检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：杨莹莹中国科学院大学

学位级别：博士

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，近年来，氮肥的大量使用极大的提高了水稻产量，但同时，没有被充分利用的氮肥的流失也造成了非常严重的环境问题，如土壤酸性化，水质富营养化。因此，提高水稻的氮素利用效率成了解决这一问题的重... 详细信息

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，近年来，氮肥的大量使用极大的提高了水稻产量，但同时，没有被充分利用的氮肥的流失也造成了非常严重的环境问题，如土壤酸性化，水质富营养化。因此，提高水稻的氮素利用效率成了解决这一问题的重要方式。为了研究水稻氮素利用效率自然变异的遗传基础，我们用一套以高氮素利用效率的非洲稻为供体亲本，以对氮素利用效率低的粳稻品种95-22为受体亲本的染色体片段替换系为材料进行筛选。通过一系列的实验，我们得到如下结果:　　通过对183个替换系材料进行苗期耐低氮筛选，得到6个耐低氮替换株系，初步定位到三个来自非洲稻的氮素利用效率相关QTL，并将其命名为HEN1 (high eefficient use of nitrogen 1),HEN6 (high efficient use of nitrogen 6),HEN8 (high efficient use of nitrogen 8)。这些含有CG14片段的耐低氮替换系表现为苗期低氮条件相对于正常氮素条件下株高及地上部生物量变化较95-22更低。　　将这6个替换系与轮回亲本95-22回交，分别构建BCF2定位群体。选择HEN6进行精细定位，最终定位至51Kb的区域内。该区域包含9个候选基因，我们队这9个基因进行测序并通过qRT-PCR的方式进行表达模式检测，发现其中一个基因编码OsENOD93L蛋白是最好的候选基因，该基因在95-22根部和地上部都高度表达但是在SG94中并未检测到表达，测序结果发现该基因的启动子区在两者之间有非常大的差异。在95-22中用CRISPR-CAS9系统敲除该基因，能显著提高苗期低氮条件下氮素利用效率，表现出与替换系相同的表型，说明替换系与95-22氮素利用效率之间的差异确实由该基因引起。　　对SG94与95-22进行代谢组学差异代谢物研究，发现两个替换系中特异性响应低氮条件的代谢物:谷氨酸和琥珀酸，谷氨酸为NH4+通过GS/GOGAT途径固定到植物中的第一个产物，琥珀酸为TCA循环过程中的代谢物质，这两种物质在替换系中积累量降低，说明替换系可能通过这两个途径够加快氮素代谢过程，从而在低氮条件下显示出优势。　　为了进一步确认SG94中的高NUE是由氮素吸收还是氮素代谢过程引起，我们对硝酸根进行15N标记。我们发现SG94和基因敲除水稻15N-NO3-24小时标记中地上部15N积累以及Shoot/Root比值相对于95-22更高，但是1.5小时标记并没有这种趋势，说明HEN6可能通过影响NO3-地上部的同化过程来影响氮素利用效率。　　通过对SG94、95-22与osenodl进行田间农艺性状考察。发现替SG94与95-22相比在低氮条件相对于正常氮肥培养条件下，在相对叶绿素含量、光合速率、分蘖数、单株产量、小区总产量这些农艺性状指标上，均具有更高的优越性。osenodl株系也表现出分蘖数在低氮条件下明显优于95-22的表型。　　本研究通过对氮素利用效率相关QTL HEN6的定位、克隆，及部分功能分析，发现了OsENOD93蛋白通过影响硝酸根在地上部的同化效率来影响苗期表型，同时通过大田实验研究也表明该基因能够影响低氮条件下产量相关农艺性状。

关键词：水稻氮素利用效率 QTL定位基因克隆 OsENOD93L蛋白

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粗山羊草及其双二倍体氮素利用效率特征分析

粗山羊草及其双二倍体氮素利用效率特征分析

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作者：张小村山东农业大学

学位级别：博士

小麦（Triticum aestivum，AABBDD）是世界上仅次于水稻的第二大粮食作物，是我国第三大粮食作物，也是我国重要的商品粮和战略储备粮，在国家粮食安全中具有突出地位。氮肥作为生命元素，在保障小麦高产稳产中具有重要作用。然而，由... 详细信息

