稻种资源苗期氮素营养特性的基因型差异

 采用变异数和频数分析，对88份稻种资源进行了苗期氮素利用效率(NUE)、吸收效率(NAE)和氮素利用效率响应度(NUER)的基因型差异比较。结果表明： 1)不同稻种资源苗期的NUE、NAE和NUER存在显著的基因型差异，且受氮素水平的影响。低氮、中氮和高氮间的NUE存在极显著差异，并随氮素水平的升高而呈下降趋势。低、中氮间的NAE的差异不显著，但极显著地小于高氮；(低氮NUE-高氮NUE )/ 高氮NUE的NUER极显著高于(低氮NUE -中氮NUE)/ 中氮NUE、(中氮NUE -高氮NUE)/ 高氮NUE的NUER，且后两者间未达显著差异。 2)不同稻种资源苗期NUE、NAE和NUER的变异系数存在极大的差别(达20%以上)，大小顺序为NUER>NAE>NUE，即稻种资源苗期NUE、NAE和NUER的基因型差异大小是NUER>NAE>NUE。 3)不同稻种资源苗期NUE、NAE和NUER的基因型分布，基本上符合正态分布，拟合度最好的是NUE，其次为NAE，NUER最差。     

稻种资源苗期氮素营养效率的相关性状与筛选指标

运用SPSS统计分析软件,对不同氮素选择压力下的88份稻种资源苗期农艺性状与氮素营养效率进行分析。结果表明,稻种资源苗期氮素营养效率相关性状存在明显的基因型差异,且受氮素选择压力的影响。同一氮肥水平下,不同稻种资源间的单株根体积、地上部干重、吸氮量和根干重变异较大,而倒3叶SPAD值、氮素利用效率和绿叶数的变异较小;不同氮肥水平下,各性状的变异程度不同,单株根体积、根半径和冠根比的变异系数差异较大,而苗高、黄叶数和单株总干重的变异系数差异较小。在不同氮素选择压力下存在表征氮素营养效率的共同性状,与氮素利用效率偏相关显著的共同性状是倒3叶SPAD值,与氮素吸收效率偏相关显著的共同性状是倒3叶SPAD值和单株总干重。水稻苗期氮素利用效率筛选与鉴定的最佳施氮水平为高氮(60mg/kg),可行指标为倒3叶SPAD值;水稻苗期氮素吸收效率筛选与鉴定的最佳施氮水平为低氮(20 mg/kg),可行指标为倒3叶SPAD值和单株总干重。     

甘蓝型油菜种质苗期氮素营养效率的鉴定与评价

为建立快速简便高效的油菜氮素营养效率的鉴定与评价方法,温室盆栽条件下设置土壤低氮(0.05g/kg)、中氮(0.2g/kg)和高氮(0.3g/kg)3个水平,测定了75份不同生态类型甘蓝型油菜种质的苗期形态性状及氮素吸收效率(NAE)和氮素利用效率(NUE)。结果表明:苗期各性状在不同氮素水平下对氮的敏感性不同,3个不同氮处理水平下单株根表面积的变异程度均表现为最大,低氮胁迫加大了种质间的差异。油菜种质氮素营养效率间存在明显的基因型差异,表现为高效和低效的较少,表现中效类型的种质最多;NAE和NUE间的相关性未达显著水平。以NAE作为氮素营养效率指标来鉴定与评价种质间苗期氮素营养效率差异应选择在低氮处理下,以单株地上干重和根冠比为间接指标进行选择效果明显。以NUE作为氮素营养效率指标来鉴定与评价种质间苗期氮素营养效率差异应选择在高氮处理下,以单株地上干重为间接指标进行选择效果明显。     

