不同水稻品种获取氮能力的差异

采用溶液培养方法研究了不同水稻品种获取氮能力的差异及其原因。结果表明,在不同供氮水平下,不同水稻品种吸氮能力差异显著。随着供氮水平的提高,南光、豫粳7号、黔育421和武运粳7号的氮积累总量增加显著,说明这4个水稻品种对氮的响应度高;而桂单4号、ELIO、云粳38和4007的氮积累总量增加不显著,说明它们对氮的响应度低。对氮响应度高的4个水稻品种的平均吸氮速率随着供氮水平的增加其增幅显著,而其总根长的变化幅度则较小。水稻氮积累总量与总根长和平均吸氮速率的相关关系的分析结果表明,平均吸氮速率对水稻苗期获取氮能力的贡献率大于其总根长的贡献率。     

不同氮效率水稻生育后期氮素积累转运特征

以不同氮效率水稻基因型为供试材料,通过15N标记的氮肥盆栽试验精确定量不同氮效率的水稻齐穗后氮素积累和转运量。结果表明,无论在何种施氮水平下,氮高效水稻(南光和武运粳)的籽粒产量均显著高于氮低效水稻Elio;不同氮效率水稻在齐穗期和齐穗后15天时干物质积累量差异不显著,但在成熟期时氮高效水稻的干物质积累量显著高于氮低效水稻,增幅约为16·4%;与干物质积累相对应的是,不同氮效率水稻的氮素积累量在齐穗期和齐穗后15天也没有差异,但在成熟期时氮高效基因型水稻武运粳和南光的氮素积累量较氮低效基因型水稻Elio高约31%和21%,差异显著。15N标记试验结果可以看出,氮低效水稻Elio齐穗时吸收的一部分15N移出了植株体,其占15N转运量的11%。从齐穗至成熟,氮低效水稻Elio从茎叶转移出的15N量(2·75mg穴-1)远远低于氮高效水稻武运粳(3·54mg穴-1)和南光(3·22mg穴-1),差异显著。氮高效水稻武运粳和南光从茎叶转移出的15N量约占籽粒所需N量的91%和85%,而从土壤中吸收的15N量约占9%和15%。综上所述,氮高效、低效水稻氮素积累和转运特征的差异主要表现在齐穗期以后,氮高效水稻具有强的氮素吸收或者转运能力,以满足籽粒形成期植株对氮素的利用。     

不同氮形态对两种基因型水稻根系形态及氮吸收效率的影响

为了探索不同铵硝配比对水稻根系形态和地上部N累积量的影响及其与根系吸N量的关系,以苗期N高效品种桂单4号和N低效品种南光为材料,设置1.0mmol/L NO3--N、0.5mmol/L NH4NO3、1.0mmol/L NH4 -N 3个N处理开展了研究.结果表明:含有NO3--N的处理总根长、总根数和总根表面积均明显高于NH4 -N的处理,且桂单4号和南光两种基因型水稻之间存在差异.两品种均在0.5 mmol/L NH4NO3处理中根系吸N量最高,其次是1.0 mmol/L NH4 -N处理,1.0 mmol/L NO3--N的处理根系吸N量最少.     

不同水稻品种对铵态氮和硝态氮吸收特性的研究

采用水培方法研究了不同形态氮素对武育粳 3号 (常规粳稻 )和扬稻 6号 (常规籼稻 )生长的影响及其水稻苗期对NH 4 N和NO-3 N的吸收动力学特征。结果表明 :不同形态氮素对水稻生长影响差异显著 ,铵硝混合营养下水稻的生长最优 ;扬稻 6号比武育粳 3号具有更强的氮素吸收能力 ;不论武育粳 3号或是扬稻 6号 ,单一氮源时NO-3 的Km 值均大于NH 4 ,说明水稻对NH 4 的亲和力大于NO-3 ,武育粳 3号对NH 4 的最大吸收速率小于NO-3 ,而扬稻 6号则极为接近 ;NH 4 的存在均显著降低两个水稻品种对NO-3的吸收速率 ,武育粳 3号和扬稻 6号的NO-3 的Vmax分别比单一硝营养减小 1/ 2和 2 / 3,NO-3 的存在不影响武育粳 3号对NH 4 的吸收速率 ,但使扬稻 6号对NH 4 的吸收速率减小     

