小麥產量和氮素吸收利用特性的改良特征及生理基礎.pdf

1、小麥是世界上最重要的糧食作物之一，提高小麥產量潛力和氮素吸收利用效率是解決全球糧食安全和保護生態(tài)環(huán)境的重要手段。品種改良是提高小麥產量和氮素吸收利用效率的重要措施之一，明確小麥品種產量和氮素吸收利用特性改良的規(guī)律及其生理基礎對于闡釋小麥產量形成機理和高效利用氮素機制及確定未來小麥高產高效育種目標均具有重要的意義。本研究選用20世紀50年代以來長江中下游冬麥區(qū)不同年代育成或引進的32個具有廣泛代表性的小麥品種，采用大田試驗在3個施氮處理（

2、0kgNha-1，112.5kgNha-1和225kgNha-1）下研究了小麥品種改良過程中產量、主要農藝性狀和氮素吸收利用特性的變化規(guī)律及生理基礎。并在前期研究的基礎上選用5個具有廣泛代表性的小麥品種，采用大田和盆栽試驗進一步探討了不同年代小麥品種根系形態(tài)與生理特性、植株衰老特性和光合特性的差異及其與產量和氮素吸收利用的關系。主要研究結果如下:
　　 1小麥產量和主要農藝性狀的改良特征及生理基礎
　　 小麥籽粒產量隨品

3、種改良進程逐步提高，產量的演變特征在不同施氮條件下差異顯著。產量年遺傳進展在N225處理(53.8 kg ha-1yr-1)顯著大于N112.5(43.7 kg ha-1yr-1)和N0(32.4 kg ha-1yr-1)處理。小麥品種改良過程中穗粒數、千粒重和收獲指數顯著增加，而單位面積穗數從50年代至80年代顯著下降，隨后保持穩(wěn)定?，F代小麥品種對氮肥的響應增強，增施氮肥顯著提高了小麥產量、單位面積穗數、穗粒數，但降低了千粒重;提高了

4、開花期葉面積、葉面積指數和單穗產量，但降低了粒葉比，說明氮肥對優(yōu)化小麥源庫關系和提高產量具有重要的作用。同時也說明品種的氮肥效應在品種改良評價過程中應加以考慮。小麥品種改良過程中產量提高主要來源于以下幾個方面:
　　 (1)單穗產量和收獲指數的提高:在品種改良過程中單穗產量和收獲指數顯著增加，而生物產量在60年代降低，隨后沒有明顯的變化。說明產量的增加主要來源于單穗產量和收獲指數的增加而與生物產量沒有明顯的關系。比較收獲指數和產

5、量構成因素對產量的貢獻發(fā)現，收獲指數增加對產量貢獻最大，在高氮處理千粒重對籽粒的貢獻大于穗粒數，在低氮處理穗粒數大于千粒重，總體來看穗粒數和千粒重對產量的貢獻幾乎相同。穗粒數的增加來源于小穗結實率的提高，而與小穗數沒有明顯的關系。千粒重的提高來源于化后物質積累的增加和灌漿速率的提高。
　　 (2)植株形態(tài)的改良:小麥品種改良過程中株高從50年代至80年代顯著降低，80年代以后保持相對穩(wěn)定，基部節(jié)間在株高中的比例下降，而穗和穗下莖

6、的比例升高，同時穗下頸在穗下節(jié)間的比例下降，說明旗葉和穗的相對位置升高。同時隨著品種改良小麥葉片增大、葉面積指數提高、粒葉比增加。說明品種改良改善了植株形態(tài)、優(yōu)化了源庫關系，有利于提高抗倒伏能力和優(yōu)化穗和旗葉的受光姿態(tài)，為小麥光合能力的提高奠定了基礎。
　　 (3)葉片光合功能的改善:隨著小麥品種改良小麥功能葉葉面積、葉面積持續(xù)期(LAD)、葉綠素含量、光合速率和光合高值持續(xù)期(PAD)顯著提高，為產量提高提供了物質和能量來源。

