不同氮效率油菜种质苗期氮吸收转运与利用差异研究

氮效率研究是油菜营养性状遗传改良的前提,为探究不同氮效率油菜种质苗期氮吸收、转运和利用的异同,以2个氮效率差异油菜种质H6（氮高效）和L18（氮低效）为供试材料,利用水培营养液设置正常氮（CK）和低氮（LN）2个氮浓度处理,培养14d后检测植株氮含量,计算氮累积量、氮转运系数和氮利用效率。结果显示,不同氮浓度处理对油菜苗期氮的吸收、转运和利用效率影响的差异达到极显著水平（P＜0.01）。与CK相比,LN处理的油菜生物量、氮含量和氮累积量均显著降低,而氮利用效率和根冠比显著提高;氮高效油菜种质H6的生物量、氮累积量、氮转运系数和氮生理利用效率均显著大于氮低效种质L18,分别为L18的2.07、1.42、3.23和1.56倍。从氮的吸收、转运和利用3个方面探讨了低氮胁迫处理下油菜种质苗期氮效率差异的原因,对深入开展油菜氮高效机理研究及油菜品种氮效率改良具有一定的指导意义。     

不同种植方式下温度升高对水稻产量及同化物转运的影响

【目的】气候变暖对水稻生产系统的影响备受关注,研究不同种植方式下,水稻产量及其形成对气候变化的响应规律,为水稻种植区划、栽培措施和品种调整提供依据。【方法】 2017—2018年以南粳9108和南粳46为供试品种,模拟机插秧移栽和机械化直播2种种植方式,以常温（NT）为对照,于始穗期进行中度升温（平均增加2℃,MT）和极端高温胁迫（平均增加5℃,HT）,研究不同种植方式下温度升高对不同水稻品种的产量及其构成、同化物转运、光合生产特性的影响。【结果】在中度升温和极端高温胁迫下,南粳9108和南粳46产量降幅均为移栽<直播,长生育期品种南粳46产量降幅较小。穗干物重增长速率表现为NT>MT>HT,水稻茎叶向穗的干物质转运量、转运率均随着温度升高而递减,且南粳9108下降趋势大于南粳46。穗后21 d至成熟期,剑叶SPAD值总体随着温度的升高而增加,差异达极显著水平;剑叶净光合速率穗后14—21 d均以极端高温胁迫处理下最小,而到穗后35 d以极端高温胁迫处理下最大。剑叶气孔导度、蒸腾速率均呈NT>MT>HT趋势,生育后期差异更显著。通径分析表明,产量各构成因子对产量的影响程度为结实率>千粒重>穗数>每穗粒数,温度处理对产量各构成因子的影响都表现为负效应,且以结实率影响最大（-0.819）。相关分析表明,不同种植方式下受中度升温、极端高温胁迫后,成熟期干物质总重量、茎叶干物质转运量与产量构成因子（穗数除外）,一、二次枝梗籽粒结实率都呈极显著正相关。【结论】始穗期2—5℃升温均显著降低粳稻结实率,从而导致水稻产量降低。从光合物质特性究其原因是由于温度升高降低了干物质向穗的转运率和穗干物质积累速率,从而导致生育后期水稻剑叶SPAD值增加,延长叶片持绿时间,抑制“源”向“库”转移。从气候变暖应对措施来看,选择采用移栽种植方式和长生育期品种易于表现出对极端高温胁迫逆境较好的抗性。     

