氮高效玉米基因型氮素生产效率研究

通过田间试验,在高氮和低氮条件下对不同氮效率的27个玉米自交系氮素生产效率进行研究。结果表明,高氮和低氮下,高产氮高效型自交系在吐丝期氮素干物质生产效率最高,分别为53.69、58.69 g/g,高产氮高效型自交系在吐丝期干物质量高于低产氮低效型自交系。施氮肥后氮素子粒生产效率和氮素干物质生产效率均有下降趋势。高氮和低氮下高产氮高效型自交系在生育后期植株氮积累量高于低产氮低效型自交系,低氮下二者差异显著,高产氮高效型自交系比低产氮低效型自交系高5.88%,氮积累量的差异主要来自于吐丝后氮的积累。高产氮高效型植株生育后期根系吸收能力强,子粒氮素利用效率高,施氮肥后高产氮高效型植株生育后期氮吸收积累能力增强。     

不同产量类型小麦品种的干物质和氮素积累转运特征

为筛选氮高效且高产的小麦品种,于2016-2017年综合运用籽粒产量和氮素收获指数2项指标将河南省38个主推小麦品种划分为4种类型(高产高效型、高产低效型、低产高效型和低产低效型),分析比较不同类型小麦品种的产量构成因子、干物质积累和氮素的吸收转运特征。结果表明,高产水平下,氮高效品种的单位面积穗数显著高于氮低效品种,穗粒数都显著低于氮低效品种;低产水平下,氮高效品种的单位面积穗数和穗粒数与氮低效品种的差异均未达到显著水平。高产小麦品种花前干物质积累速率较低产(效)小麦高24.8%,花后干物质的转移量和转运效率最大,分别是低产低效型小麦的2.1倍和1.6倍。高产水平下,氮高效品种的干物质转移量较氮低效品种增加16.2%,但在干物质转移效率上与不同氮效率品种差异不显著;低产水平下,氮高效品种的氮素转移效率是氮低效品种的1.1倍。高产型小麦品种的氮素积累量显著高于低产型小麦品种,小麦花后氮素积累速率最高,在该时期,同等产量水平下,HYHE型小麦氮素积累量速率较HYLE型高28.8%,LYHE型小麦的氮素积累速率较LYLE型高66.0%,且花后氮素积累速率与氮素收获指数呈显著正相关。较高的花前干物质转移量和氮素积累量是小麦高产的基础,相同产量水平下,氮高效小麦品种的干物质转移量和氮素积累速率显著高于氮低效品种。     

黄淮海区域30个夏玉米品种干物质积累和氮素转运特性

采用盆栽试验,依据单株产量、氮素吸收效率、氮素子粒生产效率和氮肥偏生产力对该区30个夏玉米品种进行聚类分析,将供试品种分为4种类型,高产氮高效型(Ⅰ)、高产氮中效型(Ⅱ)、中产氮中效型(Ⅲ)和低产氮低效型(Ⅳ)。经进一步相关分析和通径分析发现,单株产量、氮素吸收效率、氮素子粒生产效率和氮肥偏生产力间显著相关。开花期后,高产氮高效型(Ⅰ)夏玉米品种的氮素和干物质向子粒分配比例较高,氮转移量、转移效率、贡献率最高;低产氮低效型(Ⅳ)夏玉米品种向根、茎的分配比例较高,氮转移量、转移效率及贡献率最低。     

诱变结合小孢子培养的氮高效大麦DH株系评价

为了筛选大麦氮高效种质资源,以花30和8份不同诱变来源的DH株系为研究对象,采用田间试验方法,设置高氮(160 kg·hm~(-2))和低氮(45 kg·hm~(-2))两个氮肥水平,研究不同DH株系对两个氮肥水平的响应,同时对不同氮效率类型DH株系的干物质和氮素积累、转运以及氮素吸收利用特性进行分析。结果表明,在两个氮肥水平下,根据平均产量可将花30和8份突变体材料划分为双高效型、低氮高效型、高氮高效型和双低效型四种类型。双高效型株系在两个氮肥水平下均具有较高的干物质和氮素积累量,而低氮高效型株系在低氮条件下具有较高的干物质和氮素积累量,这为籽粒产量的提高奠定了生理基础,也可以作为氮高效种质材料筛选的基础指标。本研究还分别获得了氮素吸收效率和氮素利用效率提高的DH株系,其中双高效型株系A9-47和低氮高效型株系A5-24在两个氮肥水平下氮效率的提高主要是由氮素吸收效率提高所致,双高效型株系A1-184在高氮水平下氮效率的提高主要是由于氮素利用效率提高所致,而低氮高效型株系A4-17在低氮水平下氮素利用效率也略高于亲本花30。这些种质材料的获得为氮高效育种及相关分子机理研究奠定了基础。     

