低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种幼苗根系形态和生理特征的影响

采用水培方法,以2个耐低氮品种和2个不耐低氮玉米品种为材料,以正常氮处理B3[15 mmol(N)·L?1]为对照,研究2个低氮胁迫水平B1[0.05 mmol(N)·L?1]、B2[0.5 mmol(N)·L?1]对不同耐低氮性玉米品种苗期根系形态和伤流量及氮代谢关键酶活性的影响。结果表明:与正常供氮处理相比,在B1和B2低氮胁迫处理下,玉米幼苗根系伤流量和硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)活性均下降,耐低氮品种上述各指标的降幅(29.8%和8.7%、46.9%和39.6%、7.3%和4.4%、31.3%和19.8%)均小于不耐低氮品种(37.0%和27.5%、68.8%和56.6%、24.5%和18.7%、60.7%和42.7%),且在B1处理下耐低氮品种根系NR、GDH活性分别是不耐低氮品种的1.4倍、1.35倍。低氮胁迫对玉米苗期地上部生长的影响大于对地下部生长的影响,使地上部干重显著降低,根冠比显著增大,根数减少;在B1和B2处理下,不耐低氮品种根冠比增幅(81.6%和25.4%)、根数降幅(22.2%和31.1%)均大于耐低氮品种(61.0%和21.1%、19.8%和19.4%)。随着低氮胁迫程度的增大,耐低氮品种根长增长,根粗减小,对低氮胁迫的响应能力增大,表现为根系伸长变细以增加对氮的吸收面积。与不耐低氮品种相比,低氮胁迫下耐低氮品种根系形态较好,根系生理活性和对低氮胁迫的耐性较强,能维持较稳定的生长;随着低氮胁迫时间的延长,耐低氮品种对低氮胁迫的适应性增强,不耐低氮品种则降低。     

低铁胁迫对玉米苗期根系生长和铁素吸收利用的影响

为了揭示不同耐低铁玉米品种苗期根系生长和铁素吸收利用的差异,为玉米耐低铁能力的遗传改良提供依据,以耐低铁玉米品种‘正红2号’和不耐低铁玉米品种‘川单418’为材料,采用重度[10μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]、中度[30μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]和轻度[50μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]3种低铁胁迫及对照[100μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]的铁营养液处理3叶1心玉米幼苗,分析低铁胁迫对不同耐低铁玉米品种苗期根系生长和铁素吸收利用的影响。结果表明,随着营养液铁浓度降低,两个玉米品种幼苗的根长、根体积、根系活力、干物质、铁含量、铁积累量、相对吸铁能力均显著降低,但根系麦根酸分泌量增多,铁素向地上部转移分配能力增强,铁素的生理效率提高,这是玉米适应低铁胁迫的重要生理机制之一。玉米幼苗的铁素积累量与根长、根体积、根干重、根系活力等根系性状均呈极显著或显著正相关。耐低铁玉米品种在中度和重度低铁胁迫下根长、根体积、根干重、根系活力均较不耐低铁玉米品种高,是其铁素吸收积累量高的重要原因。根系麦根酸分泌量与铁素茎叶分配率呈正相关,铁素茎叶分配率与铁素生理效率呈极显著正相关,增加根系麦根酸的分泌量可在一定程度上提高玉米铁素的茎叶分配率,从而提高铁素生理效率;耐低铁玉米品种在中度和重度低铁胁迫下麦根酸分泌量增幅高于不耐低铁玉米品种,是其铁素生理效率高的主要原因。     

低钾胁迫下不同耐低钾玉米品种(系)开花后根系生长和结构的变化

[目的]土壤缺钾常引起植株早衰,严重影响玉米产量.从玉米开花后根系形态、结构和活性等参数的变化,研究低钾胁迫下玉米早衰的机理.[方法]以耐低钾玉米自交系90-21-3和钾敏感玉米自交系D937为试材,进行池栽试验.设置天然低钾土壤(低钾,-K)和正常供钾(CK,+K)两个处理,分别于玉米开花后测定根系形态、结构和活性等...     

