氮素高效吸收型水稻的基本特點(diǎn).pdf

1、我國稻田施氮量大，氮肥利用率低。過大的施氮量和較低的氮肥利用率，增加了氮肥資源消耗和水稻生產(chǎn)成本，還導(dǎo)致河水富營養(yǎng)化、地下水污染等不良的環(huán)境反應(yīng)。因此，提高水稻氮素吸收利用效率對(duì)于提高我國種稻效益與生態(tài)環(huán)境效益，促進(jìn)稻作生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。選育氮素高效吸收利用的品種，充分挖掘水稻自身對(duì)氮素吸收利用的潛力是提高水稻產(chǎn)量和氮素吸收利用效率最經(jīng)濟(jì)、最有效的途徑。水稻產(chǎn)量可理解為吸氮量與氮素籽粒生產(chǎn)效率（吸收到植株體內(nèi)單位氮素生產(chǎn)

2、的籽粒產(chǎn)量）的乘積，提高吸氮量或提高氮素籽粒生產(chǎn)效率均可顯著提高水稻產(chǎn)量水平。從這個(gè)角度看，氮高效水稻可以分為氮素高效吸收和氮素高效利用兩種類型。關(guān)于氮素吸收與水稻其他性狀關(guān)系的研究已有不少報(bào)道，但供試材料多為幾個(gè)品種，亦有含較多材料的品種試驗(yàn)，但多為秈型水稻。關(guān)于不同氮素吸收類型粳稻品種間產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、源庫指標(biāo)、物質(zhì)生產(chǎn)與分配、氮素吸收利用及根系性狀的演變趨勢(shì)及差異，氮素高效吸收型粳稻品種上述指標(biāo)有何特點(diǎn)，目前尚不清楚。本研究于2

3、008-2009年在群體水培條件下，以國內(nèi)外不同年代育成的94個(gè)常規(guī)粳稻品種為供試材料，測(cè)定其抽穗期和成熟期的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、不同器官的干物重、含氮率、葉面積系數(shù)、庫容量、根系形態(tài)性狀、根系活性等，試圖明確氮素高效吸收型粳稻品種的基本特點(diǎn)及影響氮素吸收利用的主要因素，以期為粳稻品種氮素高效吸收利用的遺傳改良，持續(xù)提高粳稻品種的產(chǎn)量水平提供參考依據(jù)。前人研究及本研究粳稻品種生育期、株高差異較大，據(jù)一些研究表明，生育期、株高可能會(huì)對(duì)水稻氮

4、素吸收利用產(chǎn)生較大的影響，在生育期、株高分布相對(duì)集中的遺傳群體中，它們是否會(huì)對(duì)氮素吸收利用產(chǎn)生明顯影響目前尚不清楚。為此，于2010-2011年進(jìn)一步開展試驗(yàn)，以生育期、株高分布相對(duì)集中的染色體單片段代換系群體(Single Segment Substitution Lines，SSSLs)122個(gè)株系為材料，分析氮高效吸收型水稻株系的基本特點(diǎn)，分析兩個(gè)不同水稻群體影響氮素吸收利用的因素是否存在差異，差異多大。主要研究結(jié)果如下:

5、　　 1.供試水稻品種或株系間吸氮量的差異很大。粳稻品種吸氮量的變幅為16.47～48.41g·m-2（2008年）和14.27～37.00g·m-2（2009年），吸氮量最大品種為最小品種的2.94倍（2008年）和2.59倍（2009年）;SSSLs吸氮量的變幅為14.25～53.59g·m2，最大的株系是最小的株系的3.76倍（2010年）。
　　 2.供試水稻品種株高、生育期和全生育期吸氮強(qiáng)度均存在顯著差異，但SSSL

6、s的株高、生育期分布較粳稻品種相對(duì)集中，生育期更集中。氮高效吸收型水稻株高、全生育期吸氮強(qiáng)度明顯大于氮低效吸收型水稻，生育期明顯長于（粳稻）或稍長于(SSSLs)氮低效吸收型水稻。生育期、全生育期吸氮強(qiáng)度均是影響水稻氮素吸收的重要因素，相關(guān)和通徑分析均表明，全生育期吸氮強(qiáng)度對(duì)吸氮量的影響大于生育期，SSSLs更突出。
　　 3.不同氮素吸收型水稻產(chǎn)量的差異顯著。隨著吸氮量增加，粳稻品種產(chǎn)量水平呈顯著提高趨勢(shì)，SSSLs的產(chǎn)量呈先

7、增加后下降趨勢(shì)。吸氮量與粳稻品種產(chǎn)量呈極顯著線性正相關(guān)（r2008=0.8096**，r2009=0.7864**），與SSSLs產(chǎn)量呈極顯著拋物線型正相關(guān)（R2010=0.5916**）。增加吸氮量有利于粳稻品種產(chǎn)量水平的提高，但過大會(huì)導(dǎo)致SSSLs的產(chǎn)量下降。
　　 4.在產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，不同氮素吸收型水稻間單位面積穗數(shù)、每穗穎花數(shù)差異顯著，氮素高效吸收型單位面積穗數(shù)、每穗穎花數(shù)多（粳稻品種）或較多(SSSLs)，結(jié)實(shí)率和

