氮高效玉米杂交种的筛选及氮效率相关特性分析

选用生产中常用的8个玉米杂交种作为材料,在高氮和低氮条件下进行氮高效杂交种的筛选和氮高效指标研究。主成分分析结果表明,郑单958、金山27、郑单17为氮高效品种。通径分析表明,吸收效率对氮效率的贡献均大于利用效率,不论是否施氮,植株氮积累均以花前为主,但花后差异显著,花前氮积累对氮效率的贡献较大。不论施氮与否,完熟期全株干重、吐丝期穗三叶含氮量、花前氮积累量、穗位叶光合速率均是重要的筛选指标,不施氮肥时子粒含氮量也是重要的筛选指标。     

施氮量对不同氮效率冬小麦品种苗期生长的影响

为了研究施氮量对不同氮效率冬小麦品种苗期生长及其生理特性的影响,通过水培试验,选用小偃128(氮低效低响应型)、陕农78(氮低效高响应型)、西农2208(氮高效低响应型)和小偃503(氮高效高响应型)等4个不同氮效率的冬小麦品种,以氮水平和品种基因型分别为主、副处理,测定了苗期生长过程中叶片叶绿素含量(SPAD值)、光合特性和硝酸还原酶活性(NRA)等生理指标及地上、地下干物质量和含氮量。结果表明,苗期不同氮效率基因型小麦叶片SPAD值、NRA和光合速率及植株含氮量在一定施氮范围内随着施氮量的增加而增加,且施氮处理较不施氮处理均有显著增加,而同一施氮处理不同基因型品种间差异不大。     

玉米杂交种氮效率遗传相关与通径分析

玉米过量施用氮肥可导致经济效益下降和硝酸盐向地下水淋失,因而受到人们越来越多的重视.选育氮高效杂交种可以降低生产成本和减少环境污染.本试验选用8个玉米杂交种,在高氮(纯N 200 kg/hm²)、低氮(不施氮)条件下分析了农艺性状决定氮效率高低的作用.结果表明:在氮高效杂交种选育中,高氮条件下选育高产品种,应注意对穗行数、行粒数、百粒重、吐丝期生物量、穗三叶面积的选择,而对其它性状的要求放宽;低氮条件下选育耐低氮的高效品种,更应注重选择大穗型、穗行数多,且有较大成熟期生物量、大的穗三叶叶面积的品种。     

不同氮效率玉米杂交种的营养生长及光合特征

以氮效率不同的4个玉米杂交种(组合)为材料,在两个氮水平下分析了营养生长及光合特征。结果表明,施氮条件下玉米营养体的含氮量平均在2.0%左右,低氮处理下降到1.5%左右;氮高效品种的穗位叶光合效率并没有降低,氮低效品种的叶片光合效率则显著降低。氮高效品种在叶片保绿性方面明显具有优势,在低氮条件下保持了较大的绿叶面积和较高的叶绿素含量。这些特征保证了氮高效品种后期光合产物供应能力强,并用于子粒灌浆。     

氮高效玉米基因型氮素生产效率研究

通过田间试验,在高氮和低氮条件下对不同氮效率的27个玉米自交系氮素生产效率进行研究。结果表明,高氮和低氮下,高产氮高效型自交系在吐丝期氮素干物质生产效率最高,分别为53.69、58.69 g/g,高产氮高效型自交系在吐丝期干物质量高于低产氮低效型自交系。施氮肥后氮素子粒生产效率和氮素干物质生产效率均有下降趋势。高氮和低氮下高产氮高效型自交系在生育后期植株氮积累量高于低产氮低效型自交系,低氮下二者差异显著,高产氮高效型自交系比低产氮低效型自交系高5.88%,氮积累量的差异主要来自于吐丝后氮的积累。高产氮高效型植株生育后期根系吸收能力强,子粒氮素利用效率高,施氮肥后高产氮高效型植株生育后期氮吸收积累能力增强。     

施氮量对滴灌超高产春玉米光合特性、产量及氮肥利用效率的影响

在田间研究拔节期后5种施氮量处理对春玉米KWS2564吐丝后群体叶面积指数垂直分布、光合势、光合速率(穗位上第3片叶、穗位叶、穗位下第3片叶)、干物质积累、产量和氮肥利用效率的影响,揭示施氮量对滴灌超高产春玉米光合特性及氮肥利用效率的影响规律。结果表明,增施氮肥,主要增大棒3叶以下、棒3叶的叶面积指数,明显延缓吐丝后棒3叶以下叶片衰老,增加群体总光合势;增加吐丝后穗位上第3片叶、穗位叶、穗位下第3片叶的光合速率和气孔导度;增加干物质积累量和产量,降低氮肥利用效率和氮肥偏生产力。施氮量超过300 kg/hm2以上再增加施氮量,叶面积指数、光合速率、干物质和产量的增幅降低,降低氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力。适宜施氮量为300 kg/hm2左右,可获得17 002.6 kg/hm2产量,其吐丝期叶面积指数为6.62,总光合势为423.6 m2/(d·m2),氮肥农学利用效率为13.8 kg/kg。     

