不同施氮水平对小麦旗叶氮素代谢相关酶活性的影响

选用新冬18号小麦品种,进行3个施氮水平的土壤施肥处理,再选取不同水平处理下的小麦旗叶作为供试材料,分别测定小麦旗叶中的谷氨酰胺合成酶、硝酸还原酶、内肽酶,氨肽酶、羧肽酶这5种氮素代谢关键酶的酶活力。研究结果显示,在小麦开花之后14 d,施氮水平为240 kg/hm2可有效增加小麦旗叶中可溶性蛋白质含量和主要氮代谢相关酶的活性。在此水平下,旗叶中可溶性蛋白质含量与谷氨酰胺合成酶及硝酸还原酶活性变化趋势相同,相比施氮水平为350,180 kg/hm2更能减缓小麦开花之后14 d的蛋白质水解,可进一步促进蛋白质的合成。与此同时,在开花之后第21天,高水平施氮量处理下的小麦旗叶中可溶性蛋白质含量则与内肽酶、氨肽酶等水解酶活性变化趋势相反。说明在240 kg/hm2施氮水平下,开花后期其施氮量能有效促进氮素分解代谢相关酶活性,旗叶可溶性蛋白含量降低,进而为小麦植株中氮素的再分配和利用起到了协助调节作用,提高后期小麦籽粒蛋白质的品质。     

区域性氮高效小麦品种的生理生物学差异研究

采用裂区试验设计,主区为氮素,副区为小麦品种,通过盆栽和大田试验研究了区域性氮高效小麦品种的生理生物学差异。结果表明,5个区域性小麦品种中鄂麦14、鄂麦18和郑麦9023为氮高效应中响应型,鄂麦23和洛麦1号为氮低效应中响应型。它们的氮效应与生物产量和子粒产量相一致;氮胁迫有否对其产量构成因素的影响显著,不同时期小麦功能叶片中硝酸还原酶活性成单峰变化,不同氮效率小麦品种的根系形态学指标不尽相同,施氮能显著提高小麦功能叶片中硝酸还原酶活性和根系活力,但氮高效应型小麦品种的根系活力较氮低效应型不一定高。     

长期定位氮胁迫对小麦碳氮代谢、氮素利用及产量的影响

利用大田长期氮肥定位试验,以施N 180 kg/hm2处理为对照,研究了氮胁迫(不施氮肥)对不同品质类型小麦(中筋小麦品种中麦895、强筋小麦品种石优20)碳氮代谢、氮素利用及产量的影响,以期为生产上的氮肥合理运筹提供理论依据。结果表明,氮胁迫条件下,2个小麦品种旗叶蔗糖含量(花后7~35 d)、旗叶磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性(花后7~35 d)、籽粒蔗糖含量(花后21~35 d)、籽粒SPS活性(花后14~35 d)均较对照明显降低;2个小麦品种旗叶可溶性蛋白含量、硝酸还原酶(NR)活性、谷氨酰胺合成酶(GS)活性和籽粒GS活性均较对照明显降低;2个小麦品种开花期氮积累量、成熟期氮积累量、开花前氮转移量均较对照显著降低,而开花前氮转移率和开花前氮贡献率均较对照显著提高;2个小麦品种氮素籽粒生产效率、氮素吸收效率、氮素生理效率和氮素收获指数均较对照显著提高;2个小麦品种穗数、穗粒数和产量均较对照显著降低。综上,氮胁迫下小麦灌浆中后期碳、氮同化能力明显下降,氮素积累量降低,但对氮素的吸收能力增加,营养器官氮素向籽粒的转运比例增加,进而小麦植株对氮素的整体利用率得以提升,但小麦产量降低。     

小麦种质资源成株期氮效率评价及筛选

【目的】建立小麦成株期氮效率评价方法,挖掘和筛选氮高效种质资源,为小麦氮效率的生理机制研究和氮高效品种的选育提供理论依据和材料基础。【方法】2018—2020年,以108份不同基因型小麦品种为材料,采用大田试验,设置4个氮肥处理水平（0、180、240和360 kg·hm^-2）,调查不同氮水平下小麦株高、穗长、旗叶长、旗叶宽、茎粗、可育小穗数、穗粒数、千粒重、粒长、粒宽和单穗产量11个农艺及产量性状,利用模糊隶属函数法、主成分分析法以及聚类分析法对小麦品种进行耐氮性评价和基因型差异分类。【结果】连续2年的数据结果显示,在低氮胁迫下,株高、穗长、旗叶长、旗叶宽、茎粗、可育小穗数、穗粒数和单穗产量8个性状均受到不同程度的抑制,其中,旗叶长对氮胁迫的敏感程度最大。主成分分析提取4个主成分,贡献率分别为39.766%、16.661%、9.361%和9.275%,累积贡献率达75.064%。以耐低氮性综合评价D值进行聚类分析,将供试小麦品种划分为强耐低氮型、耐低氮型、中间型、较敏感型和敏感型5类。筛选出耐低氮型小麦品种5份,温麦19、西农529、石4185、陇麦212和丰抗2,强耐低氮型小麦品种2份,中麦875和西农158。与低氮胁迫不同,高氮胁迫仅抑制茎粗、千粒重、粒长、粒宽和单穗产量5个性状,株高、穗长、旗叶长、旗叶宽、可育小穗数和穗粒数6个性状值随施氮量上升而增加。4个主成分的贡献率分别为31.348%、20.387%、12.452%和9.850%,累积贡献率达74.037%。依据耐高氮性综合评价D值,将供试小麦品种划分为耐高氮型、中间型、高氮较敏感型和高氮敏感型4类。鉴定出耐高氮型小麦品种9份,包括兰考矮早8、良星99、农大179、豫农9901、兰考926和郑农46等。基于籽粒产量和氮综合评价D值,将108份小麦品种划分为4种氮效率类型,双高效型（西农158和陇麦212等）、低氮高效型（西农585和石4185等）、高氮高效型（长丰1号和中种麦10号等）和双低效型（金丰7183和泛麦5号等）。【结论】供氮水平对小麦产量相关性状指标有显著影响,基于小麦种质间氮吸收与利用效率的差异,结合3种分析方法,可以准确评价小麦种质资源成株期氮效率状况。     

