水稻氮高效基因型根系分泌物中有机酸和氨基酸的变化特征

采用溶液培养试验,研究水稻氮高效基因型在不同供氮水平下,根系分泌物中有机酸和氨基酸种类及含量的变化情况,并探讨其与氮素利用效率之间的关系。结果表明: 1）水稻氮高效基因型氮积累量随着供氮水平的降低明显下降,而氮素利用效率显著提高; 在供氮水平为20 mg/L时,高效基因型具有较高的氮积累量,且氮素利用效率较低效基因型高42.9%（分蘖期）和21.4%（拔节期）。 2）草酸为高效基因型根系分泌的主要有机酸种类,其分泌量占有机酸总量的80%以上,其次是乙酸和柠檬酸; 有机酸分泌总量和草酸分泌量在分蘖期和拔节期随供氮水平的降低而降低,乙酸和柠檬酸分泌量在拔节期也呈相同趋势; 相同供氮水平下,高效基因型有机酸分泌总量均显著低于低效基因型,且在20 mg/L时差异明显。 3）丙氨酸为高效基因型根系分泌的主要氨基酸种类,其分泌量占氨基酸总量的50%以上,其次是丝氨酸、 谷氨酸、 天冬氨酸、 苯丙氨酸、 甘氨酸和苏氨酸,且氨基酸分泌总量和各组分氨基酸分泌量均随供氮水平的降低而降低; 在低氮水平（10 mg/L和20 mg/L）下,高效基因型氨基酸分泌总量均显著低于低效基因型。4）在分蘖期和拔节期,水稻根系分泌有机酸和氨基酸总量与氮素利用效率均呈显著或极显著负相关,有机酸分泌组分中的草酸和氨基酸分泌组分的天冬氨酸分泌量与氮素利用效率也呈显著或极显著负相关。以上结果表明,低氮条件下水稻氮高效基因型氮效率优势明显,高效基因型氮素利用效率高,有利于体内同化物质的合理分配。     

小黑麦氮利用效率基因型差异及评价

为小黑麦氮高效基因型育种提供依据,以31个代表不同遗传背景的小黑麦品种为对象,采用盆栽试验,设低氮和正常供氮2个处理,对小黑麦在分蘖期、拔节期和最佳刈割时期抽穗期的氮素利用效率和相关性状指标进行研究。结果表明,小黑麦的氮素利用效率在低氮和正常供氮条件下都有较大的基因型差异,并在抽穗期时变异系数达到最大（低氮条件下CV为19.07 %,正常供氮为19.50 %）。根据小黑麦在两供氮条件下不同生育期的氮素利用效率可将小黑麦分为3个类型:氮高效利用基因型,氮低效利用基因型和中间类型,并由此确定氮高效利用基因型为:CIxt82、PI429186和PI429228,氮低效利用基因型为:CIxt74、CIxt75、CIxt76、PI428955、PI587238和PI587241。小黑麦株高与地上部生物量在两供氮条件下各生育期表现出氮高效利用基因型高于氮低效利用基因型的趋势。相关性分析表明,小黑麦株高和地上部生物量与氮素利用效率呈现较强的正相关性。因此,这两个植株性状可作为小黑麦氮高效利用基因型评价的辅助指标。     

不同基因型油菜氮素利用效率的差异及其与农艺性状和氮素营养性状的关系

通过田间试验对50个甘蓝型油菜基因型进行氮利用效率筛选,并将不同氮利用效率基因型在施氮（N 180 kg/hm2）和不施氮（N 0 kg/hm2）条件下的农艺性状和氮营养性状作了比较研究。结果表明,50个油菜基因型的氮利用效率具有显著差异,最大相差2.5倍（施氮）和1.7倍（不施氮）。油菜的农艺性状及氮素营养性状指标均表现出一定的基因型变异,其中第一个有效分枝高度变异系数最大,超过 50%,而籽粒含氮量的变异系数最小,只有 6% 左右。不论供氮水平高低,氮高效基因型的每角粒数,籽粒生物量,籽粒占地上部生物量的比例以及籽粒氮占地上部总氮的比例均高于氮低效基因型,第一个有效分枝高度则显著低于氮低效基因型。另外,油菜氮素利用效率与各器官含氮量、 茎叶氮素累积量、 果荚氮素累积量、 茎叶氮占地上部氮的比例和果荚氮占地上部氮的比例呈显著或极显著负相关,而不同氮效率基因型的地上部总生物量和地上部氮素累积总量则无显著差异。不同氮利用效率基因型的农艺性状和氮营养性状对氮肥的敏感性有显著差异。     