不同氮素吸收类型粳稻品种吸氮能力的差异及原因分析

 2008-2009年,在群体水培条件下,以国内外不同年代育成的94个常规粳稻品种为供试材料,测定植株各器官干物质量和含氮率、产量及其构成因素等,采用组内最小平方和的动态聚类方法将供试品种按吸氮量的大小从低到高依次分为A、B、C、D、E、F 等6类,以探明影响氮素高效吸收型粳稻品种吸氮能力的主要原因。结果吸收型品种抽穗前后吸氮量显著大于氮素低效吸收型品种,抽穗前吸氮量对总吸氮量影响显著大于抽穗后吸氮量;3）氮素高效吸收型品种单穗吸氮量显著大于氮素低效吸收型品种,但单位面积穗数无优势,单穗吸氮量对总吸氮量的影响显著大于单位面积穗数;4）氮素高效吸收型品种播抽历期、全生育期较长,群体与个体吸氮强度大,吸氮强度对吸氮量的影响显著大于生育期;5）氮素高效吸收型品种干物质生产量显著大于氮素低效吸收型品种,但植株含氮率无优势,干物质生产量对总吸氮量的影响显著大于植株含氮率,干物质生产量大是氮素高效吸收型品种吸氮能力强的一个重要因素;6）氮素高效吸收型品种各器官（根、茎鞘叶、穗）吸氮量均显著大于氮素低效吸收型品种,抽穗前茎鞘叶吸氮量大,抽穗后氮从茎鞘叶向穗部转移多,成熟期穗部吸氮量大,有利于提高氮高效吸收型品种氮素累积量。表明：1）供试品种间吸氮量的差异很大,总吸氮量最大品种为最小品种的2.44倍,氮素高效吸收型品种平均产量极显著高于氮素低效吸收型品种;2）氮素高效     

高氮与低氮处理对不同氮效率小麦根系及相关生理特性的影响

提高氮素利用效率是促进农业可持续发展的重要举措之一。为研究高、低氮条件下不同氮效率小麦的根系特征及其生理特性,以3个高效吸收利用氮素（氮高效）小麦品种与3个低效吸收利用氮素（氮低效）小麦品种为试验材料,分析了水培条件下高氮和低氮处理对小麦根系特征和硝酸盐转运蛋白基因表达水平的影响;并分析了大田条件下高氮和低氮处理对不同时期小麦氮代谢关键酶（硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶）活性和氮素积累量的影响。结果表明,在高氮和低氮处理下,氮高效品种的根尖数、根长、根体积、根表面积和根活力均显著高于氮低效品种。氮高效品种的6个硝酸盐转运蛋白基因（ TaNRT2.1、 TaNRT2.2、 TaNRT2.3、 TaNAR2.1、 TaNAR2.2和 TaNAR2.3）的平均相对表达量均显著高于氮低效品种。高氮和低氮处理下,不同时期氮高效品种的硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性以及氮素积累量均显著高于氮低效品种;与高氮处理相比,低氮处理下氮高效品种和氮低效品种的硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性以及氮素积累量均有所降低,其中氮低效品种降低幅度较高。这说明不同氮效率材料在根系相关性状、硝酸盐转运、氮代谢关键酶活性以及氮素积累量存在显著的基因型差异。综上所述,在低氮条件下,小麦根系形态、根系活力、硝酸转运蛋白相关基因和氮代谢关键酶活性对氮素吸收具有重要的调控作用,其综合改良可为氮高效小麦品种的选育提供帮助。     

