大豆氮高效种质苗期筛选与鉴定

氮高效利用种质资源的筛选与鉴定是大豆高产育种的重要前提。本研究以78份大豆种质资源为材料，采用水培养法，分析正常氮（氮浓度为7.5 mmol/L）和低氮（氮浓度为0.75 mmol/L）条件下大豆生物量和耐低氮指数。根据地上部干重、总干重、耐低氮胁迫指数初步筛选出3份耐低氮材料（2011-X-559、2011-X-618、2011-X-639）、3份低氮敏感材料（2011-X-472、2011-X-531、2011-X-547）和2份中间型材料（吉育86、东农53）。进一步复筛测定8份大豆种质材料的叶绿素含量、生物量、氮含量和根系形态构型等17个氮利用相关指标，通过对性状指标的变异系数、相关性和主成分分析，筛选出总干重、整株氮含量、整株总氮、总根长、根体积和根表面积6个指标可作为大豆苗期耐低氮评价关键指标，并依此鉴定出耐低氮材料2011-X-618和低氮敏感材料2011-X-531。本研究为大豆耐低氮机制解析和氮高效育种提供了优异种质资源和理论指导。     

花生苗期氮高效基因型及其评价指标的筛选研究

为获得花生氮高效种质,以36份花生种质资源为材料,通过苗期水培方法,在不同氮水平下观察各种质资源叶片的黄化程度,初步确定低氮水平的筛选压力。通过19个氮效率相关性状指标数据,进行主成分、变异系数及聚类分析,可得出干物重、氮累积量、氮利用率、基因潜力、氮利用指数及氮含量是花生苗期氮高效种质筛选的主要指标。通过研究初步筛选出花生苗期氮高效种质6份,下一步通过氮高效种质的复筛及全生育期氮效率验证,进而获得所需的花生氮高效材料。     

耐低氮大豆资源的苗期筛选与评价

为探究大豆苗期耐低氮资源鉴定的指标与方法，筛选耐低氮大豆种质，本试验以234份国内外大豆品种资源为试验材料，设置低氮和正常氮2个氮水平，在处理24 d时测定茎粗、株高、叶柄长、叶绿素相对含量等12个指标。结果表明：大豆苗期各指标均值在2个氮水平下存在显著差异，耐低氮系数的平均值范围为0.48～1.38;通过主成分分析将12个指标转化为5个主要成分，累计贡献率达85.37%,并构建耐低氮大豆种质资源评价方程：D=0.48D₁+0.21D₂+0.13D₃+0.11D₄+0.08D₅;基于耐低氮综合评价值(D)进行聚类分析将234份大豆品种分为5类，分别为高耐低氮型、耐低氮型、中耐氮型、敏感型和高敏型，筛选出高耐低氮资源，包括茬前田豆、宝丰11和射阳半夏子等8份，高敏型种质，包括ラニホクジロメ、黔豆1号和WDD01135等11份。依据逐步回归分析得出株高、总干重、叶柄长、茎粗和地下干重5个性状的耐低氮系数可作为鉴定资源耐低氮性的主要指标。本研究构建的大豆耐低氮种质资源评价体系，将为耐...     

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。     

玉米苗期氮素吸收利用效率差异及聚类分析

采用循环营养液培养法,研究安徽省23个玉米主推品种苗期吸收与积累氮素的差异.结果表明,在常氮(5 mmol/L)和高氮(45 mmol/L)水平下,玉米茎叶干重、总干重、叶面积、茎叶氮累积量和整株氮累积量的变异系数分别在0.34～0.58和0.35～0.51;其中,常氮和高氮条件下茎叶干重、总干重、叶面积、茎叶氮累积量和整株氮累积量呈极显著正相关(P<0.01),其相关系数分别在0.529～0.998和0.821～0.995.以玉米茎叶干重、总干重、叶面积、茎叶氮累积量和整株氮累积量为玉米苗期氮高效评价指标,玉米苗期氮效率综合值在常氮和高氮水平下分别在0.199～1.113和0.216～1.128,其中,浚单20在常氮和高氮条件下的氮效率综合值均大于0.90,且聚类分析中均在第一类群,为氮高效品种.     

