氮高效利用基因型大麦的物质生产与氮素积累特性

通过土培盆栽试验,研究了22份大麦材料在低氮(125 mg·kg^-1)和正常氮(250 mg·kg^-1)处理下氮素吸收利用效率的基因型差异,探讨氮高效大麦干物质生产与氮素积累特性.结果表明： 大麦氮素吸收利用效率基因型差异显著.低氮处理下籽粒产量、氮素籽粒生产效率及氮素收获指数的最高值分别是最低值的2.87、2.92、2.47倍;氮高效基因型大麦籽粒产量、氮素籽粒生产效率和氮素收获指数均显著大于低效基因型,低氮处理下高效基因型3个参数较低效基因型分别高82.1%、61.5%和50.5%.氮高效基因型大麦各生育期干物质和氮素积累优势明显,干物质积累高峰出现在拔节-抽穗阶段,氮素积累高峰出现在拔节前;低氮处理下高效基因型典型材料DH61、DH121+的干物质量较低效基因型典型材料DH80分别高34.4%、38.3%,氮素积累量较DH80分别高54.8%、58.0%.供试大麦干物质和氮素的阶段性积累量对籽粒产量的影响为拔节前最大,且低氮处理下贡献率最高,分别为47.9%和54.7%;而干物质和氮素的阶段性积累量对氮素籽粒生产效率的影响在抽穗 成熟阶段最大,其次是播种-拔节阶段,低氮处理下这两个阶段的贡献率分别为29.5%、48.7%和29.0%、15.8%.氮高效基因型大麦在各生育期的物质生产和氮素积累能力强,低氮处理下优势较为明显,能够提高拔节前干物质生产和氮素积累能力,并协同提高大麦产量和氮素利用效率.     

栽培模式对冬小麦光能利用和产量的影响

以‘泰农18’小麦为材料,于2012—2013年进行大田试验,设置当地农民习惯栽培模式(FP)、超高产栽培模式(SH)和高产高效栽培模式(HH)3个处理,研究了不同栽培模式对小麦光能截获量、光能利用效率、干物质积累量、收获指数、籽粒产量和肥料偏生产力的影响.结果表明: SH模式小麦全生育期的光能截获量、光能利用效率、干物质积累量和籽粒产量显著高于FP模式.相对于FP模式,虽然HH模式的小麦全生育期光能截获量较低,但其光能利用效率、干物质积累量及收获指数均显著提高,从而使其籽粒产量显著提高.相对于SH模式,虽然HH模式的籽粒产量在高、低肥力水平下分别降低3.8%和2.8%,而氮、磷、钾肥的偏生产力在两肥力水平下分别提高26.4%、68.5%、92.6%.在本试验条件下,综合考虑籽粒产量和养分利用效率,以“降肥、增密、延播”为技术特点的高产高效栽培模式为推荐的优化栽培模式.     

花粒期光照对夏玉米干物质积累和养分吸收的影响

选用登海605(DH605)为试验材料,在大田条件下通过花粒期遮阴(S)和增光(L)研究不同光照对花后夏玉米产量、干物质积累和氮、磷、钾养分吸收与运转特性的影响.结果表明: 遮阴后夏玉米产量、干物质积累量及氮、磷、钾养分吸收量均显著降低;而增光有利于夏玉米干物质积累量及氮、磷、钾养分吸收量和产量的提高.2011-2013年,遮阴处理的产量较对照(自然光下)分别降低了59.4%、79.0%、60.6%;增光后产量分别增加16.3%、12.9%、6.8%.遮阴对干物质积累的影响大于其对植株氮、磷吸收量的影响,植株体内氮、磷等养分含量有所上升,而钾吸收量的下降幅度大于干物质积累,钾素相对含量降低,氮、磷、钾向籽粒的分配比例降低.增光后干物质积累和氮、磷吸收量显著上升,但对氮、磷吸收的影响更大;增光条件下,氮、磷、钾等养分向籽粒的分配比例增加.
     

