不同氮效率小麦品种苗期根系氮代谢及其吸收能力差异分析

为了解不同氮效率小麦品种根系氮代谢特征及其吸收能力的差异,明确小麦氮高效利用的生理机制,在水培条件下,研究了氮高效小麦品种漯麦18和氮低效小麦品种西农509的根系氮代谢特征和对NO-3、NH+4吸收的动力学特征。结果表明,漯麦18的根系GS活性、硝酸还原酶活性、游离氨基酸含量、可溶性蛋白质含量均高于西农509;而西农509的根系硝态氮和铵态氮含量高于漯麦18;漯麦18根系对NO-3、NH+4吸收的最大吸收速率(Vmax)显著高于西农509;漯麦18根系对NO-3、NH+4的亲和力(以Km的倒数衡量)低于西农509。结果说明,氮高效型小麦品种根系对NO-3、NH+4的吸收能力和同化能力均显著高于氮低效型小麦品种;小麦根系对NO-3、NH+4的吸收和同化是相互促进的关系。     

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。     

两类发育特性小麦品种氮代谢生理差异分析

为提高小麦氮素利用效率,实现节氮增产,采用大田试验方法,以弱春性小麦品种‘矮早8’和‘洛麦24’及半冬性小麦品种‘中原6号’和‘周麦26’为材料,分析2类品种在供氮0kg·hm~(-2)(N0)、120kg·hm~(-2)(N120)和225kg·hm~(-2)(N225)3个水平下氮代谢特征及籽粒产量与品质的差异。结果表明,不同供氮水平下,除籽粒蛋白质外,叶片及籽粒的谷氨酰胺合成酶(GS)活性、游离氨基酸及可溶性蛋白质质量分数、产量、氮收获指数、植株氮素利用率、氮肥偏生产力等均表现为半冬性显著高于弱春性品种。增加供氮量后,2类品种叶片和籽粒的GS活性、游离氨基酸及可溶性蛋白质质量分数、产量、籽粒蛋白质质量分数、氮收获指数、氮肥偏生产力均增加,而植株氮素利用率降低。但2类品种对供氮水平响应不同,与N0相比,增加供氮量,半冬性品种籽粒中GS活性、游离氨基酸、可溶性蛋白质质量分数和氮收获指数的增加幅度均显著高于弱春性品种,但叶片中GS活性、游离氨基酸、可溶性蛋白质质量分数及氮肥偏生产力的增幅则显著低于弱春性品种;植株氮素利用率降幅以弱春性品种显著高于半冬性品种。因此,半冬性品种氮素同化、转运及供应能力和产量显著高于弱春性品种,增加供氮量,对其氮代谢能力促进作用显著。     

影响砂姜黑土麦田土壤氮素转化的生物学因素 及其对供氮量的响应

砂姜黑土是我国典型的中低产田土壤类型,研究其在土壤微生物驱动下的氮素转化过程及其机制,可为定向调控土壤氮素转化过程,提高氮素利用效率并减少其负面效应提供科学依据。试验设置0 kg·hm~(-2)、120 kg·hm~(-2)、225 kg·hm~(-2)和330 kg·hm~(-2) 4个供氮量,分别于冬小麦越冬期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期测定小麦根际土壤氮转化相关微生物作用(氨化作用、硝化作用和反硝化作用)强度和土壤氮素转化相关酶(脲酶、蛋白酶)活性,土壤净氮素矿化速率、土壤硝态氮和铵态氮含量的变化,研究影响砂姜黑土麦田土壤氮素转化的生物学因素及其对不同供氮量的响应。结果表明,土壤氮素转化微生物及酶活跃时期为拔节到灌浆期,灌浆期之后土壤氨化作用强度、硝化作用强度、脲酶及蛋白酶活性降低;土壤净氮素矿化速率与土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性的活跃期较为一致,在开花前后达到最高。除脲酶活性随供氮量增加持续上升外,土壤氮素转化微生物作用强度及蛋白酶活性均随供氮量的增加,在225 kg·hm~(-2)处理下达到最高,进一步增加供氮量至330 kg·hm~(-2),微生物作用强度及酶活性均表现出不同程度的下降。可见,砂姜黑土土壤氮素转化的活跃期与小麦需氮高峰期基本一致,有利于冬小麦的生长。但由于砂姜黑土中土壤硝化作用强度较低,土壤硝化能力有限,从而降低了氮素可利用性,且增加了土壤氨挥发损失的潜在风险。在一定范围内增加供氮量,有利于土壤氮素的转化,但供氮过多(330 kg·hm~(-2))则不利于砂姜黑土供氮能力的提高。     

