水稻叶色分布特点与氮素营养诊断

 选用叶色不同的粳稻和籼稻品种 ,测定了植株不同含氮水平下主茎各叶的叶色和氮含量。发现顶 4叶在稻株氮素营养丰缺演变过程中表现较活跃 ,植株含氮量较低时 ,顶 4叶的叶色和氮含量明显低于上部各叶 ;随植株含氮量提高 ,顶 4叶的叶色和氮含量迅速提高 ,与其上位各叶的差距缩小。顶 4叶是反映水稻氮素营养状况的理想指示叶。同时还发现顶 4叶与顶 3叶的叶色差与稻株含氮量关系密切 ,且不受品种和生育进程影响 ,因此 ,用顶 4叶与顶 3叶的叶色差诊断水稻氮素营养状况具有普适性。研究提出在有效分蘖临界叶龄期、倒 2叶出生期和抽穗期顶 4叶与顶 3叶叶色相近为高产水稻的标志 ,粳稻植株含氮量 2 7g·kg-1DW和籼稻植株含氮量 2 5g·kg-1DW可作为水稻氮素丰缺的临界指标。     

密度对超高产春玉米氮素积累、运转、利用及叶片衰老的影响

为阐明种植密度对春玉米植株氮素积累、运转、利用与叶片衰老的影响,选用不同穗型超高产春玉米品种浚单20(高秆大穗型)和内单314(中秆中穗型),通过测定不同生育时期叶片的SPAD值、光合速率(Pn)和植株各器官的氮含量,研究4种种植密度(7.5,9.0,10.5和12.0万株/hm2)对不同穗型春玉米植株器官氮素及叶片衰老的影响。结果表明,两穗型品种叶片和茎鞘的氮素积累量随着密度的增加呈现降低的趋势,而氮素运转率和贡献率正好相反;在高密度条件下,氮运转率较高,叶片和茎鞘中的氮被过多的运转,削弱了营养器官的光合特性,加速植株的衰老;随着密度的增加,产量和氮素利用效率呈现增加的趋势,而氮素吸收效率和氮收获指数呈先增加后降低的趋势;两穗型品种的氮收获指数均在10.5万株/hm2时最大。     

基于图像特征的水稻叶片全氮含量估测模型研究

探究水稻叶片生长外部颜色、几何形态特征与其全含氮量之间的定量描述关系,可以快速且准确地诊断水稻氮素营养状况。研究筛选了全氮含量估测敏感叶位,并比较了基于多元线性回归和机器学习方法的水稻敏感叶位全氮含量估测模型,为构建高性能的氮素营养定量诊断模型提供思路和方法。水稻田间试验于2017—2018年在江西省南昌市成新农场进行,供试水稻品种为两优培九,设置4个施氮水平(施氮水平从低到高为0、210、300和390 kg·hm^-2)。在水稻幼穗分化期和齐穗期,分别扫描获取水稻顶部第一完全展开叶叶片(顶1叶)、顶部第二完全展开叶叶片(顶2叶)以及顶部第三完全展开叶叶片(顶3叶)图像,共4 800张图像。通过图像处理技术获取25项水稻扫描叶颜色和几何形态特征,采用多元线性回归进行全氮含量估测,筛选出两个时期的敏感叶位,并应用机器学习方法建立水稻敏感叶位的全氮含量估测模型。与人工测量相比,通过图像处理方法获取的水稻叶片长宽平均相对误差分别为0.328%、3.404%;幼穗分化期顶3叶和齐穗期顶2叶较其他同期叶位更为敏感,且以幼穗分化期顶3叶最为敏感;应用机器学习建立的水稻敏感叶位全氮含量估测模型略优于多元线性回归模型,且采用BP神经网络建模最佳,幼穗分化期顶3叶模型验证集的RMSE_v=0.089、MRE_v=0.034、 $R^{2}_{v}$=0.887,齐穗期顶2叶模型验证集的RMSE_v=0.132、MRE_v=0.046、$R^{2}_{v}$=0.820。幼穗分化期顶3叶和齐穗期顶2叶的叶片图像特征最具有代表性,进行全氮含量估测更具可行性,可作为水稻氮素营养诊断的有效叶位。     

