不同基因型糯玉米氮素吸收利用效率的研究 工．氮素吸收利用的基因型差异

为明确糯玉米的氮素吸收利用特性及为因种施肥和氮素高效利用提供依据，开展了同一氮素供应水平下31个糯玉米品种氮素吸收利用的基因型差异研究。结果表明，生产鲜穗、鲜子粒和成熟子粒糯玉米的氮素利用效率品种间变异范围分别为57．82～ 98．65、39．43～ 61．31和31．70～ 53．70 kg／kg。聚类分析指出，无论其收获产品是鲜穗、鲜子粒还是成熟子粒，均属于高产、氮素高效吸收利用的品种有6个，其百公斤鲜穗、鲜子粒及成熟子粒需氮 量平均值分别为1．244、1．884和2．091 kg。通径分析表明，提高品种鲜穗和鲜子粒产量，改良吸氮总量起主导作用；提高成熟期子粒产量，改良吸氮总量和氮素利用效率并重。     

不同基因型糯玉米氮素吸收利用效率的研究 II.氮素积累动态的基因型差异

为了解糯玉米氮素积累进程的变化规律,阐明不同生育时期氮素积累的基因型差异及其对产量形成的作用,分析了31个糯玉米品种在同一施氮水平下四叶期、拔节期、大口期(12叶期)、开花(吐丝)期、鲜穗采收期和成熟期的植株氮素积累量。结果表明,植株氮素含量随生育进程逐渐下降,植株氮素积累量随生育进程的增加呈不对称的S型曲线变化,可用Richards方程拟合。不同品种各生育时期的氮素含量和积累量均存在显著差异。鲜穗高产品种主要在大口至开花阶段增加了吸氮量;而鲜子粒及成熟子粒高产品种主要在大口至开花,其次在开花至鲜穗采收阶段增加了吸氮量。通径分析表明,氮素积累过程主要影响氮素积累总量的高低,而对氮素利用效率影响较小。氮素积累过程S型曲线的Richards方程特征参数品种间差异显著。最大积累速率大、活跃积累期长、快增期的积累速率大和持续时间长对提高品种的氮素吸收总量有利。属于高产、氮素吸收量大、氮素利用效率高的基因型有6个品种,其大口至开花及开花至鲜穗采收阶段的吸氮量平均值分别为1.136和0.554 g/plant,比其它品种分别高24.3%和37.8%;最大积累速率和快增期的积累速率分别为0.068和0.059 g/(d.plant),比其它品种分别高15.8%和15.9%。活跃积累期和快增期的持续时间平均值分别为63.4和29.5 d,比其它品种分别延长了1.9和0.9d。     

不同基因型糯玉米氮素吸收利用效率的研究 II.氮素积累动态的基因型差异

为了解糯玉米氮素积累进程的变化规律,阐明不同生育时期氮素积累的基因型差异及其对产量形成的作用,分析了31个糯玉米品种在同一施氮水平下四叶期、拔节期、大口期(12叶期)、开花(吐丝)期、鲜穗采收期和成熟期的植株氮素积累量。结果表明,植株氮素含量随生育进程逐渐下降,植株氮素积累量随生育进程的增加呈不对称的S型曲线变化,可用Richards方程拟合。不同品种各生育时期的氮素含量和积累量均存在显著差异。鲜穗高产品种主要在大口至开花阶段增加了吸氮量;而鲜子粒及成熟子粒高产品种主要在大口至开花,其次在开花至鲜穗采收阶段增加了吸氮量。通径分析表明,氮素积累过程主要影响氮素积累总量的高低,而对氮素利用效率影响较小。氮素积累过程S型曲线的Richards方程特征参数品种间差异显著。最大积累速率大、活跃积累期长、快增期的积累速率大和持续时间长对提高品种的氮素吸收总量有利。属于高产、氮素吸收量大、氮素利用效率高的基因型有6个品种,其大口至开花及开花至鲜穗采收阶段的吸氮量平均值分别为1.136和0.554.g/plant,比其它品种分别高24.3%和37.8%;最大积累速率和快增期的积累速率分别为0.068和0.059.g/(d.plant),比其它品种分别高15.8%和15.9%。活跃积累期和快增期的持续时间平均值分别为63.4和29.5.d,比其它品种分别延长了1.9和0.9d。     