低氮胁迫对不同耐低氮玉米品种苗期伤流液性状及根系活力的影响

【目的】研究了低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种苗期生长、伤流性状及根系活力的影响,比较不同耐低氮性玉米品种对低氮胁迫响应的差异,以期为西南丘陵地区耐低氮玉米品种的选育提供理论依据。 【方法】以两个耐低氮品种‘正红 311’、‘成单 30’和两个低氮敏感品种‘先玉 508’、‘三北 2 号’为试验材料进行水培试验,营养液设置 4 个氮水平:0、0.05、0.5、5 mmol/L。测定了苗期株高等形态指标、干物质积累量、根系活力,计算了根冠比、活跃吸收面积比、伤流液中可溶性蛋白等转运速度及氨基酸/硝态氮浓度的比值。 【结果】低氮胁迫下玉米苗期苗高、茎粗、叶面积、SPAD、单株干重、地上部干重、伤流强度,伤流液中可溶性蛋白和可溶性糖转运速度,氨基酸和硝态氮转运速度及浓度,根系活力,根系总吸收面积和根系活跃吸收面积均显著下降,但耐低氮品种各指标的降幅均低于低氮敏感品种。根冠比、伤流液中氨基酸/硝态氮浓度比值均显著升高,可溶性蛋白和可溶性糖浓度随胁迫时间的延长表现出先下降后升高的趋势。耐低氮品种根冠比增幅低于低氮敏感品种,而可溶性蛋白浓度的增幅高于低氮敏感品种,且低氮胁迫下耐低氮品种根系活力、伤流液中可溶性蛋白和可溶性糖浓度显著高于低氮敏感品种。 【结论】耐低氮品种在低氮胁迫下能够保持较高的根系活力,进而促进了根系对营养物质的吸收和转运,提高了伤流液中各组分的浓度和转运速度,较好地维持了碳氮循环,从而有效地协调了植株地上、地下部养分和物质的分配,控制了根冠比的增加,维持了地上部的生长。     

不同磷效率小麦对低铁胁迫的基因型差异

用营养液培养方法研究了不同磷效率小麦幼苗对低铁胁迫的基因型差异。结果表明,低铁胁迫(-Fe)对磷高效基因型小麦生长的抑制作用显著大于对磷低效基因型。低铁处理下,磷高效基因型81(85)-5-3-3-3、Xiaoyan54和Taihe-5025的植株地上部干重平均比正常供铁(+Fe)处理下降55.2%;磷低效基因型Jinghe90-Jian-17、NC37和Jing41平均33.0%。低铁胁迫显著降低了磷高效基因型小麦的叶片叶绿素含量,3个磷高效基因型的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量分别降低了35.6%、35.3%和35.3%,磷低效基因型分别降低了16.8%、7.7%和11.9%。低铁胁迫对小麦的根系生长、根系吸磷量和磷利用效率均未产生明显的影响,但显著降低了磷高效基因型小麦的植株地上部吸磷量和根效率比。与正常供铁的处理相比,磷高效和磷低效基因型小麦的地上部吸磷量和根效率比在低铁处理中平均降低了55.0%、54.9%和32.5%、36.4%。磷高效基因型小麦植株体内积累的磷量明显高于磷低效基因型,这是磷高效基因型不耐低铁的主要原因。磷效率越高,对低铁的反应越敏感。     

玉米自交系苗期耐低磷的根系生理特性研究

以磷高效型04419和磷低效型04065玉米自交系为材料,研究了砂培试验条件下,二者在需磷临界期(苗期)的根系生理特性差异。低磷处理下,4～8叶期磷低效型04065玉米根系酸性磷酸酶(APase)活性显著高于磷高效型04419玉米,而其根系磷含量显著低于04419,表明根系APase水平能够反映不同基因型玉米磷效率的差异。当低磷处理至6～8叶期,除根冠比外,二者根系APase、根系活力、根系丙二醛(MDA)、根系总长和干物质积累差异显著,表明不同基因型玉米对低磷的耐受能力是多种生理反应综合作用的结果。     