8、千粒重差異較小。在穩(wěn)定結(jié)實(shí)率和干粒重的基礎(chǔ)上，增加（粳稻品種）或適當(dāng)(SSSLs)增加穗數(shù)、增加每穗粒數(shù)，可顯著提高吸氮量，進(jìn)而顯著提高水稻的產(chǎn)量水平。
　　 5.氮素高效吸收型粳稻品種抽穗期葉面積系數(shù)（高效、有效、總?cè)~面積）、抽穗期單穗葉面積（高效、有效、總?cè)~面積）、成熟期單穗和總?cè)~面積系數(shù)、抽穗期綠葉重、單穗和群體庫容量均大于氮素低效吸收類型品種，但比葉重?zé)o顯著優(yōu)勢(shì)，吸氮量過大時(shí)，使單位葉面積籽粒產(chǎn)量、結(jié)實(shí)期凈同化率下降。氮

9、高效吸收型SSSLs水稻在抽穗期和成熟期總?cè)~面積系數(shù)、綠葉重、單穗和群體庫容量、結(jié)實(shí)期凈同化率等性狀與粳稻品種有相同的趨勢(shì)，均顯著大于氮低效吸收型水稻，且比葉重也大于氮低效吸收型。粳稻品種分析表明，葉面積系數(shù)和庫容量對(duì)總吸氮量均有重要的影響，庫容量的作用大于葉面積系數(shù)。
　　 6.不同氮素吸收型粳稻品種間干物質(zhì)生產(chǎn)量存在顯著差異，氮素高效吸收型水稻抽穗期、成熟期群、個(gè)體干物質(zhì)生產(chǎn)量顯著大于其它類型水稻，經(jīng)濟(jì)系數(shù)無顯著優(yōu)勢(shì)（粳稻品

10、種）或小于中等吸收型(SSSLs)。氮素高效吸收型粳稻品種各器官（根、莖鞘葉、穗）干重和單穗重大;氮素高效吸收型SSSLs根干重、莖鞘葉干重大，穗干重、單穗重雖較大但小于中等偏大吸收型SSSLs。粳稻品種相關(guān)和通徑分析表明:成熟期群體干物質(zhì)生產(chǎn)量對(duì)總吸氮量作用大于經(jīng)濟(jì)系數(shù)的作用;抽穗前物質(zhì)生產(chǎn)量、抽穗后物質(zhì)生產(chǎn)量對(duì)成熟期物質(zhì)生產(chǎn)量均有重要的作用，前者略大于后者;單穗干物質(zhì)生產(chǎn)量對(duì)群體干物質(zhì)生產(chǎn)量的作用大于單位面積穗數(shù)的作用，抽穗前更明顯

11、;提高抽穗前后莖鞘葉干重和成熟期穗干重有利于成熟期干物質(zhì)生產(chǎn)量提高;促進(jìn)單穗干物質(zhì)生產(chǎn)量尤其是抽穗前單穗干物質(zhì)生產(chǎn)量，促進(jìn)抽穗前后莖鞘葉干重和抽穗后穗干重的提高可顯著提高氮高效吸收型品種成熟期群體物質(zhì)生產(chǎn)量。
　　 7.氮素高效吸收型水稻抽穗期吸氮量顯著大于氮素低效吸收型品種。氮高效吸收型粳稻品種各器官（根、莖鞘葉、穗）吸氮量、單穗吸氮量、全生育期（群、個(gè)體）吸氮強(qiáng)度均較大，但植株含氮率、氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮

12、素收獲指數(shù)較無優(yōu)勢(shì)。氮素高效吸收型SSSLs根、莖鞘葉吸氮量表現(xiàn)與粳稻品種有相同的趨勢(shì)，均大于氮低效吸收型;植株含氮率較大，氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮素收獲指數(shù)較小，穗吸氮量雖較大但小于中等偏大型水稻。粳稻品種的通徑分析表明，抽穗前吸氮量對(duì)總吸氮量影響顯著大于抽穗后吸氮量的影響;單穗吸氮量對(duì)總吸氮量的影響顯著大于穗數(shù);干物質(zhì)生產(chǎn)量對(duì)總吸氮量的影響顯著大于植株含氮率。
　　 8.不同氮素吸收型水稻品種（株系）間根系性

13、狀差異顯著。氮素高效吸收型粳稻品種單株根系性狀（單株根數(shù)、單株根干重、單株不定根總長、單株總吸收面積、單株活躍吸收面積、單株根系活力、最長根長、眾數(shù)根長）、單條根系形狀（單條不定根長、單條不定根粗）、單穗根系性狀（單穗根數(shù)、單穗根干重、單穗根系活躍吸收面積）、抽穗期冠根比、成熟期冠根比均不同程度地優(yōu)于氮素低效吸收型粳稻品種，單條不定根干重較大但小于氮素中等偏大吸收型品種，單穗總根長、單穗根系總吸收面積、單穗根粗沒有差異。氮素高效吸收型S

14、SSLs單株根干重、單株不定根總長、單株根系總吸收面積、單株根系活躍吸收面積、最長根長、眾數(shù)根長、抽穗期冠根比與粳稻品種表現(xiàn)相同的趨勢(shì)，均大于氮低效吸收型水稻，但成熟期冠根比、單株不定根數(shù)、單株根系活力或小或無優(yōu)勢(shì)。通徑分析表明，無論是粳稻品種還是SSSLs，根干重、成熟期冠根比、單株不定根長、單條不定根重是影響粳稻品種吸氮能力的主要根系性狀，說明氮高效吸收型株系根系不僅較長，且充實(shí)程度也較高。改良根干重、冠根比（抽穗期和成熟期）、單株