小麦氮素吸收利用的基因型差异研究

采用裂区试验设计，施氮和不施氮（对照）处理下，对16个不同基因型小麦拔节期和收获期氮素吸收利用差异进行研究。结果表明，不同基因型小麦的氮素吸收、利用特性存在很大差异，相关分析表明，氮素胁迫条件下，氮素吸收过程是全生育期的限制因素。依据收获期小麦相对吸氮总量和相对利用效率（对照处理与施氮处理的比值），将16个基因型分为5种类型：双高型、氮吸收高效型、氮利用高效型、双低型和中间型，为小麦氮高效育种提供理论依据。     

氮素在大麦生长发育过程中的作用及响应机制

氮素作为大麦生长和发育所必需的大量营养元素,是大麦生长和产量形成的首要限制因子。为明确氮素对大麦生长发育的作用及大麦自身对氮素吸收利用的机制,提高大麦氮素利用效率。基于文献资料,梳理归纳了氮素在大麦生长发育过程中的作用及响应机制等方面的相关研究进展,对氮素在大麦生长发育过程中的作用、大麦响应氮信号的生理机制和大麦氮素响应的分子调控机制等方面进行了概述,并提出了“双减”政策下提高大麦氮素利用效率、创制氮素高效利用新种质的主要方向。     

不同品种油菜子粒产量及氮效率差异研究

采用大田试验,以16个冬油菜品种为试验材料,系统研究了油菜子粒产量、氮素吸收量、氮素响应度和氮素利用效率的品种间差异,并初步探讨了氮素吸收效率和氮素利用效率对不同品种油菜氮效率差异的贡献。结果表明,无论施氮水平如何,不同品种的子粒产量、氮素利用效率和氮素响应度均有显著差异,而氮素吸收量只有在不施氮条件下品种间差异才达到显著水平。根据不施氮时的氮效率和氮素响应度将16个油菜品种分为4种不同类型:1）氮高效–高氮响应（NHE-NHR）型,包括Xy1、Xy16、Xy17、Xh19、Xh20和Xy21; 2）氮低效--低氮响应（NLE-NLR） 型,包括Xy6、Xy8和Xy9;3）氮高效–低氮响应（NHE- NLR）型,包括Xy7、Xy12、Xy14、Xy15和Xy24;4）氮低效–高氮响应（NLE-NHR） 型,包括Xy11和Xy13。无论供氮水平如何,氮素利用效率的变异系数均大于氮素吸收效率的变异系数,说明氮素利用效率对油菜氮效率差异的贡献大于氮素吸收效率。但是,氮素吸收效率的变异系数不施氮时大于施氮条件,氮素利用效率的变异系数则相反,说明在氮胁迫条件下,氮效率的差异中来源于氮素利用效率的变异减少,来源于氮素吸收效率的变异增加。     

不同氮效率基因型冬小麦生理特征的比较研究

采用田间小区试验,通过对两个不同氮效率基因型冬小麦小偃22(XY22)和小偃6号(XY6)产量和构成因素,氮素吸收利用效率以及关键生育期的硝酸还原酶、叶水势、叶绿素含量等生理指标测定,探讨了其对氮素利用的差异及其机理。结果表明,不施氮处理,子粒产量、硝酸还原酶活性、叶水势、叶绿素含量明显降低,而施氮后明显提高;氮素吸收利用效率、叶水势、叶绿素含量在施N150 kg/hm2时保持在较高水平。两个基因型中,小偃22比小偃6号的生理代谢更加旺盛,施氮加强了这种作用,这可为进一步选育氮高效利用型小麦品种提供科学依据。     

