水稻氮素利用的基因型差異與生理機理研究.pdf

1、稻田施用氮肥是水稻增產(chǎn)的重要農(nóng)業(yè)措施。但過量氮肥的施用在降低肥料吸收利用效率的同時也帶來了一些生態(tài)環(huán)境的氮污染問題。已有的研究表明，充分挖掘和利用作物自身的氮營養(yǎng)遺傳潛力，通過品種的篩選和遺傳改良是提高水稻對氮素吸收利用的有效途徑。為此，本研究在大田試驗條件下，以長江中下游單季稻區(qū)有代表性的104份粳稻基因型為研究對象，研究各基因型水稻的產(chǎn)量、氮素利用效率等方面的特點及差異并對其進行評價和分類。隨后從長江中下游地區(qū)應(yīng)用較廣的遲熟中粳和早

2、熟晚粳兩類生育類型中選擇氮素利用高效型與低效型的代表性品種，系統(tǒng)研究水稻的物質(zhì)生產(chǎn)與積累，氮的積累與分配動態(tài)，根系形態(tài)、生理生化特性，葉片光合特性等生理生態(tài)方面的差異，為氮高效品種的遺傳改良和水稻生產(chǎn)中的高效氮素管理提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下： 1、供試的104份水稻基因型按生育期的長短分為早熟中粳、中熟中粳、遲熟中粳、早熟晚粳和中熟晚粳5種生育類型。 在畝施氮素OKg、10Kg(低氮)、15Kg(中氮)、20Kg(

3、高氮)4種水平條件下，隨施氮水平的提高，各基因型水稻的平均籽粒產(chǎn)量呈增加趨勢，而基因型間的變異呈減小趨勢，變異系數(shù)分別從0氮條件下的20.34下降至高氮條件下的16.87。4種氮素水平下，各生育類型水稻的籽粒產(chǎn)量均呈現(xiàn)中熟晚粳>早熟晚粳>遲熟中粳>中熟中粳>早熟中粳的趨勢，即隨著生育期的推遲，水稻籽粒產(chǎn)量顯著提高。早熟中粳、中熟中粳、遲熟中粳、早熟晚粳生育類型中水稻的籽粒產(chǎn)量隨著施氮水平的增加而增加，而中熟晚粳生育類型中水稻的籽粒產(chǎn)量呈

4、現(xiàn)中氮>高氮>低氮>0氮趨勢。與此同時，相同氮素條件下，同一生育類型中的各水稻基因型產(chǎn)量也存在顯著的差異。 各基因型水稻的平均氮素利用效率呈現(xiàn)中氮>高氮>低氮的趨勢。隨氮素水平的提高，基因型間的變異有減小的趨勢，變異系數(shù)分別從低氮條件下的28.75下降至高氮條件下的21.28。低氮條件下，各生育類型水稻的氮素利用效率呈現(xiàn)中熟晚粳>早熟晚粳>遲熟中粳>中熟中粳>早熟中粳的趨勢；中肥條件下呈現(xiàn)早熟晚粳>中熟晚粳>遲熟中粳>中熟中粳>

5、早熟中粳的趨勢；而高肥條件下呈現(xiàn)早熟晚粳>遲熟中粳>中熟晚粳>中熟中粳>早熟中粳的趨勢。即除中熟晚粳水稻生育類型外，其它生育類型水稻的氮素利用效率有隨生育期延長而增加的趨勢。相同氮素條件下，同一生育類型中的各水稻基因型氮素利用效率也存在顯著的差異。 以3種氮肥條件下的最高籽粒產(chǎn)量及其對應(yīng)的氮素利用效率為指標(biāo)，對各基因型水稻的產(chǎn)量和氮素利用效率進行綜合的評價和分類?？蓪⒏魃愋椭械牟煌净蛐拖鄳?yīng)劃分出高產(chǎn)高效型、高產(chǎn)中效型、

6、高產(chǎn)低效型、中產(chǎn)高效型、中產(chǎn)中效型、中產(chǎn)低效型、低產(chǎn)高效型、低產(chǎn)中效型和低產(chǎn)低效型9種類型(實際分類結(jié)果中由于基因型數(shù)量的局限，個別類型有缺失的可能)。依據(jù)上述評價和分類方法，可將供試的早熟中粳分為6個類型、中熟中粳分為9個類型、遲熟中粳分為7個類型、早熟晚粳分為8個類型、中熟晚粳分為5個類型。在上述評價和分類基礎(chǔ)上，篩選出遲熟中粳中氮高效基因型9優(yōu)418、武育粳3號、揚粳9538，氮低效基因型農(nóng)墾57、武農(nóng)早、鄭稻5號；早熟晚粳中氮高