玉米自交系氮高效指标的筛选及综合评价

以47个玉米自交系为材料,测定玉米自交系在低氮和正常氮处理下株高、穗位高、叶绿素SPAD值、吐丝期叶面积指数、吐丝期干重、全株干重、产量、子粒氮积累量、全株氮积累量和氮肥生产效率等10个指标,以耐低氮指数为参数,结合其变异系数,运用相关性分析、主成分分析和隶属函数法对其氮高效能力进行综合评价。结果表明,叶绿素、全株干重、产量、子粒氮积累量、全株氮积累量和氮肥生产效率等可作为玉米自交系氮高效能力的筛选指标。通过聚类分析,筛选得到PH6WC、郑58、PH6WC×郑58、PH6WC×D1798Z、D1798Z×521、HCL645×C7-2、HCL645×C7-2×单598、外杂二环系、美杂二环系×郑58、DH351×郑58、XL21×PH6WC共11个低氮高效型玉米自交系。     

高氮与低氮处理对不同氮效率小麦根系及相关生理特性的影响

提高氮素利用效率是促进农业可持续发展的重要举措之一。为研究高、低氮条件下不同氮效率小麦的根系特征及其生理特性,以3个高效吸收利用氮素（氮高效）小麦品种与3个低效吸收利用氮素（氮低效）小麦品种为试验材料,分析了水培条件下高氮和低氮处理对小麦根系特征和硝酸盐转运蛋白基因表达水平的影响;并分析了大田条件下高氮和低氮处理对不同时期小麦氮代谢关键酶（硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶）活性和氮素积累量的影响。结果表明,在高氮和低氮处理下,氮高效品种的根尖数、根长、根体积、根表面积和根活力均显著高于氮低效品种。氮高效品种的6个硝酸盐转运蛋白基因（ TaNRT2.1、 TaNRT2.2、 TaNRT2.3、 TaNAR2.1、 TaNAR2.2和 TaNAR2.3）的平均相对表达量均显著高于氮低效品种。高氮和低氮处理下,不同时期氮高效品种的硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性以及氮素积累量均显著高于氮低效品种;与高氮处理相比,低氮处理下氮高效品种和氮低效品种的硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性以及氮素积累量均有所降低,其中氮低效品种降低幅度较高。这说明不同氮效率材料在根系相关性状、硝酸盐转运、氮代谢关键酶活性以及氮素积累量存在显著的基因型差异。综上所述,在低氮条件下,小麦根系形态、根系活力、硝酸转运蛋白相关基因和氮代谢关键酶活性对氮素吸收具有重要的调控作用,其综合改良可为氮高效小麦品种的选育提供帮助。     

不同产量类型小麦品种的干物质和氮素积累转运特征

为筛选氮高效且高产的小麦品种,于2016-2017年综合运用籽粒产量和氮素收获指数2项指标将河南省38个主推小麦品种划分为4种类型(高产高效型、高产低效型、低产高效型和低产低效型),分析比较不同类型小麦品种的产量构成因子、干物质积累和氮素的吸收转运特征。结果表明,高产水平下,氮高效品种的单位面积穗数显著高于氮低效品种,穗粒数都显著低于氮低效品种;低产水平下,氮高效品种的单位面积穗数和穗粒数与氮低效品种的差异均未达到显著水平。高产小麦品种花前干物质积累速率较低产(效)小麦高24.8%,花后干物质的转移量和转运效率最大,分别是低产低效型小麦的2.1倍和1.6倍。高产水平下,氮高效品种的干物质转移量较氮低效品种增加16.2%,但在干物质转移效率上与不同氮效率品种差异不显著;低产水平下,氮高效品种的氮素转移效率是氮低效品种的1.1倍。高产型小麦品种的氮素积累量显著高于低产型小麦品种,小麦花后氮素积累速率最高,在该时期,同等产量水平下,HYHE型小麦氮素积累量速率较HYLE型高28.8%,LYHE型小麦的氮素积累速率较LYLE型高66.0%,且花后氮素积累速率与氮素收获指数呈显著正相关。较高的花前干物质转移量和氮素积累量是小麦高产的基础,相同产量水平下,氮高效小麦品种的干物质转移量和氮素积累速率显著高于氮低效品种。     