不同氮水平下玉米苗期根系形态和氮吸收量的 QTL 定位

【目的】玉米的根系形态与氮素吸收能力关系密切,利用单片段代换群体对玉米苗期根系形态相关性状和植株氮吸收量进行 QTL 定位,可为进一步精细定位并克隆控制玉米低氮下优异根系形态和氮吸收的主效 QTL 奠定基础。【方法】以氮效率差异显著的两亲本许 178 和综 3 构建的 150 个玉米单片段代换系 (SSSL) 群体作为研究材料,进行水培试验。以 Ca (NO₃)₂ 作为氮源,设置高氮 (4 mmol/L NO₃– )和低氮 (0.05 mmol/L NO₃– ) 两个处理,培养 20 d 后分根、冠收获植株,测定生物量和氮含量。通过 WinRHIZO 根系分析系统获得根系的总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数等指标。根据代换系与亲本许 178 表型值的 T-test 结果,利用该群体 SSR 遗传连锁图谱,在 P ≤ 0.001 条件下定位所调查性状的 QTL。【结果】高氮条件下 SSSL 群体除了根直径与总根长和根尖数没有显著相关性以外,其它各性状之间均显著或极显著正相关,并且植株氮吸收量也与根系各性状呈显著或极显著正相关;低氮条件下,除了根直径以外,植株氮吸收量与其他根系性状均呈极显著正相关,并且地上部和根部氮累积量均与根表面积的相关性最大。在高氮条件下共检测到 102 个 QTL 位点,包括 40 个根形态相关 QTL、34 个植株生物量 QTL 和 28 个氮吸收量 QTL;在低氮条件下共检测到 85 个 QTL 位点,包括 47 个根形态 QTL、22 个植株生物量 QTL 和 16 个氮吸收量 QTL。所检测到的根形态相关 QTL 与生物量和氮积累量 QTL 成簇存在,同一 QTL 区间多同时检测到根形态 QTL 和氮吸收量 QTL。高氮条件下,在代换系 1428、1376、1282、1266 和 1473 的代换区间上检测到高氮特异的 QTL 簇,同时包括多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–43% 到 84%。低氮下,在代换系 1419 和 1314 的代换区间上同时检测到低氮特异的多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–32% 到 55%。【结论】单片段代换系 1419 和 1314 所包含的代换片段 bnlg182—bnlg2295 和 umc1013—umc2047 检测到多个低氮特异的 QTL,并且这两个区间在前人的研究中均有玉米氮效率相关 QTL 检测到,说明该区间包含有玉米根系形态和氮吸收量的主效 QTL,在玉米氮高效吸收中可能起重要作用。     

低磷胁迫下不同磷效率玉米某些特性的基因型差异

以2个磷高效玉米基因型6112、6060和2个磷低效玉米基因型6105、6128为材料进行试验,研究了低磷胁迫下不同磷效率玉米基因型生物学指数、根系分泌物指数、叶片活性氧清除酶活性(SOD、CAT)和叶片丙二醛LP/P的差异,其结果是:磷高效基因型的生物学指数、根系分泌物指数和叶片活性氧清除酶活性比磷低效基因型高,而叶片丙二醛LP/P比磷低效基因型低。表明磷高效基因型比磷低效基因型具有较强的低磷忍耐能力、分解吸收磷能力、活性氧清除能力和自我修复能力。     

低磷胁迫下小麦根系反应的基因型差异

本研究采用液培、根际原位显色和离子耗竭技术等方法,探索了小麦不同基因型根际对磷酸三钙的溶解作用,根际分泌酸性磷酸酯酶,根际氧化还原活力以及吸磷动力学的差异。结果表明,磷高效基因型不仅根系发达,而且溶解磷酸三钙的能力、酸性磷酸酯酶的分泌量和活性,对还原态甲烯蓝的氧化作用,对TTC的还原作用和吸磷动力系参数中的Imax等都显著优于磷低效基因型。有机碳分泌量高,对钙的吸收速度快也是磷高效基因型的重要特性。     

玉米苗期根系对氮胁迫反应的配合力分析

研究利用7个玉米自交系,采用NC-Ⅱ设计,分析了玉米苗期根系性状对氮胁迫反应的配合力及遗传参数变化。结果表明,在2个氮水平下,玉米苗期根系性状的一般配合力、特殊配合力都存在显著的基因型差异,而且不同的基因型在氮胁迫下的反应也不尽相同。高氮下,根系性状除轴根长以外均以非加性遗传为主;氮胁迫下,除轴根数以外的根系性状以加性遗传为主。2个氮水平下,根干重、总根长和侧根长的广义遗传力均较高;与高氮处理相比,在低氮胁迫下,根系性状的广义遗传力表现为下降趋势,根干重、总根长和侧根长的狭义遗传力有上升的趋势。     

