不同品种油菜氮效率差异及其生理基础研究

采用盆栽土培试验,以氮胁迫与正常供氮条件下的子粒产量比值作为氮效率系数,探讨了不同品种油菜氮效率差异及其生理基础。结果表明,供试5个油菜品种的氮效率有显著差异,其氮效率系数的变化范围是0.37~0.69。在氮胁迫条件下,氮高效品种的植株含氮量与氮素累积吸收量、叶片叶绿素含量与硝酸还原酶活性、茎叶可溶性糖含量与硝态氮再利用量高于氮低效品种。在正常供氮条件下,高潜力品种的植株含氮量低于低潜力品种,但由于其生物量较高,氮素累积吸收量并不低于低潜力品种,甚至苗期的氮素累积吸收量高于低潜力品种;高潜力品种的叶片叶绿素含量与硝酸还原酶活性、茎叶可溶性糖含量与硝态氮再利用量高于低潜力品种。说明上述4种生理指标均可作为评价油菜氮效率及增长潜力差异的间接指标。     

不同氮效率小麦品种的光合碳同化特性

不同氮效率小麦品种的子粒产量和氮效率在缺氮条件(-N)下均以氮高效品种(H)最高,中效品种(M)次之,低效品种(L)最低。在-N下,不同氮效率品种相比,旗叶各测定期的光合速率(Pn)、叶肉导度(Gm)、碳酸酐酶(CA)活性、可溶性蛋白含量(SP)和RuBPcase活性均以H最高,M次之,L最低;叶绿素含量(Chl)、气孔导度(Gs)、Ca2+-ATPase活性和Mg2+-ATPase活性在不同氮效率品种之间的表现规律较差。结果还表明,光合作用底物CO2在液相中较强的传导能力和较强的暗反应活性,是氮胁迫条件下氮高效小麦品种具有较强光合碳同化能力和物质生产能力的重要生理基础。-N下的旗叶叶源量(LSC)、光合速率高值持续期(PAD)、叶绿素含量缓降期(RSP)、叶面积(LA)和平均光合速率值以H最大,M次之,L最低;丰氮条件(+N)下,子粒产量、氮效率和旗叶光合生理参数大体以M较好,H次之,L较差,与-N下不同氮效率品种上述性状或参数的表现规律有所不同。     

不同小麦品种生育期氮素效率差异的变化特征

以6个小麦品种(洛麦1、郑麦9023、豫麦18、小偃22、小偃6和小偃107)为材料,设置低氮和高氮两个处理,分别在小麦的4个生育期收获取样,研究了不同小麦品种生育期氮吸收和利用效率差异的变化特征及其与相关生理参数的关系。研究结果表明,氮吸收方面,洛麦1为低氮高效品种,小偃107为高氮高效品种;氮利用方面,豫麦18为低氮高效品种,洛麦1为高氮高效品种;小偃6在两个氮处理中无论是氮吸收还是氮利用均为低效品种。造成小麦氮吸收或利用效率差异的主要时期为灌浆期到成熟期之间的籽粒产量形成阶段。低氮条件下,氮利用高效品种灌浆期的地上部谷氨酰胺合成酶活性也较高,而根系生物量和根系活力与小麦氮吸收效率无明显相关。     

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。     

不同氮利用效率小麦氮代谢相关基因的表达特征

深入理解小麦氮利用效率基因型差异的分子生物学机理对于氮高效小麦的分子育种具有重要指导意义。本试验选用两个不同氮利用效率的小麦基因型,设置不同氮水平,分别在小麦的5个生育期收获采样,研究不同氮利用效率小麦基因型中5个氮代谢相关基因的表达特征。研究结果表明,在氮利用方面,无论是在低氮还是高氮条件下,氮利用高效小麦XY107的籽粒氮利用率均高于氮利用低效小麦LM1;在基因表达方面,在低氮条件下,小麦地上部谷氨酰胺合成酶基因(TaGS1c)、丙氨酸转氨酶基因(TaAlaAT)和丙酮酸磷酸双激酶基因(TaPPDK)的表达水平在抽穗期以后均显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平;而在高氮条件下,只有基因TaPPDK的表达水平在抽穗期以后显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平。本研究发现,TaGS1c、TaAlaAT和TaPPDK 3个基因在决定小麦氮利用效率的基因型差异方面发挥着重要作用。     