我国北方37个高产春玉米品种干物质生产及氮素利用特性

选育氮高效品种是实现玉米高产高效生产的根本途径。为探明我国北方目前主推高产春玉米的物质生产及氮素利用特性,本研究选择该区域高产品种37个,采用盆栽试验,依粒重和氮素子粒生产效率划分其类型,分为高产高效（I）、高产中效（Ⅱ）、中产中效（Ⅲ）及低产低效（Ⅳ）4种类型。其中,中产中效型品种最多,为56.8%;高产高效型品种最少,仅为8.1%;高产中效型和低产低效型品种分别为13.5%和21.6%。4个类型品种干物质生产及氮素利用效率开花前差异不显著,开花后是产生差异的关键时期;成熟期I型品种干物质和氮向子粒的分配比例较高,而Ⅳ型品种向根和茎秆的分配比例较高。同时,I型品种的氮转移量、氮转移效率和贡献率显著高于其他3类型品种。经相关和通径分析,氮素干物质生产效率、粒重及氮含量与氮素子粒生产效率显著相关。所以,较高的粒重和较低的植株氮含量是高产氮高效品种的基本特征。     

施氮和根间互作对密植大麦间作豌豆氮素利用的协同效应

针对禾豆间作密植机理研究薄弱问题,以大麦间作豌豆为研究对象,设施氮[不施氮:0 mg(N)·kg?1(土);施氮:100 mg(N)·kg?1(土)]、隔根(不隔根、隔根)和密度[低密度:15株(大麦)·盆?1;高密度:25株(大麦)·盆?1]3个参试因子,通过盆栽试验探讨了施氮和根系分隔对密植间作群体氮素竞争互补关系和利用效率的影响,以期为禾豆间作密植和氮素高效利用提供调控依据。结果表明:1)施氮、根间互作和增加大麦密度均可提高大麦||豌豆间作群体的吸氮量,其中施氮较不施氮处理提高33.8%,不隔根处理较隔根处理提高81.1%,高密度较低密度处理提高4.2%;根间互作在低氮条件下对间作吸氮量的贡献相对较高,不施氮和施氮条件下,根间互作提高间作吸氮量的比例分别为92.4%和11.0%;根间互作条件下增大大麦种植密度可显著提高间作群体吸氮量。2)大麦为氮素竞争优势种,密植使大麦氮素竞争比率显著提高,施氮能弱化大麦氮素竞争比率,抽穗期大麦相对于豌豆的氮素竞争优势达到最大值。3)根间互作使大麦、豌豆籽粒氮含量在施氮条件下分别提高126.7%、26.9%,不施氮时分别提高188.5%、46.5%,且施氮水平和根间作用方式对间作籽粒氮含量有显著的交互作用。4)高密度大麦和根间互作可显著提高间作群体的氮肥利用率,根间互作条件下增加大麦密度使间作群体氮肥利用率提高59.8%;大麦相对于豌豆的氮素竞争比率与间作群体氮肥利用率呈显著正相关关系。本研究表明,施氮、根间作用与大麦密度对大麦||豌豆间作氮素利用呈显著的交互作用,适宜的施氮量和充分的根间作用是支撑间作密植、优化种间对氮素的竞争关系,最终提高群体吸氮量和氮肥利用率的重要途径。     

根系分区交替滴灌下水氮耦合对棉花氮素利用效率的影响

该文采用施氮量（N90、N180、N270）和灌水量（W140、W200、W260）3水平完全组合设计,研究水氮耦合对根系分区交替滴灌棉花氮素吸收和利用影响。结果表明：在根系分区交替滴灌下棉花干物质量和氮素含量随灌水量增加而显著提高,其中中氮高水耦合（N180 W260）是获取较高干物质量和氮素含量最为有效处理。从提高产量、氮素吸收和利用角度分析,比较产量相对较高的中氮高水（N180 W260）、高氮中水（N270 W200）和高氮高水（N270 W260）处理,N180 W260的氮肥吸收比例、N回收率、氮肥农学利用效率和表观利用效率最高,氮肥生理利用效率无显著差异。因此N180 W260是氮肥吸收和利用效率较高的水氮耦合处理,其显著提高棉花干物质量及氮素吸收性能,对于棉花水肥管理具有实际意义。     

