基因型在两叶期并未发挥出其基因型潜力的优势;四叶期,磷高效基因型的侧根数、侧根长、根系吸收面积、茎叶干重等性状的受抑制程度均显著低于磷中、低效基因型,而地下干重、根冠比却受到了较中、低效基因型更强的诱导作用。综合评价表明,磷高效基因型的综合值（评价磷效率特性的综合指标）显著高于磷中、低效基因型,显示出了较强的抗磷胁迫能力,但磷高效基因型并非所有性状都表现突出;四叶期可作为大豆耐低磷胁迫的筛选期,根表面积和活跃吸收面积可作为衡量磷效率特性的特异性指标。     

磷胁迫下不同基因型大豆苗期根系形态及生物量的差异

在磷胁迫[0mmol/L(P),砂培]条件下,对不同基因型大豆苗期在根系形态、生物量等方面的差异进行了研究,结果表明:磷高效基因型在两叶期并未发挥出其基因型潜力的优势;四叶期,磷高效基因型的侧根数、侧根长、根系吸收面积、茎叶干重等性状的受抑制程度均显著低于磷中、低效基因型,而地下干重、根冠比却受到了较中、低效基因型更强的诱导作用。综合评价表明,磷高效基因型的综合值(评价磷效率特性的综合指标)显著高于磷中、低效基因型,显示出了较强的抗磷胁迫能力,但磷高效基因型并非所有性状都表现突出;四叶期可作为大豆耐低磷胁迫的筛选期,根表面积和活跃吸收面积可作为衡量磷效率特性的特异性指标。     

基于生物量的冬小麦越冬前植株地上部形态结构模型

越冬前植株地上部形态建成是冬小麦株型构建和可视化的重要基础。为定量分析冬小麦越冬前植株地上部形态结构参数与器官生物量的关系,以济麦22、泰农18和鲁原502为材料,于2013-2014和2014-2015年度开展了品种和施氮试验。利用2013-2014年度越冬前植株地上部形态结构参数和器官生物量等数据构建了冬小麦越冬前植株地上部形态结构模型。经2014-2015年度数据检验,除叶鞘长和叶弦长模型精度略低外,叶长、最大叶宽、叶切角和叶弦角模型精度均较高,所建模型可较好地模拟不同品种与各施氮水平冬小麦越冬前植株地上部形态结构。     

水稻氮高效基因型及其评价指标的筛选

以48份不同水稻基因型为供试材料，研究了它们的氮素吸收和利用率，及其与主要农艺性状之间的关系。结果表明，水稻基因型在氮素吸收利用率方面间存在明显差异，从现有的材料中可筛选出氮高效基因型。长伦占不论在低氮处理还是高氮处理均表现出氮高效利用特性，为典型的氮高效基因型。此外，还筛选了适于低氮条件种植的广恢128和茉莉占选；适于高氮条件种植的97香、2466和银花占。低氮高效型适合在贫瘠地区种植，而高氮高效型适合在肥沃地区种植。结果表明，水稻氮素利用率与抽穗期及乳熟期倒2、倒3叶的叶绿素含量呈显著或极显著负相关；与收获指数、稻谷产量和穗数之间均呈极显著正相关，它们可作为水稻氮素利用效率的评价指标。但是水稻氮素吸收率与利用率之间存在极显著负相关，因此，如何协调二者关系，既能提高稻谷产量和氮素利用率，又减少施氮量是急需解决的问题。     

甜菜对低氮胁迫的形态学响应机制

为了分析甜菜对低氮胁迫在形态学上的应答机制,本研究以甜菜种质资源‘780016B/12优’为研究对象,对缺氮(N 0 mmol/L)和低氮(N 1.5 mmol/L)条件下甜菜植株的形态和根系构型变化进行了深入分析。结果表明,甜菜遭受氮胁迫时,地上部生物量积累减少,地下部生物量积累增加,根冠比增加,叶面积减少,甜菜生长发育受到抑制。低氮胁迫7~14天后的根系面积、体积和根系分叉数增加量均大于对照(N 10 mmol/L)。氮胁迫下,甜菜的根系构型呈二分体状,且随着胁迫时间和缺氮程度的增加,地下生物量越大,这种状况表现的越为明显。因此可以推断,甜菜植株根系生物量的高低与根系构型有着密切的联系,甜菜通过改变根系比例和根系构型来获得氮素平衡。     

外源硝酸还原酶(NR)抑制剂对油菜植株内NR活性的影响及其与硝酸盐含量的关系

为进一步揭示硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)活性的调控机制及其与植株体内硝酸盐含量的关系。本试验在正常供氮(15 mmol L^–1 NO₃^–)和缺氮(7.5 mmol L^–1 NO₃^–)条件下, 以氮高效(H1:742和H2: Xiangyou15)和氮低效(L1: 814和L2: H8)油菜基因型为研究材料, 通过NR活性的专性抑制剂处理, 研究NR活性和硝酸盐含量的基因型和氮水平差异。结果表明, NR专性抑制剂处理可以显著降低叶片NR活性, 正常供氮和缺氮条件下分别降低53.0%和57.6%, 但对叶片硝酸盐的含量没有显著影响。正常供氮条件下的NR活性和硝酸盐含量比缺氮条件下分别高46.9%和16.4%。氮高效油菜基因型的硝酸盐含量显著低于氮低效基因型。H2的NR活性(NRA_act)显著高于氮低效基因型的本质原因是其主效基因(nia2)的相对表达量高于氮低效基因型。本研究充分表明NR活性和硝酸盐含量存在明显的基因型和氮水平差异, 一定程度的NR活性变化对植株体内硝酸盐的含量并没有显著的影响。     