不同钼积累水平大豆品种苗期碳氮代谢生理差异

      为探究不同钼积累能力的大豆品种对缺钼条件下生理代谢的差异,以品种1301（钼高积累）和品种1304（钼低积累）为材料,在营养液培养下研究了两个品种光合碳代谢以及氮代谢生理差异。结果表明：缺钼降低了大豆叶片光合碳代谢能力。缺钼条件下,品种1301叶片光合速率可溶性糖、叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素a+b 含量显著高于1304,表明1301具有较高的光合碳代谢能力。缺钼也降低了根中氮代谢能力。缺钼条件下,品种1301中硝酸还原酶活性和铵态氮含量均显著高于品种1304,表明1301具有较强的氮代谢能力。以上结果表明大豆钼高积累品种能累积较多的钼,且表现出较高的碳氮代谢能力。因此认为培育大豆钼高积累品种是提高大豆生理代谢能力的一种经济有效的措施。     

氮肥管理对夏玉米冠层结构和氮肥吸收利用的影响

通过大田试验研究不同氮肥管理模式下夏玉米群体结构和氮肥利用情况,探索节肥、高产、高效的夏玉米氮肥管理模式。结果表明,施氮显著改善夏玉米产量因子、提高产量。氮肥适量后移显著改善穗部性状,等氮量下大喇叭口期和吐丝期均追施氮肥处理与大喇叭口期追施氮肥处理相比穗粒数提高28.5粒,收获指数提高11.3%,增产101 kg/hm2。吐丝期施氮显著增加灌浆期LAI,使LAI峰值从吐丝期后移至灌浆期。施氮肥可增加夏玉米SPAD值,大喇叭口期追施氮肥可提高各生育时期玉米SPAD值;吐丝期追施氮肥可提高株高、茎粗、穗位高。适当降低氮肥投入,氮肥农学利用率和氮肥偏生产力分别提高232.3%、60.9%;氮肥用量相同时氮肥适当后移分别提高10.5%、1.3%。吐丝期施氮增加夏玉米成熟期营养器官的氮素积累,减少子粒的氮素积累,导致氮收获指数下降。     

高产氮高效春玉米品种筛选及节氮潜力与氮素利用特征分析

以辽宁地区适栽的17个玉米品种为试材,通过不施氮(N₀)和正常施氮(N₂₂₅,225 kg/hm²)处理筛选高产氮高效品种,分析其节氮和增产潜力、干物质积累及氮素利用特征。结果表明,DK301、XY335、ZD958、DD1331、LD585、LD706、DY485、LD1281、LD575、LD1205、TY58、DD1775共12个品种为高产氮高效型(双高效和高氮高效)品种,节氮潜力为15.4%～29.7%。高产氮高效型品种节氮潜力与产量极显著正相关,产量在N₀下与百粒重、行粒数、开花和成熟期生物重显著正相关,N₂₂₅下仅与行粒数显著正相关。施氮提高各类型品种花后氮转移对子粒的贡献率(前),同时相较于花后氮吸收对子粒氮贡献率(后),双高效品种均表现为“前后相当”,高氮高效型品种均为“前低后高”。因此,在穗行数相近下,行粒数可作为筛选高产氮高效品种的一个参考指标,通过适当减氮,加强高氮高效型品种的花前氮素供应,可促进玉米节氮增效生产。     

生物炭与氮肥减量条件下氮高效玉米品种的氮效率研究

试验采用裂区试验设计,氮肥为主区,设置氮肥不同量级与生物炭配施;品种为副区,设氮高效和氮低效品种,分别为郑单958(ZD958)和先玉508(XY508),于大喇叭口期、吐丝期、灌浆期、乳熟期、腊熟期取样测定各器官鲜干重,测定氮含量用以计算氮素积累量、吸收效率、利用效率和氮效率。生物炭3000 kg/hm²与纯N 165 kg/hm²配施干物质积累、氮积累能力及氮效率均表现突出,生物炭3000 kg/hm²与纯N 210 kg/hm²配施产量表现最高,且显著高于生物炭3000 kg/hm²+纯N 165 kg/hm²处理。生物炭3000 kg/hm²与纯N 165 kg/hm²配合施用时,氮高效品种郑单958的干物质积累能力、氮积累能力、氮效率及产量均优于氮低效品种先玉508,且达到显著差异。在内蒙古平原灌区,生物炭与氮肥减量条件下,生物炭3000 kg/hm²与纯N 165~210 kg/hm²配施,可实现节氮30%~45%,氮高效玉米品种氮效率提升52.78%~93.33%,更能发挥氮高效品种较强的氮吸收能力和氮利用能力,利于实现高产、高效。     

