不同氮效率玉米品种亲本自交系花粒期氮素转运特性

【目的】为明确不同氮效率玉米品种亲本自交系花粒期氮转运与代谢特性,从溯源的角度探析不同氮效率玉米品种亲本自交系花粒期的氮素吸收、转运与利用特性。【方法】以氮高效型玉米品种‘鲁单818’的亲本自交系 (母本Qx508,父本Qxh0121) 和氮低效型玉米品种‘鲁单981’亲本自交系 (母本Q319,父本Lx9801) 为供试材料,盆栽条件下研究不同氮素供应水平 (N 0 g/盆、7.1 g/盆和14.2 g/盆,记作N0、N1和N2) 对4个不同氮效率玉米亲本自交系花粒期干物质积累、氮素积累、氮素分配与利用效率以及叶片氮代谢关键酶硝酸还原酶活性、可溶性蛋白含量变化的影响,并探讨分析不同氮效率玉米品种氮素利用的生理机制与遗传特性。【结果】吐丝后各自交系干物质由营养器官向生殖器官转移,表现为茎叶干物重显著降低,穗和粒的干物重显著增加,且Qxh0121和Q319的干物质重均显著高于其另一亲本。从吐丝到成熟,茎鞘和叶的氮含量均呈降低的趋势,穗和粒的氮含量显著增加,且Qxh0121和Q319自交系叶片、茎鞘、籽粒氮含量均显著高于其另一亲本自交系。花后氮吸收量均表现为Qxh0121显著高于Qx508,Q319显著高于Lx9801。且在低氮 (N1) 和高氮 (N2) 处理下,Qxh0121氮转运效率较Qx508分别高29.2%和14.3%,花后氮转运对籽粒贡献率较Qx508分别高74.0%和17.4%。Q319氮转运效率较Lx9801分别高43.4%和24.7%,花后氮转运对籽粒贡献率较Lx9801分别高75.3%和39.6%。Qxh0121和Q319的产量和氮肥利用效率也高于对应的自交系。在N1和N2水平下,Qxh0121的产量比Qx508分别高43.3%和42.5%,Q319的产量比Lx9801分别高20.2%和10.5%。吐丝至成熟期叶片硝酸还原酶 (NR) 活性和可溶性蛋白含量的变化均呈单峰曲线,高峰期在吐丝后10 d左右。Qxh0121和Q319的NR活性和可溶性蛋白含量在各时期均高于其另一亲本,表现出较强的氮素吸收和同化能力。【结论】氮高效型玉米品种‘鲁单818’表现为父本高效,氮低效型玉米品种‘鲁单981’表现为母本高效。因此,未来育种应充分挖掘‘鲁单818’的父本Qxh0121及‘鲁单981’的母本Q319的氮高效潜力,提高其花前氮的转移效率以及花后氮向籽粒的分配能力,是其对应杂交种进一步实现高产并增加籽粒氮浓度、减少秸秆氮素残留的关键。     

不同氮效率的玉米自交系氮素生产效率分析

试验研究了不同氮水平下27个玉米自交系的氮素生产效率。结果表明,高氮和低氮水平下,高产氮高效型玉米吐丝期干物质积累量高于低产氮低效型,吐丝期氮素干物质生产效率最高。施氮后,氮素子粒生产效率和氮素干物质生产效率均下降。高氮条件下,氮素子粒生产效率与成熟期氮素干物质生产效率达到极显著正相关;低氮条件下,氮素子粒生产效率与吐丝期、灌浆期、成熟期氮素干物质生产效率呈显著相关性。高氮和低氮条件下,高产氮高效型生育后期植株氮积累量高于低产氮低效型,氮积累量的差异主要在于吐丝后氮积累,高产氮高效型生育后期根系具有强吸收能力,子粒氮素利用效率高;施氮后,后期氮吸收能力进一步增强。     