不同氮素利用效率小麦苗期的根系形态数量性状分析

为在苗期可通过根系形态数量性状对氮高效小麦品种进行鉴别,利用营养液培养法,在正常氮(5mmol·L~(-1))和高氮(45mmol·L~(-1))处理下,研究了黄淮平原区18个主栽小麦品种苗期氮素利用效率与根系形态数量性状的关系;通过干物重和氮积累量与根系形态指标相结合的方式对供试小麦品种植株氮效率进行了综合评价,并划分不同氮效率类型。结果发现,在两种氮处理下,供试小麦品种的根干重、茎叶干重、单株干重、根氮含量、茎叶氮含量、单株氮含量、单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数的变异系数均大于15%,可作为氮效率评价指标。小麦的单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数与植株氮积累量呈显著正相关,可以作为育种早期筛选高氮效率材料的指标。不同氮效率类型的单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数均表现为氮高效型氮中效型氮低效型。通过逐步回归分析,建立了小麦幼苗植株氮积累量和根系形态数量性状的预测模型,拟合精度在91.91%以上。小麦不同氮效率类型间的单株总根长、根总表面积、单株根尖数的差异均达显著水平,生产上可根据小麦苗期根系的主要形态数量性状判断其氮效率高低。     

甘蓝型油菜种质氮素营养效率的鉴定及评价指标筛选

为建立甘蓝型油菜种质氮素营养效率的鉴定及评价方法,筛选合理的次级评价指标和氮素营养高效基因型,在田间小区试验条件下设置低氮(45 kg/hm2)、中氮(180 kg/hm2)和高氮(270 kg/hm2) 3个施氮水平,测定了416份不同生态类型甘蓝型油菜种质植株性状及氮素吸收效率(NAE)、氮素利用效率(NUE)和氮收获指数(NHI)。各性状在不同氮素水平下对氮的敏感性不同,低氮下第一次有效分枝数的变异程度表现为最大,单株籽粒重次之;中氮和高氮处理水平下单株籽粒重的变异程度均表现为最大,低氮胁迫加大了种质间的差异。油菜种质氮素营养效率基因型间差异明显,表现中效类型的种质最多,高效和低效的较少。油菜种质间成熟期NAE的鉴定与评价应选择在低氮处理下,以单株籽粒重、单株地上干重和株高为间接指标进行选择效果明显;油菜种质间成熟期NUE的鉴定与评价应选择在高氮处理下,以单株地上干重、第一次有效分枝数、单株籽粒重和每角粒数为间接指标进行选择效果明显;油菜种质间成熟期NHI的鉴定与评价应选择在低氮处理下,以单株籽粒重、单株地上干重和茎基粗为间接指标进行选择效果明显。     

广西普通野生稻渗入系耐低氮和氮素利用率的鉴定评价

以广西普通野生稻Y11为供体,籼型恢复系GH998为受体构建的166份野生稻渗入系BC₃F₅为研究对象,设置不施氮（LN）和正常施氮（NN）2种处理,调查株高、有效穗和穗长等12个表型性状,结合耐低氮（NDT）性状、氮素利用率（NUE）性状进行综合评价,以筛选出可利用的氮高效利用育种材料。结果表明：渗入系所有表型均值NN处理均高于LN处理,受施氮影响较大的性状为茎叶含氮量和谷物含氮量,增幅分别为56.89%和37.89%;影响较小的性状为穗长和千粒重,增幅分别为0.50%和2.76%;除穗长外,11个性状在2个施氮处理间呈极显著差异,而且穗总粒数、穗实粒数呈正态分布。渗入系NDT性状的相对生物产量（RBY）与相对生物含氮量（RBN）均值居于双亲之间,且RBN为正态分布;相对谷物产量（GRY）和相对谷物含氮量（RGN）均值高于双亲且趋近GH998,均为正态分布;说明渗入系的耐低氮能力与野生稻的高生物产量和高谷物含氮量特性相关。NUE性状均值处于双亲之间且趋近于GH998,说明氮素高效利用能力主要来源于栽培稻;NDT和NUE性状之间呈显著负相关,因此提高水稻耐低氮能力会降低氮高效利用率。NDT性状的主要影响因子是谷物含氮量和茎叶干重;NUE性状主要影响因子是有效穗、单株产量和谷物产量等。因此,依据研究结果对渗入系进行综合评价筛选,获得3个耐低氮、12个高氮素利用率和3个氮高效且耐低氮的株系,为水稻氮高效育种提供理论依据和育种材料。     

