硝态氮供应对小麦根系形态发育和氮吸收动力学的影响

为给小麦氮素利用效率的提高及氮高效品种的选育提供依据,以秦麦11号和宁麦9号作为供试材料,采用溶液培养方法,研究了不同浓度硝酸盐对小麦根系形态发育特征和硝酸盐吸收动力学的影响。结果表明,在较低的浓度范围内,NO3-可增加小麦总根长和根尖数,促进根系生长;当NO3-浓度超过2 mmol/L时,总根长和根尖数受到强烈抑制,但由于根系平均直径的增加,根系总体积并未明显减少。两个供试小麦品种之间根系NO3-含量并无明显差异,而两个品种的叶片NO3-含量在介质NO3-浓度超过10 mmol/L时表现出了明显差异。叶片、根系NO3-含量与根冠比之间的关系可用一次函数来进行描述,与根长、根尖数之间的关系可用二次函数来进行描述。与宁麦9号相比,秦麦11号的NO3-吸收具有更高Vmax值和Km值,这可能与两个供试小麦品种根系形态特征的差异有关。     

不同氮浓度对水稻分蘖期根系形态特征的影响

为探讨供氮浓度对水稻分蘖期根系形态特征的影响,以黄华占和晶两优1468为试验材料,采用盆栽水培方式,研究不同供氮水平下(0、25、50、75和100 mg/L)水稻分蘖期根系的形态特征。结果表明,水稻根系生物量、根冠比、平均根直径、总根长、总根表面积、总根体积和根分枝数均随着供氮浓度的升高而呈现先上升后下降的趋势。相比CK处理:供氮浓度为25和50 mg/L时,黄华占根系生物量显著增加;供氮浓度为25、50和75 mg/L时,晶两优1468根系生物量显著增加;2个品种的根冠比在供氮浓度为50 mg/L时差异显著。相比CK处理:供氮浓度促进各处理下黄华占和晶两优1468平均根直径分别增加8.74%～53.78%和5.91%～121.00%;总根长分别增加0.85%～96.24%和23.37%～85.86%;总根表面积分别增加7.78%～205.00%和10.33%～83.62%;总根体积分别增加13.71%～195.00%和16.38%～85.35%;根分枝数分别增加26.09%～162.00%和25.22%～111.00%。在供氮浓度为50 mg/L时,黄华占和晶两优1468根系生长状...     

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。     

磷素处理对不同磷效率基因型大豆根系性状的影响

大豆的耐低磷能力与根系性状密切相关.以磷高效基因型大豆锦豆33和磷低效基因型大豆铁丰3号为试材,采用沙培的方法,设5个磷浓度,研究了不同生育时期磷效率基因型大豆的主根长、根冠比、根体积、根系活性和根系比表面积对磷素处理的反应.结果表明:不同生育时期磷效率基因型大豆根系性状对磷浓度的反应比较复杂.幼苗期,不同磷浓度处理下主根长度和根冠比磷高效基因型品种均显著高于磷低效基因型品种;在有些磷浓度处理下根体积、根系活力和根系比表面积等指标基因型间差异达到显著水平,指标值的大小随磷浓度的变化没有一致的规律性.分枝期,不同磷效率基因型品种间和不同磷浓度处理间主根长度都没有显著差异.开花期,不同磷浓度处理下主根长度和根冠比存在显著的基因型间差异,表现为磷高效品种显著大于磷低效品种.结荚期,根系活力和根体积在不同磷浓度处理下均表现出显著的基因型间差异.在各磷浓度下,磷高效品种的根系活力都显著大于磷低效品种的.在O.5、1.O、1.5和2 mmol·L-1的磷浓度下,磷高效品种的根体积显著大于磷低效品种.     

不同氮素利用效率小麦苗期的根系形态数量性状分析

为在苗期可通过根系形态数量性状对氮高效小麦品种进行鉴别,利用营养液培养法,在正常氮(5mmol·L~(-1))和高氮(45mmol·L~(-1))处理下,研究了黄淮平原区18个主栽小麦品种苗期氮素利用效率与根系形态数量性状的关系;通过干物重和氮积累量与根系形态指标相结合的方式对供试小麦品种植株氮效率进行了综合评价,并划分不同氮效率类型。结果发现,在两种氮处理下,供试小麦品种的根干重、茎叶干重、单株干重、根氮含量、茎叶氮含量、单株氮含量、单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数的变异系数均大于15%,可作为氮效率评价指标。小麦的单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数与植株氮积累量呈显著正相关,可以作为育种早期筛选高氮效率材料的指标。不同氮效率类型的单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数均表现为氮高效型氮中效型氮低效型。通过逐步回归分析,建立了小麦幼苗植株氮积累量和根系形态数量性状的预测模型,拟合精度在91.91%以上。小麦不同氮效率类型间的单株总根长、根总表面积、单株根尖数的差异均达显著水平,生产上可根据小麦苗期根系的主要形态数量性状判断其氮效率高低。     