施氮量对黄檗幼苗生长的影响

分别设置了施氮量为0、55、110、220、440 kg/hm2(尿素)的5种处理.比较了不同施氮量对黄檗幼苗生长的影响.结果表明:N20、N40、N80三个处理的株高和基茎都显著高于对照,N10处理与对照差异不显著,株高和基茎随施氮量而增加,与对照差异都达到显著或及显著,但当升高到一定程度时,不会继续升高.N20、N40、N80三个处理的根干重、茎干重和叶干重都显著高于对照,N10处理与对照差异不显著,在一定程度(施氮量范围)内,根干重、茎于重和叶干重随施氮量的增加而增加.     

玉米自交系氮高效指标的筛选及综合评价

以47个玉米自交系为材料,测定玉米自交系在低氮和正常氮处理下株高、穗位高、叶绿素SPAD值、吐丝期叶面积指数、吐丝期干重、全株干重、产量、子粒氮积累量、全株氮积累量和氮肥生产效率等10个指标,以耐低氮指数为参数,结合其变异系数,运用相关性分析、主成分分析和隶属函数法对其氮高效能力进行综合评价。结果表明,叶绿素、全株干重、产量、子粒氮积累量、全株氮积累量和氮肥生产效率等可作为玉米自交系氮高效能力的筛选指标。通过聚类分析,筛选得到PH6WC、郑58、PH6WC×郑58、PH6WC×D1798Z、D1798Z×521、HCL645×C7-2、HCL645×C7-2×单598、外杂二环系、美杂二环系×郑58、DH351×郑58、XL21×PH6WC共11个低氮高效型玉米自交系。     

花生氮高效品种资源的苗期筛选研究

为筛选出适宜东北地区生长的花生氮高效种质,以40份花生种质资源为材料,通过苗期水培方法,在低氮和正常氮水平下观察叶片黄化程度、SPAD值,初步筛选出3个耐低氮品种花育22、冀油98和锦花6号,3个氮敏感品种阜花10号、铁花3号和阜花17号。通过对花生苗期相关性状进行主成分、变异分析及相关性的综合分析,确定以干物质量、氮累积量、氮利用率、氮含量、氮利用指数及根冠比作为花生氮高效种质苗期筛选的参考指标。通过对这6个品种各筛选指标的耐低氮胁迫指数做出分析,筛选出耐低氮型品种锦花6号和氮敏感型品种阜花10号。     

不同氮效率油菜苗期根系形态及养分累积差异研究

为了解低氮胁迫下氮效率差异油菜在根系形态及养分吸收累积方面的差异,以一对氮效率差异油菜种质为材料,通过水培研究在低氮胁迫下苗期根系形态和养分累积的变化及差异。结果表明,在不同氮浓度处理下,两个材料根系和养分累积量都存在显著差异（P<0.01）。低氮胁迫下（N浓度为0.38mmol/L）,油菜主根长和侧根长显著增加,根系木质化程度降低,养分累积量显著下降。与氮低效油菜种质相比,氮高效油菜总根长、根表面积、根体积、侧根数及主根长,分别高出30.96%、22.02%、24.13%、28.20%和40.62%,且植株氮、磷、钾累积量分别是氮低效油菜的2.02、1.89、3.37倍。此外,氮高效油菜根尖分生区细胞分裂数目增加,伸长区细胞长度增加,可能导致了油菜主根的伸长生长。综上所述,与氮低效油菜相比,氮高效油菜对低氮胁迫耐受力更强,根系较为发达、养分累积 量降低幅度小。因此,氮高效油菜种质可能通过更发达的根系和更多的养分累积来应对低氮胁迫。     

小麦苗期耐低氮胁迫的基因型差异

为了确定适宜的小麦耐低氮基因型筛选指标,采用温室水培方法系统评价了不同年代的32个小麦品种苗期耐低氮胁迫的基因型差异.结果表明,低氮条件下小麦形态和生理指标有显著的基因型差异.主成分分析表明.植株干重、植株氮积累量、地上干重、植株氮舍量、根冠比、根长的耐性指数在四个主成分中占较大比重;相关性分析表明,植株氮积累量与植株干重、植株氮含量耐性指数相关达到极显著水平.地上干重与根冠比和根长的耐性指数相关达到显著水平;不同小麦基因型的植株氮积累量与地上干重耐性指数存在较大变异(CV>15%).因此,植株氮积累量以及地上干重的耐性指数适合作为筛选指标.这32个小麦品种可分为低氮敏感型、中间型和耐低氮型.     