不同氮效率玉米品种灌浆期氮素转运特性和产量对氮素形态的响应

研究不同氮效率玉米品种登海605(DH605)和鲁单981(LD981)的产量、氮素吸收和氮素利用效率对氮素形态的响应及其生理机制。结果表明,在2015年和2016年,与LD981相比,DH605的平均产量分别提高17.2%和20.3%,成熟期植株氮素积累量提高8.5%和10.3%,氮素利用效率提高6.7%和8.5%,而且不受年份(除植株氮素积累量)、氮素形态及其交互作用的影响。结果表明,正常施氮条件下,LD981为低产氮低效品种,DH605为高产氮高效品种,主要表现为花后具有较高的抗氧化能力,延缓叶片衰老,维持花后较高的氮代谢酶活性,保证花后较强的氮素吸收和同化能力,获得高产同时引起子粒氮浓度下降。     

高产氮高效春玉米品种筛选及节氮潜力与氮素利用特征分析

以辽宁地区适栽的17个玉米品种为试材,通过不施氮(N₀)和正常施氮(N₂₂₅,225 kg/hm²)处理筛选高产氮高效品种,分析其节氮和增产潜力、干物质积累及氮素利用特征。结果表明,DK301、XY335、ZD958、DD1331、LD585、LD706、DY485、LD1281、LD575、LD1205、TY58、DD1775共12个品种为高产氮高效型(双高效和高氮高效)品种,节氮潜力为15.4%～29.7%。高产氮高效型品种节氮潜力与产量极显著正相关,产量在N₀下与百粒重、行粒数、开花和成熟期生物重显著正相关,N₂₂₅下仅与行粒数显著正相关。施氮提高各类型品种花后氮转移对子粒的贡献率(前),同时相较于花后氮吸收对子粒氮贡献率(后),双高效品种均表现为“前后相当”,高氮高效型品种均为“前低后高”。因此,在穗行数相近下,行粒数可作为筛选高产氮高效品种的一个参考指标,通过适当减氮,加强高氮高效型品种的花前氮素供应,可促进玉米节氮增效生产。     

不同基因型马铃薯产量和氮素吸收利用差异

采用大田试验,以氮高效型马铃薯品种云薯401和氮低效型马铃薯品种云薯304为试验材料,研究3种氮素水平下(0、105和210 kg/hm^2)马铃薯产量、产量构成、氮素积累量和氮效率的差异。结果表明,云薯401和云薯304分别在中氮和高氮水平下产量达到最大值,云薯401产量均大于云薯304;云薯401植株成熟期氮素积累量、氮素吸收效率和氮素利用效率均高于云薯304。云薯401耐低氮能力强,适合广泛种植,云薯304适合于高氮条件下种植。成熟期植株氮素积累量可作为氮高效型马铃薯品种筛选指标,发掘和利用具有较高的氮素吸收效率和利用效率的马铃薯品种,有助于筛选和培育马铃薯氮高效品种。     

玉米杂交种氮效率相关与通径分析

选育耐低氮高效玉米杂交种是解决氮肥生产率下降、环境污染、生态条件恶化的一项积极有效的措施.选用18个玉米杂交种,以子粒产量为评价指标,将品种分为3类:高度耐低氮、中度耐低氮和低度耐低氮,研究了高度耐低氮品种组合和低度耐低氮品种组合的氮营养性状与子粒产量的关系.结果表明,在低氮条件下,高度耐低氮品种的氮利用效率、氮转运指数与子粒产量有较高的相关性,氮利用效率对子粒产量的直接贡献最大,低度耐低氮品种的吸氮量与子粒产量的相关性较大.因此,氮高效育种目标应在一定的吸氮量基础上,以氮利用效率为主攻目标,并注意对后期氮积累和氮转运指数的选择。     