不同氮效率水稻生育后期氮代谢酶活性的变化特征

以不同氮效率水稻基因型为供试材料,研究了两个供氮水平下水稻生育后期功能叶和茎秆的氮、可溶性蛋白浓度和氮转运量以及氮代谢关键酶的变化。结果表明:与对照相比,施氮处理能显著增加不同氮效率水稻功能叶和茎秆的氮、可溶性蛋白的浓度和氮转运量。在不同的施氮水平下,水稻从齐穗至成熟顶三叶的氮浓度降低了60%～67%;而茎秆氮在生育后期对籽粒氮的贡献取决于环境供氮水平,与对照相比施氮处理水稻从茎秆转运出的氮大幅提高,在不同的供氮水平下南光的叶片和茎秆氮转运量显著高于Elio。与对照相比,施氮处理增加齐穗期时硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)的活性。随生育期的推进,四种氮代谢酶活性随之降低。南光的NR和GS酶活性显著高于Elio,但NR活性受水稻生育期和环境供氮水平的影响较大;南光的GOGAT和GDH的活性显著低于Elio。相关分析表明,NR和GS活性与功能叶和茎秆的氮转运量呈显著正相关。这就意味着水稻生育后期功能叶和茎秆的NR和GS活性高,尤其是GS活性高是筛选水稻氮高效的重要指标。     

不同施氮量对水稻氮素吸收与分配的影响

运用15N示踪法研究了不同施氮量对两个品种水稻（4007和武运粳15）干物质积累量与其对15N吸收及分配的影响。结果表明,当施氮量超过N 150 kg/hm2时, 两个品种水稻子粒产量均不再显著增加。4007在4个施氮量下(N 100,150,200和 250 kg/hm2)分别比无氮区增产22.3%,36.9%,43.2%和38.1%;武运粳15分别增产10.6%,18.8%,27.1%和21.5%。同一施氮量下,4007子粒中15N累积量显著高于武运粳15,但茎叶和根中没有差异。增加施氮量降低了15N在水稻子粒中的分配比例,但提高了茎叶中15N的分配比例。15N在根中的分配比例不受施氮量和品种的影响。研究结果还表明,同一施氮量下,4007对肥料氮的总体利用率要比武运粳15高3～6个百分点。     

铝胁迫下磷对水稻苗期生长的影响及水稻耐铝性与磷效率的关系

选用两个耐铝性差异较大的水稻品种武运粳7号(耐铝品种)和扬稻6号(铝敏感品种)作为实验材料,利用水培铝-磷交替处理试验研究了磷对水稻铝胁迫下苗期生长的影响及水稻耐铝性与磷效率之间的关系。结果表明,从水稻铝-磷交替处理下的生物量和根系形态等指标来看,P缓解了Al对两个水稻品种的毒害作用,且对敏感品种扬稻6号的缓解作用更加明显。铝-磷交替处理下,武运粳7号的体内磷含量显著高于扬稻6号的,而根部铝含量显著低于扬稻6号,因此武运粳7号体内的P/Al显著高于扬稻6号;同时,虽然两个品种间根表及根自由空间中Al浓度没有差别,而武运粳7号根表及根自由空间中P浓度显著高于扬稻6号,表现出耐铝品种更强的质外体解铝毒能力,这可能与武运粳7号较强的磷吸收效率有关。此外,与耐铝品种武运粳7号相比,铝敏感品种扬稻6号虽然磷吸收效率低,但利用效率高,即两个水稻品种的耐铝性与水稻的磷吸收效率和利用效率不一致,这为酸性土壤水稻育种提供了理论基础,即选育适应酸性土壤的水稻基因型不仅要关注其耐铝性还要关注其磷利用效率。     