小麦（Triticum aestivum，AABBDD）是世界上仅次于水稻的第二大粮食作物，是我国第三大粮食作物，也是我国重要的商品粮和战略储备粮，在国家粮食安全中具有突出地位。氮肥作为生命元素，在保障小麦高产稳产中具有重要作用。然而，由于小麦遗传基础狭窄，其本身可利用的氮高效遗传资源贫乏，严重阻碍了小麦氮高效育种进展。因此，从小麦近缘植物中鉴定和发掘氮高效基因，为小麦氮高效育种提供优异种质资源已刻不容缓。粗山羊草(Aegilops tauschii,2n=14，DD)作为普通小麦D染色体组的供体，分布广泛，从低纬度的高温、高湿地区到高纬度、高海拔的冷寒、土壤贫瘠地区都有分布，不同的气候环境使粗山羊草变异类型异常丰富，普遍具有抗各种生物和非生物胁迫、耐瘠薄等性状特点，并且，粗山羊草基因组与小麦D基因组完全同源，与四倍体小麦Langdon合成双二倍体的方法也已日臻完善并成熟，因此，利用粗山羊草花粉与四倍体小麦Langdon杂交产生双单倍体(DH)群体成为可能。本研究在筛选粗山羊草氮高效基因型的基础上，探讨了粗山羊草基因组与四倍体小麦(AABB)合成双二倍体后氮利用效率的变化，构建了含有氮高效基因的粗山羊草-Langdon DH群体。\n 1、对30份粗山羊草材料的盆栽和水培试验结果表明，粗山羊草具备耐瘠型植物的典型特征，在低氮条件下能够保持一定的生物产量，对高氮供应不敏感。不同粗山羊草的氮素累积及利用效率之间存在显著的基因型差异。在低氮和高氮处理下，粗山羊草材料京Y225、京Y221苗期和成熟期均获得了较高的生物产量，是粗山羊草中典型的氮高效基因型。粗山羊草京Y176、京Y98在低氮和高氮处理下，成熟期穗部干重及氮素利用效率均表现很差。\n 2、对7份小麦—长穗偃麦草异代换系{1E(1D)、2E(2D)、3E(3D)、4E(4D)、5E(5D)、6E(6D)和7E(7D)}和7份小麦-长穗偃麦草异附加系（分别附加长穗偃麦草1E、2E、3E、4E、5E、6E和7E染色体）在高低氮水平下进行的盆栽试验结果表明，不管低氮还是高氮处理，小麦—长穗偃麦草异代换系和其相应的长穗偃麦草异附加系之间在植株生物量的累积以及氮累积相关性状上均存在显著差异。由于小麦—长穗偃麦草异代换系和其相应的长穗偃麦草异附加系之间只有一对D基因组的区别，这些氮素利用相关性状的差异是由不同D染色体所导致的，因此，D基因组的每一条染色体对小麦氮吸收累积相关性状均有其独特作用。特别是1D、2D、4D、6D染色体对小麦籽粒产量和籽粒氮累积量贡献显著。\n 3、对10份不同基因型Langdon-粗山羊草合成双二倍体及其亲本成熟期氮利用效率变化进行了苗期营养液培养和成熟期盆栽试验研究。结果表明，合成双二倍体材料具备获得比小麦更高生物产量及氮累积量的潜力。低氮处理下，合成双二倍体的干物质累积量（籽粒干重、茎叶干重、颖壳干重和总干重）和氮累积量（籽粒氮累积量、茎叶氮累积量、颖壳氮累积量和总氮累积量）均高于普通小麦豫麦47，表明合成双二倍体在低氮条件下可以获得比普通小麦更高的干物质累积量和氮累积量。然而，这10份双二倍体材料氮素利用效率低于普通小麦豫麦47，这可能是由于普通小麦经过长期的人工选择，在人工选择过程中，氮素利用效率是优选指标之一，而双二倍体作为新合成的材料，没有经过人工选择，而且DD基因组与AABB基因组之间存在复杂的互作关系，它们之间的协调还需要一个长期的过程。\n 4、以筛选出的氮低效粗山羊草京Y176和氮高效粗山羊草京Y225与四倍体小麦Langdon合成了双二倍体，经幼胚拯救和人工培养，获得了人工合成双二倍体材料Langdon-京Y225。\n 5、在高、低氮两个水平下分别对粗山羊草(RL5263和京Y225)、Langdon和双二倍体（SW21和Langdon-京Y225）在铵态、硝酸根、铵根+硝酸根离子处理下的氮相关性状进行了测定。结果表明，供试材料对铵根离子有偏好，在铵根离子处理下，其地上部干重、地下部干重、地上部氮累积量均高于其他氮处理;铵根离子处理的营养液的pH降低迅速，而硝酸根处理pH值变化较小，表明这些材料苗期对铵根离子的吸收能力更强。铵根离子处理下各材料的叶绿素含量高于其他处理，双二倍体SW21、Langdon-京Y225植株的叶绿素含量高于亲本粗山羊草以及Langdon。\n 6、利用耐低氮高效粗山羊草材料京Y225和耐低氮低效粗山羊草材料RL5263杂交产生杂种F1，该杂种F1花粉授粉具有染色体自然加倍基因的四倍体小麦Langdon可获得Langdon-粗山羊草单倍体种子，目前已经获得136株Langdon-粗山羊草单倍体植株，该单倍体植株种植后，经染色体田间自然加倍后可创建Langdon-粗山羊草双单倍体