不同蛋白质含量小麦品种籽粒形成期氮代谢及相关酶活性的比较

 【目的】通过对不同蛋白质含量小麦品种籽粒形成期旗叶、籽粒氮代谢主要物质及相关酶活性变化的分析,阐明其源、库氮形态以及相关酶活性对籽粒蛋白质含量的影响。【方法】选用高、中、低蛋白质含量的小麦品种各2个,研究籽粒形成期硝态氮、氨态氮与硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)的变化特征。【结果】不同类型小麦籽粒形成期蛋白质含量呈“高－低－高”的变化趋势,蛋白质积累量呈现为高蛋白含量品种>中蛋白含量品种＞低蛋白含量品种。随籽粒发育,3种类型品种籽粒硝态氮含量逐渐下降,成熟时高蛋白含量品种＞中蛋白含量品种＞低蛋白含量品种。籽粒、旗叶氨态氮含量与籽粒硝态氮含量呈类似变化趋势,成熟时氨态氮含量因品种而异。旗叶NR活性随籽粒成熟而降低,低蛋白含量品种NR活性低于高、中蛋白含量品种。旗叶和籽粒GS活性均随籽粒的成熟而下降,中、高蛋白含量品种趋势相似,而低蛋白含量品种籽粒和旗叶GS活性变化趋势不同,籽粒成熟时旗叶仍保持较高的GS活性,而籽粒GS活性则降至很低。【结论】籽粒硝态氮含量与旗叶NR活性和籽粒GS活性均呈极显著正相关。籽粒氨态氮含量与旗叶NR、GS和籽粒GS活性的相关性均亦达显著或极显著水平。高蛋白含量品种由源(叶)向库(籽粒)供给硝态氮的能力强于中、低蛋白含量品种。但低蛋白含量品种对硝态氮的利用更为充分。高蛋白含量品种较高的旗叶NR活性和较高的籽粒GS活性使其氮素同化能力高于中、低蛋白含量品种,这为籽粒蛋白质合成提供了充足的底物,有利于蛋白质的积累。     

抗感锈病小麦品系碳氮代谢特性的比较

采用田间常规栽培及自然感病方法,对两个抗锈病能力具有明显差异的小麦品系不同生育时期碳氮代谢的多项生理生化指标进行了比较研究.结果表明,锈病的侵染明显降低了两个小麦品系旗叶中硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)等氮素同化关键酶的活性,减少了蛋白质的积累量,造成氮素代谢失调:两个小麦品系使旗叶中叶绿素含量降低、光合作用受抑制、可溶性糖含量减少,限制了小麦的碳素代谢能力;导致两个小麦品系旗叶中相对电导率和丙二醛(MDA)含量增加,膜脂过氧化加剧,加速了功能叶的早衰.抗性不同的两个小麦品系在锈病胁迫下多项相关指标均存在较大的差异.     