A comprehensive study of plant density consequences on nitrogen uptake dynamics of maize plants from vegetative to reproductive stages

Nitrogen (N) use efficiency (NUE), defined as grain produced per unit of fertilizer N applied, is difficult to predict for specific maize (Zea mays L.) genotypes and environments because of possible significant interactions between different management practices (e.g., plant density and N fertilization rate or timing). The main research objective of this study was to utilize a quantitative framework to better understand the physiological mechanisms that govern N dynamics in maize plants at varying plant densities and N rates. Paired near-isogenic hybrids [i.e., with/without transgenic corn rootworm (Diabrotica sp.) resistance] were grown at two locations to investigate the individual and interacting effects of plant density (low—54,000; medium—79,000; and high—104,000 pl ha⁻¹) and sidedress N fertilization rate (low—0; medium—165; and high—330 kg N ha⁻¹) on maize NUE and associated physiological responses. Total aboveground biomass (per unit area basis) was fractionated and both dry matter and N uptake were measured at four developmental stages (V14, R1, R3 and R6). Both plant density and N rate affected growth parameters and grain yield in this study, but hybrid effects were negligible. As expected, total aboveground biomass and N content were highly correlated at the V14 stage. However, biomass gain was not the only factor driving vegetative N uptake, for although N-fertilized maize exhibited higher shoot N concentrations than N-unfertilized maize, the former and latter had similar total aboveground biomass at V14. At the R1 stage, both plant density and N rate strongly impacted the ratio of total aboveground N content to green leaf area index (LAI), with the ratio declining with increases in plant density and decreases in N rate. Higher plant densities substantially increased pre-silking N uptake, but had relatively minor impact on post-silking N uptake for hybrids at both locations. Treatment differences for grain yield were more strongly associated with differences in R6 total biomass than in harvest index (HI) (for which values never exceeded 0.54). Total aboveground biomass accumulated between R1 and R6 rose with increasing plant density and N rate, a phenomenon that was positively associated with greater crop growth rate (CGR) and nitrogen uptake rate (NUR) during the critical period bracketing silking. Average NUE was similar at both locations. Higher plant densities increased NUE for both medium and high N rates, but only when plant density positively influenced both the N recovery efficiency (NRE) and N internal efficiency (NIE) of maize plants. Thus plant density-driven increases in N uptake by shoot and/or ear components were not enough, by themselves, to increase NUE.     

Nitrogen use efficiency and drought tolerant ability of various sugarcane varieties under drought stress at early growth stage

ABSTRACT

The experiment was conducted under glasshouse conditions to evaluate nitrogen use efficiency and drought tolerant ability of the five different sugarcane varieties (including NiF3, Ni9, Ni17, Ni21 and Ni22) under early growth stage from 60 to 120 days after transplanting. The results showed drought stress reduced the photosynthetic rate, growth parameters including plant height, leaf area; partial and total dry weights; and nitrogen use efficiency (NUE) traits including photosynthetic NUE, nitrogen utilization efficiency and biomass NUE of measured sugarcane varieties. The significant differences were found among varieties in growth parameters, dry weights, NUE traits and drought tolerant index (DTI). The significant positive correlations among NUE traits and DTI suggested higher NUEs could support better a tolerant ability to drought stress at the early growth stage. Because of larger contributions, DTIs for aboveground and stalk dry weight could be used as the important DTIs to evaluate drought tolerant ability in sugarcane varieties.     