不同氮效率水稻品种增硝营养下根系生长的响应特征

试验采用两室分根盒和溶液培养方法,研究了在增硝营养下不同氮效率水稻品种根系生长的响应特征。结果表明,在本试验条件下,与全铵培养下的根系相比,氮高效水稻品种南光在铵硝混合培养下的根系干重和氮积累量显著增加,增幅达33%和41%;同时其根系表面积、根系体积和侧根数增幅均达到显著水平,但根系长度却无明显增加。氮低效水稻品种Elio在铵硝混合培养下的根系生长差异均不显著。这表明氮高效水稻品种南光的根系生长对增硝营养的响应度强,进而促进了根系对氮素的吸收利用。从本试验的结果可推论,水稻对增硝营养的强响应度可能是水稻氮素高效吸收利用的生理机制之一。     

增硝营养对不同基因型水稻苗期硝酸还原酶活性及其表达量的影响

利用控制条件下的溶液培养方法,研究了增硝营养(NH4+∶NO3-比例为100∶0和50∶50)对两种不同的基因型水稻南光和云粳苗期生长和硝酸还原酶(NR)活性及基因表达量的影响。结果表明,不同基因型水稻在增NO3-营养下生物量、氮素含量、氮积累量的增幅南光大于云粳。NO3-的存在增强了水稻硝酸还原酶的活力和NR基因OsNia1、OsNia2的表达。不同基因在水稻幼苗中,两个品种OsNia2的相对表达量均高于OsNia1。就品种而言,无论叶片还是根系,增硝后南光OsNia2mRNA表达量都高于云粳;南光叶片OsNia1mRNA表达量也较云粳叶片高。增硝营养提高了水稻NR基因的表达,增加了NR活性,促进了水稻NO3-的同化利用,从而增加了氮素在植株地上部的积累同化。南光和云粳相比,前者对NO3-的响应更为强烈。     

水稻根系生长对不同氮形态响应的动态变化

土壤养分供应变异很大,植物根系生长对这种养分变异的响应非常敏感.为了探索水稻根系生长对N素供应响应的动态变化规律以及这种适应性变化与水稻N效率之间的关系,采用水培方法,以两个苗期不同N效率水稻品种桂单4号和南光为研究材料,比较了不同铵硝比、不同浓度NH4、不同浓度NO3-和不同浓度NH4NO3对水稻根系构型参数的影响.结果表明:NH4 和NH4NO3供应显著降低了总根长、总根表面积和总根体积,且有增加平均根直径的趋势;而NO3-供应在0～1 mmol/L浓度范围内,增加了总根长、总根表面积和总根体积,降低了平均根直径,但当NO3-供应超过1 mmo1/L后,NO3-却有降低总根长、总根表面积和总根体积的趋势,对平均根直径没有明显影响.苗期N高效基因型桂单4号总根长和总根表面积在各种N素营养条件下均显著高于N低效基因型南光.上述结果表明,NH4 和NH4NO3都抑制了水稻根系生长,而NO3-为低浓度诱导、高浓度抑制根系生长,根长和根表面积,对提高水稻N效率贡献较大.     

