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。     

小麦株高和旗叶相关性状的QTL定位

合理的株型对提高小麦产量、品质、抗性以及光能利用效率具有重要作用。为了实现小麦株型相关QTLs的精细定位和定向改良,本研究以普通小麦品系Shanghai 3/Catbird和Naxos为亲本创制的F10代重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)为材料,于2016年和2017年分别在郑州和原阳两地进行表型鉴定,对株高、旗叶长和旗叶宽等株型相关性状进行QTL定位。结合覆盖全基因组的基因型检测结果,利用基于完备区间作图法的QTL IciMapping软件进行遗传连锁图谱构建及QTL分析,共鉴定到3个在多个环境下稳定存在的株型相关性状的新QTLs,分别位于6A和2B染色体上,命名为Qph-6A、Qfll-6A和Qflw-2B,单个QTL在不同环境中可分别解释表型变异的8.33%~13.93%、8.10%~8.18%和9.14%~9.46%。     

减氮处理对不同小麦品种干物质积累及氮素转运特性的影响

为了解低氮对小麦的氮累积量、干物质累积量、产量及氮利用率的影响,在豫北高产田常规施氮量的基础上,研究了减氮处理下小麦品种漯麦18、豫麦49-198、西农509和豫农202开花期和成熟期氮素积累量、花前和花后干物质和氮素转运、积累特性及产量和氮素利用效率的差异。结果表明,减氮处理下,漯麦18和豫麦49-198开花期和成熟期的氮素积累量均大于西农509和豫农202,且氮素积累量下降幅度均小于后两个小麦品种;4个小麦品种花前贮存氮素对籽粒的贡献率均在73.78%以上,而花后氮素积累量对籽粒的贡献率较低;4个小麦品种花前干物质转运量对籽粒的贡献率为35.05%~39.71%,而花后干物质积累量对籽粒的贡献率均高于60.29%。减氮处理后,漯麦18和豫麦49-198的产量、氮肥偏生产力和产投比均高于西农509和豫农202,产量降低幅度小于西农509和豫农202,植株氮素利用效率、氮肥偏生产力和产投比提高幅度均显著高于西农509和豫农202。说明减氮处理下种植漯麦18和豫麦49-198更有利于在获得较高产量的同时,提高氮素利用效率和经济效益,减少氮素损失。     

硅肥对干旱胁迫下冬小麦旗叶抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统及产量的影响

为从抗坏血酸-谷胱甘肽循环的抗氧化角度提示硅元素的抗旱机理,以冬小麦品种豫麦49-198为材料,研究了硅肥对不同干旱胁迫（对照、轻度胁迫、重度胁迫）下小麦旗叶抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统中关键基因表达、抗氧化物质含量及产量的影响。结果发现, 在轻度和重度胁迫持续10 d时,施用硅肥与不施用硅肥比较,小麦旗叶抗坏血酸分别提高了16.57%和8.39%,小麦旗叶中抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统关键酶基因TaAPX、TaGR、TaGS相对表达量分别提高了60.23%、73.61%、11.35%和87.97%、25.70%、114.64%;在轻度胁迫和重度胁迫持续20 d时,施用硅肥与不施用硅肥比较,小麦旗叶抗坏血酸含量分别提高了18.03%和6.81%,小麦旗叶中抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统关键酶基因TaAPX、TaGR、TaGS相对表达量分别提高了124.54%、44.42%、56.80%和118.19%、41.42%、269.21%;小麦籽粒产量分别提高了29.23%和33.31%。以上结果说明,施用硅肥可以增强小麦旗叶抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统功能,提高小麦植株的抗旱性,增加籽粒产量。     

小麦品种偃展4110低能离子束突变体库的初步建立及籽粒硬度突变体筛选

低能离子束注入技术是近年发展起来的一种物理性诱发突变技术,在作物诱变育种中应用越来越广泛。为进一步探讨低能离子束的诱变功效,构建小麦突变体库,采用两种不同剂量的低能氮离子束对软质小麦品种偃展4110进行了诱变处理,共获得了1 024份M2代单株。随机选取其中600份材料,采用单籽粒谷物特性测试仪(SKCS)进行籽粒硬度测定。结果表明,共有31份突变体为混合麦,3份突变体为硬质麦,突变率为5.7%。采用Ha(Hardness)位点Puroindoline基因不同区段的特异引物对14份突变材料进行扩增后发现,有3份材料的Ha(Hardness)位点包含至少一个大的片段缺失,导致小麦胚乳质地变硬。本试验利用低能离子束技术成功构建了一个小麦品种偃展4110的突变体库,可为小麦功能基因组学研究提供重要的材料支持。     

耕作方式对砂姜黑土小麦氮代谢及氮素利用效率的影响

为探求砂姜黑土区小麦高产高效的最佳耕作方式,在大田条件下,比较分析了深松、旋耕和常规翻耕三种耕作方式下小麦氮素同化关键酶活性、中间产物含量及氮素的积累、分配、转运和利用效率的特点。结果表明,随生育进程的推进,小麦叶片谷氨酰胺合成酶活性、游离氨基酸和可溶性蛋白含量均呈先升后降的趋势,全氮含量则逐渐下降,在各时期深松处理的这些指标均显著高于旋耕和常规耕作处理,且在后期维持较高水平。深松处理通过营养器官花前贮存氮素向籽粒的高转运以及花后氮素的高吸收、高贡献,获得成熟期较高的籽粒氮素积累量和分配比例;虽然旋耕处理的转运氮对籽粒氮素的贡献率较高,但其氮素转运量、转运效率和花后吸收氮量较低,成熟期籽粒的氮积累量和分配比例在三种耕作方式中最低,茎秆和穗轴+颖壳的分配比例反而最高。深松处理较其余二处理能显著提高小麦籽粒产量和蛋白质含量、氮素吸收效率、氮肥回收效率、氮肥偏生产力和氮素产投比。因此,深松能有效促进砂姜黑土区小麦的氮素同化能力,延长叶片功能期,提高氮素利用效率,促进小麦产量与品质的形成。     