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。     

不同品种油菜氮效率差异及其成因分析

采用盆栽试验，以氮胁迫与正常供氮条件下籽粒产量的比值作为氮效率系数，探讨了不同品种油菜氮效率差异及其生理基础。结果表明，所测定的8个油菜品种氮效率系数的变化范围是0．37～0．69；氮胁迫与正常供氮条件下不同油菜品种植株氮素累积吸收量、生长后期茎叶氮素转运率及氮素生理效率的比值不同，氮效率高的品种，其比值高，反之亦然;在氮素供应水平低的情况下，氮效率高的品种具有较长的根长、较多的侧根、较高的茎叶硝态氮再利用量和叶片硝酸还原酶活性。     

不同氮效率小麦品种的籽粒灌浆特性

为明确不同氮效率小麦品种的籽粒灌浆特性及其与产量和氮效率的关系,于2019—2021年选取高产氮高效(HH)、高产氮低效(HL)和低产氮低效(LL)小麦品种为试验材料,利用Logistics模型在大田生产条件下模拟籽粒灌浆进程,分析产量构成参数,探究不同氮效率小麦的籽粒灌浆特性差异及其与氮利用效率的关系。结果表明,不同类型品种间的籽粒灌浆特性均存在较大差异。不同品种的最大灌浆速率和平均灌浆速率均表现为HH>HL>LL,达到最大灌浆速率时的籽粒质量则表现为HL>HH>LL,HH与HL之间差异不明显。灌浆活跃期和有效灌浆时间均表现为HH相似文献   

不同氮效率小麦品种根系特征及根际土壤酶活性的分析

为探明不同氮效率小麦（Triticum aestivum L.）品种根系特征及其对根际土壤酶活性的响应,以30年的长期定位试验为平台,于2018—2020年采用大田试验的方法,在不同氮效率品种筛选的基础上,以氮高效小麦品种郑麦113、偃高21和氮低效小麦品种丰德存5号、周麦27为试验材料,在不施氮肥（N0）和正常施氮肥（N1）条件下研究其根系特征、氮素吸收利用及根际土壤酶活性的差异。结果表明,各品种小麦的根系活力均在孕穗期达到最大值,N0、N1水平下氮高效小麦品种根系活力的平均值分别比氮低效小麦品种增加了16.13%～24.22%、10.22%～62.49%。N1水平下小麦根长、根表面积和根体积明显高于N0水平。郑麦113、偃高21、周麦27的氮吸收效率显著高于丰德存5号,而周麦27的氮利用效率较低。两种氮水平处理下,郑麦113和偃高21的根际土壤β-葡萄糖苷酶（BG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和多酚氧化酶（POX）活性整体显著高于丰德存5号和周麦27(P<0.05),且根际土壤酶活性与根系形态指标均呈正相关关系。这说明郑麦113和偃高21较高的根系活力、根长、根表面积和根体积促...     

小麦苗期氮素吸收利用效率差异及聚类分析

【目的】氮肥过量施用,不仅造成氮素大量流失,还增加了农业生产成本,对生态环境带来了巨大的威胁。筛选和培育氮高效小麦品种是提高氮肥利用率、 降低环境污染风险的有效途径。本文通过对44个小麦品种苗期性状的考察,初步筛选出具有氮高效潜力的小麦品种。【方法】利用循环营养液培养方法,研究了安徽省44个小麦品种(系)在正常氮(5 mmol/L)和高氮(45 mmol/L)条件下苗期氮素吸收利用效率的差异。采用隶属函数法将评价指标数据进行标准化,区间为[0,1];而后采用客观赋权法将标准化后的数据整合成一个无量纲的综合值,最后基于综合值运用最短距离法、 欧氏距离平方聚类分析方法,将44个小麦品种划分成不同的氮效率类型。【结果】在两种供氮水平下,不同小麦品种的茎叶干重、 根干重、 叶面积、 茎叶氮累积量和根氮累积量存在显著性差异,其变异系数分别在27.9%～33.7%和21.5%～32.8%之间,可作为小麦苗期氮效率的评价指标。小麦苗期氮效率综合值在正常氮和高氮水平下分别在0.053～0.920和0.001～0.853之间,其中鉴76在正常氮和高氮条件下的氮效率综合值均大于80%。通过隶属函数氮效率综合值及其聚类分析,将44个供试小麦品种分为氮高效型、 氮中效型和氮低效型三类;其中扬麦16和鉴76在正常氮和高氮条件下均表现为高效型,皖麦68、 F60501-4、 鉴62和安农1026只在高氮条件下表现为高效型。氮高效型、 氮中效型、 氮低效型小麦品种在正常供氮和高氮条件下分别占供试品种总数的4.54%、 54.55%、 40.91%和13.63%、 38.64、 47.73%。【结论】在正常供氮和高氮条件下,44个供试小麦品种的茎叶氮累积量、 茎叶干重、 根部氮累积量、 根部干重和叶面积存在显著性差异,可以作为小麦苗期氮效率评价指标;初步确定扬麦16和鉴76为正常供氮和高氮条件下的氮高效型品种,皖麦68、 F60501-4、 鉴62和安农1026 为高氮条件下的氮高效型品种。     