利用叶绿素仪SPAD值筛选耐低氮水稻种质

在低氮限制条件下,对低氮的反应存在明显的基因型差异,这种差异可以通过SPAD值来很好地反映。本文以农业部948项目全球水稻分子育种计划采用的151余份国内外代表性种质为供体亲本、云南省育成的优质品种滇粳优1号为轮回亲本、通过连续回交形成的5500个株行为材料,在田间自然缺氮条件下,以水稻植株叶绿素计SPAD值作为耐低氮能力评价指标,以不同试验地点SPAD值的相对值为参考评价指标。最终筛选出Madhukar、UPR191-66为耐低氮基因型种质。     

富钾基因型烤烟的钾积累及根系生理特性

采用室内营养液培养(钾浓度为3 mmol L^-1)的方法, 以富钾基因型烤烟农大202与2个一般型品种净叶黄、NC89为材料, 研究富钾基因型烤烟钾积累及根系生理特性。结果表明, 3个烤烟品种根和茎中钾积累量无显著差异, 但农大202的叶片钾积累量、根系活力和根系总活力、根系H⁺分泌量、根系阳离子交换量(CEC)、根系可溶性蛋白含量和ATPase活性均极显著高于另两个品种。净叶黄、NC89间除根系活力和根系H⁺分泌量差异达显著水平外, 其他根系生理特性差异均不显著。根系钾吸收动力学参数结果显示,农大202苗期钾离子最大吸收速率(V_max)较高而米氏常数(K_m)和钾离子吸收临界浓度(C_min)较低, 而旺长期的V_max、K_m及C_min均较高, 说明其根系具有较高的钾吸收速率, 但旺长期后耐低钾能力较差。     

玉米杂交种及其亲本苗期性状对低氮胁迫的动态响应

以玉米杂交种先玉335及其亲本（PH6WC、PH4CV）和豫玉22及其亲本（综3、87-1）为试验材料,通过水培方法,设置低氮（0.04mmol/L,LN）和正常氮素（2mmol/L,CK）水平2个处理,分别在培养3、7和14d后,对其幼苗生物量积累、叶片和根系表型、叶绿素及氮素含量等进行分析,探究低氮胁迫下玉米杂交种及其亲本幼苗性状的动态变化。结果表明,玉米苗期根系对低氮的响应要早于地上部,且杂交种对低氮的响应比亲本更为迅速。在CK和LN处理下,杂交种幼苗的多个性状均存在中亲和超亲优势,豫玉22的根尖数、根系氮积累量占比和先玉335的总根长、根表面积及根尖数的杂种优势在3个时间点与CK处理相比均有较大幅度提高。通过耐低氮指数分析发现,杂交种的耐低氮能力介于2个亲本之间或与其中1个亲本接近。     

Vigour/tolerance trade‐off in cultivated sunflower (Helianthus annuus) response to salinity stress is linked to leaf elemental composition

Developing more stress‐tolerant crops will require greater knowledge of the physiological basis of stress tolerance. Here, we explore how biomass declines in response to salinity relate to leaf traits across 20 genotypes of cultivated sunflower (Helianthus annuus). Plant growth, leaf physiological traits and leaf elemental composition were assessed after 21 days of salinity treatments (0, 50, 100, 150 or 200 mM NaCl) in a greenhouse study. There was a trade‐off in performance such that vigorous genotypes, those with higher biomass at 0 mM NaCl, had both a larger absolute decrease and proportional decrease in biomass due to increased salinity. More vigorous genotypes at control were less tolerant to salinity. Contrary to expectation, genotypes with a low increase in leaf Na and decrease in K:Na were not better at maintaining biomass with increasing salinity. Rather, genotypes with a greater reduction in leaf S and K content were better at maintaining biomass at increased salinity. While we found an overall trade‐off between sunflower vigour and salt tolerance, some genotypes were more tolerant than expected. Further analysis of the traits and mechanisms underlying this trade‐off may allow us to breed these into high‐vigour genotypes in order to increase their salt tolerance.     

玉米自交系幼苗生物量积累及根系形态对两种氮素水平的反应及聚类分析

为探讨低氮胁迫对玉米自交系幼苗生物量和根系形态的影响,以35份玉米自交系为材料,测定了两个氮素水平处理后14d玉米幼苗的单株干重、地上部干重、根干重、根冠比、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、侧根数和初生根长。结果表明,低氮胁迫下玉米幼苗根干重、根冠比、根总表面积、根体积、侧根数、根平均直径和初生根长显著增加,地上部干重和单株干重显著减小,而总根长没有明显变化。通过主成分分析和聚类分析发现,同一氮素水平下,玉米幼苗各性状的综合表现存在基因型差异,且在正常氮素和低氮条件下均可以分为6组。低氮处理后,选取的9个自交系地上部氮素积累量均显著降低,PH4CV、B73和XY4的根系氮素积累量显著增加,其余6个自交系显著降低。此外,只有XY4的氮素吸收和利用效率均较高。综合分析表明,XY4是低氮高效型玉米自交系。