水稻氮效率基因型差异评价与氮高效机理研究

论文摘要

水稻是我国最重要的粮食作物，生产了中国44％的粮食。为减轻人口增加对粮食需求的压力，我国一直将提高水稻单位面积产量作为水稻生产的主要任务。但是，我国水稻高产大多以基于施用过量的化学肥料来获得。目前中国稻田单季水稻氮肥用量平均为180kg ha-1，这一用量比世界稻田氮肥单位面积平均用量大约高75％左右，部分地区的施氮量为270-300kg ha-1，高的已达350kg ha-1。随着水稻产量水平的提高，化肥特别是氮肥的施用量不断增加，对环境造成的压力也逐步加大。水稻对氮素的吸收和利用是农业生态系统中氮素循环的两个重要过程。充分挖掘作物吸收利用氮素的遗传潜力，从而在一定的氮肥投入下获得较高的产量，并减少氮素在土壤中的残留，是提高氮肥利用率的重要途径之一。而遗传改良的先决条件是了解控制作物高效吸收利用氮素的关键生理过程。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。 本项目拟在田间条件下研究不同基因型水稻氮效率的差异，从中筛选出氮效率差异大的水稻基因型；在此基础上研究不同氮效率基因型水稻对氮素的吸收和生理利用过程，阐明水稻氮高效形成机理；丰富水稻氮营养理论，提出氮高效基因型水稻的形态与生理特征，为氮高效水稻品种的选育提供理论依据。田间试验包括三部分：2003年在南京农业大学江浦试验站在两个氮水平(0和180kg ha-1)下进行了177个粳稻的氮效率基因型评价，从中选出氮效率差异较大的水稻基因型作为以后的供试材料；2004年继续在南京市江宁秣陵镇实施田间试验，在7个氮水平下(0-360kg ha-1)研究了三个氮高效水稻基因型（武运粳7号、南光和4007）和一个氮低效基因型（ELIO）的产量及其构成、氮素吸收转运和干物质积累转运，阐明其与氮吸收和利用效率相关的关键过程；2004年在南京农业大学江浦试验站和江宁秣陵镇同时实施两个田间试验，在3个氮水平下(0、120和240kg ha-1)研究了一个氮高效水稻南光和一个氮低效水稻ELIO在不同生育期的根系形态特征和生理特性，阐明与氮高效有关的根系形态特征和生理活性。 主要结果如下： 1．采用177个粳稻基因型在2个施氮水平下进行田间筛选试验来评价水稻的产量、吸氮量和氮素利用效率的变异情况。结果表明，随着供氮水平的增加水稻的产量

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• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 中国氮肥利用率低的原因分析
• 1.2.1 土壤背景氮
• 1.2.2 水稻品种
• 1.2.3 氮肥的施用时期
• 1.3 提高氮肥利用率的研究进展
• 1.3.1 氮肥种类
• 1.3.2 氮肥增效剂
• 1.3.3 合理的施肥技术
• 1.4 水稻高效利用氮素的生理机制研究进展
• 1.4.1 氮素利用效率的定义
• 1.4.2 水稻氮素利用效率的基因型差异
• 1.4.3 影响氮素利用效率的生理生化机制
• 1.5 研究内容
• 参考文献
• 第二章 材料与方法
• 2.1 2003年水稻氮效率基因型评价试验
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 氮肥处理
• 2.1.3 田间试验实施方案
• 2.1.4 测定项目
• 2.2 2004年水稻田间试验Ⅰ
• 2.2.1 供试水稻基因型
• 2.2.2 氮肥处理
• 2.2.3 田间试验实施方案
• 2.2.4 测定项目
• 2.2.5 数据计算及分析
• 2.3 2004年水稻田间试验Ⅱ（根系研究）
• 2.3.1 供试水稻基因型
• 2.3.2 试验地点
• 2.3.3 试验方案
• 2.3.4 测定项目及计算
• 2.4 2004年水稻田间试验Ⅲ（辅助实验）
• 2.4.1 试验处理及实施
• 2.4.2 测定项目
• 2.5 统计分析
• 参考文献
• 第三章 不同基因型水稻氮效率的差异及评价
• 摘要
• 3.1 引言
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 水稻氮素吸收和利用效率的基因型差异
• 3.2.2 不同基因型水稻的氮效率评价
• 3.2.3 不同氮效率水稻的氮素吸收和利用效率基因型差异
• 3.3 讨论
• 参考文献
• 第四章 不同氮效率水稻的产量及氮效率分析
• 摘要
• 4.1 引言
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 不同氮效率水稻的产量
• 4.2.2 不同氮效率水稻的产量构成及对产量的贡献
• 4.2.3 不同氮效率水稻的氮效率及其构成性状
• 4.3 讨论
• 参考文献
• 第五章 不同氮效率水稻的群体发育特征分析
• 摘要
• 5.1 引言
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 不同氮效率水稻的群体茎蘖动态
• 5.2.2 不同氮效率水稻的群体叶面积指数
• 5.2.3 不同氮效率水稻的光合物质累积
• 5.2.4 不同氮效率水稻的库容量
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 不同氮效率水稻的干物质积累及转运特征
• 摘要
• 6.1 引言
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 不同氮效率水稻在齐穗期前后的干物质积累
• 6.2.2 不同氮效率水稻的总干物质积累
• 6.2.3 不同氮效率水稻的群体生长率
• 6.2.4 不同氮效率水稻齐穗期后的干物质转运量
• 6.2.5 不同氮效率水稻的干物质积累、转运与产量和氮素利用率的关系
• 6.3 讨论
• 参考文献
• 第七章 不同氮效率水稻的氮素积累及转运特征
• 摘要
• 7.1 引言
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 不同氮效率水稻的氮素积累进程
• 7.2.2 不同氮效率水稻齐穗期前后的氮素积累
• 7.2.3 不同氮效率水稻的总氮素积累
• 7.2.4 不同氮效率水稻齐穗期后的氮素转运量
• 7.2.5 不同氮效率水稻氮素积累、转运与产量和氮素利用率的关系
• 7.3 讨论
• 参考文献
• 第八章 不同氮效率水稻的根系生物特性研究
• 摘要
• 8.1 引言
• 8.2 结果与讨论
• 8.2.1 在不同施氮水平下不同氮效率水稻根系生长的差异
• 8.2.2 在不同施氮水平下不同氮效率水稻根系形态特征的差异
• 8.2.3 不同水稻品种在不同施氮水平下吸氮速率的差异
• 8.2.4 不同氮效率水稻的伤流强度
• 8.3 讨论
• 参考文献
• 在读博士期间撰写和发表的学术论文
• 致谢