小麦氮素高效利用的基因型差异及形态生理特性

摘要

小麦是世界上最主要的粮食作物之一，提高小麦的产量和氮素吸收利用效率对于保障我国粮食安全、节约生产成本和减少环境污染具有重要意义。小麦产量和氮素吸收利用存在显著的基因型差异，且受环境和氮肥水平的影响，明确不同氮效率品种在不同环境下的形态与生理特性的差异及其机理，可为小麦氮高效品种的选育和栽培调控提供理论依据。本研究选用19个长江中下游麦区和黄淮麦区主栽小麦品种，采用大田试验，在两个试验点（江苏省徐州市和如皋市）和三个氮肥水平（0 kg·hm-2，180kg·hm-2，270 kg·hm-2）下研究了小麦产量和氮效率、干物质和氮素积累转运、形态与生理特征的变化规律。主要研究结果如下:
　　1、研究了基因型环境互作对小麦产量和氮素吸收利用的影响。小麦产量和氮效率在不同品种间存在显著的差异。在高氮(N270)和低氮(N180)条件下，淮麦30和扬麦16在两个试验点均表现为高产高效品种。基因型效应是影响小麦产量和氮效率的主要因素，其次为氮肥效应和基因型环境互作效应，环境效应最小。增加氮肥显著提高了小麦的产量，但降低了氮效率，且不同品种对氮肥的响应不同。聚类分析表明，徐州点，矮抗58、淮麦30和扬麦16为氮高效品种;如皋点，淮麦30、扬麦16和淮麦33为氮高效品种。
　　2、研究了不同氮效率小麦干物质和氮素积累转运的差异。小麦产量和氮效率显著正相关。相比于氮中效和氮低效品种，氮高效品种具有更高的花后干物质积累量、拔节至开花阶段的氮素积累量、花后物质积累对籽粒的贡献率(CPA)、花前氮素转运量(NTA)、花前氮素转运效率(NTR)、花前氮素转运对籽粒的贡献率(CTG)。增施氮肥显著提高了小麦阶段性干物质和氮素积累量，但降低了转运效率。相关性分析表明，小麦产量与拔节前和开花后干物质积累量、CPA显著正相关，与拔节至开花阶段的物质积累量、PTA显著负相关。小麦氮效率与花前氮素积累量、NTA、NTR和CTG显著正相关。其中，叶片中的氮素转运与氮效率具有更为密切的关系。
　　3、研究了不同氮效率小麦农艺性状和碳氮代谢特征的差异。徐州试验点具有更高的穗数和收获指数(HI)，如皋试验点具有更高的穗粒数、株高、穗长、叶面积指数(LAI)和叶面积。高氮条件下，与氮中效和氮低效品种相比，氮高效品种具有更高的千粒重、HI、LAI、旗叶叶面积、开花期旗叶氮浓度、SPAD、净光合速率、可溶性糖和蔗糖含量、游离氨基酸含量、开花期叶片NR和GS活性，更低的株高和成熟期旗叶氮含量。低氮与高氮相比具有相同的规律，除此之外，低氮条件下，氮高效品种具有更高的HI和LAI。除HI外，增施氮肥提高了形态生理的各个指标。相关性分析表明，低氮条件下，千粒重、HI、LAI、旗叶叶面积、净光合速率、开花期叶片NR和GS活性、SPAD、可溶性糖和蔗糖含量、游离氨基酸含量、开花期叶片氮含量与小麦氮效率显著正相关，株高和成熟期叶片氮含量与小麦氮效率显著负相关;高氮条件下，除HI和LAI外，与低氮具有相同的规律。
　　综上所述，小麦产量及氮效率存在显著的基因型差异，存在能高效利用氮素的小麦基因型，淮麦30和扬麦16是具有广泛适应性的高产高效品种。氮高效品种具有较高的产量、粒重、收获指数、叶面积、叶绿素含量、叶面积指数、开花期叶片氮含量，同时株高和成熟期叶片氮含量较低，这些形态生理指标可通过遗传改良和栽培措施进行调控，在氮高效品种选育和栽培中应加以重视。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 小麦产量的基因型差异

1．2 环境对小麦产量的影响

2．1 小麦氮素吸收利用的基因型差异

2．2 环境对小麦氮素吸收利用的影响

3 氮肥水平对小麦产量和氮肥吸收利用的影响

4 小麦产量与氮素吸收利用的关系

5 基因型与环境互作

5．1 基因型与环境互作的产生原因

5．2 基因型与环境互作的重要性

6．1 小麦氮素高效吸收利用的生理基础

6．2 小麦氮效率与农艺性状的关系

7 本研究的目的和意义

参考文献

第二章 基因型环境互作对小麦产量和氮素吸收利用的影响

1 材料与方法

1．1 试验设计

1．2 测定内容及方法

1．3 数据分析

2 结果与分析

2．1 籽粒产量

2．2 氮肥利用效率

2．3 小麦产量与氮效率的关系

2．4 小麦产量和氮效率的基因型与环境互作效应

2．5 小麦品种的氮效率聚类分析

3 讨论与小结

参考文献

第三章 不同氮效率小麦干物质和氮素积累转运的差异

1．1 试验设计

1．2 测定内容和方法

1．3 数据分析

2．1 阶段性干物质积累

2．2 阶段性氮素积累

2．3 干物质转运

2．4 氮素转运

2．5 小麦产量、氮效率与干物质和氮素积累转运的关系

3 讨论与小结

参考文献

第四章 不同氮效率小麦农艺性状和碳氮代谢特征的差异

1 材料与方法

1．1 试验设计

1．2 测定项目及方法

1．3 数据分析

2．1 产量构成因素和收获指数

2．2 叶面积指数(LAI)

2．3 株高和穗长

2．4 旗叶叶面积和叶绿素含量(SPAD)

2．5 净光合速率

2．6 可溶性糖和蔗糖含量

2．7 氮含量

2．8 硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)

2．9 游离氨基酸

2．10 糖氮比

2．11 小麦氮效率与形态生理指标的关系

3 讨论与小结

参考文献

第五章 讨论与结论

1 讨论

1．1 小麦氮素高效吸收利用的基因型筛选

1．2 氮素高效利用小麦基因型干物质和氮素积累转运特性

1．3 氮素高效利用小麦基因型形态生理特性

2 结论

3 本研究的创新之处

4 今后的研究设想

参考文献

致谢