氮肥对辽宁春玉米品种氮素吸收利用的影响

选择辽宁春玉米区3个主推品种铁研58(TY58)、良玉99(LY99)、郑单958(ZD958)进行3个氮素水平的试验,梯度设N0(不施入氮肥)、N1(施入纯氮112 kg/hm~2),N2(施入纯氮225 kg/hm~2)。研究表明,不同品种氮反应有差异,施入氮肥后植株主要通过提高穗粒数而获得产量,TY58为氮反应敏感品种;施入氮肥植株氮积累量增加,成熟期达最大,吐丝前后的氮素积累品种间存在差异,成熟时氮素分配比例由高到低为子粒叶片茎鞘穂轴苞叶雄穂;氮肥亏缺条件下,植株加大氮素由茎叶器官向子粒的供应比例,叶片对子粒氮贡献率最高,达28.0%~51.3%。     

小麦氮素高效利用基因型的农艺性状及生理特性

为给小麦氮高效型品种选育和栽培调控提供理论依据,采用大田试验,以14份小麦品种为材料,研究了不同氮效率品种的农艺性状及生理特性的差异。结果表明,不同小麦品种间产量和氮素利用效率具有显著差异。基于氮肥吸收效率和氮肥农学效率将参试材料分为氮高效型、中效型和低效型。与氮中效型和低效型品种相比,氮高效型品种具有较高的产量、干物质和氮素积累量;在农艺性状上,氮高效型品种具有较高的粒重、收获指数(HI)、叶面积指数(LAI)和开花期旗叶面积;在生理上,氮高效型品种开花期旗叶的叶绿素含量、氮含量、净光合速率、硝酸还原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性较高,而成熟期旗叶氮含量较低。聚类分析表明,淮麦30、徐麦32、矮抗58和扬麦16为氮高效型品种。经相关分析,小麦粒重、HI、LAI和开花期旗叶的面积、叶绿素含量、氮含量与氮效率呈显著正相关,小麦成熟期旗叶氮含量与氮效率呈显著负相关,这些指标可作为氮高效型小麦品种筛选的依据。     

氮肥运筹对玉米氮素动态变化和氮肥利用的影响

通过氮肥运筹对雨养条件下玉米氮素动态变化和氮肥利用的影响研究表明,氮素积累量在吐丝后45d前后达到最大;高密度有利于氮量积累;植株总氮量与产量呈正相关,高密度下相关系数大;高密度下子粒氮含量和氮收获指数均与产量呈显著正相关;吐丝期氮肥比例相对高有利于叶片和穗部(子粒+苞叶+穗轴)氮素在生育后期的积累及茎鞘氮素的转运,前期氮肥比例大易造成穗部氮代谢延后。氮素吸收高峰在吐丝到吐丝后15 d;吐丝期氮肥比例高的施肥方式提高了生育后期的氮素吸收速率,在较高密度下吸收速率前移。氮肥施用比例适当后移有利于氮肥利用;前期氮素累积太多对后期氮素吸收利用有抑制作用。     

水氮胁迫对玉米产量和氮素吸收和运移的影响

2011~2012年在吉林公主岭试验区可移动防雨棚内进行两年微区试验,探讨水氮胁迫对玉米产量及氮素的吸收和分配的影响。结果表明,全生育期灌水300 mm情况下,玉米产量随施氮量的增加而增加;水分胁迫(灌水100 mm)情况下,玉米产量随施氮量的增加而减少。植株氮积累总量成熟期最高,氮素在营养器官中的比例最高时期是拔节期,生殖器官含氮比例最高在吐丝期,子粒的含氮百分比最高时期是吐丝后15 d。水氮胁迫条件下,氮素转运率、贡献率均下降,仅氮胁迫转运率和贡献率增加。相同灌水量情况下,子粒吸收氮素量与施氮量显著正相关;水分胁迫条件下,表观土壤水分利用效率随施氮量的增加而下降,正常供水则相反;水分胁迫下的土壤水分利用效率极显著高于正常供水。     

玉米根系特征的基因型差异及与氮吸收效率的关系

在4个硝酸盐浓度下进行2个玉米品种盆栽砂培试验,研究玉米根系特征的基因型差异对硝酸盐浓度的响应及与氮素吸收效率的关系。结果表明,氮高效品种郑单958在硝酸盐浓度为0.08、0.8、4.0 mmol/L时,根重、根幅、根长、根表面积、根体积、分枝数、分形维数、根系活力均显著高于氮低效玉米品种内单314。各根系形态指标随硝酸盐浓度的增加逐渐增加,当硝酸盐浓度从4.0 mmol/L增加至8.0 mmol/L时,不同基因型品种间差异不显著。在低氮胁迫条件下,玉米主要通过增加细根比例、增加根表面积吸收更多的氮素;在氮素供应充足条件下,通过增加根系平均直径,形成高密的分枝系统吸收氮素。进一步通径分析表明,根长与根体积对氮吸收效率直接影响最大,是氮吸收效率差异的主要原因。