不同基因型糯玉米氮素吸收利用效率的研究Ⅲ.氮素分配转移特性的基因型差异

为了解糯玉米氮素分配转移规律及其与氮索吸收利用的关系，揭示氮素分配转移的基因型差异及其对产量形成的作用，本文在同一氮素供应水平下研究了31个糯玉米品种的氮素分配转移特性。结果表明，糯玉米生育期间氮素的分配中心是随生长中心转移而变化的，开花前主要分配在叶片和茎秆中，开花后氮素的分配中心开始由茎、叶转向雌穗，并逐渐以子粒建成为中心。糯玉米不同品种各器官氮素转移率及其对收获产品的贡献率存在显著差异。相关分析表明，氮素转移率主要影响产量、氮素利用效率及氮收获指数的高低，而对氮素吸收总量的影响较小。通径分析表明，鲜穗高产品种茎秆的氮素转移率较高，鲜子粒高产品种茎秆和雄穗的氮素转移率较高，成熟子粒高产品种叶片、苞叶及穗轴的氮素转移率均较高；叶片的氮素转移率高有利于品种鲜穗、鲜子粒及成熟子粒氮素利用效率的提高。属于高产、氮素吸收量大、氮素利用效率高基因型的6个品种，其鲜食期和成熟期的氮素总转移率平均值分别为25．53％和47．60％，比其他品种分别高27．48％和22．94％；鲜食期和成熟期的子粒氮收获指数平均值分别为0．35和0．62，比其他品种分别高8．43％和9．90％。     

甜玉米氮素吸收利用的基因型差异

以近年来育成的22个甜玉米品种为材料,在同一供氮水平下对其氮素吸收利用的基因型差异进行了研究。结果表明,不同品种产量、氮素积累量和氮素利用效率都存在着显著差异。氮素积累量变幅为126.6～243.8 kg/hm2,鲜果穗和鲜子粒氮素利用效率的变幅分别为43.5～62.0 kg/kg和28.4～46.0 kg/kg。聚类分析结果看出,鲜果穗、鲜子粒均表现为高产、氮素积累量大、氮素利用效率高的品种是金凤5号、穗美9701和金师王,其氮素积累量均值为214.4kg/hm2,鲜果穗和鲜子粒的氮素利用效率分别为50.8kg/kg和38.2kg/kg。通径分析表明,氮素积累量对不同品种产量的作用大于氮素利用效率对产量的作用,说明鲜食甜玉米品种的高产关键在于改良品种的氮素积累量,并在此基础上提高氮素的利用效率。     

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。     

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。     

氮素形态对不同磷效率基因型小麦生长和氮素吸收及基因型差异的影响

对2种不同磷效率基因型小麦幼苗水培结果表明,NO3-N和NH4NO3-N对小麦植株地上部生长的影响无明显差异,但是对根系生长的影响明显不同。NH4-N对小麦幼苗的生长有明显的抑制作用,且对根系生长的抑制程度显著大于对地上部;对磷低效基因型Jing411的抑制程度明显大于对磷高效基因型Xiaoyan54。NH4NO3-N处理有利于提高植株地上部氮含量和植株的氮吸收效率。Xiaoyan54的植株吸氮量在NH4NO3-N处理中最高,Jing411在NO3-N处理中最高。不同处理对营养液pH值的影响明显不同。NH4NO3-N和NH4-N处理导致营养液pH值降低,NO3-N处理使营养液pH值升高,不同磷效率基因型小麦使营养液pH值降低或升高的程度不同。小麦磷效率基因型差异的表现与否和氮素形态有关,以植株地上部干重为磷效率指标的基因型差异在供应NO3-N时不表现。磷高效基因型Xiaoyan54的生长显著优于磷低效基因型Jing411。     