不同基因型水稻苗期氮营养特性差异及综合评价

氮肥过量施用,不仅造成氮肥大量流失,还增加了农业生产成本,对生态环境带来了巨大的威胁。筛选氮高效基因型水稻品种是提高氮素利用效率、降低环境污染的有效途径。本文利用营养液培养方法,研究了55个水稻品种(系)在相同供氮水平(40 mg·L~(-1))、不同供氮形态(NH_4~+-N和NO_3~–-N)条件下苗期吸收与积累氮素的差异。并采用隶属函数法将评价指标进行标准化,基于氮效率综合值,运用分层聚类热图分析,进行55个水稻品种氮效率类型的划分,为氮高效水稻品种的筛选提供依据。在NH_4~+-N和NO_3~–-N培养下,不同水稻品种的整株生物量、茎叶生物量、根系生物量、根系氮含量、茎叶氮累积量差异性显著,变异系数分别在0.69~0.80和0.57~0.74之间。通过因子分析发现,在NH_4~+-N和NO_3~–-N培养条件下的主成分情况相同,第1主成分由整株生物量、茎叶生物量、根系生物量、整株氮累积量、茎叶氮累积量、根系氮累积量决定,主要为反映植株的生物量及氮素累积量指标;第2主成分由不同器官的氮含量决定。综合水稻苗期氮素吸收累积变异特征及因子分析,将整株生物量、茎叶生物量、根系生物量、茎叶氮累积量作为水稻苗期氮高效综合评价指标。根据隶属函数法计算出的氮效率综合值和采用欧氏距离平方拟合的分层聚类热图,55个供试水稻品种可分为氮高效型、氮中效型、氮低效型3大类,分别占供试品种总数的10.91%、27.27%、61.82%。在NH_4~+-N和NO_3~–-N供应条件下,初步确定‘广两优3905’、‘甬优9号’、‘中籼2503’、‘Ⅱ优602’、‘两优766’和‘深两优1813’为氮高效型品种。     

不同的水稻品种产量及生理氮素利用效率的差异

Efficient use of N in agricultural practice can increase yield, decrease production costs and reduce the risk of environmental pollution. Effects of N fertilizer application rates on grain yield and physiological N use efficiency (PE) in relation to the accumulation and redistribution of biomass and N in rice (Oryza sativa L.) cultivars were studied at two experimental farms of Nanjing Agricultural University, Nanjing, China in 2004. Three high N use efficiency (NUE) rice cultivars (Wuyunjing 7, Nanguang and 4007) and one low NUE rice cultivar (Elio) with similar growth patterns were studied under seven N rates (0, 60, 120, 180, 240, 300 and 360 kg ha^-1). Grain yield increased with the N application rate and attained plateau at 180 kg N ha^-1 for rice cultivars at each site. Increasing N rate decreased PE for biomass and grain yield. Grain yield and PE of Elio were about 20% and 18% lower than those of high NUE cultivars. Differences in biomass, N accumulation and N redistribution were observed at the post-heading stage among rice cultivars with differing NUEs. The less reproductive tillers of Elio resulted in less demand for C and N during grain filling, thus leading to lower PE of Elio compared with the high NUE rice cultivars.     

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。     

水稻根系形态与氮素吸收累积的相关性分析

【目的】氮肥过量施用,不仅造成氮肥大量流失,还增加了农业生产成本,对生态环境带来了巨大的威胁。水稻根系形态作为影响养分吸收和利用的主要因素之一,明确其与氮素吸收累积的相关性是提高氮素利用效率、降低环境污染的有效途径。【方法】利用营养液培养方法,研究了 55 个水稻品种在 NH₄+-N 和 NO₃–-N 供应条件下苗期植株生物量、氮含量和氮素累积量及其与根系形态指标的相关性。【结果】在 NH₄+-N 培养下,水稻营养指标与根系形态指标的相关性高于其在 NO₃–-N 培养下的相关性。在相同供氮水平下,供应 NH₄+-N 的水稻苗期平均生物量为 55.77 mg/plant,比供应 NO₃–-N 的量高 4.94 mg/plant;水稻苗期平均氮含量为 4.22%,比供应 NO₃–-N 的高 0.72%;水稻苗期平均氮累积量为 1.91 mg/plant,比供应 NO₃–-N 的苗期平均氮累积量高 0.67 mg/plant。在 NH₄+-N 和 NO₃–-N 两种氮素形态培养条件下,水稻根系形态指标品种间根尖数变异系数最大,平均根系直径变异系数最小。总根体积、总根面积、总根长、分枝数四个形态指标与植株生物量、植株氮含量、植株氮累积量相关性最为显著,且相关系数 (r) 呈总根体积 > 总根面积 > 总根长 > 分枝数的规律。在 NH₄+-N 培养下的水稻营养指标与根系形态指标的相关性要高于其在 NO₃–-N 培养下的相关性。【结论】水稻苗期总根体积、总根面积、总根长、分枝数可作为水稻氮高效评价的重要指标。