不同水稻基因型氮效率差异的生理机制研究

论文摘要

中国的氮肥施用量占到全世界使用量的1／4强。由于过量施肥导致我国的氮肥利用率一直低于世界水平。南方部分经济相对发达地区稻田的氮肥利用率低于20％。氮肥利用效率低不仅导致氮素的损失，而且还对环境产生严重的影响。氮肥利用率低下在全世界范围内是一个难以解决的问题。有丰富可利用耕地和较少人口的一些发达国家可以通过降低目标产量和减少氮肥投入量来实现。而在中国由于可利用耕地非常有限并且拥有世界上最多的人口，所以需要采取其它方式既要保证作物单产不降低又要对环境不会造成负面影响。因此，应该优化施肥量以达到最佳产量又不会产生环境压力。大量研究结果表明水稻的氮肥利用率存在着基因型差异；通过基因型筛选来提高我国稻田氮肥利用率是可行的。因此，本试验研究了不同水稻基因型的氮素吸收和利用的基因型差异，为筛选氮高效基因型提供试验依据。 考察苗期氮素吸收特征是筛选氮高效水稻基因型的重要途径。水培试验研究了3个基因型水稻（4007、南光、ELIO）苗期氮素吸收利用以及生长特征的差异。测定了3个氮水平下(4，10，40 mg N L-1)水稻的生物积累量，氮素积累量，总根长，根系表面积，氮素吸收速率和吸收动力学参数。结果表明，低氮处理显著减小了水稻的干物质积累量；ELIO在3个氮水平下的干物质积累量均显著高于4007和南光。氮胁迫(4，10 mg N L-1)条件下植株的干物质积累量与对照处理(40 mg N L-1)相比，减小幅度顺序为：南光＞4007＞ELIO。说明南光对低氮条件最为敏感。3个品种间的氮素利用效率没有差异，而ELIO的氮素吸收效率显著高于4007和南光。氮胁迫条件下植株的氮素积累量与对照处理相比，减小幅度顺序为：南光＞4007＞ELIO。说明ELIO的干物质积累量多主要因为它具有较高的氮素吸收效率。ELIO的总根长、根表面积、根尖数均显著大于4007和南光。各个氮水平下ELIO的氮素吸收速率均高于4007和南光。ELIO吸收NH4+和NO3-动力学参数Vmax大于4007和南光；它们之间的Km没有差异。因此，ELIO品种苗期高效吸收氮素是根系形态和吸收速率综合作用的结果。 在3个氮水平(4、10、40 mg N L-1)下，研究了氮素吸收效率不同的3个水稻品种（高吸氮品种ELIO；低吸氮品种4007、南光）的叶片光合特性的差异以及与氮素营养的关系。结果表明，4007和南光的光合速率和气孔导度在各个氮水平下显著低于ELIO。品种间的叶片胞间CO2浓度没有差异。水稻的光合速率与气孔导度显著正相关，相关系数为0.85*。低氮处理显著减小了水稻叶面积。4、10 mg N L-1与40 mg N L-1水平相比，3个品种叶面积下降幅度顺序为：南光＞4007＞ELIO。4007和南光叶片中