普通小麦各染色体组有效利用土壤磷基因的遗传分析

以部分中国春双端体为材料用土培盆栽法对小麦各染色体组有效利用土壤潜在磷基因的遗传分析表明：小麦不同染色体臂上所携基因对小麦有效利用土壤潜在磷特性具有不同效应,在供试材料中,Ｂ组染色体所缺失的臂在缺磷下对籽粒产量的贡献较大,其中以４Ｂｓ、５Ｂｓ,效应最强,而Ｄ组所有缺失的染色体臂及大部分Ａ组所缺失的染色体臂在缺磷下则对籽粒产量有较强的抑制效应,其中以５Ｄｓ、３ＤＬ及２ＡＬ,１Ａｓ的效应最强。     

遮光对小麦植株氮素转运及品质的影响

以耐弱光性不同的冬小麦品种扬麦158(耐弱光品种)和扬麦11(不耐弱光品种)为材料,研究了拔节至成熟期遮光对小麦籽粒产量、植株氮素代谢及籽粒和面团品质的影响.结果表明:拔节至成熟期遮光22%和33%时,扬麦158和扬麦11籽粒产量分别比对照下降4.1%～9.9%和15.3%～25.8%;而小麦籽粒蛋白质产量分别下降3.0%～8.3%和10.4%～14.1%,且随着遮光程度的加重,小麦籽粒氮素积累对花后氮素积累的依赖性增强.遮光条件下各营养器官中花前贮存氮素转运量均下降,但叶片氮素转运效率(RENP)上升,从而补偿了茎鞘、穗壳中RENP的下降,因此营养器官总RENP未受遮光条件的显著影响.拔节至成熟期遮光提高了小麦籽粒蛋白质含量,这与弱光下籽粒蛋白质积累量下降幅度小于产量下降幅度所形成的"浓缩效应"有关.弱光对成熟期小麦籽粒清蛋白和球蛋白含量无显著影响,但显著提高了醇溶蛋白和麦谷蛋白含量,导致小麦湿面筋含量、面团形成时间和稳定时间提高,面团弱化度降低.     

水稻不同生育期磷素营养对开放式空气二氧化碳浓度增高的响应

2001年和2002年利用农田开放式空气CO₂浓度增高(FACE)系统平台,研究不同施N量条件下FACE对武香粳14号不同生育时期磷含量、磷积累、磷分配和磷效率的影响.结果表明,FACE使水稻不同生育时期植株含磷率和吸磷量显著或极显著增加,增幅分别为3.9%～20.6%和28.9%～71.4%;FACE使水稻抽穗后磷在生殖器官中的比例下降9.8%～26.3%,在营养器官中的比例增加2.2%～23.9%,均达显著或极显著水平,而FACE对抽穗前磷在叶片、茎鞘中的比例无显著影响;FACE使水稻不同生育时期单位磷的干物质生产效率、籽粒生产效率和收获指数均明显下降,降幅分别为3.7%～16.6%、6.5%～15.5%和5.4%～9.0%;氮处理以及氮与FACE处理的互作对水稻不同生育时期的磷素营养影响较小.     

休闲期深翻覆盖对旱地小麦水氮利用效率和产量的影响

采用大田试验研究了旱地小麦休闲期不同时间深翻、不同材料覆盖对植株氮素吸收和转运分配、水分和氮利用效率的影响.结果表明:前茬小麦收获后45 d深翻覆盖较15d提高了拔节期、孕穗期、成熟期植株含氮率,提高了各生育时期植株氮积累量和各生育阶段氮吸收速率,提高了花前氮素转移量、转移率,提高了液态地膜覆盖和不覆盖条件下花前氮素转运对籽粒氮的贡献率,提高了籽粒氮积累量及其所占的比例,降低了叶片、茎秆、颖壳+穗轴中氮积累量所占的比例,且均以采用渗水地膜覆盖效果较好;前茬小麦收获后45 d深翻覆盖较15 d增加了产量和水分利用效率,提高了氮素吸收效率、氮素生产效率.总之,休闲期等雨后深翻覆盖有利于植株氮素吸收、积累,有利于花前植株中贮存氮素向籽粒的转移,促进籽粒中氮素积累,降低其他器官中的氮素,最终提高产量、水分利用效率、氮素吸收效率及氮素生产效率,且以渗水地膜覆盖效果较好.     

施氮量对小麦氮磷钾养分吸收利用和产量的影响

高产条件下研究了不同施氮量对小麦植株氮、磷、钾养分吸收利用及籽粒产量的影响.结果表明,适量施氮可促进小麦植株对氮素的吸收与积累,较高的施氮量不利于起身期之后的氮素积累,致使成熟期小麦氮素积累量未能显著提高;与不施氮肥相比,施氮显著提高植株磷素积累量;随施氮量增加,植株磷素积累量增加不显著;施氮量增加促进小麦生育前期对钾素的吸收积累,在生育后期降低植株钾素的流失.随施氮量增加,籽粒氮素含量呈先增后降的趋势,氮素向籽粒的分配比例趋于降低,植株氮素利用效率无显著变化,氮素收获指数下降;不同施氮处理之间籽粒磷素含量和钾素含量无显著差异,施氮量增加,营养器官钾素含量、钾素积累量和钾素向叶片的分配比例均呈增加趋势;同时,磷素和钾素利用效率降低;不同施氮处理间,植株磷素、钾素收获指数无显著差异.籽粒产量随施氮量增加呈先增加后降低的趋势,以施氮195 kg/hm2的处理籽粒产量最高.     