小麦亲本及其杂交后代苗期氮代谢相关指标的遗传与表达差异

【目的】分析小麦氮代谢相关指标的遗传与表达差异,为选育小麦氮高效品种提供理论依据。【方法】选用6个不同氮效率小麦品种及其组配的3个杂交组合,采用霍格兰营养液进行苗期试验,设置3个氮水平：低氮（LN）、正常供氮（CK）、高氮（HN）,分别为0.2、4和8 mmol•L-1,在3个氮水平下对小麦苗期形态、氮代谢相关酶、氮含量和氮素积累量进行遗传分析,同时探讨了根叶的氮代谢相关基因的表达量差异。【结果】根长和根鲜重在低氮水平下明显高于正常供氮,杂种优势表现为负向。苗高和苗鲜重随着氮水平的增加呈抛物线增长趋势,杂种优势表现为超中亲甚至超高亲。根长随氮水平增加先大幅降低后趋于平缓,而苗高则先大幅下降后趋于平缓。根苗鲜重变化规律与根长和苗高一致。根含氮量随着氮水平增加呈上升趋势,而叶片含氮量和氮素积累量则先大幅升高后小幅下降,高氮水平下根叶含氮量杂种优势显著。硝酸还原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性均随着氮水平升高而升高,硝酸还原酶活性的杂种优势均为负向,而谷氨酰胺合成酶活性表现为正向杂种优势。硝酸还原酶活性的杂种优势变化与根系性状基本一致,谷氨酰胺合成酶活性杂种优势与地上部幼苗性状基本一致。根系硝酸转运蛋白的3个基因的表达量趋势一致,均随着氮水平升高呈先大幅下降后趋于平缓,且杂种优势整体表现为正向。叶片NRT1.1和GS1c的表达量均随着氮水平增加呈先大幅上升后小幅下降趋势,杂种优势整体表现为正向。小麦根系与叶片NRT1.1的表达变化趋势不一致,根系NRT1.1的表达量在氮胁迫时大幅升高,而叶片NRT1.1的表达量在氮胁迫时大幅下降。综合所测15项指标结果显示,在低氮水平下低氮高效品种YM35和高氮水平下高氮高效品种DK138多数指标较高。组合YM35×DK138是由低氮高效品种和高氮高效品种杂交而成,该组合在低氮水平15项指标中有10项指标较高,且在正常供氮和高氮水平下有6项和5项指标较高。【结论】与氮素吸收密切相关的根系指标随着氮水平增加先大幅下降后趋于平缓。与氮素利用相关的指标和基因表达随着氮水平增加先大幅增加后趋于平缓。3个组合在不同氮水平下大多数指标表现为正向杂种优势。以低氮高效和高氮高效品种作亲本组配利于在低氮环境下对优良后代的选择,以氮高效品种作亲本有利于后代在正常供氮时的生长。     

钼肥对小麦体内氮,钼营养影响的研究

取湖北省主要麦产区土壤在两个施氮水平下进行小麦施钼盆钼盆栽试验，结果表明：缺钼时小麦体内ＮＯ３－Ｎ转化ＮＨ４＾＋－Ｎ的过程受阻，植株缺少可利用态氯，而ＮＯ３＾－－Ｎ含量剧增。小麦放施钼可明显改善其体内的钼营养和氮营养，主要表现在：小麦各部位的钼的含量和吸钼量显著增加，硝酸还原酶活性（ＮＲＡ）平均增加６．５８倍，促进ＮＯ３－Ｎ转化，以及茎叶中的氮素向籽粒中转移和籽粒中游离态氮向蛋白态氮的转化。籽粒中     

不同氮效率小麦品种氮素吸收和物质生产特性

氮条件（N-）下，不同氮效率小麦品种的籽粒产量和氮效率以氮高效品种（H）最高，中效（M）次之，低效（L）最低；H具有较多的单位面积穗数且与N-下籽粒产量和氮效率显著相关，表明单位面积穗数的多少对氮胁迫条件下小麦籽粒产量和氮效率具有重要影响。不同氮效率品种的植株全氮含量（TN）无显著差异。不同生育时期的植株氮累积量（AA）在抽穗期和成熟期以H最大，M次之，L最低，表明生育中后期N-下的植株氮素吸收能力是氮胁迫条件下籽粒产量和氮效率的重要影响因素。不同生育时期的株高、群体茎数、叶面积指数（LAI）和群体干物重（PDW）值；各生育阶段群体生长率（CGR）、净同化率（NAR）和光合势（Pp）；各生育时期的叶片NO3-含量和硝酸还原酶（NR）活性均以H最大，M次之，L最低。叶片亚硝酸还原酶（NIR）)活性和谷氨酰胺合成酶（GS）活性在供试不同氮效率品种之间的差异较小。研究表明，N-下较强的氮素吸收能力和较好的植株生长特性是氮胁迫条件下供试氮高效小麦品种获得高氮效率特征的重要基础。在丰氮条件（N+）下，供试不同氮效率品种的籽粒产量、氮效率、植株氮素吸收和物质生产特性与N-下的表现规律不尽相同。     

氮肥运筹对优质小麦旗叶硝酸还原酶活性的影响

选择不同追肥量和追肥时期 ,研究了氮肥运筹对优质小麦旗叶展开后NR活性和光合速率的影响。结果表明 ,旗叶全展后 ,2个品种NR活性变化趋势基本一致 ,开花期达到高峰 ,以后逐渐下降 ;拔节期施肥的NR活性显著高于开花期施肥处理 ,且开花期施肥的NR活性在开花以后下降缓慢 ;拔节期施肥可明显促进开花期的光合速率。泰山 2 1号拔节期施中肥和高肥 ,可保持整个生育期的光合速率处于较高水平 ,而泰山 2 2号中肥量处理 ( 9z1 ,9z2 )的光合速率则处于较高水平。Yg1、Yz1、 9z1、 9z2处理不仅NR活性高 ,而且光合速率高且平稳。