不同产量水平小麦的氮吸收利用差异

在土培盆栽条件下,以130份小麦为材料,测定了不同生育时期小麦的干物质量、氮素含量和籽粒产量,将供试品种按籽粒产量由低到高低依次分为I、II、III、IV、V、VI等6类型,研究了各类型氮素吸收利用的差异。结果表明：（1）供试品种籽粒产量差异较大（CV=3316%）,氮素籽粒生产效率随籽粒产量水平提高呈增加的趋势(r=02740**),提高氮素吸收量和籽粒氮素利用效率均可提高籽粒产量。（2）不同生育时期,不同籽粒产量水平类型小麦植株含氮量存在显著或极显著差异,但与籽粒产量的相关性不密切。抽穗期和成熟期植株吸氮量与籽粒产量极显著相关(r=02890**、09175**)。（3）不同生育时期氮素干物质生产效率在类型间的差异均达到显著水平,但其与籽粒产量相关性不显著。提高氮素收获指数和拔节期氮素干物质生产效率均可提高籽粒产量。（4）拔节期-成熟期不同类型间小麦干物质量随籽粒产量的增加而增加,成熟期表现尤为突出。籽粒产量水平较高的品种在拔节期后有较强干物质和籽粒产量形成能力。（5）氮素吸收量和氮素籽粒生产效率是影响籽粒产量的重要因素。     

不同施氮水平下不同氮利用效率小黑麦植株氮素积累分配特性

采用土培盆栽试验,以小黑麦氮高效利用品种‘Clxt82’、‘PI429186’和氮低效利用品种‘Clxt74’为材料,研究0(不施氮)、0.033 g(N)·kg-1(低氮)和0.066 g(N)·kg-1(正常氮)3个不同施氮水平下,各生长时期氮素在器官间和器官内不同功能性氮素分配的特性。结果表明:氮高效利用品种在氮素不足的条件下优势更明显,抽穗期高效利用品种和低效利用品种间生物量的差异随施氮量的增加而减小,在不施氮、低氮和正常供氮时‘Clxt82’、‘PI429186’地上部生物量分别为‘Clxt74’的1.55倍、1.19倍、1.06倍和1.79倍、1.35倍、1.30倍。不同生育时期,小黑麦氮积累量均随施氮量的增加而显著增加,低氮和正常供氮处理,在分蘖期、拔节期氮高效利用品种氮积累量均显著高于低效利用品种,而在抽穗期差异则不大。随施氮量的增加,氮素在叶片和穗部的分配比例减小,在茎的分配比例增大;分蘖期和拔节期,氮高效利用品种茎中氮素分配比例小于低效利用品种,叶片氮素分配比例则大于低效利用品种。抽穗期氮高效利用品种穗部氮素分配比例大于低效品种,而叶部则相反。各生育时期各器官不同形态氮素含量总体上随施氮量的增加而增加。不施氮和低氮处理,拔节期氮高效品种‘Clxt82’、‘PI429186’叶片营养性氮含量是低效品种‘Clxt74’的1.31倍、1.76倍和1.12倍、1.35倍,而结构性氮含量则是低效品种的86.12%、64.01%和80.82%、71.51%;抽穗期氮高效品种‘Clxt82’、‘PI429186’叶片营养性氮含量是低效品种‘Clxt74’的1.01倍、1.11倍和1.04倍、1.13倍,结构性氮含量为低效品种‘Clxt74’的74.99%、63.08%和75.78%、62.84%;各时期品种间功能性氮素含量差异不大。低氮条件下氮高效利用品种通过降低结构性氮素含量、增加营养性氮素含量来满足氮素的利用和体内循环。     

缓释氮肥对水稻的增产效果及其氮素利用率

在潜育性粘壤质水稻土上研究了缓释性氮肥对水稻产量和氮肥利用率的影响。结果表明:4种供试缓释氮肥对水稻增产效果和吸氮量的顺序均为:IBDU>OM>U>GUS>CDU>CK;施肥后9d土壤中铵态氮含量最大,依次为:U>OM>IBDU>GUS>CDU>CK;在最大分蘖期前土壤硝态氮含量较多且相对稳定,至孕穗期急剧降低,抽穗至成熟期再度回升;相对于尿素,IBDU和OM能明显提高氮素利用率,分别比尿素的利用率增加了14.62%和8.57%。     