关键词：粗山羊草双二倍体氮素利用效率双单倍体群体基因定位

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不同氮素利用效率型小麦品种的生理差异分析

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作物杂志 2022年第5期 87-96页

作者：李宁刘彤彤杨进文史雨刚王曙光孙黛珍山西农业大学农学院山西太谷030801 山西农业大学食品科学与工程学院山西太谷030801

以不同氮素利用效率型小麦品种(2个氮高效、2个氮低效和2个中间型)为材料,分别在灌溉及雨养条件下测定其花后旗叶氮素同化及转运相关酶等生理性状的动态变化,同时在开花期和成熟期测定氮素积累及转运相关性状。结果表明,氮高效型品种晋... 详细信息

以不同氮素利用效率型小麦品种(2个氮高效、2个氮低效和2个中间型)为材料,分别在灌溉及雨养条件下测定其花后旗叶氮素同化及转运相关酶等生理性状的动态变化,同时在开花期和成熟期测定氮素积累及转运相关性状。结果表明,氮高效型品种晋麦54和晋麦66具有更高的植株氮素积累总量、氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率、花后氮素转运量、花后氮素转运效率和单株产量,以及更低的花前氮素转运量和花前对籽粒氮积累的贡献率。同时,氮高效型品种的各酶活性及可溶性蛋白质含量高于其他4个品种,而中间型品种晋麦73和泰麦269又高于氮低效型品种晋麦61和泰农18。相关性分析结果显示,参试小麦品种多数关键酶活性与氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率、花后氮素转运量、花后氮素转运效率、花后对籽粒氮积累的贡献率和单株产量呈显著正相关;与花前对籽粒氮积累的贡献率和花前氮素转运量呈显著负相关。

关键词：小麦氮素利用效率氮素同化氮素积累

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不同沼肥对油菜产量、品质及氮素利用效率的影响

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水土保持学报 2010年第3期24卷 127-130页

作者：赵凤莲孙钦平李吉进刘春生魏宗强张杰刘本生山东农业大学山东泰安271018 北京市农林科学院植物营养与资源研究所北京100097

利用温室盆栽试验研究了鸡粪沼肥(鸡粪沼渣、沼液)和牛粪沼肥(牛粪沼渣、沼液)对油菜产量、品质及氮素利用效率的影响。试验共设8个处理,分别为:不施肥(CK),鸡粪沼渣全部做底肥(JZ),鸡粪沼渣做底肥、沼液做追肥(JZ+JY),鸡粪沼液一半做... 详细信息