西北旱塬区不同株型玉米增密对产量的影响

为了探明增密对西北黄土旱塬区玉米产量的影响,于2011-2014年在农业部西北旱作区作物营养与施肥科学观测实验站进行田间试验,选取不同株型(紧凑型、平展型)玉米品种5个,每个品种设4个密度梯度,分析了不同株型玉米产量、干物质、根冠比、灌浆速率等指标。结果表明:不同株型玉米品种,随着密度增加田间耗水量差异不显著;紧凑型玉米品种产量大于平展型,在同等栽培条件下,平展型最佳播种密度为7.07万株·hm~(-2),紧凑型较之增加0.91万株·hm~(-2),产量增加2 085.9 kg·hm~(-2);密度增加单株干物质和根冠比均呈减小趋势,两种株型玉米品种规律一致,在灌浆和成熟期,紧凑型玉米品种7.5、9.0万株·hm~(-2)根冠比基本一致,平展型玉米品种密度为6.0万株·hm~(-2)干物质量最高(32 310 kg·hm~(-2)),紧凑型在7.5万株·hm~(-2)时为29 226 kg·hm~(-2),干物质积累量平展型大于紧凑型;灌浆速率参数平展型较紧凑型玉米品种最大灌浆速率高0.18 g·d-1,平均灌浆速率高0.03 g·d-1,灌浆持续期相差不大;低密度较高密度灌浆速率快0.01 g·d-1,但灌浆持续期延长5~15 d。西北旱塬区选择紧凑型较平展型玉米品种播种密度增加9 000株·hm~(-2),有利于优化群体结构,增加玉米产量。     

玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT4克隆及其低温胁迫下的表达模式

【目的】克隆玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT4,并明确其组织表达特性及在低温胁迫下的表达模式,为深入研究SUT4基因响应低温胁迫的作用机理提供理论依据。【方法】以玉米自交系黄早四幼苗为材料,采用RT-PCR克隆其ZmSUT4基因,分析其生物学信息,构建系统发育进化树,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其组织表达特异性及低温胁迫(4℃)下不同组织中的表达模式。【结果】克隆获得的ZmSUT4基因(GenBank登录号MK541991)全长为1621 bp,开放阅读框(ORF)长度为1506 bp,编码501个氨基酸,编码蛋白的分子量53.36 kD,理论等电点(pI)8.84,具有12个跨膜结构,定位于细胞膜上,既属于易化扩散载体(MFS)家族成员,也属于蔗糖/H+共转运体(GPH)超家族成员,其中第25～447位氨基酸是MFS家族蛋白的保守结构域,第17～484位氨基酸是GPH超家族成员的蔗糖运转子保守结构域GPH-sucrose。ZmSUT4蛋白的氨基酸序列与单子叶植物SUT4蛋白同源性较高,为86%～96%,聚集在同一分支上;与双子叶植物SUT4蛋白同源性较低,为62%～65%,说明该类蛋白在不同物种间高度保守。ZmSUT4基因在玉米的根、茎和叶中均有表达,以根中的表达量最高,其次是叶,茎中的表达量最低。低温胁迫下,ZmSUT4基因在不同组织中表达量模式不同,根和叶中ZmSUT4基因表达量均在胁迫24 h达最大值,分别是低温胁迫前(0 h)表达量的2.21和2.62倍,茎中的ZmSUT4基因表达量在胁迫6 h达最大值,是低温胁迫前表达量的3.01倍。【结论】ZmSUT4基因受低温胁迫诱导表达,推测其是调控玉米响应低温胁迫的关键基因。     