不同杉木无性系磷素特性的比较

通过土培试验,进行磷素胁迫条件下不同杉木(Cunninghamia lanceolata)无性系磷素特性的比较研究。结果表明:在磷胁迫条件下不同杉木无性系的干物质积累、磷素吸收效率和磷素利用效率均存在显著差异。随着磷胁迫的加剧,不同杉木无性系的干物质积累量和磷素吸收效率下降,而磷素利用效率增强。总体而言,8、9、24、37号无性系的干物质积累量受胁迫影响最小,23号无性系受胁迫影响最大。其中8号无性系的磷素吸收和利用效率均较高,24、37号无性系的磷素吸收效率较高,而9号无性系的磷素利用效率较高,23号无性系的磷素吸收和利用效率均较低。 在磷胁迫条件下,杉木无性系可通过提高磷素吸收效率和利用效率途径来提高杉木对环境磷素的利用。     

磷高效利用野生大麦基因型筛选及其根际土壤无机磷组分特征

通过土培盆栽试验,研究了16份野生大麦种质资源在相同供磷水平下磷素吸收利用的基因型差异,探讨磷高效野生大麦根际土壤无机磷组分特征.结果表明：拔节期和扬花期磷素干物质生产效率（CV=11.6%、12.4%）、成熟期磷素籽粒生产效率（CV=13.7%）基因型间差异较大.不同生育时期磷高效基因型IS-22-30和IS-22-25生物量、磷积累量和磷素干物质生产效率均显著高于低效基因型IS-07-07,且高效基因型的籽粒产量分别是低效基因型的3.10和3.20倍.不施磷、施磷30 mg·kg^-1条件下,不同磷素利用效率野生大麦根际土壤有效磷和水溶性磷含量均显著低于非根际土壤,且高效基因型较低效基因型根际土壤水溶性磷亏缺量更大.根际与非根际土壤无机磷组分含量为Ca₁₀-P＞O-P＞Fe-P＞Al-P＞Ca₂-P＞Ca₈-P.在拔节期和扬花期,施磷30 mg·kg^-1条件下,磷高效基因型根际土壤Ca₈-P含量显著高于低效基因型,而Ca₂-P含量显著低于低效基因型;不施磷条件下,高效基因型根际土壤Ca₂-P和Ca₈-P含量均显著高于低效基因型,且根际土壤Ca₁₀-P均减少.施磷30 mg·kg^-1条件下,根际土壤Fe-P和O-P含量均表现为高效基因型显著高于低效基因型,Al-P含量则呈现相反的趋势;不施磷条件下,高效基因型根际土壤Al-P、Fe-P和O-P含量均显著低于低效基因型.低磷胁迫下,高效基因型活化吸收Ca₂-P、Al-P的能力强于低效基因型.     

小麦磷素利用效率的品种差异

通过土培盆栽试验,研究了小麦不同品种在低磷水平下生物量、磷浓度、磷素干物质生产效率及磷素籽粒生产效率的差异,以筛选磷高效利用小麦品种.结果表明：分蘖期、拔节期、扬花期和成熟期,供试小麦品种单株生物量的变幅分别为0.46～1.09、0.85～2.10、3.00～7.00和3.85～12.88 g,磷浓度变幅分别为2.21～4.26、2.38～4.42、2.44～4.96和1.30～5.09 mg·g^-1.随生育时期的推进,小麦磷素累积量、磷素干物质生产效率对生物量形成的影响程度呈减小趋势.分蘖期（CV=16.3%）、拔节期（CV=15.0%）、扬花期磷素干物质生产效率（CV=13.3%）和成熟期磷素籽粒生产效率（CV=20.5%）的品种差异较大.CD1158-7和省A3宜03-4具有较高的磷素干物质生产效率和磷素籽粒生产效率,而渝02321较低;不同生育时期高效品种磷浓度极显著低于低效品种,而高效品种CD1158-7和省A3宜03-4的籽粒产量分别是低效品种渝02321的1.98和1.78倍.     

