油菜氮高效种质的筛选及其生理机制的初步研究

摘要

油菜是一种用途广、经济价值高、发展潜力大的油料作物。我国油菜的种植面积和产量均占世界的1/3，而油菜需氮量较多，大量施氮带来了环境和经济压力，筛选和利用氮高效的油菜种质，挖掘其自身遗传潜力是解决问题的最佳途径。本研究采用土培方法，在低氮胁迫(0.02 g N/kg)和正常供氮(0.20 g N/kg)情况下，对100份油菜种质进行苗期初筛，获得可能氮高效、可能氮低效的种质各5份。并对初筛种质进行全生育期复筛，复筛设两个氮水平，低氮(0.067 g N/kg)和正常氮(0.20 gN/kg)，获得氮高效、氮低效的种质各1份。在此基础上，采用水培方法对高、低效种质进行苗期培养，设低氮胁迫(8.40 mg/L)和正常供氮(84.00 mg/L)，研究分析了高、低效种质氮吸收利用相关的指标，并对油菜氮高效的生理机制做了初步探讨。获得的主要结果如下： 1.首次采用苗期初筛和全生育期复筛的土培试验，获得甘蓝型油菜氮高效和氮低效的种质各一个。 2.苗期初筛发现，在低氮胁迫和正常供氮时，植株氮累积量和氮利用指数均与地上部干物重达极显著正相关，说明苗期地上部干物重可以表征氮的吸收利用。 3.确定了合理而可靠的筛选指标：苗期筛选时，相对地上部干物重可作为油菜氮高效的可靠指标，相对地上部氮累积量可作为辅助指标，相对利用指数只可以作为参考指标；全生育期复筛时，氮效率系数(低氮水平下的籽粒产量/正常氮水平下的籽粒产量)和低氮水平下的籽粒产量可作为可靠筛选指标。苗期初筛的结果与全生育期复筛的结果达极显著正相关，从而验证了两步筛选法及其筛选指标在油菜氮高效种质的筛选中是可行的。 4.对初筛油菜种质各生育期的干物质积累量进行研究，发现不同油菜种质各生育期的干物质积累量均表现随氮水平的增加而显著或极显著的增加。干物质积累动态表现为：苗期最少，随着生育期进程，积累逐渐增加，至成熟期达最大值，苗期至蕾苔期积累最快，其次是荚果期至成熟期。同一氮水平下，同一生育期内各油菜种质的干物质积累量均达极显著差异，高、低效种质差异较大。高效种质51号在低氮胁迫和正常供氮时各生育期的干物质积累量均很高，低效种质88号在低氮胁迫下各生育期的干物质积累量均很低。 5.对初筛油菜种质各生育期的氮累积量进行研究，发现不同油菜种质各生育期的干物质积累量均表现随氮水平的增加而显著或极显著的增加。油菜一生中的氮累积表现为先升后降再升的趋势，其动态变化可用S曲线方程拟合。同一氮水平下，同一生育期内各油菜种质的氮累积量均达极显著差异。高效种质51号在花期和成熟期氮累积量均最多，极显著高于低效种质88号。 6.对初筛油菜种质各生育期的氮的利用进行研究，发现不同油菜种质干物质氮利用效率(NUEp)和成熟期籽粒利用效率(NUEg)均随氮水平的增加而降低。同一氮水平下各油菜种质均表现极显著差异。低氮胁迫下，高效种质51号各生育期的NUEp都很高，在苗期、蕾苔期、花期、荚果期均高于低效种质88号。而成熟期NUEg却低于低效种质88号。 7．对初筛油菜种质各生育期含氮量和转运系数进行研究，发现油菜地上部各器官或部位含氮量表现出顶端优势。低氮胁迫加大了油菜器官或部位间含氮量的差异。各生育期内氮的转运利用存在种质问差异。高效种质51号在各生育期均表现较高的转运效率。 8.通过研究与油菜氮的吸收、利用和转运有关的生理生化指标，推导油菜氮高效的机理为：低氮胁迫下，高效种质具有较发达的根系形态(较长的主根长、较大的根体积)和根系活力(较强的根活力、较大的总吸收面积和活跃吸收面积)，从而吸收较多的氮(高效种质的氮累积量较多)和具有较强的氮转运能力(高效种质各生育期相对转运系数均很大)，并具有较强的氮还原能力(高的 NRA)和同化能力(高的GSA)，最终形成较多的生物产量和籽粒产量。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1氮效率的含义与评价

1.2植物氮效率的基因型差异

1.3氮高效的筛选指标

1.4氮效率的影响因素

1.4.1氮吸收利用效率

1.4.2品种间熟性

1.5氮高效的生理生化机制

1.5.1根形态

1.5.2吸收动力学

1.5.3氮代谢关键酶

1.6结论与展望

2研究目的、意义、内容及技术路线

2.1研究意义、目的

2.2研究内容

2.2.1油菜氮高效种质的筛选

2.2.2油菜氮高效种质吸收利用机理的研究

2.3技术路线

3油菜苗期氮营养效率的筛选研究

3.1前言

3.2材料与方法

3.2.1试验材料

3.2.2试验方法与管理

3.2.3测定项目与方法

3.2.4统计分析

3.3结果与分析

3.3.1不同氮水平对不同油菜种质生长的影响

3.3.2油菜苗期各性状指标的变异

3.3.3不同氮水平下油菜各筛选指标与其它性状指标的相关性分析

3.3.4初步筛选指标相对值的频率分布图分析及筛选指标的验证

3.4结论与讨论

4油菜全生育期氮营养效率的复筛

4.1前言

4.2材料与方法

4.2.1试验材料

4.2.2试验方法与管理

4.2.3测定项目与方法

4.2.4统计分析

4.3结果与分析

4.3.1氮营养对各油菜种质籽粒产量的影响

4.3.2氮水平对油菜各生育期地上部干物重的影响

4.3.3油菜各生育期氮累积量差异

4.3.4各生育期油菜不同种质氮利用率的差异

4.3.5油菜各生育期含氮量与氮的转运

4.3.6氮吸收利用与产量的相关性

4.4结论与讨论

5油菜氮高效机理的探讨

5.1前言

5.2材料与方法

5.2.1试验材料

5.2.2试验方法与管理

5.2.3测定项目与方法

5.2.3统计分析

5.3结果与分析

5.3.1不同油菜种质生长对低氮胁迫反应的差异

5.3.2不同油菜种质根系特征对低氮胁迫反应的差异

5.3.3低氮胁迫下不同油菜种质氮吸收、转运、利用的差异

5.3.4不同油菜种质氮代谢关键酶活性对低氮胁迫反应的差异

5.4结论与讨论

6总结与展望

6.1总结

6.1.1苗期氮营养效率的筛选

6.1.2全生育氮营养效率的复筛

6.1.3油菜氮高效的机理

6.2 问题与展望

参考文献

致谢