关于用水稻“顶3顶4叶叶色差”作为高产群体叶色诊断统一指标的再论证

【目的】进一步论证用水稻"顶3顶4叶叶色差"作为高产群体叶色诊断的统一指标。【方法】以2001—2002年的试验结果进行再论证。选择叶色(SPAD)差异较大的金南风、9915、越光、9325等4个粳稻材料,白稻、H97-322等2个籼稻材料;通过不同施氮量试验,用SPAD-502型叶绿素计于有效分蘖临界叶龄期(N-n)、倒2叶期和齐穗期测定全株各叶的SPAD值,比较单叶SPAD值、顶3顶4叶色差跟植株含氮率、产量形成的关系差异。【结果】单叶SPAD值品种间或生育期差异很大,难以用某一叶的SPAD值诊断氮素营养状态,而在生育各期会出现顶4顶3、顶4=顶3和顶4顶3三种叶色差,是氮素不足、正常和过剩的生理反映;单叶的SPAD值与分蘖率、成穗率、每穗颖花数和结实率之间没有规律性的关系,不能作为共同诊断指标,而顶3顶4叶叶色差和产量三因素的形成存在规律性的变化关系;单叶SPAD值不能作为产量诊断的指标值,而在N-n叶龄期、倒2叶龄期和齐穗期3个叶龄期顶3顶4叶色差值相等的群体,均可以获得最高的产量。【结论】顶3叶顶4叶叶色差是稻体氮素营养水平的表观指标;单叶SPAD测定和顶3顶4叶色差诊断配合,可以准确诊断水稻植株氮素的丰亏。     

水稻产量形成与叶片含氮量及叶色的关系

以 6个中晚熟水稻品种为材料 ,研究了不同时期叶片含氮量与分蘖发生、穗粒形成及产量的关系。结果表明 ,分蘖发生率随出生时叶片含氮量提高而提高 ,分蘖发生与终止的临界叶片含氮量随分蘖出生期推迟而逐步提高 ;穗颖花数主要受倒 2叶期、倒 1叶期叶片氮状况影响 ,结实率与抽穗期叶片氮状况有关 ,穗颖花数和结实率最高时叶片含氮量粳稻为 2 7～ 2 8g·kg-1,籼稻为 2 5g·kg-1左右。试验发现 ,N -n叶龄期、倒 2叶期和抽穗期主茎顶 4叶叶色接近或略深于顶 3叶为不同品种高产的共同特征 ,并提出了高产水稻适宜的叶片含氮量指标     

氮肥用量对春玉米叶片衰老的影响及其机理研究

 采用田间试验、植株分析及电镜检测方法研究了氮肥用量对玉米叶片衰老的影响及其机制。结果表明，氮肥用量不足或过量均加速了生长后期叶面积系数及穗叶叶绿素含量的下降进程，使叶片提早衰老，但二者作用机制不同。氮肥用量不足导致穗叶叶肉细胞叶绿体结构性差，维管束鞘细胞碳水化合物累积减少，营养体氮素再分配率大而引起叶片早衰；而过量供氮则导致生长后期硝酸还原酶活性过高，氮素代谢过旺，消耗了大量碳水化合物，以致下位叶不能得到充足的碳水化合物供应而提早脱落，同时叶肉细胞叶绿体片层结构膨胀，呈“肉汁化”特征，维管束鞘细胞淀粉粒大量消耗，无核淀粉粒出现，从而叶片叶绿素含量下降，光合能力降低而出现早衰。     

水稻氮素同化关键酶活性与叶色变化的关系

 【目的】明确水稻叶色变化的内在生理机制。【方法】采用无氮肥和常规氮肥两个处理的水培试验，测定水稻地上部不同叶位叶片叶色值、叶绿素含量及氮素同化关键酶活性的变化。【结果】在氮饥饿和常规施肥条件下，水稻地上部不同叶位的叶色具有明显的黑黄变化规律。氮饥饿处理剑叶抽出前不同叶位叶片叶色值基本上表现为顶二叶＞顶一叶＞顶三叶，剑叶抽出后表现为顶一叶＞顶二叶＞顶三叶。不同叶位叶片GS、GOGAT活性分别在拔节期、剑叶抽出期出现两次高峰，各叶位的叶片GS、GOGAT活性基本表现为顶二叶＞顶一叶＞顶三叶。不同叶位叶片的GOGAT活性与当周叶片的SPAD值、叶绿素a、叶绿素b及叶绿素（a+b）含量均呈显著或极显著相关。常规施肥处理条件下水稻叶色及酶活性在整个生育期变化趋势与氮饥饿处理相似，GS酶活性与酶活性测定一周后的叶色关系非常密切，GOGAT活性与顶三、四叶叶色呈显著负相关，与酶活性测定1周后顶二、顶三叶的叶绿素a含量、2周后顶二、顶三叶的叶绿素（a+b）含量及2周后顶二叶的叶绿素b含量也呈显著正相关。【结论】水稻叶色变化是一个复杂的生理生化代谢过程，水稻不同叶位叶片叶色及氮素同化关键酶GS、GOGAT酶活性均具有明显的高低变化，氮素同化关键酶活性高低与叶绿素的合成及叶色变化具有密切的因果关系，在叶绿素的合成和叶色形成过程中具有一定作用。水稻叶色黑黄变化是一个受内生节奏制约的生物学过程，氮素水平对叶色深浅具有一定的调节作用，但不能改变内生黑黄变化节奏。     