Effects of different irrigation modes on winter wheat grain yield and water- and nitrogen use efficiency

Taking the widely planted winter wheat cultivar Tainong 18 as test material, a field experiment was conducted to study the effects of different irrigation modes on the winter wheat grain yield and water- and nitrogen use efficiency in drier year (2009-2010) in Tai' an City of Shandong Province, China. Five treatments were installed, i. e., irrigation before sowing (CK), irrigation before sowing and at jointing stage (W1), irrigation before sowing and at jointing stages and at over-wintering stage with alternative irrigation at milking stage (W2), irrigation before sowing and at jointing and flowering stages (optimized traditional irrigation mode, W3), and irrigation before sowing and at over-wintering, jointing, and milking stages (traditional irrigation mode, W4). The irrigation amount was 600 m3 hm(-2) one time. Under the condition of 119.7 mm precipitation in the winter wheat growth season, no significant difference was observed in the grain yield between treatments W2 and W4, but the water use efficiency was significantly higher in W2 than in W4. Comparing with treatment W3, treatments W2 and W4 had obviously higher grain yield, but the water use efficiency had no significant difference. The partial factor productivity from N fertilization was the highest in W2 and W4, and the NO3(-)-N accumulation amount in 0-100 cm soil layer at harvest was significantly higher in W2 than in W3 and W4, suggesting that W2 could reduce NO3(-)-N leaching loss. Under the conditions of our experiment, irrigation before sowing and jointing stages and at over-wintering stage with alternative irrigation at milking stage was the optimal irrigation mode in considering both the grain yield and the water- and nitrogen use efficiency.     

小麦灌水时期与灌水量对花后果聚糖积累与转运及水分利用效率的影响

于2004-2005年和2005-2006年冬小麦生长季,在山东泰安和兖州进行田间试验,研究不同灌水时期和灌水量处理对冬小麦开花后倒二节间果聚糖积累与转运和水分利用效率的影响.结果表明：全生育期不灌水促进了灌浆后期倒二节间贮藏果聚糖向籽粒的转运.在拔节期和开花期各灌水60 mm,可提高开花后旗叶的光合速率和同化物输入籽粒量及其对籽粒的贡献率,拔节期、开花期和灌浆期各灌水60 mm或拔节期和开花期各灌水90 mm,灌浆后期旗叶的光合速率显著降低,营养器官花前贮藏同化物转运量及其对籽粒的贡献率升高,花后同化物输入籽粒量及其对籽粒的贡献率降低,灌浆后期倒二节间的聚合度（DP）≥4、DP=3果聚糖滞留量增加,不利于果聚糖向籽粒的转运.两个生长季中,拔节期和开花期各灌水60mm处理的小麦籽粒产量较高,水分利用效率最高.拔节期、开花期和灌浆期各灌水60 mm或拔节期和开花期各灌水90 mm,小麦籽粒产量无显著变化,水分利用效率降低.     

不同降雨年型磷肥对旱地小麦根系特征、磷素吸收利用和产量的影响

为了明确旱地小麦生育特性、养分运转对磷肥的响应机制,探索不同降雨年型旱地小麦磷肥施用技术, 于2012—2016年在山西农业大学旱地小麦试验示范基地开展大田试验,研究不同降雨年型中4个施磷量(0、75、150和225 kg·hm^-2)对旱地小麦根系生长、产量形成和磷肥利用的影响。结果表明: 与不施磷相比,施磷可以显著增加旱地小麦拔节、开花和成熟期0～80 cm根重密度和各生育时期根表面积;提高拔节-开花期、开花-成熟期土壤耗水量和总耗水量,以及花前磷素运转量和籽粒磷素积累量;穗数和产量分别增加9.2%～22.5%和11.8%～30.0%,水分利用效率提高2.1%～12.1%。在欠水年,施磷量150和225 kg·hm^-2较75 kg·hm^-2可以显著增加各生育时期的根重密度和根表面积;显著增加播种-拔节期、拔节-开花期土壤耗水量和生育期总耗水量,分别为7.3～8.7、15.6～18.1和25.5～30.2 mm;显著增加花前磷素运转量和籽粒磷素积累量,最终显著增加穗数和产量,增幅分别为9.3%～10.7%和11.9%～14.6%;施磷量为150 kg·hm^-2的磷肥利用效率显著高于其他处理,增幅为20%～82%。在平水年,施磷量150和225 kg·hm^-2较75 kg·hm^-2可以增加开花、成熟期的根重密度和根表面积,以及开花-成熟期土壤耗水量和生育期总耗水量,分别为1.2～15.0和3.8～23.1 mm;增加花后磷素积累量和籽粒磷素积累量,最终增加穗数和产量,分别为1.4%～9.6%和3.5%～10.4%,且施磷量150 kg·hm^-2与75、225 kg·hm^-2差异显著。总之,磷肥主要促进了旱地小麦欠水年生育前、中期,平水年生育后期水分和养分的吸收能力,且主要通过提高穗数增加产量。本研究区以施磷量150 kg·hm^-2效果最佳,可统筹兼顾高产和水肥高效利用。     