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 氮肥在农业生产中的作用
• 1.2 我国农田氮肥利用状况
• 1.3 提高稻田氮肥利用率的途径
• 1.3.1 新型肥料的使用
• 1.3.2 氮肥管理措施
• 1.3.3 种植氮高效品种
• 1.4 植物吸收利用氮素的生理机制
• 1.4.1 植物吸收氮素的生理机理
• 1.4.2 植物利用氮素的生理机理
• 1.5 水稻对氮素吸收利用的基因型差异
• 1.6 水稻氮素营养的叶色诊断
• 1.7 植物高效吸收利用氮素的影响因素
• 1.7.1 根系吸收能力和动力学特征
• 1.7.2 根系形态特征
• 1.7.3 光合作用与氮素再利用的协调
• 1.8 本研究的目的和意义
• 参考文献
• 第二章 水稻苗期吸收氮素的基因型差异
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同基因型水稻干物质积累量的差异
• 2.2 不同基因型水稻的氮素积累量差异
• 2.3 不同基因型水稻的氮素吸收和利用效率的差异
• 2.4 不同基因型水稻根系形态特征的差异
• 2.5 不同基因型水稻根系养分吸收速率和吸收表面积的差异
• 2.6 不同基因型水稻吸收养分动力学参数的差异
• 2.7 不同基因型水稻伤流液的差异
• 3 小节与讨论
• 参考文献
• 第三章 不同吸氮效率水稻苗期叶片光合特征的差异
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2浓度的差异'>2.1 不同基因型水稻光合速率、气孔导度和胞间 CO₂浓度的差异
• 2.2 水稻叶面积、光合速率、干物质积累的相互关系
• 2.3 不同基因型水稻氮素光合效率、体内氮素分配的差异
• 2.4 不同基因型水稻叶片 SPAD值和氮含量的差异
• 2.5 不同基因型水稻叶绿素含量的差异以及与光合速率的关系
• 3 小节与讨论
• 参考文献
• 第四章 水稻产量及构成因子的基因型差异比较
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 施肥对水稻产量以及产量构成因子的影响
• 2.1.1 施肥对水稻籽粒产量、干物质产量的影响
• 2.1.2 施肥对水稻籽粒产量构成因子的影响
• 2.1.3 施肥对水稻株高的影响
• 2.2 不同水稻基因型干物质积累的差异
• 2.3 不同水稻基因型氮素吸收和利用的差异
• 2.3.1 不同水稻基因型的氮素吸收量的差异
• 2.3.2 不同水稻基因型的氮素利用效率的差异
• 2.3.3 不同水稻基因型的氮素农艺效率和氮素回收效率的差异
• 3 小结与讨论
• 参考文献
• 第五章 水稻氮素吸收积累的基因型差异比较
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 施氮水平对不同水稻基因型植株氮素积累量的影响
• 2.1.1 分蘖期氮素积累量的差异
• 2.1.2 拔节期氮素积累量的差异
• 2.1.3 开花期氮素积累量的差异
• 2.1.4 成熟期氮素积累量的差异
• 2.2 水稻开花期氮素积累量与成熟期氮素积累总量的关系
• 2.3 施肥对水稻成熟期氮素体内分配的影响
• 2.4 水稻植株氮含量与籽粒产量以及稻谷生产率的关系
• 2.5 氮素积累量与水稻产量的关系
• 3 小结与讨论
• 参考文献
• 第六章 水稻氮素转运的基因型差异比较
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同水稻基因型的氮素转运量的差异
• 2.2 不同水稻基因型的氮素转运率的差异
• 2.3 水稻氮素转运量、转运率和氮素积累量的关系
• 3 小节与讨论
• 参考文献
• 第七章 水稻氮素营养诊断及施肥技术研究
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 水稻开花期不同叶位的 SPAD值
• 2.2 水稻乳熟期不同叶位的SPAD值
• 2.3 水稻开花期、成熟期水稻的叶片氮含量
• 2.4 水稻不同叶位叶片开花期与成熟期 SPAD差值的差异
• 2.5 不同叶位 SPAD值与水稻叶片氮含量的相互关系
• 2.6 水稻高产时的 RSPAD值和最宜施肥量
• 3. 小结与讨论
• 参考文献
• 第八章 讨论与结论
• 1 讨论
• 1.1 水稻苗期氮素吸收与光合作用的关系
• 1.2 氮素利用效率的评价指标
• 1.3 水稻高产的氮素吸收与转运特征
• 1.4 应用叶绿素计诊断水稻氮素营养和推荐施肥
• 2 结论
• 参考文献
• 致谢
• 博士期间发表的论文