硅肥对玉米生理指标和产量的影响

通过大田对比试验,研究了底肥配施硅肥对玉米不同生育时期生理指标及产量的影响。结果表明,配施硅肥在玉米生育前期显著提高中部叶片叶绿素含量,显著改善穗位叶及穗上部1叶和下部1叶和2叶的叶向值,显著提高穗下部叶片的磷含量;在玉米生育后期显著提高叶面积指数,改善穗位叶叶向值,对玉米产量提高有一定影响。     

水稻氮素和叶绿素SPAD叶位分布特点及氮素诊断的叶位选择

 【目的】研究分析水稻氮素和SPAD值的叶位分布特点，并试图提出SPAD计诊断氮素营养状况的最佳测定叶位。【方法】在95-38、武育粳3号、镇稻5394、9915等4个粳型品种和1个籼型品种R161-10的盆播氮肥试验和宁粳2号大田氮肥试验的基础上，研究水稻氮素和叶绿素含量（SPAD值）随叶位的空间分布特征，并对不同叶位叶片的含氮率、叶绿素含量、SPAD值之间及其与总叶片含氮率和植株含氮率之间的相关性进行分析，比较不同叶位叶片SPAD测定值的变异系数。【结果】水稻不同叶位叶片含氮率、叶绿素含量、SPAD值均存在差异，增加施氮量能提高叶片含氮率、叶绿素含量和SPAD值，同时减少叶位间的差异；SPAD值对氮素的敏感性顺序为顶4叶、顶3叶和顶2叶，而顶1叶的敏感性排序因品种不同而不同；穗分化期、齐穗期和成熟期均以顶3叶与总叶片及植株含氮率相关系数最高；且适宜氮素水平下，穗分化期顶3叶SPAD值的变异系数最小。【结论】以某一特定叶片的SPAD值或以叶色差的大小来诊断水稻氮素营养状况和推荐水稻穗肥施用时，顶3叶是较为理想的指示叶或参照叶。     

CO2浓度升高与氮素胁迫对谷子光合特性和产量因素的影响

为阐明氮肥和CO_2浓度升高互作对谷子光合生理特性与产量构成因素的影响,客观评估气候变化背景下谷子的生产潜力,采用开顶式人工气候室和盆栽方法,在不同供氮水平(低氮为0 g/kg;高氮为0.2 g/kg)与不同CO_2浓度(大气CO_2浓度为400μmol/mol;高CO_2浓度为600μmol/mol)下测定谷子拔节期与抽穗期的光合特性、叶片性状以及收获后籽粒产量构成因素参数。结果表明,2种CO_2浓度下,氮素胁迫均显著降低了谷子叶片比叶质量与叶氮含量,但在高CO_2浓度下,谷子叶片净光合速率(Pn)、叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素(a+b)含量、叶片单位横截面积的光能吸收(ABS/CSM)、QA还原(TRO/CSM)、单位面积电子传递的量子产额(ETO/CSM)以及PSII单位面积内反应中心的数量(RC/CSM)均较正常CO_2浓度对氮素胁迫更加敏感;氮素胁迫显著抑制了正常CO_2浓度下谷子植株的穗质量与穗粒质量,但对大气CO_2浓度升高下的植株无显著抑制。总之,高浓度CO_2下,谷子叶片光合性能较正常CO_2浓度对氮素胁迫的响应更加敏感,但构成籽粒产量参数并未显著下降。     

Relationships Between Balance of Nitrogen Supply-Demand and Nitrogen Translocation and Senescence of Different Position Leaves on Rice

By removing panicles and spikelets, the effects of nitrogen supply-demand balance (NSDB) onnitrogen transiocation and senescence of leaves at different positions of the same stem in rice plant werestudied. The results showed that under NSDB＜0 (CK), nitrogen translocation and senescence of the top 4leaves was normal. Nitrogen exported from the top leaves (LFT) especially the top 4 leaves decreased remar-kably with increase of NSDB, thus, their MDA contents and differences in color (SPAD value) decreased,while the activities of SOD and CAT increased. Under NSDB＞0 (panicle removal), N accumulation of the top4 leaves increased significantly, and the leaf senescence process was delayed. The results also indicated that thecolor of the 4th LFT was mainly affected by NSDB among the top 4 leaves and was lighter than the 3rd LFTwhen nitrogen supply was insufficient for the sink need.     