大豆品种苗期根系性状的遗传变异及其与耐逆境胁迫的关系

从301份黄淮海和长江中下游地区代表性大豆地方品种和育成品种(系)中按根系类型选取62份,用以研究不同生态区大豆苗期根系性状的遗传特点、与地上部性状的相关以及与逆境胁迫的关系.大豆苗期一级侧根数、主根长、根干重、总根长和根体积等性状,在品种间、各苗龄间均存在显著遗传变异.不同生态区间生长进度不同,长江中下游晚熟品种的根干重、总根长、根体积发育速度较快,而北方早熟品种的根系发育较慢.根系性状与整株干重呈高度相关;根干重、根总长和根体积的相对值与耐旱平均隶属函数值,一级侧根数、主根长、总根长、根体积、根干重的相对值与耐铝毒平均隶属函数值呈极显著相关,且根系性状的相对值在品种间存在显著变异,可用做耐逆性选择的根系指标.黄淮海区品种的耐旱相关根系性状值高于长江中下游区品种,表明耐旱种质的相关根系性状具有生态适应性.     

春性和半冬性小麦苗期氮肥吸收效率的差异及其与根系性状的关系

为探明半冬性与春性小麦苗期氮肥吸收效率的差异及其与根系形态与生理性状之间的相关性,在盆栽条件下,选用半冬性、春性小麦品种各3个,研究了不同氮源(NH_4~+-N、NO_3~--N、NH_4~+-N+NO_3~--N三种类型)供应条件下小麦苗期(6叶期)根系性状的差异及其与氮素吸收能力的关系。结果表明,不同生态类型小麦苗期氮素吸收能力存在显著差异,植株总吸氮量和氮肥吸收效率表现为半冬性类型显著高于春性类型,不同氮源处理变化趋势基本一致。根系性状中,平均根长、根系总长、根系总吸收面积表现为半冬性类型高于春性类型,而根系活跃吸收面积和比表面积表现为半冬性类型低于春性类型,根系重量、氧化力则因供应的氮源不同,生态类型间存在差异。根干重、根系氮积累量与氮肥吸收效率显著相关,其他性状与氮肥吸收效率的相关性不显著。     

水稻苗期氮高效品种评价与筛选的初步研究

在3个氮素水平下对7个杂交中籼水稻品种进行水培试验,对氮素利用率与苗高、根长、单株分蘖、单株干重等4个性状进行了相关性分析。结果发现,秧龄47d时,4个性状在3个氮素水平下差异显著,该秧龄的秧苗氮素利用效率与苗高、根长及单株分蘖数目存在显著相关,相关系数分别为r=-0.52*,0.97**,-0.88**;而秧龄期为37d时,4个性状在3个氮素水平下差异不显著,且氮素利用效率与4个性状的相关性不显著。因此,初步认为47d秧龄期可作为苗期氮高效品种评价与筛选的合适时期。秧龄47d时的苗高、根长、单株分蘖数、单株干物质重等4个性状的变异范围和变异系数均在40mg/l的氮素浓度下表现最大,表明40mg/l的氮素浓度可作为苗期氮高效评价与筛选的适合浓度。并发现秧龄47d时,氮素利用效率在40mg/l的氮素浓度下仅与单株干物质重呈显著正相关。因此,本研究初步认为,单株干物质重可作为苗期氮素效率高低的筛选指标。由于在40mg/l的氮素浓度下47d秧龄的K优52单株干物质重和氮素利用效率均最大,并且其吸氮速率与相对氮素利用效率亦最大,故初步认为K优52是一个苗期氮高效品种。     