利用温室盆栽试验研究了鸡粪沼肥(鸡粪沼渣、沼液)和牛粪沼肥(牛粪沼渣、沼液)对油菜产量、品质及氮素利用效率的影响。试验共设8个处理,分别为:不施肥(CK),鸡粪沼渣全部做底肥(JZ),鸡粪沼渣做底肥、沼液做追肥(JZ+JY),鸡粪沼液一半做底肥另一半做追肥(JY),牛粪沼渣全部做底肥(NZ),牛粪沼渣做底肥与沼液做追肥(NZ+NY),牛粪沼液一半做底肥另一半做追肥(NY),化肥一半做底肥另一半做追肥(HF),以上处理除空白外均按等氮量施用。研究结果表明,施用鸡粪沼肥比施用牛粪沼肥处理的油菜产量高,JZ、JZ+JY、JY3个处理油菜产量分别为13.8,14.9,14.8 g/盆,分别比牛粪沼肥相同处理(NZ、NZ+NY和NY)高40%,23%和11%。施用鸡粪沼肥处理油菜的硝酸盐含量要比相应施用牛粪沼肥的高,但在Vc含量上差异不显著;鸡粪沼肥氮素利用效率显著高于牛粪沼肥,这可能和鸡粪沼肥比牛粪沼肥速效养分含量高、养分释放快有关系。

关键词：油菜沼渣沼液氮素利用效率

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不同盐分和氮肥水平对菠菜水分及氮素利用效率的影响

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土壤通报 2011年第4期42卷 906-910页

作者：郭淑霞龚元石中国农业大学土壤和水科学系北京10094 北京燕山石化飞燕环保公司北京102500

采用土柱栽培法研究了不同盐分和氮肥水平对菠菜水分与氮素利用效率的影响。结果表明,300 kg ha-1氮水平下,菠菜增产16.6%,水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)提高9.6%;其中以0.87 dS m-1处理的WUE最大,为25.8 kg m-3,盐分和氮肥... 详细信息

采用土柱栽培法研究了不同盐分和氮肥水平对菠菜水分与氮素利用效率的影响。结果表明,300 kg ha-1氮水平下,菠菜增产16.6%,水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)提高9.6%;其中以0.87 dS m-1处理的WUE最大,为25.8 kg m-3,盐分和氮肥的交互影响使WUE提高1.55 kg m-3。同时3,00 kg ha-1氮水平比100 kg ha-1氮水平的氮素利用效率(Nitrogen UseEfficiency,NUE)平均降低40%。盐分增加,NUE降低。高盐高氮处理的氮肥回收率(Nitrogen Fertilizer Recovery Efficiency,NRE)和农业氮利用效率(Agronomic Nitrogen Use Efficiency,NAE)最低,土壤残留氮量最高,对环境造成的潜在危害最大。

关键词：盐分氮肥水分利用效率氮素利用效率

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控释尿素与普通尿素不同掺混比例对夏玉米产量和氮素利用效率的影响

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山东农业科学 2021年第2期53卷 64-70页

作者：蒋丽萍李国芳苗中芹钱欣张慧高英波成浩王慧敏刘树堂赵菁菁崔振岭李宗新薛艳芳山东省农业科学院玉米研究所/小麦玉米国家工程实验室/农业部黄淮海北部玉米生物学与遗传育种重点实验室山东济南250100 青岛农业大学资源与环境学院山东青岛266109 淄博市农业农村事业服务中心山东淄博255400 中国农业大学北京100193

本试验通过设置控释尿素与普通尿素按不同比例掺混处理(T1~T8),研究不同施肥模式对夏玉米产量、氮素积累、氮素利用效率及经济效益的影响。结果表明,等量施肥条件下,玉米产量、地上部氮素积累量及氮素吸收效率、经济效益均表现为T3(树... 详细信息

本试验通过设置控释尿素与普通尿素按不同比例掺混处理(T1~T8),研究不同施肥模式对夏玉米产量、氮素积累、氮素利用效率及经济效益的影响。结果表明,等量施肥条件下,玉米产量、地上部氮素积累量及氮素吸收效率、经济效益均表现为T3(树脂包膜尿素与普通尿素按5∶5掺混)>T4(全部为树脂包膜尿素)>T2(树脂包膜尿素与普通尿素按3∶7掺混)。与T2处理相比,T3处理的籽粒产量、地上部氮素积累量、经济效益均分别显著提高14.7%、24.1%和24.5%(2074.3元/hm^(2))。此外,在T2处理基础上,在大喇叭口期追施氮肥(T5处理)或增加播种密度(T6处理)分别较T2处理增产11.6%和41.9%,即通过增加播种密度可实现产量和经济效益最大化。因此,本试验条件下,在合理增加密度基础上结合树脂包膜尿素与普通尿素按照5∶5掺混一次性基施可以作为一项有力栽培措施在该区域推广应用。