水稻氮素利用效率的基因型差异与调控途径

针对当前我国稻田土壤普遍施氮过量，水稻氮素利用效率不高的问题；本文综述了水稻氮素利用率与其基因型差异的生理机制和分子生理层面的研究进展。水稻氮素利用效率受多方面因素的制约，品种间的氮素利用效率差异是制约实际生产的关键因素，这种差异对水稻氮素营养特征的作用主要体现在水稻产量形成、光合特征和根系生物学特征等方面。水稻对不同形态氮素的吸收、转运和同化等过程都由相关的转运蛋白、酶类所控制，有关分子遗传方面的研究将对水稻氮素干物质生产效率和源库关系的协调提供助力。另外，氮素的同化需要能量和碳骨架，增强叶片光合碳同化的强度将驱动植株体内的氮素趋于更合理的分配，有利于氮素利用效率的提升。当前，利用水稻基因型差异的生理特性和遗传操作对调控水稻氮素利用的尝试已经有了诸多成果。未来应借助其多个遗传位点的功能特性，并通过增碳调控途径，以增强叶片作为光合同化物源强的方式更好地优化和协调源库关系，并对这些过程的生理机制开展更为深入的研究，以期对改善当前的水稻氮素利用效率和促进生产提供支撑。     

宁夏春小麦氮素利用效率的基因型差异研究

采用肥料田间试验和测试分析方法,研究了宁夏春小麦N素利用效率及其构成因素的基因型差异。结果表明,春小麦N素利用效率、籽粒产量、地上部茎叶和籽粒含N量及其N素吸收累积量等均存在明显基因型差异,而且这种差异在中低肥力土壤条件下较中高肥力土壤条件下更为明显。在不施N肥条件下,N素利用效率平均为40.0kg/kg;在施N肥条件下,N素利用效率平均为30.8kg/kg。从中筛选出一批N素利用效率和产量均较高的品种。同时通过相关分析,研究了不同土壤肥力和不同施N水平下N素利用效率与其它N素营养性状及农艺性状之间的关系,提出了培育N高效品种的有用性状指标。     

不同氮肥水平下水稻产量以及氮素吸收、利用的基因型差异比较

采用田间试验在施氮量为06、0、120、1802、40、3003、60.kg/hm27个水平下研究了不同水稻子粒产量、产量构成因子以及氮素吸收和利用的差异。结果表明,水稻品种4007的子粒产量在各个施氮水平下显著高于品种ELIO对氮肥的响应度高。施氮水平显著影响子粒产量构成因子。有效穗数与子粒产量存在显著正相关:ELIO和4007的相关系数(r)分别为0.839**和0.933**,表明有效穗数对水稻子粒产量起着非常重要的作用。本试验条件下,ELIO和4007获得最高产量所需的有效穗数分别为332、561个/m2;两者的氮素吸收效率在各施氮素水平下差异很小,均随着施氮量的增加而增加,而氮素利用效率均随着施氮量的增加而下降。4007的氮素利用效率在各个施氮水平下显著高于ELIO,较高的氮素收获指数(NHI)是主要原因之一。水稻氮素利用效率与成熟期茎秆、叶片的氮含量显著负相关,说明开花期后植物将吸收的氮素从营养器官有效地转运到子粒中是氮素利用效率高的重要原因之一。     

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。     

不同基因型水稻氮利用效率的差异及评价

随着人们对农田氮肥过量施用导致肥料利用率下降和环境污染等问题认识的逐渐加深,不同基因型水稻氮营养效率的研究得到了普遍重视。采用177个粳稻基因型在两个施氮水平下进行田间筛选试验来评价水稻的产量、吸氮量和氮素生理利用效率的变异情况。结果表明,随着供氮水平的增加,水稻的产量和吸氮量随之增加,氮生理利用效率却随之降低;在相同的供氮水平下,不同水稻基因型之间的产量、吸氮量和氮生理利用效率存在显著差异。根据水稻在两个供氮水平下的产量水平把水稻分为四个类型:双高效型、低氮高效型、双低效型和高氮高效型。氮高效基因型可描述为在不同供氮水平下都有较高的产量,同时意味着氮高效品种能吸收大量的氮或有较高的氮生理利用效率。水稻成熟时较低的秸秆氮浓度可表明水稻具有较高的氮生理利用效率。     