碳水化合物的分配在玉米杂交种耐低氮中的作用

探明玉米耐低氮的生理机制有利于促进氮高效遗传改良的进度.本试验选用对氮反应有典型差异的两个玉米杂交种西玉3号和高光效1号,采用盆栽试验,设3个氮水平,探讨了苗期玉米对低氮环境的适应性机制,结果表明:两品种在高低氮条件下的地上部干物重差异都不显著,但冠/根比存在显著差异.在低氮下西玉3号的根长、根表面积及根重增加幅度大,超过高光效1号,因而它具有较强的截获氮素养分的能力,以适应低氮环境.低氮下西玉3号有较大的叶面积,可产生大量的光合产物.其叶片光合产生的可溶性糖向根系的大量运输,即有利于根系生长,又可以为氮的吸收同化提供充足的能量和碳架。     

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。     

广东大豆地方种质磷效率特性研究：不同大豆基因型冠部、根部磷效率特性差

采用低磷红壤盆栽试验方法,对原产广东省大豆基因型的冠部、根部磷效率特性及其与植株磷效果特性的关系进行研究。结果表明,与常磷水平相比,在低磷胁迫下,大豆基因型根部干重占植株干重的百分率相对,即具有较大的根／冠比;大多数大豆基因型冠部的磷素积累相对较多;ＲＶＰＰＥＲ（植株磷效率比值相对值）越大的基因型,其冠部磷素吸收率就越大,反之亦然。另外,大豆基因型根部磷素积累特性与冠部磷素积累特性有所不同。在低磷胁迫下,随着ＲＶＰＰＥＲ增大,除了ＨＮＤ３９外,其他大豆基因型的冠部磷效率比值（ＳＰＥＲ）和根部磷效率比值（ＲＰＥＲ）均呈现逐渐增大的趋势;除了ＨＮＤ０８、３３、３９、５７、９３、９４大豆基因型外,其他大豆基因型的根部磷效率比值大于冠部磷效率比值。相关分析表明：低磷水平下的冠部磷素吸收量可以简便有效地衡量大豆基因型植株     

不同玉米自交系氮效率的分析

试验在4个氮处理水平上对8个玉米自交系的氮效率进行了研究。结果表明,玉米自交系在产量、生物量和氮累积量上存在显著的差异。据氮效率分析,黄C属低氮、高氮处理下产量均较高的双高效型,340属低氮高效型自交系,00冬属高氮高效型自交系,C8605属低氮、高氮处理下产量均较低的双低效型自交系。通径分析表明,在3个施氮处理中氮吸收效率对氮效率的作用均大于氮利用效率对氮效率的作用,且低氮下吸收效率对氮效率的作用大,高氮下利用效率对氮效率的作用大。     

小麦进化材料氮、磷养分利用效率间的关系

为了揭示小麦进化材料营养特性的变化规律 ,利用 10个不同基因型小麦进化材料 ,研究了其氮、磷养分利用效率 (NU E和 PU E)的变化。发现从二倍体→四倍体→六倍体的进化过程中 ,NUE先逐渐增加 ,到四倍体后变化不大 ;而 PUE则一直下降。造成整株水平上 NU E差异的生理机制在于叶片瞬时光合 NU E的差异 ,瞬时光合NUE主要决定于以干重表示的净光合速率。叶片瞬时 PUE的差异不是造成整株水平上 PUE差异的原因。单叶水平上的 NUE和 PUE联系紧密 ,而整株水平上的 NUE和 PUE存在相对独立性。     

干旱胁迫下氮素对不同基因型小麦根系活力和生长的调控

为了探讨不同水氮耦合处理对小麦根系活力和吸收氮素能力的影响,以多穗型小麦品种西农979和大穗型小麦品系2036为材料进行营养液培养试验,设置正常水分供应、轻度和重度水分胁迫及低氮、中氮和高氮处理,研究了不同水氮耦合对小麦根系形态、根系吸收面积、根系活力、植株氮素积累量的影响。结果表明,水分与氮素存在着明显的互作效应,重度水分胁迫和低氮处理都会降低小麦的生物量、根系总吸收面积、活跃吸收面积和活力、氮含量和植株的氮素积累量,低氮处理增加了根长和根冠比。高氮处理的西农979根系总吸收面积、活跃吸收面积和活力较低,中氮处理显著提高,且分别比2036高11%、14%、27%。西农979在中氮和高氮处理之间的氮素积累量无显著性差异。中氮处理下西农979的植株氮素积累量比2036高13%~62%。相关分析表明,小麦的活跃吸收面积、根系活力与植株氮素积累量呈极显著正相关(P0.01),和根冠比呈极显著负相关(P0.01)。在轻度水分胁迫下,增加氮素供给能有效提高西农979的根系吸收面积和根系活力;过高的氮素不利于2036根系的生长,表明不同基因型小麦的根系活力和生长对不同水氮耦合的响应不同。通过适宜的水氮耦合调控,有利于创造良好的小麦根系形态,提高根系活力及对水分和养分的吸收能力。     