7、效基因型86優(yōu)8號、武粳15、泗優(yōu)422，氮低效基因型鎮(zhèn)稻196、香粳20-18、T1-56，作為深入揭示氮利用效率差異的研究對象。 2、氮素利用高效型和低效型具有代表性的12個水稻基因型的物質(zhì)生產(chǎn)與積累特性的差異及其與氮利用效率的相關(guān)性分析表明，不同氮效率類型水稻群體莖蘗數(shù)沒有鮮明的特征差異，但氮高效基因型水稻的莖蘗成穗率極顯著高于氮低效類型。與氮低效基因型相比，氮高效基因型水稻在有效分蘗臨界葉齡期前具有適宜的葉面積、光合勢和

8、群體生長速率，物質(zhì)積累具一定優(yōu)勢，但其占全生育期總積累量的比例較少。有效分蘗臨界葉齡至拔節(jié)期，氮高效基因型水稻無效分蘗發(fā)生少，葉面積指數(shù)、光合勢、群體生長速率低，物質(zhì)積累也不具優(yōu)勢。拔節(jié)以后，氮高效基因型具有良好的群體質(zhì)量，葉面積增長較快，群體光合勢和生長速率加大，物質(zhì)積累優(yōu)勢較為明顯。 3、有效分蘗臨界葉齡期(N-n))、抽穗期和成熟期，氮高效基因型水稻的氮素積累量顯著高于氮低效基因型，而拔節(jié)期差異不明顯。除(N-n)至拔節(jié)階

9、段氮高效基因型水稻氮素的階段性積累量顯著低于低效基因型外，其余各階段均顯著高于氮低效基因型。移栽至(N-n)和(N-n)至拔節(jié)階段，氮高效基因型水稻的氮素階段性積累比例顯著低于低效基因型，而拔節(jié)至抽穗和抽穗至成熟階段則表現(xiàn)出相反的趨勢。一生中，氮高效基因型水稻抽穗前的氮素轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率顯著大于低效基因型，而其抽穗前氮對籽粒的貢獻率卻低于氮低效類型。與氮低效基因型相比，氮高效基因型水稻具有在(N-n)前氮素適度積累；(N-n)后至抽穗階段

10、，氮素的有效積累強而無效積累弱的特點。因此至抽穗期，氮高效基因型水稻的氮素積累量大于低效基因型，且具有較高的氮素轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率。但由于氮高效基因型水稻在抽穗以后仍具有較強的氮素積累能力，因此其抽穗前氮對籽粒的貢獻率相對低于氮低效基因型。 4、(N-n)、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，氮高效基因型水稻的根干重、根系體積、總吸收表面積、活躍吸收表面積和活躍吸收表面積比均顯著大于氮低效基因型稻。(N-n)和拔節(jié)期，氮高效基因型水稻的根冠比顯

11、著大于低效基因型，而抽穗和成熟期則表現(xiàn)相反趨勢。(N-n)、拔節(jié)期和抽穗期，氮高效基因型水稻的根系α-NA氧化量顯著大于低效基因型；而成熟期，氮高效雜交水稻的根系α-NA氧化量略低于個別氮低效水稻基因。與氮低效基因型相比，氮高效基因型水稻在其一生中具有良好的根系形態(tài)和保持較強的根系活力；同時，其生長過程中地下部與地上部的合理比例及協(xié)調(diào)生長也是促進氮素高效吸收利用的重要原因。 5、齊穗后的不同生育時期，氮高效基因型的水稻的葉綠素含

12、量、葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均要顯著大于低效基因型。齊穗后，氮高效基因型水稻劍葉的光合功能期、葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)值(Fv/Fm、ФPS Ⅱ、qP、qN)均要顯著高于氮低效基因型。與氮低效基因型相比，氮高效基因型水稻生育后期具有較好的光合特性，較長的光合功能時期；同時，其PS Ⅱ反應(yīng)中心更加穩(wěn)定，具有更大的光能轉(zhuǎn)化為電化學(xué)能的潛力，非光化學(xué)猝滅對光合機構(gòu)也有更好的保護作用。 6、齊穗后的不同生育時期，各基因型水稻劍葉的