东北地区玉米氮高效品种筛选及产量组成因素分析

为了筛选适宜农民种植的高产、养分高效玉米品种,提高东北地区的氮肥利用率,在吉林梨树、辽宁铁岭和黑龙江哈尔滨设置高氮与低氮两个氮水平,各选择20个玉米品种,通过两年定位的田间试验,对其产量及其组成因素进行分析。结果表明,在吉林梨树县地区,良玉918和德美1号两年均表现为双高效品种,先玉335和迪锋128均表现为高氮高效型品种。在辽宁铁岭地区双高效品种有宏硕899、锦华299、沈玉21和迪卡159,先玉335表现为高氮高效品种。在黑龙江哈尔滨,京科728、天农9、誉成1、先玉335为双高效品种,高氮高效品种是德育919和益农玉10。与所有供试品种的平均值相比,两年3个地点平均,双高效品种在正常施氮、低氮条件下分别增产12.8%和16.2%。高氮高效型品种在正常施氮条件下的增产率为6.4%。两个氮水平下,双高效品种具有较多的穗数和穗粒数,高氮高效品种仅在高氮水平下具有较多的穗粒数,低氮高效品种仅在低氮水平下具有较高的穗粒数。     

氮高效玉米杂交种的筛选及氮效率相关特性分析

选用生产中常用的8个玉米杂交种作为材料,在高氮和低氮条件下进行氮高效杂交种的筛选和氮高效指标研究。主成分分析结果表明,郑单958、金山27、郑单17为氮高效品种。通径分析表明,吸收效率对氮效率的贡献均大于利用效率,不论是否施氮,植株氮积累均以花前为主,但花后差异显著,花前氮积累对氮效率的贡献较大。不论施氮与否,完熟期全株干重、吐丝期穗三叶含氮量、花前氮积累量、穗位叶光合速率均是重要的筛选指标,不施氮肥时子粒含氮量也是重要的筛选指标。     

减氮对不同氮效率小麦品种花后光合物质生产力和产量的影响

为明确不同氮效率小麦品种对减氮的响应特点,以前期筛选出的氮高效品种扬麦25、宁麦21和氮低效品种扬麦22、扬麦20为材料,研究减氮模式对产量、氮肥利用效率、光合生产能力和干物质积累量的影响。结果表明,氮高效品种扬麦25和宁麦21的籽粒产量和氮肥利用效率显著高于氮低效品种扬麦22和扬麦20,氮高效品种的平均籽粒产量和平均氮肥利用效率较氮低效品种分别高10.9%和23.9%。与常规施氮处理(CK)模式相比,减氮20%并采用基肥和拔节肥各施氮90 kg·hm~(-2)(M4)模式下,氮高效品种开花期LAI、旗叶SPAD值、净光合速率及乳熟期旗叶SPAD值和净光合速率均未显著降低,且乳熟期平均LAI提高16.0%,进而使花后干物质积累量增加,从而实现产量稳定和氮肥利用效率的提高;而氮低效品种花后光合生产能力、籽粒产量和氮肥利用效率随施氮量降低而出现不同程度的降低。这说明,氮高效品种较氮低效品种有着更多的减氮潜力,前者在适量减氮和合理施肥方式下,可通过延缓花后叶面积衰减、保持较强的花后光合能力和增加花后物质生产力,实现产量稳定和氮肥利用效率提高。     

生物炭与氮肥减量条件下氮高效玉米品种的氮效率研究

试验采用裂区试验设计,氮肥为主区,设置氮肥不同量级与生物炭配施;品种为副区,设氮高效和氮低效品种,分别为郑单958(ZD958)和先玉508(XY508),于大喇叭口期、吐丝期、灌浆期、乳熟期、腊熟期取样测定各器官鲜干重,测定氮含量用以计算氮素积累量、吸收效率、利用效率和氮效率。生物炭3000 kg/hm²与纯N 165 kg/hm²配施干物质积累、氮积累能力及氮效率均表现突出,生物炭3000 kg/hm²与纯N 210 kg/hm²配施产量表现最高,且显著高于生物炭3000 kg/hm²+纯N 165 kg/hm²处理。生物炭3000 kg/hm²与纯N 165 kg/hm²配合施用时,氮高效品种郑单958的干物质积累能力、氮积累能力、氮效率及产量均优于氮低效品种先玉508,且达到显著差异。在内蒙古平原灌区,生物炭与氮肥减量条件下,生物炭3000 kg/hm²与纯N 165~210 kg/hm²配施,可实现节氮30%~45%,氮高效玉米品种氮效率提升52.78%~93.33%,更能发挥氮高效品种较强的氮吸收能力和氮利用能力,利于实现高产、高效。     