紫花苜蓿、黑麦草和狼尾草对Cu、Pb复合污染土壤修复能力的研究

随着经济和社会的发展,土壤重金属污染对粮食安全及人类的身体健康构成了巨大的威胁,而目前对于土壤重金属污染的治理主要以植物修复为主。为了寻找适宜修复Cu、Pb复合污染土壤的牧草,采用盆栽试验法,将试验的植物设置9组处理:1组对照组(CK),不添加任何重金属盐;4组单一污染,即单一Cu低(Cu1,200 mg×kg-1)、高浓度(Cu2 400 mg×kg-1),单一Pb低(Pb1 300 mg×kg-1)、高浓度(Pb2 800 mg×kg-1);4组Cu、Pb复合污染(Cu1Pb1、Cu1Pb2、Cu2Pb1、Cu_2Pb_2)。通过比较紫花苜蓿(Medicago sativa)、黑麦草(Lolium perenne)、狼尾草(Pennisetum alopecuroides)的适应能力和富集特征,研究了这3种常见牧草植物对受Cu、Pb复合污染土壤的修复效果。结果表明:1)紫花苜蓿地上部和根部生物量均在Pb1处理组时最大,显著高于其他处理组;黑麦草地上部生物量在Cu1Pb1处理组最大,根部生物量在Pb1处理组最大;狼尾草地上部生物量在Cu_2Pb_2处理组最大,根部生物量在Cu2处理组最大。2)Cu单一污染下,狼尾草抗性系数最大;Pb单一污染下,紫花苜蓿抗性系数最大;Cu-Pb复合污染下,狼尾草的抗性系数较大。高浓度Cu处理组3种牧草植物的地上部生物量、根部生物量和抗性系数均呈现:狼尾草黑麦草紫花苜蓿,且狼尾草显著大于黑麦草和紫花苜蓿。3)种植3种牧草植物后,土壤重金属Cu、Pb含量均有所降低。在一定浓度下,土壤Cu-Pb重金属间会相互促进对方在牧草植物中的吸收。4)3种牧草中紫花苜蓿地上部对Cu的富集系数在Cu_2Pb_2处理组最大,达1.61;黑麦草根部对Cu的富集系数在Cu_2Pb_2处理组最大,达3.80;3种牧草地上部和根部对Pb的富集系数只在黑麦草根部的Cu1Pb1处理组时大于1,达1.46。5)黑麦草对Pb的吸收能力较强,且主要积累在根系;紫花苜蓿对Cu-Pb复合污染综合修复效果最好。紫花苜蓿和黑麦草分别在Cu-Pb复合污染和Pb单一污染土壤中对Pb的转运系数大于1,分别为2.72和2.06,反映其对土壤中的Pb具有富集潜力。综合表明,黑麦草对重金属Pb具有较强的耐性,在Pb单一污染土壤的植物修复及尾矿废弃地的植被重建中,可优先作为选择的材料;紫花苜蓿对重金属Cu、Pb均具有较强的耐性,在重金属Cu单一或Cu-Pb复合污染土壤的植物修复及尾矿废弃地的植被重建中,可优先作为选择的材料。     

早春低温之前喷施外源调控物质对冬小麦的干物质转运、产量和品质的影响

为明确外源调控物质对冬小麦早春低温抵御能力的调控效应，以济麦22为试验材料，在拔节期倒春寒来临前以喷施清水为对照（CK），设喷施氨基酸水溶肥（200倍液，T1）、蔗糖（500倍液，T2）、0.004%芸苔素内酯（800倍液，T3）及其等倍混合液（200倍液氨基酸水溶肥+500倍液蔗糖+800倍液芸苔素内酯，T4）4个调控处理，分析了拔节期发生倒春寒条件下不同调控处理间冬小麦干物质积累、转运、分配、产量及其构成和籽粒品质的差异。结果表明，T4处理下冬小麦开花期、成熟期干物质积累量较CK显著增加，且成熟期籽粒、穗轴及颖壳、茎鞘及叶的干物质积累量均高于其他处理；T2、T3、T4处理使小麦结实率均显著提高；T4处理在不降低穗粒数和穗数的前提下，显著提高千粒重和籽粒产量；T1处理有利于提高小麦籽粒蛋白质含量。由此得出，在冬小麦拔节期倒春寒来临前，喷施氨基酸水溶肥+蔗糖+0.004%芸苔素内酯混合液有助于提高小麦抵御低温逆境的能力，实现抗逆稳产。     

