不同氮素利用效率基因型油菜氮素营养性状的差异

【目的】研究盆栽条件下不同氮素利用效率基因型油菜氮素营养性状的差异,为揭示植物高效利用氮素的机理和氮高效基因型油菜品种的选育提供依据。【方法】在低氮(施N 0.1g/kg)和高氮(施N 0.3g/kg)条件下,采用土培盆栽试验对50份不同基因型甘蓝型油菜的氮利用效率进行分析,从中筛选氮高效基因型和氮低效基因型油菜,研究不同氮利用效率基因型油菜各器官及其不同生长阶段的氮含量、氮素累积量及各器官氮累积量占植株总氮素累积量的比例的差异。【结果】1)油菜氮利用效率与籽粒、果荚皮壳、茎叶氮含量均呈显著或极显著负相关,无论氮素供应水平高低,氮高效基因型各器官氮含量均低于氮低效基因型。2)高氮条件下,油菜氮利用效率与果荚皮壳、茎叶、根系氮素累积量和植株总氮累积量均呈显著或极显著负相关;成熟期氮高效基因型油菜果荚皮壳、茎叶、根系氮素累积量和总氮素累积量均显著低于氮低效基因型。低氮条件下,油菜氮利用效率与成熟期果荚皮壳、茎叶氮素累积量均呈显著或极显著负相关,而与成熟期籽粒氮素累积量和植株总氮累积量呈显著正相关;氮高效基因型油菜的籽粒氮素累积量显著高于氮低效基因型,果荚皮壳和茎叶氮素累积量均低于氮低效基因型,总氮素累积量高于氮低效基因型。3)高氮条件下,油菜氮利用效率与茎叶和根系氮素累积量占总氮素累积量的比例均呈显著或极显著负相关,而与籽粒氮素累积量占植株总氮素累积量的比例呈极显著正相关;氮高效基因型油菜籽粒氮素累积量占总氮素累积量的比例明显高于氮低效基因型,而茎叶和根系氮素累积量占植株总氮素累积量的比例均明显低于氮低效基因型。在低氮条件下,油菜氮利用效率与果荚皮壳、茎叶和根系氮素累积量占植株总氮素累积量的比例均呈显著或极显著负相关,而与籽粒氮素累积量占植株总氮素累积量的比例呈正相关;氮高效基因型籽粒氮素累积量占总氮素累积量的比例明显高于氮低效基因型,而果荚皮壳和茎叶氮素累积量占总氮素累积量的比例则明显低于氮低效基因型。4)相对于氮低效基因型,氮高效基因型油菜氮含量对氮素反应更敏感;氮低效基因型油菜氮素累积量对氮素供应水平的敏感性较氮高效基因型油菜高。无论是氮高效基因型还是氮低效基因型,茎叶和果荚皮壳氮含量及氮素累积量对氮素的反应均较籽粒和根系敏感。【结论】不同氮素利用效率油菜的氮含量、氮素累积量和氮素分配比例以及对供氮水平的敏感性存在明显差异。     

不同氮吸收效率品种油菜氮素营养特性的差异

采用土培盆栽试验,在不同供氮水平下对50份甘蓝型油菜进行氮吸收效率筛选,并比较其不同品种的氮素营养特性。结果表明,油菜的氮素营养特性表现出一定的品种差异,其中根系氮累积量及其占总吸氮量的百分比变异系数最大,超过50%,而生长前期植株含氮量的变异系数最小。不论氮素供应水平高低,油菜氮高效品种的总吸氮量和各器官的氮素累积量均显著高于氮低效品种,其中根系氮素累积量的差异最大,而果荚氮素累积量的差异最小;氮高效品种根系中累积的氮素比例均显著高于氮低效品种,而果荚中累积的氮素比例均显著低于氮低效品种;氮高效品种营养生长阶段地上部的含氮量与氮低效品种的差异不显著,而地上部的氮素累积量显著高于氮低效品种;营养生长阶段功能叶片的SPAD值也显著高于氮低效品种。随着供氮水平的改变,氮高效品种各器官的含氮量、氮素累积量和氮素分配比例的变化幅度均显著高于氮低效品种。不同品种油菜氮素营养指标的显著差异为通过遗传改良途径培育作物新品种和提高作物氮肥利用效率提供了基础。     