Distribution of Leaf Color and Nitrogen Nutrition Diagnosis in Rice Plant

Greenness and nitrogen content of each leaf on main stem of different japonica and indica ricevarieties under different nitrogen levels were investigated. Results showed that the fourth leaf from the top ex-hibited active changes with the change of plant nitrogen status. When the plant nitrogen content was low, itscolor and nitrogen content were obviously lower than those of the three top leaves. With the increase of plantnitrogen content, the color and nitrogen content of the fourth leaf increased quickly, and the differences ofcolor and nitrogen content between the fourth leaf and the three top leaves decreased. So, the fourth leaf wasan ideal indication of plant nutrition status. In addition, color difference between the fourth and the third leaffrom the top was highly related to the plant nitrogen content regardless of the variety and development stage.Therefore, color difference between the fourth and the third leaf could be widely used for diagnosis of plantnutrition. Results also indicated that the minimized color difference between the fourth and the third leaf at the criticaleffective tillering, the emergence of the second leaf from the top, and the heading was the symbol of high yield. Plantnitrogen content of 27 g kg-1 DW for japonica rice and 25 g kg-1 DW for indica were the critical nitrogen concentrations.     

施氮量和氮肥后施对夏玉米叶片衰老生理的影响

通过大田试验研究了不同施氮量和氮肥后施对玉米生育后期叶片衰老生理和产量的影响。结果表明,随着施氮量升高,玉米生育后期穗位叶POD、CAT、SOD活性和玉米产量呈升高趋势,MDA含量呈降低趋势。同时,在施氮量相同的条件下,氮肥后施处理玉米穗位叶MDA含量明显降低,SOD、POD和CAT活性显著提高,玉米产量也显著提高,增产幅度达15.0%。氮肥后施可以延缓夏玉米叶片衰老进程,显著提高产量。     

氮素营养水平对棉花衰老的影响及其生理机制

 【目的】探讨在大田条件下，土壤氮素含量水平对棉花生长过程中叶片生理生化指标、干物质积累量、组织含水量、叶面积载荷量的影响，为调控棉花早衰和提高棉花产量提供依据。【方法】设置3个氮素水平（纯N：低氮 0 kg?hm-2;中氮189.50 kg?hm-2;高氮395.0 kg?hm-2）处理，研究棉花衰老过程中主茎功能叶的生理生化指标变化，植株的干物质积累量、组织含水量及载荷量特征。【结果】盛铃末期为处理间生理生化指标产生差异的起始时期。与中氮、高氮相比，从盛铃末期开始，低氮处理棉花的叶绿素含量、蛋白质含量、SOD和POD活性降低，组织含水量和干物质积累量快速下降，而MDA含量、叶面积载荷量快速升高，加速了棉株衰老的进程。增加氮素营养能够明显提高叶片的生理活性，提高组织含水量和干物质积累量，延缓衰老。【结论】在本试验条件下，盛铃末期是棉花叶片生理功能从旺盛生理功能到衰退的转折时期。土壤氮素含量与棉花衰老密切相关，低氮处理加速降低叶片的生理活性，造成早衰;中氮和高氮水平能够延缓棉花衰老现象。     

氮肥运筹对不同夏玉米品种碳氮代谢协调性的影响

【目的】在不同的氮肥水平下研究不同夏玉米品种碳、氮代谢差异,分析其协调性,提出高产、稳产的生理学指标,探索根据代谢型进行差异化管理的新途径。【方法】2009—2011年在河南温县和郑州,利用大田和盆栽两种种植方式,60 000株/hm2密度,设计0、120、240、360 kg·hm~(-2) 4个氮肥水平,比较郑单958(ZD958)、农大108(ND108)、浚单20(XD20)、豫单2002(YD2002)等4个夏玉米品种的产量、叶片持绿性、氮吸收和转运、不同器官C/N、叶片PEP羧化酶和RUBP羧化酶活性等指标的差异,分析4个品种在不同氮肥水平下的碳、氮代谢协调性。【结果】(1)盆栽试验中,不同氮肥水平间产量比较,XD20差异最大,ZD958差异最小;随着氮肥水平提高,产量呈增加趋势。但大田试验中,除XD20之外,其余品种在N240和N360条件下差异不显著。(2)对灌浆期氮的吸收和转运比较,低氮条件下,ZD958营养器官氮优先向叶片转移,能保持较好的持绿性;ND108对氮的吸收和运转量都较大,持绿性好,但有效利用较低;XD20在低氮条件下氮的吸收量较低,缺乏优先供应叶片的机制,易早衰;YD2002在4个氮肥水平下均表现为灌浆期营养器官氮向籽粒转移量过大,根系吸收量小,易早衰。(3)在灌浆期,正常施肥条件下,ZD958和XD20叶片碳氮比介于YD2002和ND108之间;在成熟期,ZD958和XD20的籽粒碳氮比较高。(4)在灌浆中期,ZD958的PEPCase/RUBPCase最高,且与其余3个品种差异显著;YD2002始终处于较低水平;XD20和ND108随氮肥水平增加提高显著。【结论】玉米品种良好的碳氮代谢协调性表现在碳水化合物和氮素的转运过程中,碳氮代谢协调性较好的品种能很好地协调光合产物和氮素在籽粒灌浆和维持营养器官功能需求之间的矛盾,具有较高的PEPCase/RUBPCase,从而保证高产、稳产。     