不同灌水处理条件下不同小麦品种氮素积累、分配与转移的差异

利用15N同位素示踪技术,研究了不同灌水处理条件下2个高产小麦品种吸收利用不同来源氮素的差异。结果表明:1)同一灌水条件下,泰山23(T23)植株氮素总积累量、来自肥料氮的量、来自土壤氮的量、肥料氮和土壤氮开花期在营养器官中的总积累量及成熟期在子粒中的积累量均显著高于山农664(S664)。2)泰山23底墒水+拔节水处理(W1)营养器官中积累的肥料氮向子粒的转移量显著高于底墒水+拔节水+开花水处理(W2),土壤氮的转移量W1与W2处理无显著差异;山农664营养器官中积累的肥料氮和土壤氮的转移量均为W2显著高于W1处理。3)泰山23的子粒蛋白质含量、灌溉效益和水分利用效率为W1显著高于W2处理,子粒产量、蛋白质产量和氮素利用效率在W1与W2处理间无显著差异;山农664的子粒产量和蛋白质产量为W2显著高于W1处理,子粒蛋白质含量、氮素利用效率、灌溉效益和水分利用效率在W1与W2处理间无显著差异。从子粒产量、蛋白质含量和氮素与水分利用效率等方面综合分析,W1和W2处理分别是泰山23和山农664高产高效的灌水方式。     

江淮历代冬小麦主栽品种生产力与氮肥效率的比较

于2007～2009年在江苏省丹阳市,以江淮地区20世纪50年代至今冬小麦代表性主栽品种为材料,设置两个氮肥水平,研究该区冬小麦生产力与氮肥效率的变化特征.结果显示,冬小麦生物学产量随年代变迁呈现递减趋势,低氮水平下1980年之前品种的生物量显著高于1980年之后的品种.冬小麦籽粒产量呈现递增趋势,高氮水平下1980年之前品种的籽粒产量明显低于1980年之后的品种.1980年之前品种的生产力对氮肥的响应不明显,而1980年之后品种的生产力则随施氮量增加而明显提高.1980～1990s品种与2000s品种之间的生物量与籽粒产量差异均不显著.低氮水平下,不同年代品种间的茎叶氮含量、籽粒氮含量、地上植株氮积累量、籽粒氮积累量和氮偏生产力无明显变化趋势;高氮水平下,上述各氮指标均随年代变迁而呈现递增趋势,尤其是植株氮积累总量和氮偏生产力显著提高.1980～1990s品种的各氮指标与2000 s品种的相应指标之间无明显变化趋势.冬小麦品种的演变过程是遗传改良与氮肥施用增加的互促过程,现代品种在高氮水平下呈现出增产优势.     

调亏灌溉对冬小麦生理机制及水分利用效率的影响

在人工控制试验条件下，采用子母盆栽土培法，以冬小麦为试验材料进行了调亏灌溉试验研究。结果表明，适时适度的水分调亏显著抑制蒸腾速率，而光合速率下降不明显，复水后光合速率又具有超补偿效应，光合产物具有超补偿积累，且有利于向籽粒运转与分配；抑制营养生长，促进生殖生长。冬小麦调亏灌溉的适宜时段为三叶—返青，调亏度为40%～60%田间持水率(θ_F)，历时约55 d；平均比对照增产0.88%～8.25%，节水12.80～18.55%，水分利用效率提高15.96%～32.98%。     

