不同耐密性玉米品种的根系生长及其对种植密度的响应

根系形态和分布对土壤中养分和水分的吸收有重要影响。增加耐密性是现代玉米（Zea may L.）育种的主要方向,而耐密性与根系的关系尚了解不多。本文以70年代主推的2个不耐密型品种（中单2号与丹玉13）和2个当代耐密型现代品种（先玉335和郑单958）为材料,将田间试验和室内水培试验相结合,在3个密度水平下,研究了不同耐密性玉米品种的根系差异及其对种植密度的响应。结果表明,目前推广的耐密型品种的根系要小于不耐密的老品种。不同耐密性品种之间的差异主要表现在040 cm。随着密度的增加,根显著变小、变细。密度主要降低020 cm土层中的根系生长,对深层根系影响较小。先玉335和中单2的根系长度对密度的反应较弱,郑单958和丹玉13较强。这说明先玉335主要依靠其小根系适应高密度,而郑单958既依靠较小的根系,同时依靠较高的根系反应性适应高密度。     

氮素吸收调控中铵转运蛋白与锚蛋白的互作研究

铵转运蛋白（AMT）介导的高亲和力铵跨膜运输是植物根系吸收铵态氮的主要途径。AMT蛋白水平上的调控能够快速有效地控制根系铵吸收能力,但参与调控的互作蛋白尚未见报道。本研究通过生物信息学手段预测得到铵转运蛋白AtAMT1;3可能和锚蛋白AtAnkTm8存在互作。基因表达分析实验发现AtAMT1;3和AtAnkTm8的根中组织特异性表达模式一致,并同时受到缺氮胁迫的上调表达,结果支持了它们互作的可能性。筛选鉴定出AtAnkTm8缺失突变体,分析在供铵条件下及对甲基铵敏感性的生长表型,结果发现AtAnkTm8的缺失没有影响拟南芥根的铵吸收能力,推测可能存在其他家族成员的功能冗余。AMT与AnkTm的互作为理解植物铵吸收调控过程提供了可能的新颖机制     

玉米根系发育突变体及相关基因研究进展

根系形态以及生理特征与作物养分水分高效利用密切相关。利用根系发育突变体是研究根系结构与功能的主要手段之一。近10多年来,一些玉米根系发育的突变体被鉴定出来,其中包括影响节根发育的rtcs突变体,影响侧根发育的lrt1、slr1、slr2和rum1突变体,还有影响根毛发育的rth1、rth2和rth3突变体,其中部分突变体所对应的基因已经克隆。这些进展有利于人们更深入地认识玉米根系生物学特征在养分水分高效中的作用。     

氮高效玉米新品种中农99的选育

培育高产氮高效品种是未来解决我国粮食安全和资源、环境问题的重要途径之一,因此,开展玉米氮高效生理、遗传育种研究具有重要意义。中农99是中国农业大学资源与环境学院植物营养系2000年育成的氮高效玉米新品种。该品种具有高产、稳产,根系发达,肥水利用效率高的特点,无论在低氮或高氮条件下,均比对照品种农大108增产10%~15%左右,表现出较强的耐低氮能力和较高的氮肥利用率。在高肥力土壤上,可节约氮肥投入30%左右,达到了增加经济效益、减少氮肥环境损失的目的,从而为我国玉米氮高效育种探索了一条切实可行的途径。     

玉米对氮素营养利用的遗传差异及其生理机制

玉米对氮素营养利用存在基因型差异,利用玉米在形态,生理代谢上对氮素吸收、转运、利用等方面的遗传差异性进行定向育种,能够解决生产中遇到的氮素利用率下降、生产成本提高、经济效益递减,环境污染问题。本文综述了国内外玉米氮素营养方面的研究进展,为玉米高效生理机制的深入研究提供参考。     

氮素供应和pH值对玉米根系形态的影响

实验设正常供氮(0.5 mmol/L NO3-)和高氮(10 mmol/L NO3-)处理,研究不同pH值水平下(4.5～8.0)氮素供应对玉米根系生长的影响。结果表明,氮供应与溶液pH值对玉米根系的影响不存在互作效应。高氮供应不影响地上部与根的干物质积累;pH值提高有利于促进干物质向地上部分配,向根的分配比例相对下降,根冠比下降。高氮使单株根系总长度平均下降,降幅为34.5%,主要是轴根和侧根长度下降,轴根数和侧根密度受影响较小。在两个氮水平下,总根长、轴根长、侧根长均随pH值的上升表现增加的趋势,高pH值主要增加侧根密度。研究表明,在酸性土壤上,不能通过大量施用硝态氮肥缓解氢离子对根系生长的抑制作用。     

