【摘 要】
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小麦是世界上最重要的粮食作物之一,氮肥的施用为提高小麦的产量水平发挥了重要作用。但长期以来,许多国家的小麦生产存在着氮肥过度施用、氮肥利用率偏低的问题,而且氮肥的过度施用也造成面源污染。因此,对不同氮素利用效率的小麦品种在不同氮素水平下的形态特性和相关生理特性开展研究,将有利于节肥高产品种的遗传改良工作。本研究采用3个具有氮素高效利用特性的小麦品种周麦32、郑麦1860、郑麦7698和3个氮素低效
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小麦是世界上最重要的粮食作物之一,氮肥的施用为提高小麦的产量水平发挥了重要作用。但长期以来,许多国家的小麦生产存在着氮肥过度施用、氮肥利用率偏低的问题,而且氮肥的过度施用也造成面源污染。因此,对不同氮素利用效率的小麦品种在不同氮素水平下的形态特性和相关生理特性开展研究,将有利于节肥高产品种的遗传改良工作。本研究采用3个具有氮素高效利用特性的小麦品种周麦32、郑麦1860、郑麦7698和3个氮素低效利用特性的小麦品种R93127、豫麦61、小偃6号作为试验材料。水培试验在光照培养箱中进行,主要对不同氮效率小麦品种苗期根系的形态特征（根尖数、根长、根直径、根体积和根表面积）、根系活力以及6个硝酸盐转运蛋白相关基因（Ta NRT2.1、Ta NRT2.2、Ta NRT2.3、Ta NAR2.1、Ta NAR2.2和Ta NAR2.3）进行差异分析。田间试验于2019-2021年在河南省农业科学院现代农业研究开发基地进行,试验地土壤类型为轻壤土,试验分设高氮（HN,同常规生产施肥量）和低氮（LN,未施用氮肥）两个处理区,分别对不同氮效率类型小麦品种的不同时期地上部氮素积累量、叶绿素相对含量、株高、氮同化关键酶类（硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶、谷氨酸脱氢酶）差异、植株花前氮素转运量、植株花后氮素吸收量以及花前氮转运量对籽粒氮积累量的贡献率、花后氮素吸收量对成熟期籽粒氮积累的贡献差异、开花期植株各部位氮素分配比率差异和成熟期植株各部位氮素分配比率进行差异比较研究。主要结果如下:1.氮高效品种的根系主要形态特征、根系活力及硝酸盐转运蛋白基因的表达显著优于氮低效品种,表现出较高的氮吸收能力。氮高效品种在高氮环境和低氮环境下,其根尖数、根长、根体积、根表面积和根活力均显著高于氮低效品种,特别在低氮条件下的根长、根体积、根表面积、根尖数和根系活力分别比氮低效品种多19.5%、112.2%、87.05%、109.9%和155.7%。在低氮条件下,氮高效品种的6个硝酸盐转运蛋白基因平均相对表达量分别是氮低效品种的1.93倍、2.3倍、2.13倍、2.27倍、2.00倍、3.17倍,这表明氮高效品种的基因上调的能力显著大于氮低效品种。因而氮高效品种在低氮环境中仍然具有较强的氮素吸收、转运能力。2.氮高效品种的氮同化酶活性显著高于氮低效品种,表现出较高的氮同化能力。氮高效品种在高氮环境和低氮环境下,其齐穗期、开花期和花后十五天的硝酸还原酶（NR）活性、谷氨酰胺合成酶（GS）活性、谷氨酸合成酶（GOGAT）活性和谷氨酸脱氢酶（GDH）活性均显著高于氮低效品种。低氮处理后,氮高效品种的硝酸还原酶活性比氮低效品种少降低3.2%～9.3%,谷氨酰胺合成酶活性少降低4.5%～16.5%,谷氨酸合成酶活性少降低4.7%～11.9%,谷氨酸脱氢酶活性少降低3.0%以上。这表明氮高效品种的这四种氮代谢相关酶类活性较氮低效品种稳定,其变化受低氮影响相对较小,也说明相同条件下氮高效品种具有更强的氮素同化能力。3.氮高效品种花前氮素积累和利用的能力显著优于氮低效品种,表现出具有较高氮素积累量、游离氨基酸含量和叶绿素相对含量,且株高在不同氮素条件下变幅小的特点。氮高效品种在高、低氮环境下,其拔节期、孕穗期和开花期的氮素积累量均显著高于氮低效品种。低氮处理后,氮高效品种在拔节期、孕穗期和开花期的氮素积累量比氮低效品种少降低7.6%～11.8%,叶绿素相对含量分少降低7.1%～12.2%,株高少降低4.4%～12.2%,游离氨基酸含量少降低5.0%～25.7%。这说明氮水平的下降对氮高效品种的氮素积累量、叶绿素相对含量、株高和游离氨基酸含量的影响较小,表明氮高效品种能有效利用可用氮素资源,以满足自身生长发育的需要。4.氮高效品种在籽粒灌浆期氮素吸收能力和向籽粒运转的能力显著高于氮低效品种,最终表现出较高的氮素利用效率。氮高效品种在高氮条件与低氮条件下的花后氮素吸收量比氮低效品种分别多出100%、18.6%。开花期,氮高效品种在低氮的茎秆所占比率比氮低效品种大;成熟期,氮高效品种在高、低氮条件下的茎鞘所占比率均高于氮低效品种。这说明氮高效品种不仅在高氮条件下能表现出花后高氮素吸收的特性,而且在低氮条件下也有突出的花后高氮素吸收能力,为后期氮素高速、高效转运提供必要条件。
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