我国地少人多,粮食安全问题日益紧迫,传统的增施氮肥促进水稻增产的方式已引起氮肥利用率降低、稻米品质下降、水稻病虫害加剧、稻田生态环境恶化、甚至危害人类健康等一系列问题。通过遗传改良选育氮高效水稻品种,充分利用水稻自身氮素利用潜力,提高氮素(肥)利用率,促进水稻持续增产是目前最为经济、有效的方式。前人已明确了不同基因型水稻品种间存在较大的差异,初步分析了影响氮素吸收利用的一些因素。但目前评价水稻氮素吸收利用的指标太多,从植株自身角度分析较少。我们认为从植株自身角度评价氮素吸收、氮素利用的指标可分别用成熟期总吸氮量、氮素籽粒生产效率来表示,高效与高产相结合才凸显高效的价值。因此,氮高效水稻至少可以分为氮高效吸收(高产)水稻、氮高效利用(高产)水稻两种类型。目前关于氮高效吸收水稻已有一些研究,但供试材料多数是年代跨度大,遗传背景复杂,一些对氮素吸收利用有显著影响的农艺性状如株高、生育期和穗重等差异较大,增加了对氮素吸收利用的研究与评价的难度。为此,本研究于2011-2013年在水培、大田条件下,以遗传背景相似的染色体单片段代换系114个遗传群体水稻株系为供试材料,分析了不同氮效率水稻源库、物质生产与分配、产量及其构成因素,以及氮、磷、钾等养分吸收利用、根系等性状的差异,明确氮高效吸收高产水稻主要性状的基本特点及其影响因素,以期为氮高效水稻的遗传改良、氮高效水稻高产栽培提供参考依据。主要结果如下：1.供试遗传群体株高、生育期和穗重分布的特点,株高在120-140 cm区间内占总株系数的83.33%,全生育期天数在140-150 d区间内占90.35%,穗重在4-5 g区间内占87.72%。从本研究群体来看,上述三个性状虽有差异,但分布比较集中。2.产量及其构成因素方面：供试遗传产量差异较大,单位面积产量变幅为311.74-763.35kg·666.7m-2(大田)和358.18-800.16 kg·666.7 m-2(大田),最大株系是最小株系的2.45(大田)和2.35(水培)倍。随着植株吸氮量的增加,产量总体呈增加趋势,但产量与吸氮量两者之间关系并不总是一条直线,产量除了受到总吸氮量的影响外,还受到氮素籽粒生产效率等因素的影响。吸氮量与氮素籽粒生产效率均是影响供试群体水稻产量的因素,提高两者均可提高产量,前者作用略大于后者。氮高效吸收高产水稻具有单位面积穗数大,每穗颖花数多,结实率高,产量高的特点。3.源、库方面：氮高效吸收高产水稻株系源足、质量高。具体表现为：抽穗期总叶面积系数(包括有效和高效叶面积系数)、成熟期总叶面积系数和结实期叶面积系数下降比例及单茎叶面积、结实期净同化率明显高于其它类型水稻；氮高效吸收高产类型水稻库大、质量高。具体表现为：库容量形成速率快,抽穗期单位叶面积、单位干重和单位氮素形成库容能力强,单茎库容量大,群体库容量大；氮高效吸收高产类型水稻株系流畅：即单位叶面积颖花数和单位叶面积籽粒产量均高于其它类型。这些源库性状对吸氮量、产量均有不同程度的影响。4.物质生产与分配方面：氮高效吸收高产水稻株系生物产量大,经济系数中等。在物质生产量中,抽穗期和抽穗后群体干物质生产量及抽穗后比例也显著大于其它类型,抽穗后的优势更突出；氮高效吸收高产水稻株系成熟期单茎干物质积累量显著高于其它类型；氮高效吸收高产水稻株系抽穗期茎鞘、叶片干重比例较大,穗干重比例较小,成熟期各器官干重比例均无明显优势,但各器官干物质生产量均明显大于其它类型水稻。5.氮素吸收利用方面：供试遗传群体吸氮量差异较大,成熟期总吸氮量的变幅,大田11.53-27.66 g·m-2,水培为19.13-54.52 g·m-2,最大株系是最小株系大田为2.40倍,水培为2.85倍。氮高效吸收高产水稻株系抽穗期吸氮量、结实期吸氮量、成熟期吸氮量、成熟期单茎吸氮量、(群体和单茎)吸氮强度均大于其它类型水稻,但植株含氮率低或较低；氮高效吸收高产水稻株系抽穗期叶片氮素比例大,成熟期茎鞘和绿叶吸氮比例较其他类型有优势,而黄叶和穗的吸氮比例没有优势；氮高效吸收高产水稻株系成熟期氮素干物质生产效率、氮素籽粒生产效率和氮素收获指数中等或较小。影响成熟期吸氮量的五组因素中,抽穗后吸氮量、穗吸氮量、单茎吸氮量、群体干物质生产量、群体吸氮强度对成熟期总吸氮量的作用分别大于抽穗期吸氮量、茎鞘吸氮量和叶片吸氮量、单位面积穗数、全株含氮率、全生育期天数对成熟期总吸氮量的作用。6.磷素吸收利用方面：氮高效吸收高产类型水稻成熟和结实期群体吸磷量、成熟期单茎吸磷量,抽穗和成熟期茎鞘吸磷比例、成熟期群体和单茎吸磷强度、结实期穗磷素增加量均大或较大,成熟期穗和全株含磷率中等,而磷素利用率无优势。氮高效吸收高产类型水稻成熟期的群体、个体磷素吸收量和吸收强度优势较大,结实期磷素转运能力强。7.钾素吸收利用方面：氮高效吸收高产类型水稻抽穗、成熟和结实期群体吸钾量,成熟期单茎吸钾量、抽穗和成熟期茎吸钾比例、成熟期穗吸钾比例、成熟期群体和单茎吸钾强度、抽穗期茎和全株含钾率,成熟期茎、绿叶、穗和全株含钾率,结实期穗钾素增加量和成熟期钾收获指数均大或较大。氮高效吸收高产类型水稻群体和个体吸钾量优势明显,吸钾强度和结实期转运量亦是如此,这主要得益于其茎鞘和全株中较高的钾浓度。8.根系性状方面：氮高效吸收高产类型水稻单株(不定根数、不定根总长和不定根干重)、单茎(不定根总长)、单条(不定根总长、不定根干重和不定根粗)根系性状和冠根比(抽穗和成熟期)均大或较大,而单株根系活力指标(总、活跃吸收面积和或与吸收面积比)中等。依据相关分析与通径分析的结果,明确了影响供试遗传群体吸氮量的主要根系性状是单株根干重、抽穗期冠根比、最长根长和单株不定根总长。9.氮高效品种种植资源筛选方面：结合大田和水培试验结果,筛选出氮素吸收利用、产量、根系等性状差异明显的不同氮效率水稻,氮高效吸收高产类型有L23、L68、L111等3个株系,氮低效吸收低产类型有L2、L3和L57等3个株系。这为氮高效水稻的后续研究提供了极其重要的种质资源。