氮磷钾用量对小麦冠层不同层次光截获和干物质分配的影响

为明确不同氮、磷、钾用量对小麦冠层不同层次光截获和干物质分配的影响，以济麦22为供试材料，设置F0（不施肥）、F1（N 180 kg·hm^-2，P₂O₅ 75 kg·hm^-2，K₂O 60 kg·hm^-2）、F2（N 225 kg·hm^-2，P₂O₅ 120 kg·hm^-2，K₂O 105 kg·hm^-2）和F3（N 270 kg·hm^-2，P₂O₅ 165 kg·hm^-2，K₂O 105 kg·hm^-2）4个施肥量处理，比较分析开花后不同氮、磷、钾用量对小麦叶面积指数、冠层不同层次光截获特性和成熟期干物质分配的影响。结果表明，F1处理下叶面积指数显著高于F0处理，而与F2和F3处理间无显著差异；开花后15 d，F1处理下小麦冠层不同层次及总PAR截获率和截获量均显著高于F0处理，而与F2和F3处理间无显著差异。F1处理下成熟期干物质在小麦冠层不同层次营养器官中的分配量、籽粒中的分配量及总干物质积累量显著高于F0处理，而与F2和F3处理间无显著差异。成熟期干物质在小麦冠层不同层次营养器官和籽粒中的分配量以及总干物质积累量与冠层上层（顶部至株高2/3）、中层（株高2/3至株高1/3）和总PAR截获率均呈显著正相关。F1处理（N 180 kg·hm^-2，P₂O₅ 75 kg·hm^-2，K₂O 60 kg·hm^-2）为本试验条件下的最优处理。     

AMF促进植物吸收矿质元素的生理机制及对土壤硫素的影响

由于人口不断增长,人们要快速得到高产高质粮食的要求迫切,大量使用化肥,导致了有害物质残留,土壤或水污染,土壤板结或某些营养元素相对匮乏等一系列环境问题。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)是土壤内常见的共生结构,由AM真菌(AMF)与土壤根系形成。已有研究表明其可通过分泌代谢物,增大根系与土壤接触面积,调节某些土壤元素存在形式等多种途径,影响植物对土壤元素的吸收转运。硫是维持植物生长发育的必需元素之一,可由于植物对S的需要并不如N,P,K大量,现代农业在对土壤进行施肥过程中往往将其忽略,因此土壤缺S正逐渐成为中国农业发展的限制因素。为了解决以上问题,本文将主要对AMF影响植物吸收土壤元素的途径及生理机制进行总结分析。并根据其作用方式特点进一步分析AM共生对植物吸收转运硫素的影响,指出AMF作为生物化肥的可行性,以期为解决现代化肥的替代问题以及土壤缺硫问题提供新的思路。     

氮肥运筹对滴灌春小麦干物质积累及产量特征的调控效应

【目的】研究新疆南疆地区氮素运筹方式对滴灌春小麦干物质积累及产量特征的影响,确定适宜的施氮量、施氮时期及比例,为生产提供依据。【方法】以新春6号和宁2038为材料,采用小区栽培试验开展研究。设置4个施氮水平:N_0(0 kg/hm~2)、N_1(104.5 kg/hm~2)、N_2(207.0 kg/hm~2)和N_3(310.5 kg/hm~2),每个施氮水平下设置4个施氮时期:R_1(100%基肥)、R_2(60%基肥+40%拔节肥)、(R_3 40%基肥+40%拔节肥+20%孕穗肥)和R_4(20%基肥+40%拔节肥+20%孕穗肥+20%灌浆肥)。【结果】两品种花前营养器官干物质的转运量、花前营养器官干物质的转运率及对籽粒的贡献率均以N_3R_4处理最大,花后干物质的积累量均以N_3R_3处理最大,新春6号花后干物质积累量对籽粒的贡献率以N_3R_4处理最大,宁2038以N_3R_3处理最大。在施氮量相同时,R_3处理的穗粒数、千粒质量和产量最大;在施氮时期及比例相同的条件下,产量构成因素及产量以N_3最高,但与N_2处理差异不显著。【结论】在施氮量为310.5 kg/hm~2、施氮时期及比例为基肥∶拔节肥∶孕穗肥=4∶4∶2和基肥∶拔节肥∶孕穗肥∶灌浆肥=2∶4∶2∶2时,两品种均可获得较高产量,新春6号达1.21～1.26 g/株(折合产量8 511.78～8 930.72 kg/hm~2),宁2038达1.09～1.12 g/株(折合产量8 190.62～8 362.59 kg/hm~2)。