不同氮反应冬小麦品种幼苗素质及氮代谢关键酶活性的耐低氮差异研究

为了明确不同氮敏感型冬小麦品种的幼苗对低氮胁迫的反应,基于小麦籽粒产量和籽粒氮含量的耐低氮指数,对24个冬小麦品种进行了耐低氮丰产型和氮敏感型分类,并以典型品种为材料,比较了其幼苗(5叶龄)在不施氮(0mmol·L~(-1))和施氮(16 mmol·L~(-1))条件下,地上部和根部的干物质积累量、氮含量、氮积累量及其叶片和根部的硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性。结果显示,与施氮处理相比较,不施氮处理小麦品种的幼苗根部干物质积累量、根冠比均增加,地上部干物质积累量、氮含量和氮积累量、根部氮含量和氮积累量以及NR和GS活性均降低。在不施氮处理下,耐低氮丰产型小麦品种的幼苗地上部干物质积累量的降幅小于氮敏感型品种,根部干物质积累量和根冠比的增幅均大于氮敏感型品种;耐低氮丰产型小麦品种幼苗总根长和总根表面积显著增加,根直径显著下降;氮敏感型小麦品种幼苗根直径和总根体积显著降低。与氮敏感型品种相比,耐低氮丰产型小麦品种幼苗地上部、根部的氮吸收能力较高,NR和GS两种酶活性降幅较小。     

施氮对小麦干物质累积和转运的影响

为给高产小麦氮素科学管理提供依据,以河南温县和兰考典型高产区为试验地点,连续两年在0、90、180、270、360kg.hm-2氮水平下,研究了施氮对多穗型品种豫麦49-198和大穗型品种兰考矮早八干物质累积、分配、转运的影响及与产量的关系。结果表明,从越冬到收获,小麦干物质累积逐步增加,但两个品种小麦干物质累积都在拔节后差异明显,以拔节-开花增幅最大,其次是开花-收获。施氮使小麦干物质累积、转运和产量均增加,其中豫麦49-198干物质累积量和转运量、转运干物质对籽粒的贡献率、籽粒产量都以施氮270kg.hm-2较高,而兰考矮早八则都以施氮180kg.hm-2较高。氮肥用量与小麦开花期、成熟期干物质累积和不同器官干物质分配之间的关系均可用一元二次曲线拟合,豫麦49-198在开花期不同器官最大干物质的施氮量都高于兰考矮早八,但两个品种最大籽粒产量的施氮量接近。开花期豫麦49-198茎鞘干物质比例低于兰考矮早八,穗轴干物质比例高于兰考矮早八;成熟期豫麦49-198叶片、茎鞘、穗轴干物质分配比例低于兰考矮早八,籽粒干物质分配比例高于兰考矮早八;豫麦49-198花前干物质累积比例、转运干物质对籽粒的贡献率都低于兰考矮早八。     

氮肥减施下施用炭吸附聚谷氨酸叶面肥对夏玉米产量、氮素累积和转运的影响

田间试验设置正常氮和减氮20%两个施氮水平,每个氮处理下设置不喷施、3或8叶期小剂量喷施炭吸附聚谷氨酸（1.8 kg/hm²）、3或8叶期大剂量喷施（3.6 kg/hm²）等5个处理,研究氮肥减施下喷施炭吸附聚谷氨酸对玉米植株干物质和氮素累积分配及子粒产量的影响。结果表明,施氮处理对各器官干物质量的累积分配无显著影响,氮肥减施后氮素累积量明显降低,但子粒中氮素分配比例提高5.6%。与不喷施相比,3叶期喷施显著增加干物质和氮素累积量,子粒氮素分配比例在8叶期小剂量喷施下最高为61.39%,8叶期喷施显著提高了营养器官花后氮素转运量和转运效率。喷施处理显著提高了果穗行粒数,正常氮下3叶期小剂量喷施处理的产量最高为11.87 t/hm²。氮肥减施小剂量喷施下的产量与正常氮不喷施处理无显著差异,因此,在夏玉米生产中,氮肥减施20%下3或8叶期喷施炭吸附聚谷氨酸1.8 kg/hm²能够维持玉米产量。