鲜食糯玉米籽粒理化特性的基因型差异

以糯玉米国家区域试验14个品种为材料,研究其鲜食期籽粒理化特性的基因型差异。结果表明,鲜食糯玉米籽粒理化特性存在显著的基因型差异,淀粉和蛋白质含量变幅分别在48.7%~72.2%和7.4%~8.9%之间,但其含量高低对籽粒理化特性无显著影响。籽粒淀粉最大吸收波长变幅在531.6~559.4nm之间,但总体上变异较小,且均表现出典型的糯性特征。碘结合力和微量元素含量均存在显著的基因型差异。差示扫描量热仪(DSC)和快速黏度分析仪(RVA)研究表明,供试品种中淮科糯3号和禾盛糯1512黏度特征值较优,适合作鲜穗食用;禾盛糯1512和沈糯062回生值较低,在速冻玉米上具有独特优势。相关分析表明,碘结合力与回生值显著负相关,与回复值显著正相关。微量元素中,Cu、Fe、Ca、Na元素含量与热力学特征值和糊化特征值无显著相关性,Mn、Zn、S和P元素含量与峰值黏度和崩解值显著负相关,K与崩解值显著正相关,S与糊化温度显著正相关。     

甜玉米氮素积累和分配的基因型差异

为了解甜玉米高产品种氮素积累和分配的规律,阐明不同生育阶段氮素积累和分配的基因型差异,及其对产量形成及氮素利用效率的作用,分析了22个甜玉米品种在同一施氮水平下拔节期、开花期和鲜食期的植株氮素积累量和分配量。结果表明,甜玉米品种不同阶段的氮素积累和分配存在着显著的基因型差异。随着生育进程的推进,植株氮素含量逐渐下降,氮素积累量逐渐上升,不同生育阶段的氮素积累量以拔节到开花期最高;氮素在开花前主要分布在叶片中,在开花后开始由叶片逐渐向果穗转移。到鲜食期,甜玉米不同品种果穗中氮素分配量最高,占全株氮素总积累量的41.32%,其次为子粒,氮素分配量占全株氮素积累量的28.53%。高产品种拔节—鲜食期氮素积累量高,鲜果穗高产品种在鲜食期叶片和子粒中的氮素分配较高,鲜子粒高产品种在鲜食期叶片和雄穗中氮素分配量较高且轴中氮素分配量较低。鲜果穗氮素利用效率高的品种主要是由于其减少了开花—鲜食期的氮素积累量,其次是减少了拔节—开花期的氮素积累量,且其在鲜食期叶片、轴和叶鞘中的氮素分配量较少。鲜子粒氮素利用效率和各阶段的氮素积累量及鲜食期各器官的氮素分配量无显著相关关系。     

氮素对玉米幼苗生长、根系形态及氮素吸收利用效率的影响

采用水培试验,比较分析了氮素对高产玉米杂交种幼苗生长、根系形态及氮素吸收利用效率的影响。结果表明,在一定氮素范围内供氮量的增加能够促进玉米地上部的生长,也促进东单90（DD90）和沈玉21（SY21）根系干重的增加,而高量供氮会抑制根系的生长,导致根冠比下降。郑单958（ZD958）在8.0 mmol/L氮水平下地上部受抑制的程度大于根系,造成根冠比有所增加。在各氮素水平下,东单90具有很好的根系形态,提高了氮素的吸收能力,从而提高氮素积累量。随氮浓度的增加,玉米植株氮素吸收效率增大而氮素生理利用效率减小,无论在低氮还是高氮条件下,郑单958和东单90的氮素吸收效率均显著高于沈玉21和郝育12（HY12）,氮素生理利用效率却显著低于沈玉21和郝育12。不同品种对氮素的响应存在显著差异,东单90和郑单958耐低氮和对氮素吸收的能力强,郑单958耐高氮能力相对较弱,沈玉21和郝育12对氮素需求量大,耐低氮能力弱。适宜的氮素供应能更好地协调根系与地上部的关系,促进根系形态发育,增加根系对氮素的接触面积,促进根系对氮素的高效吸收。     

农作物N素利用效率基因型差异及其机理

不同农作物N素利用效率基因型差异主要与N素吸收效率和生理利用效率有关。根系N的吸收动力学、根系形态、吸收时间是影响N素吸收效率的重要因素;N素生理利用效率与N的同化、转运及光合作用、C转运效率等生理过程有关。分析农作物N素利用效率基因型差异机理对提高N肥利用效率,降低N肥损失,充分发挥N肥在农业生产中的作用,降低农业生产成本和保护生态环境,促进农业可持续发展具有重要意义。