不同水分条件下氮素供应对小麦植株氮代谢及籽粒蛋白质积累的影响

土壤水分逆境是限制小麦籽粒品质形成的重要生态因子,明确土壤水分逆境下小麦籽粒品质形成的生理机制及调优技术途径,对于深化小麦品质生理生态研究和指导小麦调优栽培具有重要的理论意义和应用前景。在防雨池栽条件下,设置渍水、干旱和对照3个水分处理,每个水分处理下再设置120和240 kg.hm-2两个施氮水平,研究了花后渍水和干旱逆境下氮素对两个籽粒蛋白质含量不同的小麦品种植株氮代谢和籽粒蛋白质积累的影响。结果表明,与正常水分处理相比,花后干旱和渍水均降低旗叶硝酸还原酶活性、叶片总氮含量和游离氨基酸含量。干旱处理提高了茎鞘总氮与游离氨基酸含量以及籽粒蛋白质含量,而渍水处理则使其降低。水分逆境下增施氮肥提高旗叶硝酸还原酶活性、叶片与茎鞘总氮和游离氨基酸含量以及籽粒游离氨基酸和蛋白质含量。花后干旱和渍水均显著降低了小麦籽粒产量和蛋白质产量。增施氮肥提高适宜水分和水分亏缺条件下小麦籽粒产量,但不利于渍水下小麦产量的提高。这说明,花后渍水和干旱逆境下施用氮肥对小麦植株氮代谢和籽粒蛋白质积累有明显的调节效应。     

水稻物质生产与氮、磷、钾、硅素积累特点及其相互关系

大田条件下研究了30个水稻基因型的干物质与N、P、K、Si积累特性及其相互关系.结果表明,水稻干物质积累总量随N、P、K和Si积累总量的增加呈直线增加,其相关系数早季和晚季均达极显著水平.同时,N、P、K、Si积累的平衡有利于干物质积累,干物质积累量随NBI(养分平衡指数)直线增加,随NDI(养分偏离指数)直线下降.30个水稻品种平均N、P、K、Si积累总量比值早季为3.76:1:4.55:7.10,晚季为2.88:1:4.54:8.09.干物质积累能力以中期最强,前期最弱,而N积累能力却以前期最强,后期最弱.水稻抽穗前积累的干物质主要分配在茎鞘中,当抽穗期茎鞘比率达到最大时,茎鞘重约为叶片重的2倍,而抽穗前积累的N主要分配在叶片中,叶片中N的分配比率全生育期均比干物质分配比率高.成熟期积累的干物质、N和P主要分配在穗部,早、晚季稻的平均分配比率分别为58.01%、66.42%和70.06%,而K主要分配在茎鞘中,早、晚季稻的平均分配比率为62.08%.早季Si在茎中的分配比率(43.11%)最大,而晚季却以穗中的分配比率(46.99%)最大.     

不同生育时期增铵营养对小麦生长及氮素利用的影响

通过两年的田间试验,研究了不同生育时期增铵营养(EAN)对小麦生长和氮素利用的影响.结果表明,田间增铵营养促进了小麦植株的生长和氮素吸收.其中基肥、分蘖期、拔节期EAN提高了小麦的干物质积累量、地上部氮积累量、有效穗数、叶面积指数、叶片叶绿素含量以及小麦的籽粒产量;孕穗期EAN效果不明显;全生育期EAN在促进生长方面的效果并无明显优势,但可有效降低土壤N₃^--N的淋溶损失.与对照相比,EAN提高了氮流效率和吸收效率,但以拔节前处理最为明显.拔节期EAN主要在于改善后期的叶片光合性能,并促进同化物向籽粒的再分配,而基肥和分蘖期EAN主要在于提高有效分蘖数.     

