不同氮效率基因型水稻生育后期氮素积累和转运特征研究

论文摘要

我国是水稻生产大国,其种植面积和粮食产量为世界粮食种植面积和产量的22.8%和36.9%,稻谷产量占中国粮食总产的43.7%。近年来的研究发现,水稻氮素利用效率存在着基因型差异,因此有可能通过品种选育来获得氮高效的水稻品种,也就是从品种改良的途径来提高水稻氮素或氮肥利用率。水稻的氮高效包括植物体对氮素的高效吸收、氮素在植物体内的合理分配和高效利用、使水稻保持最大光合势和碳同化的适量氮素,从而获得较高的生物产量和经济产量。1.以氮高效水稻4007和氮低效水稻Elio为材料,在高、低两个供氮处理下研究了不同氮效率水稻的籽粒产量和不同生育期的干物质积累和吸氮量、根系形态以及功能叶片硝酸还原酶活性（NRA）、功能叶片和根系谷氨酰胺合成酶活性（GSA）的差异。结果表明,在分蘖期时,Elio的地上、下部生物量及氮积累量均大于4007,至拔节期时两者差距减小,齐穗时4007的地上部氮积累量高于Elio且差异显著；高氮条件下,在分蘖期4007的根系特征参数显著低于Elio,而在拔节期4007与Elio的根系特征参数没有差异,在齐穗期4007的总根长、根表面积和根尖数已经显著高于Elio;在高氮处理下的叶片硝酸还原酶活性、叶片和根系谷氨酰胺合成酶均显著高于低氮条件下；在拔节和齐穗期间,Elio叶片硝酸还原酶活性极显著下降,而4007叶片则保持硝酸还原酶活性的稳定；在齐穗期4007的谷氨酰胺合成酶活性显著高于Elio。以上结果表明拔节至齐穗期是形成氮高效水稻4007和氮低效水稻Elio生理指标以及最终产量差异的关键时期。2.以不同氮效率水稻基因型为供试材料采用15N标记的氮肥盆栽实验进一步研究和精确定量不同氮效率水稻齐穗后氮素的积累和转运量的特征。结果表明,无论在何种施氮水平下,氮高效水稻（南光和武运粳）的籽粒产量均显著高于氮低效水稻Elio;不同氮效率水稻在齐穗期时干物质积累量差异不显著,但在齐穗后15天和成熟期时氮高效水稻的干物质积累量显著高于氮低效水稻,增幅约为16.4%；与干物质积累相对应的是,不同氮效率水稻的氮素积累量在齐穗期也没有差异,但在齐穗后15天和成熟期时氮高效基因型水稻武运粳和南光的氮素积累量比氮低效基因型水稻Elio高约31%和21%,差异呈显著水平。在本试验条件下,在不同的施氮条件下,水稻从齐穗到成熟顶三叶的氮浓度降低了60-67%,表明叶片氮素无论供氮水平如何都是供应籽粒所需氮素的主力军。而茎秆中的氮在生育后期对籽粒氮的贡献取决于环境供氮水平。与对照相比,施氮水平下从茎秆转运出的氮大幅提高。在2007和2008两年的15N标记试验结果表明,与齐穗期相比,成熟期氮高效基因型武运粳和南光吸收15N总量有所上升,增幅约5%；与齐穗期相比,氮低效基因型的Elio吸收15N总量有所降低,差异并不显著。不同氮效率水稻齐穗后期吸收15N的差异最终导致氮高效水稻齐穗后积累的总氮量显著高于氮低效水稻。成熟期氮高效水稻穗中的15N总量显著高于氮低效水稻。随着生育期的推进营养器官中的15N积累量下降。氮高效水稻武运粳和南光从根茎叶转运出的15N量显著高于氮低效水稻Eilo。氮低效水稻Eilo的转运量与穗的积累量相当,而氮高效水稻南光和武运粳穗的积累量大于营养器官氮素的转运量,约占籽粒所需氮量的85%和91%,从土壤中再吸收的15N量为籽粒氮素需要量的15%和9%。氮高效水稻武运粳和南光叶片和根系的15N转运量高于氮低效水稻Elio,差异显著,而茎秆中的15N转运量却小于氮低效水稻Elio,差异呈显著水平。综上所述,氮高效水稻和氮低效水稻氮素积累和转运特征的差异主要表现在齐穗期以后,氮高效水稻具有强的氮素吸收能力或者强的转运能力,以满足籽粒形成期植株对氮素的利用。3.以不同氮率水稻基因型为供试材料,研究了不同供氮水平下水稻生育后期植物氮浓度和可溶性蛋白以及氮代谢关键酶的变化。结果表明,与不施氮处理相比,施氮处理能显著增加不同氮效率水稻功能叶和茎秆的氮浓度和可溶性蛋白的浓度以及氮代谢关键酶的活性。氮代谢关键酶活性与可溶性蛋白含量和植物氮浓度的相关关系在不同的生育期差别较大。齐穗期时氮代谢酶NR、GS活性与可溶性蛋白含量和氮浓度均呈极显著正相关,到了齐穗后2周只有GS的酶活性与N浓度的关系呈显著相关。而GDH酶活性只在齐穗后2周和可溶性蛋白及氮浓度呈显著相关,在齐穗期时并没有相关性。GOGAT酶活性只在齐穗后2周与可溶性蛋白浓度关系密切,与氮浓度之间没有相关关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 第一章 引言
