小黑麦氮利用效率基因型差异评价及其生理特性研究

论文摘要

为缓解人口压力,获得作物的高产与稳产,过量施用氮肥在我国普遍存在。氮肥的过量施用不仅浪费资源,而且导致我国氮肥利用效率降低和环境污染等问题。已有的研究表明,同一作物不同品种间的氮肥利用效率存在差异。因此,从作物自身遗传潜力出发,获取作物氮高效基因型成为减少氮肥投入、提高作物氮素营养效率的有效途径。本文结合国内外研究现状,采用盆栽试验,通过评价不同氮效率小黑麦基因型氮素利用的差异,并在此基础上选择氮高效利用小黑麦基因型PI429186和低效基因型CIxt74为试材,研究不同氮效率小黑麦基因型在不同生育期不同供氮条件下干物质生产、氮素积累、转移特征和生理特性。主要研究结果如下：（1）通过土壤盆栽试验,对31个小黑麦品种氮利用效率基因型差异及相关性状指标进行研究,结果表明：小黑麦的氮素利用效率在低氮和正常供氮条件下都有较大的基因型差异,并在抽穗期时变异系数达到最大（低氮条件下CV为19.07%,正常供氮为19.50%）。根据小黑麦在两供氮条件下不同生育期的氮素利用效率可将小黑麦分为3个类型：氮高效利用基因型,氮低效利用基因型和中间类型,并由此确定氮高效利用基因型为：CIxt82、PI429186和PI429228,氮低效利用基因型为：CIxt74、CIxt75、CIxt76、PI428955、PI587238和PI587241。小黑麦株高与地上部生物量在两供氮条件下各生育期表现出氮高效利用基因型高于氮低效利用基因型的趋势。相关性分析表明,小黑麦株高和地上部生物量与氮素利用效率呈现较强的正相关性。因此,这两个植株性状可作为小黑麦氮高效利用基因型评价的辅助指标。（2）通过土壤盆栽试验,以氮高效利用小黑麦基因型PI429186和氮低效利用小黑麦基因型CIxt74为材料,设置4个氮素水平0 mg/kg（NO）、16.67 mg/kg（N1）、33.33mg/kg（N2）和66.67 mg/kg（N3）,对氮高效利用小黑麦基因型各生育期干物质生产、氮素积累和分配特性进行研究。结果表明：随供氮量的增加,各生育期小黑麦的生物量增加。在同一生育期同一供氮条件下,氮高效利用小黑麦基因型PI429186的生物量显著高于氮低效利用小黑麦基因型CIxt74。小黑麦根、茎、叶的氮素积累量及氮素阶段性积累量随供氮量的增加而增大。氮高效利用小黑麦基因型PI429186根、茎、叶的氮素积累量和氮素阶段性积累量均高于在同一生育期同一供氮条件下的氮低效利用小黑麦基因型CIxt74。小黑麦的氮素多分布于茎、叶中。抽穗期时,叶的氮素含量逐渐向茎部运移,根部氮素含量保持相对稳定。两类小黑麦基因型在各生长器官中氮素分配差异不显著。（3）通过土壤盆栽试验,以氮高效利用小黑麦基因型PI429186和氮低效利用小黑麦基因型CIxt74为试材,设置4个氮素水平0 mg/kg（NO）、16.67 mg/kg（N1）、33.33 mg/kg（N2）和66.67 mg/kg（N3）,对小黑麦氮高效利用基因型各生育期的根系和叶片生理特性进行研究,结果表明：在同一生育期同一供氮条件下,小黑麦氮高效利用基因型PI429186的根系a-NA氧化量、TTC还原量和根系活跃吸收面积,均大于或显著高于氮低效利用小黑麦基因型CIxt74,表现为根系活力大于氮低效利用基因型。小黑麦氮高效利用基因型PI429186的叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性随生育期,表现出在同一供氮条件下强于氮低效利用基因型CIxt74的趋势,而膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）含量显著低于氮低效利用基因型。这表明小黑麦氮高效利用基因型具有较强的根系活力,获取土壤氮素的能力强；而叶片保护酶在各生育期通过协同作用,共同起到阻止高浓度氧积累和膜指过氧化,提高其光合能力,达到增产目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 立题依据
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 作物氮素效率的品种差异及环境效应
• 1.2.1.1 作物氮素效率的品种差异
• 1.2.1.2 作物氮素利用效率的环境效应
• 1.2.2 作物氮高效基因型的评价
• 1.2.2.1 评价方法
• 1.2.2.2 评价时期
• 1.2.2.3 评价压力
• 1.2.2.4 评价指标
• 1.2.3 作物氮高效利用基因型生物学及生理特征
• 1.2.3.1 生物学特征
• 1.2.3.2 生理特征
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.1.1 小黑麦氮高效利用基因型差异及评价
• 1.3.1.2 小黑麦氮高效利用基因型生物学及生理特征
• 1.3.2 技术路线
• 2 小黑麦氮利用效率基因型差异及评价
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 试验处理
• 2.1.3 测定内容与方法
• 2.1.4 数据计算及分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 不同生育期小黑麦氮素利用效率的基因型差异
• 2.2.2 不同小黑麦基因型的氮素利用效率评价
• 2.2.3 不同氮效率小黑麦植株性状的基因型差异
• 2.2.3.1 株高
• 2.2.3.2 根干重
• 2.2.3.3 地上部生物量
• 2.2.3.4 根冠比
• 2.2.4 小黑麦植株性状与氮素利用效率的相互关系
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 3 小黑麦氮高效利用基因型物质生产和氮素积累、分配特性
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 供试材料
• 3.1.2 试验处理
• 3.1.3 测定内容与方法
• 3.1.4 数据分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型生物量的影响
• 3.2.2 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型氮素积累特性的影响
• 3.2.2.1 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型氮素积累量的影响
• 3.2.2.2 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型氮素阶段性积累量的影响
• 3.2.3 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型氮素分配特性的影响
• 3.2.3.1 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型氮素含量的影响
• 3.2.3.2 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型氮素分配的影响
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 4 小黑麦氮高效利用基因型生理特性研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 供试材料
• 4.1.2 试验处理
• 4.1.3 测定内容与方法
• 4.1.4 数据分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型根系生理特征的影响
• 4.2.1.1 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型根系α-NA氧化量的影响
• 4.2.1.2 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型根系TTC还原量的影响
• 4.2.1.3 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型根系活跃吸收面积的影响
• 4.2.2 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型叶片保护酶活性的影响
• 4.2.2.1 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型叶片SOD活性的影响
• 4.2.2.2 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型叶片POD活性的影响
• 4.2.2.3 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型叶片CAT活性的影响
• 4.2.3 氮素对不同氮利用效率小黑麦基因型叶片MDA含量的影响
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 5 全文主要结论及研究展望
• 5.1 全文主要结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表及完成的学术论文