磷高效基因型玉米的筛选研究

田间试验表明，在中等肥力的土壤上，38个玉米自交系的产量频率分布基本符合正态分布，从中选择出22个典型，且具有代表性的自交系用于磷高效基因型的研究。结果表明，玉米的生物产量及子粒产量差异显著，在不施磷肥的条件下，综合考虑子粒减产率(耐低磷力)和高于平均产量的百分率(品种适应性)两项分级指标，筛选出4个磷高效的玉米自交系：交51、苏37、035—6、5311。经DPS系统的多因素分析，在玉米苗期进行品种筛选的重要指标是生物量、根冠比及叶面积指数，其累积贡献率达到95％，但磷浓度、磷吸收效率和磷利用效率的累积贡献率不足5％．难以作为磷高效基因型玉米的筛冼指标。     

磷高效基因型玉米的筛选研究

田间试验表明,在中等肥力的土壤上,38个玉米自交系的产量频率分布基本符合正态分布,从中选择出22个典型,且具有代表性的自交系用于磷高效基因型的研究。结果表明,玉米的生物产量及子粒产量差异显著,在不施磷肥的条件下,综合考虑子粒减产率(耐低磷力)和高于平均产量的百分率(品种适应性)两项分级指标,筛选出4个磷高效的玉米自交系:交51、苏37、035 6、5311。经DPS系统的多因素分析,在玉米苗期进行品种筛选的重要指标是生物量、根冠比及叶面积指数,其累积贡献率达到95%,但磷浓度、磷吸收效率和磷利用效率的累积贡献率不足5%,难以作为磷高效基因型玉米的筛选指标。     

不同耐铝性玉米自交系的营养特性

采用溶液培养方法,研究了三类不同耐铝性玉米自交系的营养特性。耐铝自交系根系对Ca2+、Mg2+的平均吸收速率与对照相同或略有提高,而多数敏感自交系显著下降。铝处理后,各自交系对磷的吸收能力均呈下降趋势,铝敏感自交系降幅相对较大。各自交系对钾的吸收表现不一,与自交系耐铝性无明显关系。根系和地上部铝含量随铝处理浓度增加而增加,且敏感自交系根系铝含量增幅较大。植株吸收的铝主要集中在根系部位,自交系地上部相对铝含量与耐铝性无相关关系。铝处理可使多数自交系根系钙、镁含量降低,但耐铝自交系与对照无显著差异。铝处理后,地上部钙含量均高于根系;铝处理可显著降低耐铝自交系根系镁含量,但地上部相对镁含量高于敏感自交系。铝处理下,多数自交系根系钾含量有所降低,但与耐铝性无相关性。铝处理可使多数自交系根系和地上部铁、锰、铜、锌含量降低,不同耐铝性自交系类型间具有差异。     

玉米自交系苗期磷营养特性评价

利用一元线性回归模型对9种基因型玉米自交系在6叶龄苗期的磷(P)营养特性进行了评价。以幼苗的全株或地上部生物量(mg/plant)分别与培养介质对其供磷量(P.mg)建立线性模型,其回归系数作为全株或地上部磷效率的指标;以幼苗的全株或地上部生物量分别与相应的全株或地上部磷含量(P.mg/plant)建立线性模型,其回归系数作为全株或地上部磷利用效率的指标;以幼苗全株磷含量与培养介质对其供磷量建立线性模型的回归系数作为幼苗磷吸收效率的指标。结果表明,9种玉米基因型的磷效率,磷利用效率和磷吸收效率的平均值分别为53.95(全株)和42.61(地上部)、131.84(全株)和124.45(地上部)、0.41。自交系04419的磷效率比平均值约高出45%(全株)和59%(地上部),属于磷效率高效型;而自交系04065和04088的磷效率分别比平均值约低43%、38%(全株)和55%、51%(地上部),属于磷效率低效型;其余自交系的磷效率介于两者之间,为磷效率中间型。玉米自交系苗期的磷效率与磷吸收效率呈显著正相关,与磷利用效率关系不明显;磷吸收效率可作为苗期磷效率预筛选的生理指标。     