关键词：夏玉米掺混比例氮素利用效率产量经济效益

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小麦氮素利用效率的生理生态与氮肥调控研究

小麦氮素利用效率的生理生态与氮肥调控研究

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作者：孙传范南京农业大学

学位级别：博士

提高作物的氮素利用效率是现代农业生产中亟待解决的重要任务之一。本研究通过四年的田间和盆栽试验，系统地分析了小麦氮素利用效率的基因型差异及高效利用氮素的生理生态机制，探讨了提高小麦氮素利用效率的途径，为小麦生产中优质、... 详细信息

提高作物的氮素利用效率是现代农业生产中亟待解决的重要任务之一。本研究通过四年的田间和盆栽试验，系统地分析了小麦氮素利用效率的基因型差异及高效利用氮素的生理生态机制，探讨了提高小麦氮素利用效率的途径，为小麦生产中优质、高产、高效栽培提供理论依据。首先，选用40个不同类型小麦品种于二个不同生态区进行田间试验，系统评价了氮素利用效率的基因型与环境效应及其与氮营养特性的关系，明确了小麦氮素利用效率的评价指标。发现小麦氮素利用效率指标均存在显著的基因型差异，除氮流效率受环境影响较小外，氮吸收效率、氮收获指数、土壤氮生产力及植株氮生产力等指标均受环境影响较大。氮流效率与氮吸收效率、土壤氮生产力等指标间相关性强，能综合反映小麦干物质和氮素积累与分配、籽粒产量和蛋白质含量的效应，是综合评价小麦高效利用氮素的可靠指标。根据氮流效率高低不同将40个小麦品种分为3类：高效型、中效型和低效型。在氮素利用效率评价指标和相应基因型筛选的基础上，以氮流效率不同的四个代表性小麦品种，高效型徐州26和淮麦18、低效型烟辐188和皖麦18为材料，进一步研究了不同小麦品种在不同氮水平下的生长、氮吸收积累、碳氮物质转运以及生育后期叶片光合特性的变化规律，发现高氮流效率小麦品种具有相对较强的氮积累能力、协调的根／冠比例、开花期较强的根系活力，生育后期能保持较高的光合叶面积和较长的光合功能持续期，且灌浆期具有较强的碳、氮物质向籽粒的转运能力。认为高低氮流效率小麦物质积累与转运能力的差异主要在开花期以后。在低氮水平下氮流效率的品种间差异较小，主要与开花后氮转运能力有关；在较高的氮水平下氮流效率的高低受开花后氮吸收量和转运能力的共同调节。认为现有生产条件下加强生育后期氮肥管理，提高小麦灌浆期间的碳、氮代谢能力将有助于提高小麦氮流效率。为了明确大田生产中提高氮素利用效率的有效途径，采用蛋白质含量不同的两个氮流效率高效型小麦品种为材料，其中徐州26代表高蛋白品种，淮麦18代表低蛋白品种，研究了不同氮水平（112.5kgN／hm2和225kgN／hm2）及基追比（66／34，34／66）对小麦碳素、氮素积累与转运规律、产量及氮素利用效率的影响。结果表明，高氮水平下基追比34／66、低氮水平下基追比66／34的小麦产量和氮素利用效率较高，但不同类型小麦品种的反应不同。低蛋白品种淮麦18在高氮条件下生长较好，对干物质积累和氮积累量增加幅度大，产量高；而高蛋白品种徐州26在低氮下产量的降低幅度相对较小。进一步研究发现，淮麦18较高的氮流效率主要与较高干物质积累及生育后期较强的光合同化能力有关；徐州26则主要与开花前营养器官中贮存的碳水化合物和氨基酸等向籽粒的再分配能力强有关。籽粒形成过程中，激素类物质在调控蔗糖等碳水化合物向籽粒中转运方面起重要作用。为提高小麦氮素利用效率，应针对不同小麦品种类型的具体特点进行合理的肥料运筹和调控。增按营养是一种重要的氮肥调控策略，本研究重点探索田间条件下增铰营养提高氮素利用效率的有效途径。盆栽试验中研究了不同施氮水平下小麦生长、氮素积累对增铰营养反应差异，表明中氮水平下增镣营养＊。NO／DCD)效果明显，提高了小麦干物重、氮积累量、单株叶面积以及硝酸还原酶活性，最终提高小麦籽粒产量。而不同形态氮营养处理对生育早期植株的形态特征、开花期旗叶光合速率及成熟期器官内物质分配比例的影响较小。同时，增按营养显著减少了土壤中的N淋溶，氮淋溶总量为高氮＞中氮＞低氮。与其它氮肥处理（***：；、KNO：；）相比，低氮下和高氮下增铰营养不同程度地抑制了小麦生长，降低了氮素利用效率。通过田间试验，研究了不同生育时期增彼营养（基肥、分蕴肥、拔节肥、孕穗肥及全生育期EAN）对小麦生长和氮素利用的影响。结果表明，田问增铰营养促进了小麦植株的生长和氮素吸收。其中基肥、分莱肥、拔节肥EAN提高了小麦的干物质积累量、地上部氮积累量、有效穗数和后期叶面积指数、叶片叶绿素含量、以及小麦的籽粒产量；孕穗期EAN效果不明显；全生育期MN在促进生长方面的效果并不占明显优势，但可有效降低土壤N0s乙N的淋溶损失。EAN的促进效应除了降低氮淋失、提高氮素吸收效率外，拔节期EAN主要在于改