水稻拔节期叶片碳氮代谢基因型差异及与氮素利用效率的关系

 采用土培盆栽试验,以3个氮素利用效率(NUE)有显著差异的水稻基因型秀恢2号(低NUE)、R83 12(中NUE)和五优244(高NUE)为材料,研究了拔节期叶片碳氮代谢的基因型差异及其与氮素高效利用的关系。结果表明,拔节期不同基因型水稻的叶片蔗糖和可溶性糖含量、淀粉/可溶性糖含量比和淀粉/蔗糖含量比存在极显著差异,前两者为五优244 > R83 12 >秀恢2号,后两者则相反;而淀粉和蔗糖/可溶性糖含量比各基因型差异不显著。不同基因型水稻的叶片全氮含量(TNC)、蛋白氮含量(PNC)、 PNC/TNC、Rubisco含量(RC)/PNC和RC/TNC存在极显著或显著差异,前两者为五优244 < R83 12 <秀恢2号, 后三者则相反;RC无基因型差异。五优244叶片的叶绿素a含量、类胡萝卜素含量、PSⅡ潜在活性、羧化效率、碳酸酐酶、酸性转化酶和蔗糖磷酸合成酶活性极显著或显著高于其他基因型;其叶片的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和谷氨酸脱氢酶活性也极显著高于其他基因型。统计分析表明,高NUE水稻叶片具有较高的可溶性糖和蔗糖含量及较大的RC/TNC和RC/PNC,其生理基础是其叶片的高谷氨酰胺合成酶活性和PSⅡ潜在活性。     

‘云蔗05-51’与‘云蔗081609’苗期氮吸收利用效率的比较研究

甘蔗（Saccharum spp. hybrid）是我国食糖生产的重要原料,当前生产中普遍存在施氮量高而氮肥利用率低的问题。除了优化施肥管理,种植氮高效的甘蔗品种也是减氮增效的重要途径之一。本研究以云南蔗区推广的早熟高产高糖甘蔗品种‘云蔗05-51’和‘云蔗081609’为试验材料,设置0、0.1、0.5、1、5、10 mmol/L 6个供氮水平开展水培试验,在苗期测定植株生物量、根系形态、氮浓度与累积量、氮素吸收利用效率等指标。结果表明：（1）2个品种地上部、根系及整株生物量均随供氮水平的升高呈先升后降趋势,‘云蔗081609’根系生物量先于其地上部达到峰值,‘云蔗05-51’则相反,‘云蔗05-51’和‘云蔗081609’达到最佳生长需要的供氮量分别为0.5、1 mmol/L,相同供氮水平下‘云蔗081609’生物量高于‘云蔗05-51’;（2）随供氮水平上升,2个品种的根系总长度和平均根直径先上升后趋于稳定,根表面积持续增加,比根长先升后降,相同供氮水平下‘云蔗081609’的根系总长度、平均根直径和根表面积高于‘云蔗05-51’,比根长则低于‘云蔗05-51’;（3）2个品种植株氮浓度及累积量随供氮水平的升高总体呈先上升后稳定的趋势,相同供氮水平下‘云蔗081609’的植株氮累积量高于‘云蔗05-51’;（4）随供氮水平的增加,2个品种的单位根长吸氮量呈先升后稳定的趋势,单位根表面积吸氮量则呈先升后降并趋于平稳,氮素生理利用效率均随供氮水平升高显著降低,在0.1~10 mmol/L范围内‘云蔗081609’单位根长的吸氮量高于‘云蔗05-51’,但单位根表面积吸氮量变化趋势基本一致,品种间氮素生理利用效率无差异。综上表明,‘云蔗081609’在苗期对氮的吸收量高于‘云蔗05-51’主要得益于更好的根系生长,苗期适宜需氮量低于‘云蔗05-51’。