土壤深松和补灌对小麦干物质生产及水分利用率的影响

研究一次深松耕作后土壤水分对冬小麦籽粒产量和水分利用率的影响,为小麦节水高产栽培提供理论依据.于2008-2009和2009-2010两个小麦生长季,选用高产小麦品种济麦22,采取测墒补灌的方法,研究了深松+旋耕和旋耕2种耕作方式下土壤水分对小麦0-200 cm土层土壤含水量、干物质积累与分配、籽粒产量及水分利用率的影响.结果表明,(1)深松+旋耕40-180 cm土层土壤含水量低于旋耕处理;旗叶光合速率和水分利用率,开花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率显著高于旋耕处理.(2)W3(补灌至0-140 cm土层土壤相对含水量播种期为85％,越冬期80％,拔节和开花期75％)成熟期0-200cm土层土壤含水量与W1(播种期80％,越冬期80％,拔节和开花期75％)和W2处理(播种期80％,越冬期85％,拔节和开花期75％)无显著差异;W3和W'3(播种期85％,越冬期85％,拔节和开花期75％)60-140 cm土层土壤含水量分别低于W4(播种期85％,越冬期85％,拔节和开花期75％)和W'4(播种期90％,越冬期85％,拔节和开花期75％)处理;W3和W'3灌浆中后期旗叶光合速率较高,开花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率显著高于其他处理,获得高的籽粒产量和水分利用率.综合考虑籽粒产量、水分利用率和灌溉效益,在深松+旋耕条件下,两年度分别以W3和W'3为节水高产的最佳处理.     

施磷对立架甜瓜干物质积累及磷肥利用效率的影响

以立架甜瓜为材料,设置0、150、225、300、375、450 kg·hm^-2 6个施磷水平的田间试验,研究不同供磷水平对立架甜瓜干物质和磷素吸收积累、产量以及磷肥利用效率的影响.结果表明：与对照（0 kg·hm^-2）相比,增施磷肥提高了立架甜瓜各器官和整株干物质及磷素吸收积累,尤其是150、225 kg·hm^-2处理最高,成熟期整株干物质和磷素吸收积累量分别较对照增加了19.9%和26.3%、23.0%和26.3%;立架甜瓜干物质和磷素积累随生育期的推进呈增加趋势,生育前期主要在叶中分配,后期主要在果实中分配;磷肥表观利用率、农学效率和偏生产率均随施磷量增加而降低,150 kg·hm^-2处理最高,分别为11.1%、152.9 kg·kg^-1和476.3 kg·kg^-1;施用磷肥促进了立架甜瓜产量的提高,150和225 kg·hm^-2处理显著高于对照,分别增产47.3%和39.7%.伸蔓期和果实膨大期是立架甜瓜磷肥施用的关键时期,结合产量与磷肥利用效率,150~225 kg·hm^-2（P₂O₅）的供磷水平是新疆喀什地区立架甜瓜适宜施磷量.     

耐低磷水稻基因型筛选指标的研究

采用溶液培养试验,并结合大田试验,研究和探讨了耐低磷水稻基因型的筛选指标.结果表明,溶液培养试验中,在正常供磷和低磷胁迫条件下,在所有调查性状中水稻单株干重都具有较大的基因型间变异(CV分别为21.73%和19.54%).在所有调查性状的相对值中,相对单株干重(低磷胁迫/正常供磷)也具有较大的基因型间变异(CV为19.60%);相关分析表明,相对单株干重与相对根干重、相对株高、相对单株吸磷量、相对地上部磷积累、相对磷利用效率和相对植株磷浓度均呈极显著正相关(P＜0.01).因此,水稻相对单株干重可以作为苗期筛选水稻耐低磷基因型的一个筛选指标.溶液培养试验中水稻的相对单株干重和大田试验中水稻的相对稻谷产量(不施磷/施磷)没有显著相关性,因此溶液培养试验的相对单株干重不能作为评价大田试验中水稻耐低磷能力的指标.低磷营养液培养的水稻体内磷利用效率与缺磷土壤生长的水稻体内磷利用效率呈极显著正相关.因此,直接以低磷营养液培养水稻苗期体内磷利用效率作为筛选指标,然后进行大田试验验证,是一条筛选水稻磷高效利用基因型的有效途径.