小黑麦氮素吸收利用的基因型差异研究

以69个小黑麦品种为材料,研究了同一供N水平下,不同小黑麦品种在分蘖、抽穗和成熟期对N素吸收利用的基因型差异,考查了单株籽粒产量、地上部N积累量、地上部N收获指数、N运转率和N利用效率等指标。结果表明：①在3个时期,不同品种小黑麦对N素的吸收利用均存在着显著的基因型差异,其中地上部N积累量和N利用效率与单株籽粒产量呈极显著正相关（r = 0.84,r = 0.63）,是决定小黑麦经济产量的重要因子。②通过聚类分析,在供试的69个小黑麦品种中,具有较高籽粒产量、N素吸收总量和N素利用效率的共4个品种,分别为Clxt75、P1428736、P1429227和P1466703。     

磷高效型野生大麦根系形态和根系分泌物对低水平植酸态有机磷的响应特征

【目的】 有机磷为土壤磷库的重要组成部分,研究不同磷效率作物对有机磷的利用能力的差异,有助于了解作物高效吸收磷的机理。 【方法】 以磷高效基因型大麦(IS-22-25、IS-22-30)和低效基因型大麦(IS-07-07)为试验材料,植酸钠为有机磷源进行水培试验。设置5个植酸钠浓度(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mmol/L),使用根系扫描仪分析其根长、根表面积、根体积等形态特征,并测定根系与根系分泌的酸性磷酸酶、植酸酶活性等生理特征。 【结果】 随有机磷浓度降低,磷高效基因型野生大麦总根长、总表面积和总体积呈增加趋势。低有机磷浓度下,磷高效基因型大麦总根长较正常有机磷浓度(0.4 mmol/L)下增加了139.7%~146.0%,直径D＜0.16 mm的根长提高了156.8%~161.5%,且磷高效基因型总根长较低效基因型高8.6%~60.4%。低有机磷浓度下,磷高效基因型根系各参数均显著高于低效基因型。随着有机磷浓度降低,磷高效基因型根总表面积提高了83.5%~117.5%,较低效基因型高14.0%~46.4%;根总体积提高了80.7%~119.3%,较低效基因型高19.6%~150.0%。随着有机磷浓度升高,磷高效基因型根系及其分泌酸性磷酸酶和植酸酶活性显著降低。低有机磷浓度下,磷高效基因型根系酸性磷酸酶和植酸酶活性增加了163.3%~172.2%和98.6%~121.2%,较低效基因型高14.4%~41.2%和23.1%~37.2%;磷高效基因型根系分泌酸性磷酸酶和植酸酶活性增加了157.8%~193.4%和172.4%~183.4%,较低效基因型高20.2%~45.7%和24.7%~51.4%。 【结论】 在低浓度有机磷胁迫下,磷高效基因型通过良好的根系形态,有效扩大了根系对水分和养分的接触空间,为磷高效基因型的快速生长和磷素吸收提供了条件;同时,低浓度有机磷胁迫增强了根系分泌酸性磷酸酶和植酸酶,提高了介质环境中磷素的生物有效性,对有机磷的吸收利用表现出明显优势。     

Growth and physiological characterization of low nitrogen responses in Tibetan wild barley (Hordeum spontaneum) and cultivated barley (Hordeum vulgare)

Development of crop cultivars with high yield under low nitrogen (N) supply is a basic approach for the enhancement of agricultural sustainability. The previous studies showed that Tibetan wild barley shows wider genetic diversity in abiotic stress and poor fertility tolerance. In this study, four barley genotypes (two Tibetan wild and two cultivated), differing in N use efficiency (NUE), were characterized for their growth and physiological responses to low N stress. The genotypes ZD9 (cultivated) and XZ149 (wild) with high NUE performed better in terms of shoot dry weight (DW) and photosynthetic parameters under both low and normal N levels and had higher antioxidative enzyme activities, N concentration, and accumulation in both shoots and roots under low N stress. The current results showed the substantial difference among barley genotypes in low N tolerance and verified the significance of Tibetan wild barley in the genetic improvement of cultivated barley in NUE.     