根锚地力在小麦根系研究中的应用

为明确根锚地力在小麦生产和新品种选育中的应用价值,以黄淮麦区24个品种（系）为研究对象,测定和分析了小麦根锚地力并观察根-土复合体状态。结果表明,小麦锚地力相关性状存在较大变异,根锚地力参数受基因型和环境分别单独影响。小麦单茎锚地力、单茎根数、单根锚地力、单茎根干重的均值分别为19.77 N、12.51个、0.17 N和0.13 g,变化范围分别为16.07~24.30 N、9.50~14.8个、1.13~1.97 N和0.10~0.18 g,广义遗传力分别为46.3%、65.6%、11.5%和34.9%。单根锚地力与单茎锚地力呈极显著正相关,与单茎根数呈极显著负相关,相关系数分别为0.65和-0.55。单茎锚地力和单根锚地力与产量等农艺性状多呈显著正相关,而单茎根数和单茎根干重与产量等农艺性状多呈显著负相关。通过聚类分析将24个品种（系）分为4个亚类,其中第IV亚类综合性状优良,周麦22和周麦36为优秀代表品种。根据小麦根-土复合体状态的3种类型和锚地力参数反映的4个水平共划分出12种根系分布形态,L类型水平与垂直根系兼有,且根系发达、抗拉力强、根系活力强是最理想根分布形态。以上结果说明,可以将根锚地力作为小麦栽培及新品种选育的一个重要参数。     

剪叶对豫农202籽粒灌浆与干物质积累的影响

为了探讨小麦新品种豫农202植株上部三片叶对籽粒干物质积累的影响,分别在小麦开花期和灌浆中期进行了不同的剪叶处理,分析了不同剪叶处理对剩余叶片的SPAD值、籽粒灌浆速率及籽粒干物质积累量的影响。结果表明,小麦开花期和灌浆中期剪叶后,植株上部三片叶的SPAD值在不同处理间具有明显差异,剪去部分叶片后剩余叶片的SPAD值均有所提高。从剪叶对籽粒灌浆速率和干物质积累量的影响来看,开花期剪叶的影响程度显著大于灌浆中期剪叶。不同剪叶处理间籽粒的灌浆速率和干物质积累量存在明显差异,开花期剪去倒一叶对灌浆速率具有较大的负向效应,其干物质积累量比对照降低了21.22%;剪去倒三叶对灌浆速率具有较大的正向效应,其干物质积累量增加了12.20%。灌浆中期剪叶后,所有剪叶处理的籽粒灌浆速率和干物质积累量均低于对照,且剪去的叶片越多灌浆速率和干物质积累量下降的幅度越大,同时剪去倒一叶和倒二后下降的幅度最大。     

氯化胆碱对小麦幼苗耐低温能力的生理调控效应

为了解外源氯化胆碱（CC）对小麦幼苗耐低温能力的生理调控作用,选用小麦品种开麦21（低温敏感型）和周麦27（耐低温型）为试验材料,利用人工模拟低温条件,研究了叶面喷施CC对盆栽小麦幼苗形态指标和部分生理指标的影响。结果表明,喷施CC显著缓解低温造成小麦幼苗萎蔫的程度,显著降低叶片相对电导率和超氧阴离子（O₂-·）产生速率及丙二醛（MDA）含量,显著增强了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶(CAT)活性,并增加了脯氨酸（Pro）含量。与开麦21相比,在低温处理下周麦27叶片的O₂-·产生速率相对较慢,膜损伤程度相对较轻,同时Pro含量和CAT活性增幅相对较高。综上所述,外源喷施CC能够显著缓解低温对小麦幼苗造成的损伤,从而增强小麦的抗低温能力。     

不同冬小麦品种根际土壤氮素转化微生物及酶活性分析

为了解小麦氮素吸收效率与土壤微生物及酶活性的关系,给小麦品种选育和合理施氮提供参考,通过大田试验,比较分析了氮素吸收效率不同的四个冬小麦品种(豫麦49-198、矮早8、偃展4110和衡观35)根际土壤氮素转化微生物及酶活性的动态变化。结果表明,氮吸收效率在偃展4110与衡观35间、豫麦49-198与矮早8间均无显著差异,但前两个品种显著低于后两个品种。不同氮吸收效率冬小麦品种根际土壤微生物活性及酶活性不同。随生育时期的推进,四个品种的硝化细菌活性均呈先降后升再降的趋势,其中氮吸收效率低的品种(偃展4110和衡观35)的硝化细菌活性在拔节期至花后15d大于高氮吸收效率品种(豫麦49-198和矮早8);氨化细菌活性在拔节期至花后15d无显著变化,至成熟期活性迅速升高,品种间无显著性差异;反硝化细菌活性在整个测定时期均表现为低氮吸收效率品种大于高氮吸收效率品种;各品种脲酶活性均在拔节期最高,且此时高氮吸收效率品种大于低氮吸收效率品种;蛋白酶活性均在花后15d最高,拔节至开花期低氮吸收效率品种蛋白酶活性小于高氮吸收效率品种。