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 中国氮肥利用现状
• 1.3 氮素利用效率的定义
• 1.4 植物吸收氮素的生理机制
• 1.5 植物利用氮素的生理机制
• 1.6 水稻氮素营养与叶片衰老的关系
• 1.7 研究内容
• 参考文献
• 第二章 材料与方法
• 2.1 2006年不同氮效率水稻在不同生育期的生长特性研究
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验方案
• 2.1.3 测定项目
• 2.2 2007年不同氮效率水稻生育后期氮积累转运特征研究（1）
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验方案
• 2.2.3 测定项目
• 2.3 2008年不同氮效率水稻生育后期氮积累转运特征研究（2）
• 2.3.1 试验材料
• 2.3.2 试验方案
• 2.3.3 测定项目
• 2.4 统计分析
• 参考文献
• 第三章 不同氮效率水稻品种的生长特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 产量
• 3.2.2 根系和地上部干重
• 3.2.3 氮素积累量
• 3.2.4 根系形态特征
• 3.2.5 硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活力
• 3.3 讨论
• 3.3.1 不同氮浓度对水稻氮素吸收的影响
• 3.3.2 氮素吸收与根系特性的关系
• 3.3.3 硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活力与氮素吸收的关系
• 参考文献
• 第四章 不同氮效率水稻生育后期氮素积累特征
• 4.1 引言
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 产量及其产量构成
• 4.2.2 不同氮效率水稻生育后期的干物质积累量
• 4.2.3 不同氮效率水稻生育后期的氮素积累量的差异
• 15N积累的差异'>4.2.4 不同氮效率水稻不同部位¹⁵N积累的差异
• 15N的分配'>4.2.5 不同氮效率水稻对¹⁵N的分配
• 4.3 讨论
• 参考文献
• 第五章 不同氮效率水稻生育后期氮素转运特征
• 5.1 引言
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 不同氮效率水稻氮素利用效率的差异
• 5.2.2 不同氮效率水稻生育后期的氮素转运量的差异
• 5.2.3 不同时期施肥对水稻籽粒氮的影响
• 5.3 讨论
• 参考文献
• 第六章 不同氮效率水稻生育后期氮代谢酶活性的变化特征
• 6.1 引言
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 叶片和茎杆氮浓度
• 6.2.2 叶片和茎杆可溶性蛋白浓度
• 6.2.3 叶片和茎杆硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性
• 6.2.4 叶片和茎杆谷氨酸合酶和谷氨酸脱氢酶的活性
• 6.2.5 氮代谢关键酶与可溶性蛋白含量及氮浓度的相关性分析
• 6.3 讨论
• 参考文献
• 全文结论
• 创新点
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文