不同品種和氮素水平下小麥高效氮素利用的生理機(jī)制研究.pdf

1、在小麥生長發(fā)育過程中，氮素從土壤通過根系、莖稈、葉片等器官的生理活動(dòng)，最后在籽粒形成品質(zhì)和產(chǎn)量。怎樣以最少的氮素生產(chǎn)出較多的籽粒淀粉或蛋白質(zhì)一直是小麥生產(chǎn)理論與技術(shù)的重要任務(wù)。因此，基于不同品種類型，闡明小麥高效氮素利用的機(jī)理是提高氮營養(yǎng)效率急需研究的重要課題。本文以兩種不同品質(zhì)類型小麥為材料，在盆栽和大田條件下按照氮素由根系到籽粒的流動(dòng)順序，從分析植株內(nèi)氮素形態(tài)的構(gòu)成入手，研究了氮素在花后向籽粒流動(dòng)的“動(dòng)力”來源、從根系到籽粒流經(jīng)的器

2、官途徑、葉片和籽粒內(nèi)與碳同化的關(guān)系、整個(gè)植株內(nèi)氮與碳轉(zhuǎn)運(yùn)同化的關(guān)系，較系統(tǒng)地解析了兩類小麥在氮素營養(yǎng)效率方面的差異特點(diǎn)及其機(jī)理，初步闡明了小麥高效氮素利用的生理機(jī)制。主要研究結(jié)果如下： 1．通過分析不同氮素水平下兩類小麥的產(chǎn)量表現(xiàn)及氮素利用差異，得出兩類小麥的單株和群體產(chǎn)量表現(xiàn)隨氮素水平而變，低氮水平下兩類品種間的單株差異明顯、但群體差異不明顯；而在高氮水平下高蛋白品種豫麥47的群體和單株表現(xiàn)均顯著大于低蛋白品種豫麥50。花后地

3、上部氮素的單株轉(zhuǎn)運(yùn)量豫麥47顯著大于豫麥50，同化量差異不顯著；花后地上部干物質(zhì)單株轉(zhuǎn)運(yùn)量豫麥47顯著大于豫麥50，而同化量則顯著小于豫麥50。以籽粒產(chǎn)量或籽粒氮量/地上部營養(yǎng)器官氮積累表示氮營養(yǎng)效率，在基因型問和施氮水平間均表現(xiàn)顯著差異，且豫麥47顯著大于豫麥50，說明豫麥47營養(yǎng)器官的氮素生產(chǎn)效率(氮利用效率)、籽粒從營養(yǎng)器官獲取氮素化合物和碳水化合物的能力顯著高于豫麥50。 2．兩類小麥植株器官內(nèi)三類N素(營養(yǎng)性N素，AN

4、；功能性N素，F(xiàn)N；結(jié)構(gòu)性N素，SN)的構(gòu)成差異及變化動(dòng)態(tài)顯示，施氮水平對(duì)三類N素含量的影響小于品種效應(yīng)，且三類N素的品種間差異在花后顯著大于花前。在葉片和莖稈中， AN含量低蛋白品種豫麥50從拔節(jié)至灌漿期持續(xù)下降，高蛋白品種豫麥47則持續(xù)升高；在籽粒中，AN含量豫麥50表現(xiàn)為從開花至成熟平穩(wěn)下降，豫麥47則表現(xiàn)為先降后升。在葉片和莖稈中，F(xiàn)N含量兩品種間差異不顯著；SN含量兩品種不同生育階段的變化趨勢(shì)基本相同，均是先升后降，以開花期最

5、高，但豫麥47比豫麥50花后表現(xiàn)大幅度的顯著下降；在籽粒中，兩品種均呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)。但豫麥47開花時(shí)SN含量極顯著高于豫麥50，因此，其下降幅度也極顯著大于豫麥50。說明，葉片和莖稈花后向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)氮素主要來源于自身SN的分解，籽粒形成時(shí)有較高含量的SN可顯著提高營養(yǎng)器官的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量，其內(nèi)大量的sN合成為籽粒吸收營養(yǎng)器官N提供了較大的吸收“源動(dòng)力”。 3．對(duì)兩類小麥花后葉片和籽粒內(nèi)N、C同化相互關(guān)聯(lián)關(guān)系的盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，高

6、蛋白基因型品種花后籽粒和葉片內(nèi)N、C同化兩過程間的關(guān)系相對(duì)獨(dú)立，而在低蛋白基因型中二者則關(guān)聯(lián)緊密。高蛋白品種花后新吸收N可以直接從根部或莖稈到達(dá)籽粒，而低蛋白品種則必須經(jīng)過葉片。因此，對(duì)于低蛋白基因型品種而言，氮肥適當(dāng)前移，高蛋白基因型品種氮肥適當(dāng)后移，不但有利于氮素利用效率的提高，還有利于籽粒品質(zhì)的提高。 4．利用GS抑制劑和<'15>N示蹤技術(shù)對(duì)兩類小麥不同施氮水平下花后N素器官同化量及器官分配的研究表明，GS抑制劑處理葉片

7、使豫麥47穗中的NDFF顯著升高，豫麥50則顯著降低；GS抑制劑處理穗部使豫麥47葉中的NDFF上升，而豫麥50(開花期)低氮處理上升、高氮處理下降?；ê笤?7的無機(jī)N同化量遠(yuǎn)大于豫麥50，花后無機(jī)N的同化器官主要為根莖，根莖：葉：穗N同化量之比約為4：1：2：豫麥50則主要為葉片，根莖：葉：穗之比約為1：5：1。隨施N量的增加，豫麥47葉片花后的N同化量增加，豫麥50則減少；且兩品種葉片和籽?；ê驨同化的輸入與輸出結(jié)果也顯示，豫麥4

8、7葉片花后的N同化的輸出量顯著小于籽粒的N同化量，而豫麥50葉片花后的氮同化輸出量顯著大于籽粒的N同化量。說明不同類型品種花后N素由根系到籽粒的代謝同化途徑具有顯著差異，高蛋白品種豫麥47花后由根系流向籽粒的氮素可以不經(jīng)葉片同化直接到達(dá)籽粒，低蛋白品種豫麥50則必須經(jīng)葉片同化才能到達(dá)籽粒。 5．對(duì)兩類小麥不同施氮水平下花后植株地上部非結(jié)構(gòu)性碳水化合物和氮素化合物的同化、轉(zhuǎn)運(yùn)及其相互間關(guān)系的解析表明，高蛋白品種豫麥47花后具有較高

9、的氮素化合物轉(zhuǎn)運(yùn)量和碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)量，低蛋白品種豫麥50相對(duì)則具有較高的碳水化合物同化量；但兩品種在氮素同化量方面則不具有明顯差異。在氮代謝和碳代謝之間，氮代謝中同化量占比例較小，(不同施氮水平問)約為轉(zhuǎn)運(yùn)量的10％-40％不等；但碳水化合物代謝中同化量占較大比例，(不同施氮水平間)約為轉(zhuǎn)運(yùn)量的0.5～2.5倍不等。隨著施氮水平的提高，豫麥47的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量也相對(duì)增高，而豫麥50則相對(duì)較為平穩(wěn)；但氮素同化量則隨施氮水平的提高兩類品種均相應(yīng)