关键词：小麦氮素利用效率基因型差异生理生态机制增铵营养氮肥运筹

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滴灌施氮对东北春玉米物质生产、转运及氮素利用效率的影响

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东北农业科学 2020年第6期45卷 68-73页

作者：张磊孔丽丽侯云鹏李素琴农业农村部东北植物营养与农业环境重点实验室/吉林省农业科学院农业资源与环境研究所长春130033

为探究吉林省西部半干旱区滴灌施肥条件下氮肥合理施用问题,通过连续两年(2017~2018年)田间试验,研究了覆膜滴灌条件下不同氮肥用量(0,70,140,210,280,350 kg/hm2)对玉米产量、干物质积累、转运及氮肥利用效率的影响。结果表明:施氮处... 详细信息

为探究吉林省西部半干旱区滴灌施肥条件下氮肥合理施用问题,通过连续两年(2017~2018年)田间试验,研究了覆膜滴灌条件下不同氮肥用量(0,70,140,210,280,350 kg/hm2)对玉米产量、干物质积累、转运及氮肥利用效率的影响。结果表明:施氮处理玉米产量显著高于不施氮肥处理(P<0.05),且均表现为随施氮量的增加先增后降,其中以施氮量210 kg/hm2处理玉米产量最高。与不施氮肥处理相比,施氮显著提高了玉米干物质积累量,其中灌浆期至成熟期干物质积累量以施氮量210 kg/hm2处理最高。Logistic方程解析表明,施氮显著提高了玉米干物质最大增长速率和干物质平均增加速率,提高幅度依次为5.4%~20.0%、13.9%~42.7%(2017年)和8.9%~25.7%、10.1%~40.2%(2018年),其中以施氮量210 kg/hm2处理玉米干物质最大增长速率和干物质平均增加速率最高,而不同施氮处理间干物质最大积累速率出现天数差异不显著(P>0.05)。干物质转运量、干物质转运对籽粒贡献率和花后光合产物输入籽粒量在施氮量70~210 kg/hm2范围内随施氮量的增加而增加,当施氮量超过这一范围,干物质转运量、干物质转运对籽粒贡献率和花后光合产物输入籽粒量呈下降趋势。氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力均随施氮量的增加呈下降趋势。综上所述,在吉林省西部地区覆膜滴灌条件下,氮肥施入量为210 kg/hm2,有利于玉米物质生产、转运保持在较高水平,进而达到高产的生产目的。