川中丘区玉米氮高效品种筛选及增产潜力分析

为探究高产氮高效玉米品种在减肥增效措施中的增产潜力,本研究通过对川中丘陵区近十年11个主推玉米品种在2个环境(简阳和中江)和3个氮水平[0(LN)、150(MN)和300 kg·hm^-2(HN)]下的田间产量及产量构成因子等进行方差和相关性分析,依据产量的基因型×氮互作效应对玉米品种进行氮效率分类,研究不同类型玉米的增产潜力以及与增产潜力有关的产量性状。结果表明,基因型、氮、环境及其互作显著影响玉米产量,基因型×氮互作显著影响穗粗和百粒重;11个试验玉米品种存在氮效率的基因型差异,包括双高效型、高氮高效型、耐低氮型和双低效型4种类型,其中双高效型和高氮高效型占总数的45.5%,其在HN和LN的增产潜力分别为6.74%～7.54%和9.88%～13.45%;高产氮高效品种(双高效型和高氮高效型)在2个试验点的节氮潜力差异较大,HN的节氮潜力可达19.18%以上;增产潜力与穗粗、百粒重等产量构成因子显著正相关;正红311、川单189和绵单1256在2个环境下均表现出高产氮高效品种特征。在川中丘陵区不同肥力的土壤上选择种植高产氮高效或耐低氮的玉米品种,通过合理施肥,可以...     

不同氮效率玉米干物质形成及氮素营养特性差异研究

通过田间小区试验,开展了两个氮素供应水平（N0和N180）下,两个不同氮效率玉米品种［氮高效品种先玉335（V1）低效品种吉单535（V2）］干物质形成与氮素营养特性差异研究。结果表明,在氮素胁迫条件下,氮高效品种先玉335具有较高的耐低氮能力,表现为N0处理其干物质量及吸氮量均显著高于氮低效品种吉单535的N180处理。成熟期,先玉335的子粒干物质量和吸氮量均显著高于吉单535,且N180处理显著高于N0处理; 品种和氮素处理间的交互作用达极显著水平,表现为N180处理先玉335子粒干物质量和吸氮素最高。另外,两品种子粒中85.6%～97.6%的碳来源于粒重形成阶段叶片的光合作用,仅2.4%～14.1%源于抽雄前营养体的碳素转移。先玉335子粒氮素来源更多依赖于生育后期根系对氮素的吸收和转移,N0和N180处理中,根系氮素吸收转移量对子粒的贡献分别为45.4%和59.3%; 而吉单535子粒的氮素来源则以生育前期地上部营养体的氮素转移为主,N0和N180处理中,转移量对子粒贡献分别为65.5%和67.9%。先玉335的氮肥回收利用率、氮肥农学效率及氮肥偏生产力均高于吉单535。     

氮素供应对玉米子粒铁累积的影响

谷物子粒的铁营养是影响人及动物营养状况的重要因素之一,但对子粒铁营养的生理限制因素了解十分缺乏。氮素供应可能通过影响营养器官中的物质转移从而影响子粒铁的供应。本研究以玉米为材料,在田间两个氮水平(施氮、不施氮)下研究了吐丝至成熟期玉米从土壤中铁的吸收量、不同营养器官中铁的输出量、及其对子粒铁的表观贡献率,探讨了氮素供应对这些过程的影响。结果表明,氮素供应对子粒铁浓度没有显著影响,两个氮水平下,茎(含叶鞘)中铁的净输出量为1.25～1.71.mg/plant、输出率为40.4%～48.2%,对子粒铁的表观贡献率为50.9%～69.8%。中部叶片(穗位叶及其上、下各两片叶)中铁的含量表现为净增加。不施氮时营养器官中铁的净输出量和输出率低于施氮,而吸铁量对子粒铁的表观贡献率却高于施氮。两个氮水平下,吐丝至成熟期子粒铁的源(营养器官输出铁与从土壤中吸收的铁之和)的供应能力均大于子粒铁的累积能力(累积量),说明铁的吸收和转运可能不是决定子粒铁浓度的主要因素,子粒中铁的卸载及代谢可能是限制子粒铁营养的主要生理过程。     