影响水稻遗传群体株系氮素高效吸收的主要根系性状

在群体水培条件下,采用遗传背景相似的染色体单片段代换系114个水稻株系为供试材料,依据成熟期单株吸氮量和单株籽粒产量两个性状进行聚类,将供试群体分为6种类型,并按单株吸氮量从低到高排序分为A、B、C、D、E和F类。结果表明:1)供试群体单株吸氮量差异较大,变幅为0.32g~0.91g,最大值是最小值的2.85倍。2)吸氮量和氮素籽粒生产效率均是影响产量的重要因素,但前者对产量的正向贡献度显著大于后者。3)随着吸氮量的增加,产量总体呈上升趋势。但吸氮量类型与产量类型并不完全吻合,高吸氮量仅是产量提高的重要基础,产量可能还受到其他因素的影响。4)不同类型间遗传群体株系活性性状(总吸收面积、活跃吸收面积和根系活力)差异较小,根系形态性状(根总长、根干质量、最长根长、众数根长)及冠根比差异显著,氮高吸高产型水稻单株不定根总长、单株根干质量、最长根长、众数根长、冠根比显著大于氮低吸低产型水稻。5)综合相关分析、主成分分析和通径分析的结果,影响染色体单片段代换系水稻遗传群体株系氮素高效吸收主要根系性状为单株根干质量、抽穗期冠根比、最长根长和单株不定根总长。通过遗传改良根系的形态性状可实现氮素吸收能力的显著提高。     

不同施磷量对大豆苗期根系形态性状的影响

通过盆栽试验，对不同磷施用量条件下的大豆根系形态进行研究。结果表明，磷显著增加根系干重、根长、根表面积和根体积，在低磷P50（50mg／kg）处理下，根干重、根长、根表面积和根体积分别比P0（0mg／kg）处理增加88．0％、97．1％、101．7％和104．9％。适量的磷可促进根系的生长，增大根系在土壤中的养分吸收空间。磷对大豆根系形态性状的影响主要表现在根量及根长的增加上，而与不同粗细的根系分布比例关系不大。在不同施磷处理间，高磷P100（100mg／kg）处理的根系性状弱于低磷PSO处理。磷对根系的促生长作用是有一定范围的，过高的磷不但不会进一步改善根系性状，反而对其生长产生抑制作用。     

施氮对两优培九根系生长的影响及根系性状与氮素累积量的相关性

2003和2004年,在盆栽条件下以两系超级杂交稻两优培九为材料,设计9个氮肥处理,研究施用氮肥对抽穗期12个根系性状的影响及根系性状与氮素吸收的关系。结果表明：年度间单株不定根数的差异较小,其余11个根系性状以及成熟期氮素累积量的年度间差异均很大;氮处理对抽穗期12个根系性状以及成熟期氮素累积量均有显著或极显著影响;年度与氮处理对单株根干重、单条不定根粗、单条不定根干重、单株根系α-NA氧化量、单株根系总吸收面积和活跃吸收面积以及成熟期氮素累积量的互作效应均达到显著或极显著水平。在各施氮处理中,增施和早施氮肥能显著增加单株不定根数,施氮量较少且作1次施用时,氮肥作基肥施用的处理单株不定根总长度和根干重最大,施氮量较多且作2次施用时,以基肥＋保花肥施氮组合的单株不定根总长度、根干重、根系α-NA氧化量、根系总吸收面积和活跃吸收面积最大。抽穗期单株的不定根数、不定根总长度、根干重、根系α-NA氧化量、根系总吸收面积、根系活跃吸收面积与成熟期氮素累积量均呈极显著线性正相关（r=0.591^＊＊～0.850^＊＊）。     

东北黑土区高产大豆R5期根系分布特征

利用钻土法及根系扫描分析系统研究不同产量类型大豆R5期根系在植株周围、株间及垄间土壤中的空间分布特征。结果表明：高产类型大豆根冠比较高，而且单位根长、根表面积的地上部干物质较高。根干重不仅在根系较集中的植株周围及株间0 ~ 30 cm的土层，而且在较深的土层（> 30 cm）中都有较多的分布；根长在植株周围的0 ~ 45 cm土层范围内表现出一定的优势。直径 < 1.0 mm的细根形成了根系的主要部分，根长差异的主要原因不是细根比例的大小，而是细根数量的多少。除株间0 ~ 15 cm土层外，高产大豆各土层的根/土体积比较高。     