关键词：滴灌施氮量春玉米产量氮素利用效率

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水稻OsNhd1参与氮素调控抽穗开花及氮素利用效率机制的研究

水稻OsNhd1参与氮素调控抽穗开花及氮素利用效率机制的研究

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作者：张抒南南京农业大学

学位级别：博士

现代农作物的高产优质十分依赖于氮肥的施用。氮肥施用过量会造成土壤酸化毒害、水体富营养化和温室气体排放加剧等生态环境问题,更会导致作物生长过高易倒伏、病虫害增加以及“贪青晚熟”等生产危害,进而影响产量和氮素利用效率(Nitrog... 详细信息

现代农作物的高产优质十分依赖于氮肥的施用。氮肥施用过量会造成土壤酸化毒害、水体富营养化和温室气体排放加剧等生态环境问题,更会导致作物生长过高易倒伏、病虫害增加以及“贪青晚熟”等生产危害,进而影响产量和氮素利用效率(Nitrogen Use Efficiency,NUE)。生育期长短对作物产量和品质起着至关重要的作用。生育期由开花时间决定。开花是营养生长到生殖生长转化的标志。植物的开花受到内源和外源多种因素的调节。迄今为止,对开花的研究多集中在光照、激素、温度、胁迫等方向,鲜有涉及营养物质对开花的调控。模式植物拟南芥中已经确定五个开花调控通路,分别为光周期途径、春化途径、赤霉素途径、内源调控途径以及自主调控途径。氮肥施用影响植物开花和生育期是十分常见的生产现象,但有关氮素调控开花的分子机制只在模式植物拟南芥中有零星报道。水稻中,氮肥施用延迟抽穗开花已有较多报道,但是否与拟南芥一样存在氮与开花时间之间的“U”型关系尚不清楚。此外氮是以何种形态和何种方式影响水稻抽穗开花也尚不明确。本研究在207份核心种质资源高低氮田间实验发现,氮对水稻抽穗开花时间的影响不仅取决于施氮水平,也取决于遗传变异。为进一步研究氮如何影响抽穗开花,我们设置了四种氮水平处理,总结出氮影响水稻抽穗开花的四种类型,分别为1)氮不敏感型,高低氮对抽穗开花影响不大;2)氮敏感型Ⅰ,高低氮较中氮都抑制抽穗开花;3)氮敏感型Ⅱ,高氮抑制抽穗开花(贪青晚熟);4)氮敏感型Ⅲ,低氮抑制抽穗开花。水稻模式品种“日本晴”属于氮敏感型Ⅰ。随后我们通过低(0.25mMN)、中(2.5 mM N)、高(10 mM N)三种不同氮处理及长日照(14h光照:10h黑暗)、短日照(10h光照:14h黑暗)处理,发现不同日照长短下日本晴在低、高氮条件下都推迟抽穗开花,表明氮对日本晴抽穗开花的调控不受光周期影响。为探究水稻中参与氮调控抽穗开花的分子途径,通过分析中氮和高氮条件生殖转化前和转化时顶端分生组织(SAM)样品的转录组测序(RNA-seq),获得一个在SAM中强烈表达并响应氮水平变化及转化变化的转录因子,将其命名为Nitrogen-regulated heading date1(Nhd1)。进化树分析及同源性比对发现,Nhd1第24至69个氨基酸是保守的MYB结构域,推测Nhd1可能属于MYB转录因子家族。水稻中,Nhd1同源基因最种高同源率也仅有16.8%,表明该基因功能在水稻中的唯一性。Nhd1的RiceXpro网站的芯片和组织定位均显示该基因在各部位组成型表达;原位杂交发现Nhd1在SAM中随着转化时间推移而表达增强;亚细胞定位表明Nhd1定位在细胞核上,综合以上结论认为Nhd1是一个功能强大的MYB转录因子。随后,通过RT-qPCR分析发现水稻叶片和根中,Nhd1的表达呈现昼夜节律的特征。叶片Nhd1的表达在光照起始8点时达到峰值,在夜晚回落至最低,直至凌晨2两点后开始上升;根系Nhd1表达峰值延后至11点,之后表达规律与地上部类似。Nhd1的表达同时也受到光照及谷氨酰胺(Gln)的诱导调控。敲除该基因后,与野生型(日本晴)相比,抽穗开花时间推迟,并对供氮水平的变化不再敏感,即不再呈现“U”型曲线。表明Nhd1在氮调控水稻抽穗开花通路中的重要作用。紧接着,选择位于亚热带的南京的夏天作为长日照和位于热带的海南乐东的冬天作为短日照,在两种氮水平的田间试验中重复了nhd1突变体显著延迟抽穗开花和减弱对氮素响应的表型,表明水稻中Nhd1对抽穗开花的调控独立于光周期途径。通过酵母单杂、凝胶迁移实验(EMSA)、双荧光素酶等实验分析,发现Nhd1直接调控水稻中已知的开花基因Hd3a,Nhd1的突变强烈地抑制了Hd3a的表达。田间表型分析发现,Nhd1突变后,株高变高、有效分蘖减少;超表达Nhd1后在短日条件下,株高变高、分蘖减少,在长日照条件下株高、有效分蘖与野生型没有明显差异。比较长短日照的结果表明Nhd1突变减弱而过表达增加了日本晴品种对光周期的敏感性。另外Nhd1的突变显著提高了水稻籽粒的产量和谷草比,这在短日照条件下尤为显著。通过分析植株中各部位氮浓度及含量计算氮素吸收效率(NUpE)及氮素生理利用效率(NUtE),结果表明Nhd1突变提高了水稻的氮素利用效率,并在低氮条件下尤为显著。通过对扬花期和成熟期水稻各部位氮浓度及含量分析,发现缺失Nhd1后增加氮素从源器官向库器官的转移,促进了氮素在体内的再分配。EMSA及双荧光素酶实验等分析发现Nhd1可以直接与Fd-GOGAT基因启动子结合。OsNhd1突变后增强了Fd-GOGAT的表达并增加Fd-GOGAT的酶活,表明Nhd1可能负调控氮的同化。与此同时,Nhd1可能通过影响氨基酸转运蛋白基因,如AAP7、AAP9和LHT1的表达调控