陕A群、陕B群选育的玉米自交系氮效率评价

为阐明不同类型玉米自交系氮效率差异特征,筛选氮高效的玉米自交系,以陕A群、陕B群选育的33份玉米自交系为材料,以4份骨干自交系(‘郑58’、‘昌7-2’、‘PH6WC’和‘PH4CV’)为对照,调查了2种施肥条件下[0 kg(N)·hm?2、180 kg(N)·hm?2]玉米自交系的穗位叶SPAD值、叶面积、干物质积累量、叶片、茎秆和籽粒氮含量等生理指标。利用主成分分析和模糊隶属函数,采用逐步回归分析方法建立最优回归方程,筛选耐低氮性综合评价指标。结果表明:穗位叶SPAD值、吐丝期绿叶面积、吐丝期茎干重、吐丝期叶干重和籽粒氮含量,可作为玉米自交系耐低氮能力的第2性状筛选指标。以产量作为第1性状指标,可将37份玉米自交系划分为14份高产氮高效型,5份低产氮高效型,15份低产氮低效型和3份高产氮低效型。以耐低氮能力综合值D值筛选,将37份玉米自交系可分成3种类型,其中耐低氮能力较强的15份(D值≥0.5),耐低氮能力中等的15份(0.35≤D值0.5),耐低氮能力较差的7份(D值0.35)。综合分析,2种施氮条件下,‘KB215’、‘KB417’、‘KA225’、‘KB081’和‘L123098-2’5份玉米自交系具有吐丝期绿叶面积大,吐丝期茎叶干重、籽粒氮含量高和籽粒产量高,耐低氮能力强的特点。因此,强化育种环境的选择压力,实施低氮选择策略,可有效提高玉米种质对氮肥的利用效率。     

不同磷效率玉米自交系根系形态与根际特征的差异

通过三室根袋栽培试验,对3种磷高效型和3种磷低效型的玉米自交系在2种不同磷水平下的植株生物量、吸磷量、根系形态、根际pH值以及根际磷酸酶进行研究,比较不同磷利用率基因型玉米自交系的根系形态及根际特征的差异。结果表明,在低磷情况下,磷利用率高的玉米自交系其植株生物量中的根干重、植株的吸磷量、根系形态中的根尖数与根长以及根际磷酸酶的活性方面均高于磷利用率低的玉米自交系。植株的根部干重:磷高效的1号品种（hp1）显著高于磷低效的2号品种（lp2）,hp2显著高于lp1、lp2、lp3;hp1、hp2的地上部与根系的吸磷量均显著高于lp2、lp3。hp1、hp2根尖数、根长显著高于磷低效型的lp2、lp3。hp1、hp2、hp3根际土壤的酸性磷酸酶活性显著高于lp2、lp3。其他指标如植株地上部分干重、pH值,磷高效型玉米自交系也存在一定优势。所有品种中hp2与lp3的差异最为显著。     

不同磷水平下小麦B染色体双端体植株干物质积累和磷效率特征研究

以中国春（CS）及其B染色体组双端体（1BS7BS和1BL7BL））为材料,采用溶液培养法,研究了不同磷水平下各供试材料的干物质积累和磷效率特征。结果表明,与CS相比,丰磷下4BS、6BS、3BL及7BL和低磷下4BS、6BS、7BS、和7BL植株形态及单株干重无明显变化,其他B染色体组双端体植株形态变劣、单株干重降低。丰、低磷下,各双端体单株磷累积量与CS相比多呈减少趋势,表明缺失B染色体长、短臂对小麦的磷素吸收和累积发挥不同程度负调控效应。全磷含量表现为丰磷下4BS和4BL较CS显著增加、5BS较CS显著降低;低磷下5BS较CS显著提高,3BL和5BL较CS显著降低。与CS相比,各双端体植株的磷效率变幅较大,呈与单株磷累积量相反趋势变化,即丰磷下3BS、5BS较CS显著增加,4BS、1BL和4BL较CS显著减少。丰、低磷条件下,多数双端体植株氮钾效率与CS相比也发生不同程度改变。丰、低磷磷下单株干重与磷累积量呈显著正相关,且单株干重与单株叶面积也呈显著正相关。因此,本研究证实,特定B染色体组长、短臂在调控植株抵御低磷逆境中发挥着重要遗传效应,可用单株叶面积作为丰、低磷下植株磷效率的评价指标。     