油菜氮素吸收效率的基因型差异及其与农艺性状的关系

采用土培试验,在不同供氮水平下,对50份甘蓝型油菜材料进行氮素吸收效率筛选。结果表明,不同油菜基因型的氮素吸收效率具有显著差异,氮素供应水平较高时不同基因型氮素吸收效率的变异更大;在油菜各器官生物量、各生育期地上部生物量、各器官生物量占总生物量的比例和各种农艺性状等指标中,根系生物量差异最大,表明根系生物量可能是评价油菜氮素吸收效率的重要指标。氮素供应水平较高时,氮高效基因型与氮低效基因型地上部生物量的差异从五叶期到成熟期呈增高的趋势,有效角果数、株高和第一个有效分枝高度差异显著;而施氮水平较低时,地上部生物量差异不显著,千粒重和每角粒数差异也不显著。供氮水平改变时,氮高效基因型的油菜生物量、籽粒产量和茎叶生物量占总生物量的比例及多个农艺性状指标都有显著变化,而氮低效基因型的相应指标变化则较小,表明氮高效基因型对氮素供应水平更敏感。     

盆栽条件下不同氮素利用效率油菜农艺性状的差异

油菜盆栽试验表明,在氮素供应水平较高时,氮高效基因型籽粒产量、籽粒占总生物量的比例和每角粒数均高于氮低效基因型,而茎叶生物量、茎叶占总生物量的比例则显著低于氮低效基因型。油菜氮素利用效率与籽粒产量、籽粒产量占总生物量的比例和每角粒数呈正相关,与营养生长阶段和成熟期地上部分生物量、成熟期茎叶生物量、根系生物量、根冠比、总生物量、茎叶生物量占总生物量的比例和根系生物量占总生物量的比例均呈显著或极显著的负相关。在施氮水平较低的情况下,氮高效基因型籽粒产量、籽粒占总生物量的比例、每角粒数、第一个有效分枝高度和单株有效角果数均显著高于氮低效基因型,而茎叶占总生物量的比例则显著低于氮低效基因型。氮素利用效率与籽粒产量、籽粒产量占总生物量的比例、每角粒数、第一个有效分枝高度和单株有效角果数有显著或极显著正相关关系,而与茎叶占总生物量的比例呈极显著负相关关系。氮低效基因型干物质分配比例对供氮水平比氮高效基因型更敏感。     

不同N效率甘蓝型油菜对N肥的响应

采用盆栽方法,在0、0.05、0.1、0.15、0.2 g/kg 5个N水平下对甘蓝型油菜13号(N高效基因型)和4号(N低效基因型)的N效率、N吸收效率、N利用效率,生物学产量、籽粒产量以及农学性状进行了比较研究。结果表明,在N水平0~0.2 g/kg,油菜N效率和吸收效率随N水平增加呈降低趋势,N利用效率则随N水平增加呈先增加后降低趋势;N高效基因型的N效率和吸收效率比N低效基因型对N响应更敏感。N高效与低效基因型的N效率、N吸收效率的差异在N水平较低时更显著。N水平对不同N效率油菜的生长具有相似的影响,N高效基因型的单株产量、根系生物量、地上部分生物量、总生物量、各器官生物量占总生物量的比例、单株角果数、千粒质量、株高、第一分枝高度和一级分枝数等随N水平变化而变化的规律均与N低效基因型的基本一致。N高效基因型的单株产量、根系生物量、地上部生物量、总生物量、根系、茎叶和籽粒占总生物量的比例、根冠比、收获指数、单株角果数、角果粒数、株高、一级分枝数和茎粗均高于N低效基因型,角果皮占总生物量的比例、千粒质量和第一分枝高度低于N低效基因型,其差异显著性随N水平变化而不同。