论文摘要
小麦的氮素利用效率受遗传因素、生态环境因素及栽培措施的共同调控。其中选育高效利用氮素的品种是比较理想的途径之一。因此，深入研究小麦不同近缘种氮素利用效率的进化规律及生理机制，对选育氮素高效利用材料并扩大其遗传基础具有重要意义。本研究以二倍体野生一粒小麦、栽培一粒小麦、节节麦和黑麦，四倍体野生二粒小麦、栽培二粒小麦和硬粒小麦，六倍体普通小麦扬麦9号和扬麦158及八倍体小黑麦为材料，采用盆栽试验研究了小麦不同近缘种氮素利用效率的差异及其生理机制。主要研究结果如下：1、明确小麦不同近缘种氮素利用效率的演化规律。结果表明，小麦不同近缘种间产量和氮素利用效率存在明显的差异。与普通小麦相比，二倍体和四倍体材料单株穗数较多，但穗粒数、千粒重和产量比较低；氮素籽粒生产效率、氮素收获指数和生理效率比较低，具有较高的氮素干物质生产能力；NYE和NPE的变异性较大，可以作为小麦不同近缘种氮素利用效率差异的主要指标。相关分析表明，缺氮时，氮素积累成为籽粒产量形成和籽粒氮素积累的主要影响因素之一；施氮时，过高的氮素积累要消耗过多的能量和有机物，限制产量的增加，从而限制了NYE、NHI和NPE的提高；NHI、NYE和NPE之间呈极显著的正相关。2、研究了小麦不同近缘种氮素吸收、分配、运转、氨基酸含量和氮代谢关键酶活性的差异，及其与氮素利用效率的关系。结果表明，与普通小麦和小黑麦相比，二倍体和四倍体材料（除黑麦）在越冬前和花后氮素吸收能力较低，在拔节到开花期间较高；开花期氮素在叶片中的积累较少，其他营养器官积累较多，成熟期营养器官中的氮素分配较高，籽粒中氮素分配较少；具有较高的氮素运转量，但运转效率比较低；花后营养器官氮素运转对籽粒氮素积累的贡献率较高，花后吸收氮素的贡献率较低。相关分析表明，孕穗期和开花期具有较高的氮代谢酶活性，有利于提高NDE；灌浆后期氮代谢关键酶活性下降较慢，持续时间长，有利于提高NYE、NHI、NPE。3、研究了小麦不同近缘种干物质积累与运转、可溶性糖含量和光合特性的差异，及其与氮素利用效率的关系。结果表明，与普通小麦和小黑麦相比，二倍体（除黑麦）和四倍体材料在拔节到开花期间具有较高的干物质生产能力，而在越冬前和开花后干物质积累比较少，籽粒产量形成对花后干物质运转的依赖性较高，花后干物质积累对籽粒产量的贡献率比较低；二倍体和四倍体材料在开花前具有较高的光合速率（Pn）、气孔导度(g?)、最大光能转换效率(Fv／F?)和实际光化学效率(φPSII)；开花以后，二倍体和四倍体材料受非气孔因素的影响，光合能力下降较快；除黑麦外，旗叶光合速率在开花10d后都低于普通小麦和小黑麦，胞间CO2浓度（C1）迅速增加，Fv／F?、φPSII和叶绿素含量快速下降；二倍体和四倍体材料开花前单株总叶面积和旗叶叶面积较大，花后下降迅速，功能期短。因此，提高小麦花后的光合速率以及延长光合功能期可以提供较多的能量和碳源，促进花后干物质的积累，是提高氮素籽粒生产效率、收获指数和生理效率的生理基础。4、阐明了小麦不同近缘种生育后期根系活力、可溶性蛋白质含量、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性变化的差异，及其于碳、氮代谢的关系。结果表明，与普通小麦和小黑麦相比，二倍体和四倍体材料开花以前具有比较高的根系活力、可溶性蛋白含量、SOD和CAT活性；开花以后，根系活力、旗叶可溶性蛋白含量、SOD和CAT活性快速下降，MDA含量快速上升，衰老加快；相关分析表明，延缓小麦旗叶衰老进程，可以促进花后氮素和干物质运转，增加花后氮素和干物质积累，提高籽粒产量和籽粒氮素积累量。因此，在小麦进化过程中，延缓生育后期根系和旗叶衰老是增加产量和提高碳、氮代谢水平的生理基础。5、研究了小麦不同近缘种苗期根系形态特征、根系活力和氮代谢关键酶活性的差异，及其与氮素积累量的关系。结果表明，小黑麦、黑麦和二倍体材料根系较长，表面积和体积较大，根系鲜重、根系总活力、根系和叶片硝酸还原酶活性比较高，与氮素积累变化一致；根系形态指标、生理活性与氮素积累量间呈显著或极显著的正相关；因此，提高根系的长度、表面积、体积和生理活性对促进小麦对氮素的吸收和积累具有重要意义。