施氮对不同品种玉米产量、氮效率的影响

随着人们对农田氮肥过量施用导致肥料利用率下降和农田地下水硝酸盐污染等问题认识的逐渐加深,不同品种玉米氮素营养效率的研究得到普遍重视。本文选择在我国主要应用的15个玉米品种,在0、120kg.hm 2、240 kg.hm 2氮水平下,通过田间试验研究了施氮对不同品种玉米产量和氮效率的影响。结果表明:"郑单958"、"32D22"、"滑玉14"、"豫丰335"、"新单29"、"中科11"和"漯单9号"在施氮量为120 kg.hm 2时产量最高;"先玉335"、"浚单18"、"蠡玉13"、"浚单20"、"农大108"、"NE8"、"豫禾988"和"洛玉4号"在施氮量为240 kg.hm 2时产量最高。以产量差异的显著性关系为标准进行聚类分析,可将15个玉米品种分为高产、中产、低产3个类型。在3个氮水平下,"蠡玉13"都表现为高产品种,"先玉335"都表现为中产品种,"豫丰335"和"豫禾988"都表现为低产品种。根据玉米在中氮和高氮水平下的氮效率,可以将其划分为4个类型,"郑单958"、"浚单20"、"蠡玉13"、"浚单18"和"漯单9号"为双高效型,"农大108"、"NE8"、"豫禾988"、"豫丰335"和"洛玉4号"为双低效型。根据产量和氮效率的聚类分析结果,"蠡玉13"和"浚单20"在中氮和高氮时都是高产又高氮效率的品种;"郑单958"和"漯单9"在中氮时是高产高氮效率的品种;而"豫丰335"、"豫禾988"、"NE8"和"洛玉4号"在中氮和高氮时都是低产又低氮效率的品种;"农大108"在高氮时是低产又低氮效率的品种。玉米产量与氮营养性状的相关性分析结果表明,氮吸收效率对产量的影响较小,氮素利用效率与秸秆吸氮量之间存在抑制作用,氮素利用效率与氮收获指数间有很好的协同作用。通径分析结果表明,在3个施氮水平下,玉米氮素利用效率对产量有较大的作用,而氮素吸收效率对产量的作用很小。在低氮水平下,氮素利用效率和籽粒吸氮量对产量起决定性作用;在高氮水平下,氮素利用效率起主要作用。     

玉米氮效率性状的配合力分析

 在筛选氮高效自交系工作的基础上 ,利用NC Ⅱ设计 ,在两个氮水平下 (2 0 0kg·ha-1和不施氮 ) ,对 18个自交系配合力作出评价。结果表明 ,高氮条件下 ,氮效率受非加性效应控制 ,对氮高效育种有价值的自交系有2 199+ 、河农 7、河农 11;而在低氮条件下 ,氮效率受加性效应控制 ,792 2、2 199+ 、河农 7、河农 9、115 4在耐低氮育种中利用价值较高。在两个氮水平下 ,组合F1代产量与配合力总效应呈极显著正相关。氮吸收效率的遗传力大于氮利用效率。     

玉米氮高效组合杂种优势分析

在氮高效自交系筛选工作的基础上,利用NC-Ⅱ设计的材料进行杂种优势分析,同时探讨氮高效育种中亲本选配等问题。研究结果表明:氮高效类型中氮高效的生理机制各有特点,试验结果可以分为以吸收效率为主和以利用效率为主的两种杂交组合。总结亲本组成规律,氮高效组合的组配可分两大类型:①主要决定于母本的吸收和利用效率;②父母本的吸收效率和利用效率互补。所以,在氮高效育种中,要注重对母本氮效率性状的选择,尤其是氮吸收效率的选择以及亲本间氮效率性状的优势互补。在低氮条件下,注重选择母本穗粒重、行粒数、出籽率,父本的穗粒重、百粒重、穗粒数、株高、棒三叶叶面积等性状,同时考虑亲本的综合农艺性状,使氮高效组合的稳定性和适应性更强。     

玉米氮高效品种的生物学特征

提高氮肥利用率依赖于氮肥优化管理及作物氮素营养效率的遗传改良。本文分析了作物氮高效的定义,并以玉米为例,分析了氮高效的生物学机制,提出了玉米氮高效品种的生物学特征。本文认为,玉米氮高效品种的生物学特征为:(1)在开花前,维持稳定的氮吸收,并将所吸收的氮素高效利用于穗的发育,提高小花结实率,为产量形成过程中的碳、氮积累提供较大的库;根系生长发育能力强,能建成较大的根系,以满足籽粒生长期氮素吸收的要求;有较强的叶片扩展能力,保持较大的叶面积。(2)在开花后,充分利用前期建成的根系,高效吸收土壤中的矿化氮,用于籽粒生长所需,从而减少叶片中氮素的输出,减缓叶片衰老(保绿性强),维持叶片较高的光合效率,为籽粒灌浆提供碳化合物。因此,在氮高效育种中,应注重穗部性状(大穗,结实能力强)、根系性状(发达的根系,功能期长)与叶片性状(保绿性好)的结合。