玉米杂交种苗期耐低氮指标的筛选与综合评价

为探明耐低氮玉米杂交种的苗期筛选鉴定方法,筛选出耐低氮能力强、可推广应用到生产上的玉米杂交种,本研究采用蛭石和珍珠岩盆栽、Hoagland营养液培养方式,以西南地区生产中应用的51个玉米杂交种为材料,对供试品种进行了2年的低氮胁迫苗期筛选试验。结果表明:低氮胁迫对各玉米品种苗期主要形态、生理指标均有显著影响,但影响的程度在指标间和品种间均有较大差异。根据相对值变异系数大小,筛选出叶面积、氮积累量、根冠比、地上部干重、根体积、根干重和单株干重7个指标作为耐低氮能力的评价指标。以7个指标归一化的变异系数为权重进行耐低氮能力模糊隶属函数综合评价,并与用全部指标(第1年为13个指标,第2年为25个指标)模糊隶属函数评价和主成分分析法评价的结果进行比较,7个指标评价结果与全部指标综合评价结果基本一致,得出的耐低氮能力强和弱的前10个品种的重合率分别达90%和80%,说明筛选指标的代表性和评价方法的可行性。本研究表明上述7个指标可以作为玉米苗期耐低氮能力评价指标,并筛选出‘正红311’、‘成单30’、‘黔北2号’等适宜于中国西南丘陵山区种植的耐低氮品种。     

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。     

低氮胁迫对耐低氮玉米品种苗期光合及叶绿素荧光特性的影响

【目的】叶绿素荧光参数经常用来评价光合器官的功能和环境压力的影响,不同玉米基因型耐低氮胁迫能力差异较大,与光合及叶绿素荧光特性对低氮胁迫的响应机制有关。本文以耐低氮能力差异较大的4个玉米杂交种为试验材料,研究了低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种苗期光合及叶绿素荧光特性的影响,以期明确耐低氮胁迫玉米品种的光合机制。【方法】采用二因素完全随机设计盆栽试验,因素A为不同耐低氮性玉米品种:‘正红311’、‘成单30’和不耐低氮品种‘先玉508’、‘三北2号’;因素B为不同氮素水平:正常氮CK(霍格兰完全营养液,N 15 mmol/L)、低氮胁迫LN1(N 0.5 mmol/L)、极低氮胁迫LN2(N 0.05 mmol/L)。测定了苗期单株干物质积累量,单株氮素积累量,叶片叶绿素含量与荧光特性,以及光合效率指标。【结果】低氮胁迫下玉米苗期单株干物质积累量、单株氮素积累量、叶片叶绿素含量等生理指标显著下降,但耐低氮品种的下降幅度显著低于不耐低氮品种;低氮胁迫下玉米苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)显著降低,胞间CO2浓度(Ci)显著升高,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)的降幅及胞间CO2浓度(Ci)的增幅耐低氮品种均显著低于不耐低氮品种;低氮胁迫下可变荧光(Fv)、最大荧光(Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/F0)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ有效光量子产量(Fv'/Fm')和光化学猝灭系数(q P)等叶绿素荧光特性也均显著降低,耐低氮品种下降幅度显著低于不耐低氮品种;低氮胁迫下耐低氮品种PSⅡ实际光量子产量(ΦPSⅡ)降低,不耐低氮品种有所增加;而耐低氮品种非光化学猝灭系数(NPQ)升高,不耐低氮品种有所降低。【结论】耐低氮玉米品种能够减缓低氮胁迫对植株光合系统的影响,进而保证植株较高的氮素积累,提高叶片叶绿素含量,维持较高的PSⅡ有效光量子产量(Fv'/Fm')和光化学猝灭系数(q P),为光合作用提供充足的光能;从而保持了较高的净光合速率(Pn),保证了耐低氮品种在低氮条件下保持较高的干物质生产。