小麦目标产量设计及适宜品种选择的动态知识模型

运用知识工程和系统建模方法,在综合考虑决策点光温生产潜力、历史平均产量水平、土壤肥力、肥水管理水平和生产技术水平等诸多因子对增产系数影响的基础上,通过定量计算动态增产系数,建立了具有时空适应性的小麦目标产量设计知识模型;通过定量计算小麦品种特征值与环境因子和生产需求之间的符合度,建立了适宜品种选择的量化知识模型．利用南京、郑州、泰安、保定和太原5个不同生态点的不同年型每日气象资料以及不同历史平均产量水平、土壤肥力和肥水管理水平,对目标产量设计模型进行了实例分析;利用广州、南京、泰安、北京、哈尔滨5个不同生态点常年气象资料以及15个不同品种资料,对品种选择知识模型进行了实例分析．结果表明,所建知识模型具有较好的决策性和广泛适应性．     

花后干旱和渍水对不同品质类型小麦籽粒品质形成的影响

 防雨池栽条件下研究了花后干旱和渍水胁迫对两个不同品质类型小麦（Triticum aestivum）品种籽粒产量和品质形成的影响。结果表明,花后渍水和干旱处理明显降低了小麦籽粒产量和蛋白质产量。在整个灌浆期内干旱处理明显提高了籽粒蛋白质和醇溶蛋白含量,而渍水处理降低了籽粒蛋白质及其组分的积累量。籽粒总淀粉和直链淀粉含量以渍水处理最高,而支链淀粉以对照最高。干旱处理提高了籽粒干、湿面筋含量、沉降值和降落值,而渍水处理降低了上述品质指标。试验表明干旱和渍水胁迫对小麦籽粒蛋白质与淀粉的含量和组分及面粉品质等均有不同程度的影响,从而改变了不同品质类型小麦的籽粒品质。     

氮素对花铃期干旱再复水后棉花根系生长的影响

 于2005～2006年在江苏南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验, 设置正常灌水(土壤含水量为田间持水量的75%左右)和棉花(Gossypium hirsutum)花铃期土壤短期干旱处理(将正常灌水的棉花自然干旱持续8 d, 以棉株出现萎蔫症状为标准, 之后复水至正常灌水水平), 每个处理再设置3个氮素水平(0、3.73、7.46 g N·pot^–1, 分别相当于0、240、480 kg N·hm^–2), 研究氮素对花铃期干旱及复水后棉花根系生长的影响。结果表明, 花铃期干旱条件下, 土壤相对含水量迅速减少, 并随氮素水平的提高而降低。在干旱处理结束时, 与正常灌水处理相比, 干旱处理棉花根重与氮素累积量显著降低, 但干物质根冠比(R/S)与氮素累积量根冠比(RN/SN)增大; 根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性明显升高, 而过氧化氢酶(CAT)活性降低, 同时, 丙二醛(MDA)含量相应增大。花铃期短期干旱亦显著降低棉花根系活力与叶片净光合速率。施氮可提高干旱处理棉花根重与氮素累积量, 降低SOD活性, 增强POD与CAT活性, 但以240 kg N·hm^–2水平最有利于根系生长, 其内在生理机制表现为R/S与RN/SN最小, 膜脂过氧化程度最低, 而根系活力最强, 其叶片的净光合速率亦最高。复水后, 干旱处理棉花根重与氮素累积量显著高于正常灌水处理; 内源保护酶活性相应变化, 其根系MDA含量与正常灌水处理已无显著差异; 根系活力显著高于正常灌水处理。施氮有助于增加复水后棉花根重与氮素累积量, 提高POD与CAT活性, 降低膜脂过氧化程度, 增强棉花根系活力, 从而提高叶片净光合速率。综合分析认为, 过量施氮或施氮不足均不利于棉花根系生长, 两年的试验结果表明, 在本试验设置的3个氮素水平中, 花铃期干旱胁迫下以240 kg N·hm^–2, 且基施50%, 初花期追施50%较适宜。     