磷素子粒生产效率不同品种的小麦磷素吸收利用差异

盆栽试验研究了130份小麦不同生育时期的干物重、磷素含量、子粒产量等指标,采用组内最小平方和的动态聚类方法将供试品种按磷素子粒生产效率从低到高依次分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ 6个类型,研究不同类型磷素吸收利用的差异。结果表明: 1）供试品种的磷素子粒生产效率差异较大（CV=1660%）,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ类品种的平均磷素子粒生产效率为P 13629、15167、16916、18589、20132、24466 g/g。子粒产量随磷素子粒生产效率提高呈增加趋势（r=03203**）。2）不同生育时期,小麦植株磷浓度与吸磷量类型间差异显著或极显著。成熟期磷素子粒生产效率与植株磷浓度极显著正相关（r=06969**）,子粒产量与抽穗期、成熟期植株吸磷量显著或极显著相关（r=02966*、r=09271**）。3）不同生育时期磷素干物质生产效率的类间差异均达显著水平; 成熟期磷素干物质生产效率与磷素子粒生产效率极显著正相关 （r=07391**）。4）拔节期、抽穗期和成熟期干物重均表现出随磷素子粒生产效率增加而增加的趋势,成熟期尤为突出。拔节期成熟期磷素吸收量是影响子粒产量形成的重要因素,磷素子粒生产效率高的品种在拔节期后有较强干物质和子粒产量形成能力。     

宽幅播种提高不同播期小麦产量与氮素利用率

为明确在较宽播期范围内可实现小麦高产高效稳产的播种方式及其理论基础,采用宽幅播种和常规条播2种播种方式,设计10月3日(早播)、10日(传统播期)、17日(晚播)和24日(再晚播)共4个播期处理(分别用D1、D2、D3、D4表示),研究了播种方式与播期互作对小麦产量和氮素吸收利用的影响。相对于常规条播,宽幅播种通过提高单位面积分蘖数和穗数,平均提高产量16.68%;通过提高氮素吸收效率(吸氮量/供氮量)、稳定或提高氮素利用效率(产量/吸氮量),平均提高氮素利用率(产量/供氮量)16.64%。随播期推迟,2播种方式下单位面积穗数、单穗籽粒质量分别呈降低和升高趋势,相对于D1和D2播期,宽幅条件下D3、D4播期的成熟期穗数下降比例显著低于条播,并与其单穗籽粒质量提高的比例相当,进而实现9.00 t/hm2水平的高产稳产;常规条播下晚播因穗数大幅下降导致减产,平均减产0.34 t/hm2。随播期推迟,2播种方式下氮素吸收效率和氮素利用效率分别呈降低和升高趋势,相对于D1、D2播期,宽幅条件下D3、D4播期氮素吸收效率下降的幅度与氮素利用效率提升的幅度相当,因此仍可维持较高的氮素利用率;常规条播下晚播处理氮素吸收效率下降的幅度显著高于氮素利用效率提升的幅度,进而导致氮素利用率平均降低1.01 kg/kg。相对于常规条播,小麦生产上采用宽幅播种,在高产高效的同时可实现较宽播期范围内产量和氮素利用率的稳定。     

密度、氮肥互作对小麦产量及氮素利用效率的影响

为了探明小麦产量和氮素利用效率同步提高的最佳施氮量和种植密度,制定合理的栽培措施,实现高产高效提供理论依据,以大穗型品种泰农18（T18）和中穗型品种山农15（S15）为试材,在大田条件下设置4个播种密度（60、75、90和105 kg/hm2）和3个施氮水平（0、180和240 kg/hm2）,研究了氮密互作对小麦子粒产量和氮素利用效率的影响。结果表明,播种密度和施氮量均显著影响冬小麦产量及构成因素,且两者间存在明显的互作效应;两因素中密度是导致产量变化的主导因素。子粒产量提高引起氮肥农学利用效率和氮肥吸收利用率的协同提高。综合考虑产量和氮素利用效率等因素,在本试验条件下,泰农18的适宜播量为102 kg/hm2,适宜的施氮量为180 kg/hm2;而山农15的适宜播量为83 kg/hm2,适宜的施氮量为180 kg/hm2。说明在冬小麦高产栽培过程中,可以通过调节施氮量和播种密度,充分利用氮密互作效应,在提高氮素利用率的同时,获得较高的子粒产量。     

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。