关键词：氮营养抽穗开花转录组测序 OsNhd1 氮素利用效率

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杂交中稻氮素利用效率的简易评价指标研究

引用

西南农业学报 2010年第5期23卷 1551-1558页

作者：徐富贤熊洪张林郭晓艺朱永川周兴兵刘茂四川省农业科学院水稻高粱研究所四川泸州646000

2008-2009年,以18个近年通过审定的杂交中稻组合为材料,在施氮与不施氮条件下,研究了氮素利用效率与齐穗后库源结构和物质分配的关系。结果表明,齐穗期叶粒比分别与氮素稻谷生产效率和氮收获指数呈极显著负相关,齐穗期到成熟期叶片SPAD... 详细信息

2008-2009年,以18个近年通过审定的杂交中稻组合为材料,在施氮与不施氮条件下,研究了氮素利用效率与齐穗后库源结构和物质分配的关系。结果表明,齐穗期叶粒比分别与氮素稻谷生产效率和氮收获指数呈极显著负相关,齐穗期到成熟期叶片SPAD值衰减指数、LAI衰减指数和稻谷收获指数分别与氮素稻谷生产效率和氮收获指数呈极显著正相关。经多元逐步回归分析,叶粒比、SPAD值衰减指数、LAI衰减指数和稻谷收获指数4个指标显著影响氮素稻谷生产效率和氮收获指数,决定系数分别为0.6822-0.8154、0.6836-0.8285,SPAD值衰减指数和稻谷收获指数可分别作为预测氮素稻谷生产效率和氮收获指数的简易指标。杂交中稻氮高效利用组合的植株指标参考值：叶粒比1.25-1.58 cm2/sp ikelet、SPAD值衰减指数0.48-0.49、LAI衰减指数0.50-0.57、稻谷收获指数0.63-0.64、有效穗185.10-230.03万/hm^2,杂交中稻品种的氮素利用率可划分为氮广适应型、高氮适应型、低氮适应型和氮利用率较差型4类。

关键词：杂交中稻氮素利用效率评价指标

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