供氮量及化学调控对玉米苗期生长及氮素吸收分配特征的影响

以郑单958为材料,设置不同氮素梯度于苗期利用完全营养液培养,3叶期叶面喷施聚糠萘合剂,研究供氮量对苗期玉米氮素吸收分配特征的影响以及聚糠萘合剂化学调控的效果。结果表明,与去离子水处理相比,增加氮素供应可使株高增加,根系增长,根冠比值显著降低,叶片与根中硝酸还原酶活性(NRA)增大,鞘中NRA减小。随氮素浓度的增加,株高、最大根长和叶片数逐渐增加,各器官干物质积累量依次增加,叶片中NRA依次增强,氮素吸收和向地上部分配的比例显著增加。聚糠萘合剂处理与相应清水对照相比,提高了植株干物质积累,缩短了最大根长,增加了侧根条数,提高了玉米植株中总吸氮量及氮素利用率。对于不同浓度梯度的氮素处理,低浓度(2.5mmol/L)和中浓度(5.0 mmol/L)培养液中调节剂处理氮素利用率分别比对照增加52.75%和54.91%,表明中、低氮条件下聚糠萘合剂提高了氮素利用率。     

不同氮效率油菜苗期根系形态及养分累积差异研究

为了解低氮胁迫下氮效率差异油菜在根系形态及养分吸收累积方面的差异,以一对氮效率差异油菜种质为材料,通过水培研究在低氮胁迫下苗期根系形态和养分累积的变化及差异。结果表明,在不同氮浓度处理下,两个材料根系和养分累积量都存在显著差异（P<0.01）。低氮胁迫下（N浓度为0.38mmol/L）,油菜主根长和侧根长显著增加,根系木质化程度降低,养分累积量显著下降。与氮低效油菜种质相比,氮高效油菜总根长、根表面积、根体积、侧根数及主根长,分别高出30.96%、22.02%、24.13%、28.20%和40.62%,且植株氮、磷、钾累积量分别是氮低效油菜的2.02、1.89、3.37倍。此外,氮高效油菜根尖分生区细胞分裂数目增加,伸长区细胞长度增加,可能导致了油菜主根的伸长生长。综上所述,与氮低效油菜相比,氮高效油菜对低氮胁迫耐受力更强,根系较为发达、养分累积 量降低幅度小。因此,氮高效油菜种质可能通过更发达的根系和更多的养分累积来应对低氮胁迫。     

施氮水平对青稞氮素吸收利用率、根系形态和产量的影响

为探讨青稞氮素吸收利用、根系发育及产量对氮素营养的响应规律,以青稞籽粒高产型品种昆仑15号为供试材料,通过2年大田试验,设置3个施氮水平（0、37.5和75 kg·hm^-2）,探讨施氮对青稞氮素吸收利用率、根系形态、光合特性和产量的影响。结果表明,青稞氮素吸收利用率随施氮水平的增加而显著提高,低氮和高氮处理（37.5和75 kg·hm^-2）的氮素农学效率和氮素偏生产力较不施氮处理均显著增加;两施氮处理的根干重在分蘖、开花和成熟期较不施氮处理均呈增加趋势,根长表现为在分蘖期显著增加、在开花期显著降低、在成熟期呈增加趋势,根表面积、根体积、根尖数和根直径在低氮处理下与不施氮处理差异均不显著,但在高氮处理下呈降低趋势;籽粒产量和秸秆产量的较不施氮处理均随着施氮量的增加而显著增加;净光合速率随施氮量的增加而增加,低氮处理下气孔导度、胞间CO₂浓度和蒸腾速率均显著高于其他处理。通过隶属函数分析法综合评价,得出最佳施氮量为37.5 kg·hm^-2。     