7、現代小麥品種實際光量子效率（ΦPSⅡ）和最大光能轉化效率（Fv/Fm）的下降速率較慢，表明品種改良提高了小麥花后光能利用能力和防御光抑制的能力，延緩了光合系統(tǒng)的衰老，是小麥產量提高的生理基礎。
　　 (4)植株抗氧化能力的增強:小麥旗葉SOD、CAT和POD活性隨品種育成年代顯著提高，MDA含量顯著降低，進一步表明品種改良通過提高小麥的活性氧清除能力，從而維持和延長LAD和PAD，為提高光合能力和獲得高產奠定了生理基礎。

8、　　 (5)灌漿速率的提高:現代小麥品種籽粒灌漿速率顯著提高，最大灌漿時期提前，對提高籽粒產量和抵御后期災害具有重要的意義。早期品種籽粒灌漿期庫源比顯著高于現代品種，說明品種改良降低了籽粒灌漿過程中源的限制性，使源庫關系更加平衡。
　　 (6)物質積累轉運的增加:品種改良過程中小麥拔節(jié)前和開花后物質積累量、群體生長速率顯著提高，而拔節(jié)至開花階段顯著降低?；ㄇ案晌镔|轉運量、轉運率和貢獻率均隨年代推進顯著提高。說明品種改良協調了小

9、麥不同生育階段物質積累，平衡了花前和花后干物質對籽粒的貢獻。品種改良降低了功能葉比葉重，提高了功能葉物質轉運量和物質輸出能力，表明現代品種資源獲取能力和生產力增強，為產量的增加奠定了物質基礎。
　　 綜上:適當降低并穩(wěn)定單位面積穗數和生物產量，提高單穗產量和收獲指數是品種改良的重要特征。提高拔節(jié)前營養(yǎng)生長、增加花后干物質積累和花前物質轉運是小麥產量改良的生物學基礎。穩(wěn)定葉面積指數，提高花后光合能力，在增加花后物質積累的基礎上提高

10、花前物質轉運從而提高單穗產量是今后高產育種的重要目標。
　　 2小麥氮素吸收利用特性的改良特征及生理基礎.
　　 品種改良過程中小麥氮素吸收利用效率逐步提高，主要由于以下形態(tài)和生理過程的變化引起的:
　　 (1)氮素積累轉運特性的變化:品種改良過程中小麥旗葉可溶性蛋白含量、硝酸還原酶(NR)活性和谷氨酰胺合成酶(GS)活性顯著提高，說明品種改良提高了小麥植株氮同化能力，為氮積累量的增加和氮效率的提高奠定了生理基礎

11、。氮效率的提高與花前氮素積累轉運特性的改良關系密切。品種改良過程中小麥花前氮積累量、各器官的氮轉運能力和拔節(jié)至開花階段積累率顯著提高，氮肥吸收效率和氮肥農學效率與開花前氮積累量和氮轉運量顯著正相關，葉片的轉運量和轉運率提高對氮效率的貢獻最大。因此，增加花前氮積累量和拔節(jié)至開花階段氮積累比例，提高營養(yǎng)器官氮素的轉運能力是品種氮效率提高的重要原因。
　　 (2)根系形態(tài)生理的變化:品種改良提高了小麥拔節(jié)至開花階段根系干物質積累量、生

12、長速率和花后根系干物質轉運量;增加了根系總根長、根系表面積、根體積、0-60cm各土層根重密度和上層根的分布比例?，F代小麥品種根系活力顯著提高，同時根系可溶性蛋白含量、SOD活性顯著提高，MDA含量顯著降低，說明品種改良改善了根系形態(tài)、延緩了根系的衰老，為產量和氮素吸收利用效率的提高奠定了生理基礎。
　　 (3)光合面積和光合能力的提高:葉面積和光合能力提高與氮吸收利用效率關系密切。功能葉葉面積和葉面積持續(xù)期(LAD)與氮素籽粒

13、生產效率(NYE)、氮肥吸收效率(NUpE)、氮素生理效率(NPE)顯著正相關，最大光合速率與NUpE、NPE顯著正相關，單位氮葉面積持續(xù)期(LADN)和單位氮光合持續(xù)期（PADN）與NFY和NHI顯著正相關，與NUpE顯著負相關。說明光合面積和光合能力的改良能拉動植株對氮的吸收，提高LADN和PADN可增加營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉運，同時也說明LADN和PADN可作為氮轉運和氮效率改良的評價指標。
　　 綜上所述，品種改良通過提