氮肥运筹模式对双季稻北缘水稻氮素吸收利用及产量的影响

在双季稻北缘地区,以常规品种早籼65和杂交组合香两优68为试验材料,在施氮量150.kg/hm2的条件下,研究了不同氮肥运筹模式对早稻产量及氮素吸收利用特性的影响。结果表明:减少基、蘖肥,提高穗肥比例可增加抽穗成熟期的叶片含氮量,使SPAD值维持较高水平,提高齐穗后的绿叶面积和有效叶面积率,提高群体光合势,有利于促进干物质积累而提高产量和氮素吸收,常规稻和杂交稻均以基∶蘖∶穗=50∶25∶25运筹模式产量最高;前氮后移增施穗肥因能为水稻整个生育期提供比较平衡的氮素供应,可促进氮素的吸收;氮肥当季利用效率随穗肥比例提高而增加,但氮肥的农学利用率与产量有更好的对应关系。基∶蘖∶穗=50∶25∶25的运筹模式是双季稻北缘地区早稻合理的施肥技术。     

小麦氮素利用效率的基因型差异研究

研究了植株生长和产量性状差异很大的58个小麦基因型的氮素营养和利用效率。结果表明,开花期和成熟期植株各器官的含氮量和氮积累量,基因型之间差异显著;开花期剑叶含氮量与子粒含氮量呈显著正相关;每生产100公斤子粒需氦量,供试基因型变动于2.15～4.09公斤;氮收获指数的变幅为59.35％～82.89％,显示出小麦基因型在氮利用效率上的遗传差异。相关分析表明,每穗粒数、单蘖干物重、收获指数与氮效率比、氮利用效率呈显著正相关。     

高寒地区联合固氮菌肥对青稞的促生效应研究

在高寒地区,通过裂区试验研究联合固氮菌菌肥对青稞生长的影响。结果表明,本试验研制的联合固氮菌肥符合《农用微生物菌剂》质量标准(GB 20287-2006)。联合固氮菌肥对青稞主根长度(乳熟期)、地下生物量(完熟期)、粗蛋白含量(抽穗期、灌浆期和乳熟期)、子粒产量均有显著的促进作用。其中,固氮菌肥+半量氮肥(1/2CN)处理,对于株高(苗期)、地上生物量(灌浆期、乳熟期和完熟期)、主根长度(乳熟期)、根体积(灌浆期)、地下生物量(乳熟期和完熟期)、粗蛋白含量(整个生育期)、子粒产量等与对照相比差异显著(P0.05);而与全量氮肥(CN)处理相比,其株高(抽穗期、灌浆期和乳熟期)、叶绿素含量(整个生育期)、地上生物量(抽穗期和乳熟期)、主根长度(灌浆期和完熟期)、根体积(抽穗期、灌浆期和完熟期)、地下生物量(整个生育期)、粗蛋白含量(完熟期)虽低于CN处理,但两者间并无显著差异。说明在一定生育期内,半量氮肥+固氮菌肥(1/2CN)处理表现出了与全量氮肥相近的促生效果,即在该地区以"联合固氮菌肥+半量氮肥"的施用方式可以节省一半氮肥(56.25 kg/hm2)。     

生长模型和15N示踪评价施肥处理对苹果树氮肥利用的影响

为提高果树氮肥利用率,探索一种简便易行的氮肥利用评价方法,该研究以田间5年生延长红（"长富2号"芽变品种）为研究对象,分别采用生长模型和15N示踪技术对比分析不施氮肥（CK）、常规高氮（N800）、优化减氮（N400）和有机无机配施（N200+O200）处理下苹果树对氮肥的吸收利用情况以及各器官氮素的分配特性的差异,结果表明：不同施肥处理对苹果的产量没有显著性的影响（31.7～37.3 t/hm2）;各施氮处理基于生长模型和15N示踪技术的果树氮肥利用率分别为13.13%～31.94%和11.64%～32.40%;基于生长模型,N400和N200+O200处理果树的氮肥利用率比N800处理高84.92%和143.26%;基于15N示踪技术,N200+O200处理的果树氮肥利用率比N800和N400高178.35%和69.28%;不同施肥处理对各器官氮素分配没有显著性的影响。两种评价方法对于果实和叶片的氮肥利用率、各器官氮素的分配情况分别存在显著差异（P<0.05）和极显著差异（P<0.01）,但对植株总体氮肥利用率的评价结果无显著差异,平均仅相差3.10%。基于本试验的研究结果可以得出,利用生长模型可以估算苹果树的氮肥利用率。研究结果可为农田管理措施改善以及果树氮肥利用率评价提供理论参考。