氮素供应和pH值对玉米根系形态的影响

实验设正常供氮(0.5 mmol/L NO3-)和高氮(10 mmol/L NO3-)处理,研究不同pH值水平下(4.5～8.0)氮素供应对玉米根系生长的影响。结果表明,氮供应与溶液pH值对玉米根系的影响不存在互作效应。高氮供应不影响地上部与根的干物质积累;pH值提高有利于促进干物质向地上部分配,向根的分配比例相对下降,根冠比下降。高氮使单株根系总长度平均下降,降幅为34.5%,主要是轴根和侧根长度下降,轴根数和侧根密度受影响较小。在两个氮水平下,总根长、轴根长、侧根长均随pH值的上升表现增加的趋势,高pH值主要增加侧根密度。研究表明,在酸性土壤上,不能通过大量施用硝态氮肥缓解氢离子对根系生长的抑制作用。     

碳水化合物的分配在玉米杂交种耐低氮中的作用

探明玉米耐低氮的生理机制有利于促进氮高效遗传改良的进度.本试验选用对氮反应有典型差异的两个玉米杂交种西玉3号和高光效1号,采用盆栽试验,设3个氮水平,探讨了苗期玉米对低氮环境的适应性机制,结果表明:两品种在高低氮条件下的地上部干物重差异都不显著,但冠/根比存在显著差异.在低氮下西玉3号的根长、根表面积及根重增加幅度大,超过高光效1号,因而它具有较强的截获氮素养分的能力,以适应低氮环境.低氮下西玉3号有较大的叶面积,可产生大量的光合产物.其叶片光合产生的可溶性糖向根系的大量运输,即有利于根系生长,又可以为氮的吸收同化提供充足的能量和碳架。     

低氮胁迫对不同氮效率玉米品种苗期叶片碳氮代谢的影响

研究低氮胁迫对不同氮效率玉米品种幼苗生长及叶片碳氮代谢的影响,分析比较不同氮效率玉米品种对低氮胁迫响应的差异。采用水培方法,以氮高效品种郑单958、正红311和氮低效品种川单428、先玉508为试验材料,在低氮胁迫(0.04 mmol/L)、正常氮(4 mmol/L)和低氮恢复处理3个氮水平下,分别测定苗期干物质积累量、叶片碳氮代谢产物含量及碳氮代谢相关酶活性,比较不同氮效率品种间的差异。结果表明,低氮胁迫显著降低玉米叶片和整株干物质重量、叶片氮代谢指标(硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性、可溶性蛋白和游离氨基酸含量),提高根系干重、根冠比、叶片碳代谢指标(蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性、可溶性总糖和淀粉含量)。不同品种间各指标的变化幅度随着时间的延长表现出不同规律,氮高效品种在氮素胁迫下对碳氮代谢的平衡能力更强,受低氮环境影响较小,植株的恢复能力较强,对胁迫环境具有更强的耐性和适应性。     

‘云蔗05-51’与‘云蔗081609’苗期氮吸收利用效率的比较研究

甘蔗（Saccharum spp. hybrid）是我国食糖生产的重要原料,当前生产中普遍存在施氮量高而氮肥利用率低的问题。除了优化施肥管理,种植氮高效的甘蔗品种也是减氮增效的重要途径之一。本研究以云南蔗区推广的早熟高产高糖甘蔗品种‘云蔗05-51’和‘云蔗081609’为试验材料,设置0、0.1、0.5、1、5、10 mmol/L 6个供氮水平开展水培试验,在苗期测定植株生物量、根系形态、氮浓度与累积量、氮素吸收利用效率等指标。结果表明：（1）2个品种地上部、根系及整株生物量均随供氮水平的升高呈先升后降趋势,‘云蔗081609’根系生物量先于其地上部达到峰值,‘云蔗05-51’则相反,‘云蔗05-51’和‘云蔗081609’达到最佳生长需要的供氮量分别为0.5、1 mmol/L,相同供氮水平下‘云蔗081609’生物量高于‘云蔗05-51’;（2）随供氮水平上升,2个品种的根系总长度和平均根直径先上升后趋于稳定,根表面积持续增加,比根长先升后降,相同供氮水平下‘云蔗081609’的根系总长度、平均根直径和根表面积高于‘云蔗05-51’,比根长则低于‘云蔗05-51’;（3）2个品种植株氮浓度及累积量随供氮水平的升高总体呈先上升后稳定的趋势,相同供氮水平下‘云蔗081609’的植株氮累积量高于‘云蔗05-51’;（4）随供氮水平的增加,2个品种的单位根长吸氮量呈先升后稳定的趋势,单位根表面积吸氮量则呈先升后降并趋于平稳,氮素生理利用效率均随供氮水平升高显著降低,在0.1~10 mmol/L范围内‘云蔗081609’单位根长的吸氮量高于‘云蔗05-51’,但单位根表面积吸氮量变化趋势基本一致,品种间氮素生理利用效率无差异。综上表明,‘云蔗081609’在苗期对氮的吸收量高于‘云蔗05-51’主要得益于更好的根系生长,苗期适宜需氮量低于‘云蔗05-51’。     