花生缺铁黄化的敏感时期及耐低铁品种的筛选指标

采用盆栽试验,系统研究了石灰性土壤上16个花生品种在各个生育时期新叶的黄化度、叶绿素值、活性铁含量的差异及其动态变化。结果表明,缺铁胁迫下花生耐低铁和铁敏感品种间叶片的黄化程度存在着显著差异,大多数铁敏感品种在出苗后50～65 d时黄化度最高。供试16个品种顶部新展开叶片的叶绿素值（SPAD值）和活性铁含量在整个生育期的变幅分别为4.5～34.6和8.0～36.3 mg/kg, FW,随生长时间的延长两者均呈高―低―高的动态变化趋势。在生长前期,耐低铁品种新叶的叶绿素值和活性铁含量均显著高于铁敏感品种;开花期是花生对缺铁胁迫最为敏感的时期,此阶段黄化现象最严重、各品种新叶的叶绿素值和活性铁含量最低。相关分析表明,在生长前期叶绿素值与黄化度、活性铁及荚果产量之间均呈极显著的相关关系。新叶叶绿素值可作为花生耐低铁品种筛选的一可靠指标。     

Comparison of nitrogen accumulation and nitrogen utilization efficiency between elite inbred lines and the landraces of maize

Abstract

Inadequate supply of nitrogen (N) fertilizers results in lower N use efficiency (NUE) and higher N losses which cause environmental deterioration, such as nitrate pollution of groundwater and emission of nitrous greenhouse gases. One way to increase NUE is to use N-efficient cultivars, which grow better under reduced N supplies. Both elite inbred lines and landraces are the basis for hybrid breeding in maize. While inbred lines are mostly selected from high N input conditions, landraces are historically distributed in poor soils with low N availability. Therefore, some potential NUE-related traits conserved in the landraces may have been lost during modern breeding processes. In the present study, the N accumulation and utilization efficiency of 15 elite inbred lines and four landraces of maize were compared at low (LN) and high N (HN) input conditions. In general, the grain yields of the inbred lines and the landraces were similar at both N rates. However, nitrogen accumulation ability in landraces was much higher than that of the inbred lines. The high N accumulation of landraces was closely related to their higher biomass, indicating that growth potential is the main driving force for N accumulation. Nevertheless, N utilization efficiency (grain produced per unit N absorbed) of the landraces was significantly lower than that in inbred lines. Correspondingly, assimilation allocation for grain formation, as indicated by the harvest index, was much lower in landraces than in inbred lines. The higher growth potential, and hence, the ability of N accumulation in landraces may be a valuable trait in breeding programs aiming to further improve N use efficiency.     

玉米-花生混作对系统内氮营养的影响研究

试验研究玉米-花生混作对系统内N营养的影响结果表明,种植密度花生∶玉米=5∶3混作对玉米、花生单株生物量、植株全N及单株吸N量均无明显影响,但显著降低混作花生根际土壤NO3--N浓度,同时显著增加混作花生根瘤数,提高单株根瘤固N酶活性。     

碳氮比对干黄秸秆贮存过程及后续甲烷产量的影响

采取一定技术手段实现秸秆的有效贮存,是保证秸秆沼气工程全年稳定运行的前提。干黄秸秆因其处于可溶性碳源与氮源双重缺乏状态,对贮存过程会有一定影响。该文以干黄玉米秸秆为原料,通过补充可溶性碳源（蔗糖）与蛋白氮源（豆粕）调节秸秆初始C/N比后,分析其对秸秆湿贮存过程及后续甲烷产量的影响。当原料初始C/N比分别为30:1、25:1和20:1时。经60 d湿贮存试验结果表明,与仅添加蔗糖处理组相比,对贮存过程的pH值和干物质损失无显著影响（P>0.05）,但有效降低了半纤维素含量,乳酸产量分别提高了19.0%、22.2% 和31.7%;通过分析贮存前后的细菌群落多样性,结果表明,可提高秸秆湿贮存过程中有益菌（乳酸菌）的相对丰度,腐败菌（梭菌属）的相对丰度降至0%;对湿贮存前后原料进行产甲烷潜力测试,结果表明,与贮存前相比,累积甲烷产量分别提高3.9%、6.1%和10.8%。综上所述,通过补充可溶性碳源与蛋白氮源调节干黄秸秆C/N比,可改善干黄秸秆湿贮存过程的品质、稳定性和生物可降解性,并有效提高后续甲烷产量。研究结果可为秸秆沼气工程的贮存环节提供技术支撑。