小麦苗期和灌浆中期根系性状与地上形态及产量性状的相关性

为探究小麦根系性状与地上形态及产量性状的关系,促进小麦根系性状的改良,本研究选用48个遗传背景丰富的冬小麦品种,用室内卷纸法测定小麦苗期根系性状,用电容法测定小麦灌浆中期根系电容值,并利用大田挖掘法测定13个苗期根系差异较大的小麦品种灌浆中期的总根长、总根表面积和总根体积等根系性状,分析小麦根系性状与地上部形态及产量性状间的关系。结果表明,灌浆中期小麦根系电容值与苗期各根系性状均呈显著正相关,与灌浆中期总根长和总根表面积呈显著正相关;进一步分析表明,灌浆中期小麦根系电容值与株高、穗下茎长和旗叶长均呈极显著正相关,而与旗叶宽呈显著负相关,与小穗数、千粒重和单株产量均呈极显著正相关。基于根系电容值高低将小麦分为3类,其中,高电容值小麦和低电容值小麦在上述地上形态及产量性状上均存在显著差异。小麦苗期根系性状和小麦灌浆中期根系电容值均与千粒重和小穗数有较高的相关性。综上可见,小麦根系电容值可较好地反映小麦生长后期根系性状,与根系电容值显著相关的地上形态及产量性状如株高、小穗数、千粒重等可考虑作为小麦根系的替代性状。     

不同基因型大麦苗期耐低氮性状与产量性状的相关性

为给大麦耐低氮育种提供理论依据,利用溶液培养和大田产量试验相结合的方法探讨了大麦苗期和成熟期各相关性状在两种供氮条件下的变异情况。结果表明,苗期氮素生理利用效率、单株吸氮量、地上部干重和苗高在品种间存在极显著差异,籽粒产量在品种间存在显著差异,不同供氮水平对各性状都有极显著的影响。相对性状的基因型变异为：相对地上部干重＞相对分蘖数＞相对单株吸氮量＞相对籽粒产量＞相对氮素利用率＞相对苗高。相关分析表明,低氮胁迫下分蘖数与籽粒产量呈极显著正相关,苗期相对氮素生理利用效率、相对苗高和成熟期相对籽粒产量间互呈显著或极显著正相关。从各性状的相对值中可以看出,大麦品种BI04表现最好,具有较强的耐低氮性,BI45表现最差,对低氮胁迫相对比较敏感。     

控释氮肥施用策略对稻茬小麦产量和氮肥吸收利用的影响

为探究控释氮肥施用策略对稻茬小麦产量和氮肥吸收利用的影响,在大田条件下,以小麦品种扬麦16和扬麦20为材料,设置不施氮（T1）、常规速效氮肥分次施用（T2,对照）、常规控释氮肥一次性基施（T3）、速效氮肥减量分次施用（T4）、控释氮肥减量一次性基施（T5）、控释+速效氮肥一次性基施（T6）、控释+速效氮肥配合分次施用（T7）共7种氮肥处理,比较分析了不同处理下稻茬小麦产量、叶面积指数（LAI）、叶绿素相对值（SPAD值）、干物质积累量、氮素积累量、根系吸收面积和根系氧化力等性状的差异。结果表明,两个品种的产量均表现为T6>T7>T3>T5>T2>T4>T1。与T2处理相比,两个品种的平均产量在T3、T6和T7处理下分别增加17.9%、30.3%和25.1%,平均氮肥农学效率（AE）分别增加40.0%、84.8%和72.4%,平均氮肥偏生产力（PFP）分别增加22.2%、52.3%和45.6%。与单一施用速效氮肥（T2、T4）或控释氮肥（T3、T5）处理相比,在控释氮肥与速效氮肥配施（T6、T7）处理下两个品种的地上部农艺性状（干物质积累量、LAI和SPAD值）显著改善,氮素积累量、根干重、根冠比、根系氧化力、根系总吸收表面积和活跃吸收表面积均显著增加。因此,控释氮肥配施速效氮肥策略可以同步促进稻茬小麦地上部与地下部生长,最终实现高产与氮肥高效吸收利用。     