玉米自交系铁7922苗期耐低氮胁迫原因探讨

以低氮胁迫(NO3--N0.2mmol/L)与正常供氮(NO3--N2mmol/L)条件下的生物量比值作为耐低氮能力指标,从12份玉米自交系中筛选出在低氮胁迫条件下苗期能够正常生长的自交系铁7922。通过不同玉米自交系对低氮胁迫反应差异的比较研究,从根系与氮利用效率对低氮环境的响应以及硝酸盐吸收动力学等3个方面对铁7922耐低氮原因进行了探讨。结果表明,铁7922对低氮环境的适应是多因素共同作用的结果,表现在氮胁迫浓度下根干重的增加、氮利用效率的显著提高以及较小的Km和低的Cmin。单纯的根干重的增加(掖515)或氮利用效率的提高(H21)或较小的Km(4F1、豫8701)并不能保证在低氮环境的正常生长。     

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。     

Physiological and Molecular Analysis of Applied Nitrogen in Rice Genotypes

Ten genotypes of rice (Oryza sativa L.) were grown for 30 d in complete nutrient solution with 1 mmol/L (N-insufficient),4 mmol/L (N-moderate) and 10 mmol/L (N-high) nitrogen levels,and nitrogen efficiency (NE) was analyzed.Growth performance,measured in terms of fresh weight,dry weight and lengths of root and shoot,was higher in N-efficient than in N-inefficient rice genotypes at low N level.Of these 10 genotypes,Suraksha was identified as the most N-efficient,while Vivek Dhan the most N-inefficient.To find out the physiological basis of this difference,the nitrate uptake rate of root and the activities of nitrate assimilatory enzymes in leaves of N-efficient and N-inefficient rice genotypes were studied.Uptake experiments revealed the presence of two separate nitrate transporter systems mediating high-and low-affinity nitrate uptake.Interestingly,the nitrate uptake by the roots of Suraksha is mediated by both high-and low-affinity nitrate transporter systems,while that of Vivek Dhan by only low-affinity nitrate transporter system.Study of the activities and expression levels of nitrate assimilatory enzymes in N-efficient and N-inefficient rice genotypes showed that nitrate reductase (NR) and glutamine synthetase (GS) play important roles in N assimilation under low-nitrogen conditions.     

不同氮效率小麦品种苗期相关指标的杂种优势

为探究不同氮效率小麦品种氮代谢相关指标的遗传差异,选用了5个不同氮效率的小麦品种及其组配的6个杂交F₁,设置低氮（LN,0.4 mmol·L^-1 ）和正常供氮（CK,4.0 mmol·L^-1）两个氮水平,研究不同氮处理下小麦苗期形态、抗氧化酶和氮代谢相关酶活性的差异,并对其杂种优势进行了分析。结果表明,5个品种的根鲜重在低氮水平下明显高于正常氮水平,6个F₁的杂种优势表现为超中亲或偏低亲优势;苗鲜重在低氮水平下低于正常供氮水平,其F₁杂种优势表现为中亲优势。两种氮水平下,氮高效品种的硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性均高于氮低效品种,6个杂交F₁的上述6种酶活性大多表现出正向杂种优势。正常氮水平下,小麦叶片MDA含量低于低氮水平;低氮水平下,6个F₁的MDA含量杂种优势表现为超中亲或偏低亲优势。两种氮水平下,6个F₁叶片可溶性蛋白含量表现为正向杂种优势,其中低氮水平下,表现为超亲优势。综上所述,低氮条件下,氮高效品种较氮低效品种表现出较好的生长潜力;利用氮高效品种作为亲本能提高杂交F₁的氮利用效率,可用于小麦氮高效育种。