水稻叶色变化与氮素吸收的关系

【目的】明确水稻叶色变化与氮素吸收的关系。【方法】采用水培试验的方法，对水稻植株的叶色黑黄动态变化及氮素吸收速率进行研究。【结果】水稻植株在整个生育期存在着明显的叶色和氮素吸收变化。吸氮速率高峰分别出现在刚移栽后、抽穗前20 d左右和抽穗开花期，低谷分别出现在拔节前和抽穗前10 d左右。水稻氮素吸收速率与其后2周的叶色SPAD值密切相关。【结论】水稻地上部叶色的黑黄动态变化主要是由于根系吸收氮素变化引起的，这种变化主要受制于其自身内在节奏所制约的生物学节律。在氮素浓度恒定的条件下，水稻的叶色和氮素吸收速率亦受其生物学规律所制约。     

甜荞叶龄模式、叶片生长速度与叶形指数

试验结果表明，甜荞第１ ～１０ 层真叶叶龄模式的回归方程为 Ｙ ＝ ４ ．３３ ＋ ３ ．１４ Ｘ 。叶片长、宽和面积从下至上逐叶增大，第４ 叶最大，往上逐渐减小，顶部叶片最小。叶形指数的变化趋势与叶片大小的变化趋势相反，以顶部叶片最大，第３ 叶最小。３ 叶期为植株体内的转折期     

外源色氨酸对低氮胁迫下高粱苗期叶片碳氮平衡和衰老特性的影响

【目的】研究外源色氨酸对低氮胁迫下高粱叶片衰老的影响，探讨低氮条件下高粱叶片碳氮平衡与衰老的关系，旨在挖掘高粱耐低氮胁迫的有效调控手段。【方法】选用耐低氮高粱自交系398B和氮敏感自交系CS3541为试验材料，采用水培试验，设置正常氮(5 mmol·L^-1)和低氮(0.5 mmol·L^-1)2个氮水平，并进行50 mg·L^-1外源色氨酸喷施处理，喷施10 d后测定叶片形态、组织结构、光合特性、叶绿素荧光参数、叶片碳氮代谢相关物质含量和酶活性、C/N及衰老相关基因表达水平，并分析低氮胁迫下高粱幼苗叶片C/N与衰老相关基因的相关性。【结果】(1)与正常氮水平相比，低氮胁迫显著降低了398B和CS3541的叶面积，而外源色氨酸处理使398B和CS3541的叶面积显著增加了36.72%和52.06%；外源色氨酸显著增加了低氮胁迫下398B和CS3541的叶干重和叶鲜重。(2)与正常氮水平相比，低氮胁迫下，398B花环结构相对完整，而外源色氨酸处理使叶片细胞排列整齐，花环结构清晰；外源色氨酸显著增加了低氮胁迫下398B叶片叶绿素含...     

乌桕秋叶转色前后生理特性及超微结构的变化

以不同叶色乌桕叶片为试验材料,研究了秋季变色前后色素质量分数、碳水化合物及叶绿体超微结构的变化。结果表明:乌桕秋叶转色后,总叶绿素质量分数和叶绿素a质量分数显著降低;黄叶中类胡萝卜素质量分数大幅升高,而花色素苷质量分数与绿叶的差异不显著;红叶在叶绿素质量分数降低的同时,花色素苷质量分数极显著升高。乌桕秋叶在变色后氮元素、葡萄糖和淀粉质量分数均显著降低;黄色秋叶中果糖和蔗糖质量分数降低,而在红色秋叶中果糖和蔗糖质量分数则有所升高。转色后,叶绿体结构松散,甚至解体;叶绿体内淀粉粒减少,嗜锇颗粒增多。