20个小粒种咖啡种质氮吸收效率差异分析

为明确不同基因型小粒种咖啡的氮素吸收特性,进一步为遗传改良咖啡氮营养性状提供参考,本研究对同一氮素供应水平下20个小粒种咖啡氮素吸收效率的生理、形态机制进行研究。结果表明：大部分小粒种咖啡种质间叶绿素含量、硝酸还原酶活性（NRA）、根氮、茎氮、叶氮含量差异不显著,且叶绿素含量及NRA与叶氮、总氮累积量和氮吸收效率间相关性不显著;根长、根体积、根表面积均与根氮累积量、总氮累积量、氮吸收效率呈显著正相关;氮素在植株各器官的分配比例依次为：根氮>叶氮>茎氮;聚类分析表明,‘M13’氮吸收效率最高,为84.43%,最低为‘CATUAI’,仅为32.12%,其余种质为58.36%~43.08%。     

稻草还田对免耕水稻根系生长及产量的影响

研究了稻草还田对免耕水稻根系生长和产量的影响.结果表明,稻草还田可显著提高免耕水稻产量,显著或极显著提高单株根系干重、单株生物鼍、根半径、单株根表面积、单株根长、单条根长、根长密度、根系活力及超氧化物歧化酶活性,但是对单株总根数的影响不大.与3 t/hm<'2>稻草还田量相比,6 t/hm2稻草还田量的增产效果和对根系生长的促进作用更大.     

黄淮海地区大豆耐旱根系性状的遗传分析

从83份黄淮海地区代表性材料中按根系类型选取28份,在苗期以株高、叶龄、根干重和茎叶干重隶属函数的平均值为指标进行2年耐旱性重复鉴定,从中筛选出晋豆14强耐旱型材料.比根干重、比总根长、比根体积与耐旱隶属函数值均呈极显著正相关,可作为耐旱性的根系性状指标.利用"科丰1号×南农1138-2"衍生的RIL群体为材料,对耐旱相关根系性状采用主基因 多基因混合遗传模型分离分析法进行遗传分析.结果表明,该两亲本闯比根干重、比总根长、比根体积的遗传均为两对主基因加多基因模型,后两者主基因间有连锁(重组率4.30%,1.93%);主基因遗传率为62.26%～91.81%%,多基因遗传率为2.99%～24.75%;耐旱相关根系性状各主要由1对主基因控制,另1对效应较小,3个性状的改良均着重在主基因加性效应.     

玉米根系特征的基因型差异及与氮吸收效率的关系

在4个硝酸盐浓度下进行2个玉米品种盆栽砂培试验,研究玉米根系特征的基因型差异对硝酸盐浓度的响应及与氮素吸收效率的关系。结果表明,氮高效品种郑单958在硝酸盐浓度为0.08、0.8、4.0 mmol/L时,根重、根幅、根长、根表面积、根体积、分枝数、分形维数、根系活力均显著高于氮低效玉米品种内单314。各根系形态指标随硝酸盐浓度的增加逐渐增加,当硝酸盐浓度从4.0 mmol/L增加至8.0 mmol/L时,不同基因型品种间差异不显著。在低氮胁迫条件下,玉米主要通过增加细根比例、增加根表面积吸收更多的氮素;在氮素供应充足条件下,通过增加根系平均直径,形成高密的分枝系统吸收氮素。进一步通径分析表明,根长与根体积对氮吸收效率直接影响最大,是氮吸收效率差异的主要原因。