棉花纤维发育关键酶对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系

大田栽培条件下,于2005～2006年在江苏南京（118°50′E,32°02′N,长江流域下游棉区）以美棉33B（平均比强度32cN／tex）和科棉1号（平均比强度35cN／tex）2个品种为材料,进行氮素水平（O（零氮）,240（适氮）和480kgN／hm^2（高氮））实验,研究棉花纤维发育关键酶（蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶）活性变化特征对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系．结果表明,棉纤维发育关键酶活性及其基因表达强度均受氮素影响,并影响棉纤维素的累积特征及纤维比强度的形成．蔗糖合成酶活性随铃龄增加呈单峰曲线,峰值出现在铃龄31天,其基因表达强度在7～21天维持较高水平;氮素水平间比较,以240kgN／hm^2处理的蔗糖合成酶活性及其基因表达强度最高,酶活性高表达持续时间长．β-1,3-葡聚糖酶活性随铃龄增加呈下降趋势,其基因表达在铃龄7～24天间呈单峰曲线,铃龄18天时达到峰值;氮素水平间比较,以240kgN／hm^2处理的β-1,3-葡聚糖酶活性最高,其基因表达量在纤维发育前期（铃龄9～12天）较低,之后大幅增加且稳定表达．240kgN／hm^2下棉纤维发育关键酶的上述变化促进纤维素累积持续期长且整个纤维发育过程中纤维素累积速率平缓,最终形成纤维比强度较高。     

外源有机酸对小麦幼苗铝毒的缓解作用

用Al(50μmol／L)处理水培小麦(Triticum aestivum L．)幼苗24h,显著抑制Al敏感(Scout 66)和耐Al品种(Atlas 66)小麦幼苗根系伸长,明显增加根系的电解质渗漏率。在Al处理同时外加草酸或柠檬酸能缓解Al对小麦根系伸长的抑制作用,同时降低小麦根系的电解质渗漏率。铬花青R染色和碘化丙锭荧光染料染色实验结果显示,用Al(50μmol／L)处理Al敏感小麦Scout 66幼苗24h后,大量Al结合在根尖表面,并降低根尖表面细胞活力。而Al处理同时外加草酸,则减少Al与根尖表面的结合,缓解Al对细胞活力的抑制。分根结果表明,外源草酸有可能通过根系进入植物体内参与内部解Al毒机制。     

增铵营养对小麦光合作用及硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的影响

采用水培试验研究不同形态氮营养(NH4^+／NO3^-分别为0／100、50／50和100／0)对小麦光合作用及氮代谢关键酶活性的影响．结果表明,增铵营养较单—NO₃^-营养显著提高叶片叶绿素含量、净光合速率及可溶性糖含量,叶、根中可溶性蛋白质含量和叶片硝酸还原酶活性。而对谷铵酰胺合成酶活性影响较小．与单—NO₃^-营养相比。增氨营养下叶片较高的可溶性糖含量与净光合速率的提高相关。而维持较高的叶片和根系可溶性糖／可溶性蛋白质比例有利于氮同化和生长．因此,增铵营养下提高了叶片净光合速率、可溶性糖含量和硝酸还原酶活性。维持较高叶片和根系可溶性糖／蛋白质比例。从而促进小麦生长．     

还田秸秆分解与氮素释放的动态模拟

还田秸秆的分解与氮素释放动态是作物养分管理的重要依据。建立了秸秆分解氮素释放动态的“整吞”式动态模拟模型。模型由秸秆有机质分解和残余有机质含氮率动态模拟两部分组成,有机质分解的温度效应用指数函数描述,水分效应用分段线性函数描述,用“标准天”反映温度与水分的综合影响,残余有机质含氮率动态变化用“标准天”为变量的函数模拟,初始秸秆含氮量与残余秸秆含氮量之差即为秸秆分解的氮素净释放。“整吞”式较之“吃馅饼”式建模构思,所需参数少且易通过实验获得,增加了模型的可用性,利用在淮北滨海地区小麦的试验资料对模型的有效性进行了验证。