不同氮效率基因型小麦根系吸收特性与氮素利用差异的分析

【目的】通过研究分析不同基因型小麦根系吸收特性与地上部氮素利用的差异,明确不同氮效率基因型小麦氮素吸收利用的生理机制,为氮高效小麦品种的选育和高效栽培提供理论依据。【方法】2012-2015年采用大田试验和盆栽试验相结合的方法,在不同氮效率品种筛选的基础上,以氮高效品种周麦27、郑麦366和氮低效品种周麦28、开麦20为试验材料,在不同氮素水平条件下研究其根冠关系、根系生物量、根系吸收面积、根系活跃吸收面积、根系活力以及地上、地下部氮素转运分配能力的差异。【结果】两类品种小麦拔节期前根系特性无明显差异,拔节期之后氮高效品种周麦27、郑麦366和氮低效品种周麦28根系生物量、根冠比、根系总吸收面积和根系活跃吸收面积均显著高于氮低效品种开麦20。氮高效品种周麦27、郑麦366根系活力显著高于氮低效品种周麦28和开麦20。氮高效品种周麦27、郑麦366和氮低效品种周麦28氮素积累量和花后氮素吸收量也显著高于氮低效品种开麦20。氮高效品种周麦27、郑麦366籽粒产量、植株氮素利用效率、氮肥生理利用率、花前氮素转运量、氮素籽粒分配比例均显著高于氮低效品种周麦28、开麦20。与常规供氮水平相比,降低供氮量,4个基因型小麦根系生物量、根系总吸收面积、根系活跃吸收面积、根系活力、成熟氮素积累量、花前氮素转运量和产量降低,根冠比、氮素吸收效率、植株氮素利用效率和氮肥生理利用效率升高。增加供氮量,根系生物量表现为周麦27、郑麦366、开麦20降低而周麦28增加。4个基因型小麦根系总吸收面积、根系活跃吸收面积、根系活力、成熟期氮素积累量、花前氮素转运量和产量均显著升高,而根冠比、氮素吸收效率、植株氮素利用效率和氮肥生理利用率降低。【结论】氮高效品种周麦27、郑麦366较高的根系生物量、根系活力、根系总吸收面积和根系活跃吸收面积促进了其对氮素的吸收,是氮高效的基础。较高的氮素转运、氮素籽粒分配能力和合理的根冠比促进了其对氮素的高效利用,是氮高效的关键。氮低效品种周麦28虽然也有较强的氮素吸收能力,但其氮素转运能力过低、生育后期根冠比过大限制了植株对氮素的合理利用,不利于氮效率的提高。氮低效品种开麦20氮素吸收能力不足,不能满足地上部生长的需要,限制了氮效率的提高。     

不同株高和抗倒性小麦品种茎秆中几种内含物的差异

为探讨不同株高冬小麦的抗倒性与茎秆内含物的关系,以矮秆抗倒品种(矮抗58、周麦17)、高秆抗倒品种(周麦30、许科1号)、矮秆不抗倒品种(中麦895、新麦18)和高秆不抗倒品种(许科196、烟农999)为试验材料,比较了四种类型小麦茎秆糖、氮、钾等内含物的差异。结果表明,不同抗倒性小麦品种茎秆总糖含量、钾含量和全氮含量随生育时期的变化趋势一致。抗倒品种茎秆具有较高的总糖含量,其积累高峰阶段是拔节至开花期,不抗倒品种茎秆的总糖积累高峰阶段是开花至灌浆期;高秆品种的灌浆期总糖积累量显著高于矮秆品种。抗倒品种灌浆期至成熟期的茎秆钾外运量较低;矮秆品种茎秆钾含量高于高秆品种,但差异不显著。在茎秆生长阶段,不抗倒品种茎秆具有较高氮积累量和外运量,矮秆品种与高秆品种间两个指标均无显著差异。经通径分析,矮秆品种对抗倒性起主要作用的是茎秆全氮含量,高秆品种为茎秆总糖和全钾含量。从几种元素相互比值看,抗倒品种有着较高的碳氮比和碳钾比,氮钾比相对较低;同一抗倒性品种株高间不同元素比值无显著差异。茎秆中各种内含物之间相互影响,直接或间接地作用于茎秆抗倒伏能力,抗倒品种茎秆在生育前期有较高的可溶性总糖积累量、合适的碳氮比和碳钾比,灌浆期以后具有较低的钾外运量,这可能是抗倒伏的原因所在,而株高不是影响倒伏的主要因素,不同株高与品种对茎秆强度的影响因素不尽相同。生产中可以通过调节拔节期追肥改变茎秆中几种内含物比例来改善茎秆抗倒性能。