氮素形态对三种专用型小麦氮效率影响机理研究

来源 :河南农业大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:weipan51
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采用大田盆栽的方法,以三个不同专用型小麦品种:强筋型品种豫麦34、中筋型品种豫麦49、弱筋型品种豫麦50为研究对象,研究分析了NO3--N、NH4+-N、NH2-N三种氮素形态对不同专用型小麦的氮效率的影响,并对影响氮效率的主要过程:不同专用型根系特征、根际土壤有效氮含量、土壤氮素生理群及酶活性、地上部不同器官氮的吸收、同化、积累及转运特征、氮同化关键酶GS与GS同工酶分布与活性等对氮素形态的响应进行了系统的研究,以期明确氮素形态对不同专用型小麦氮效率的影响机理,为提高专用型小麦氮素利用效率及优质、专用、高产施肥提供理论与实践依据。主要研究结果如下:1.在分析氮素形态对专用型小麦产量及品质影响的基础上,从不同形态氮素的生产效率和不同专用型小麦品种氮利用效率2个方面系统地对氮素形态对不同专用型小麦的氮生产效率、氮肥利用效率、氮吸收效率、氮收获指数、氮转运效率和转运氮贡献率等6个氮效率指标进行了测算,结果表明:(1)氮素形态对不同专用型小麦的产量、品质及氮效率影响显著,且氮素形态对同一品种氮吸收能力及转运能力的影响不同步。不同品种间产量、氮肥生产效率、氮吸收效率表现为:弱筋型品种豫麦50>中筋型品种豫麦49>强筋型品种豫麦34,籽粒蛋白质含量、氮利用效率、氮收获指数、氮转运效率以及转运氮贡献率均以豫麦34最高,弱筋型品种豫麦50最低;(2)强筋型品种豫麦34的氮生产效率、氮吸收效率、氮肥利用效率、氮收获指数均以NO3--N处理最高,氮转运效率与转运氮的贡献率在NH2-N处理下最高,中筋型品种品种豫麦49以NH2-N处理氮生产效率、氮吸收效率高及产量最高,施用NH4+-N则可以提高其氮利用效率、氮收获指数、氮转运效率、转运氮贡献率及籽粒蛋白质含量。弱筋型品种品种豫麦50在NH4+-N处理下,氮生产效率、氮吸收效率高,在NO3--N处理下氮利用效率、氮收获指数、氮转运效率最高,而转运氮贡献率以NH2-N处理最高。(3)对于强筋型品种豫麦34,虽然在NO3--N条件下其产量及氮吸收效率较高,但为达到其优质专用之目的,应选用NH2-N,一方面可以提高蛋白质含量,另一方面也可以实现氮肥资源的经济利用。中筋型品种豫麦49,由于在NH2-N处理下,其蛋白质含量为11.98%,可以达到其专用的目的,且其产量、氮生产效率及转运氮贡献率较高,应施用NH2-N。弱筋型品种豫麦50,应该选择施用NH4+-N既提高了氮的吸收效率,获得较高的产量,而且其蛋白质含量最低,实现其专用之目的。2.通过大田盆栽的方法,研究了不同氮素形态对专用型小麦根系、根际土壤有效氮含量及氮转化相关微生物(氮素生理群)和土壤酶活性的影响,结果表明,(1)强筋型豫麦34的根条数、根系活力以NO3--N处理最高;中筋型小麦豫麦49在NH2-N处理下根条数、根系生物量和根活力均为最高,弱筋型小麦豫麦50在NH4+-N影响下,除根条数没有NH2-N处理高外,其根系生物量与根系活力最高。在根条数、根生物量及根系活力三者中,根系活力与小麦氮吸收效率与产量密切相关。(2)整个生育时期各处理根际土壤氮素生理群及酶活性表现为:脲酶>硝化>亚硝化>蛋白酶>反硝化>氨化,其中,脲酶活性远远大于其它根际微生物及酶的活性,并且以拔节期活性最高,同时这一时期土壤氨态氮含量也最大,可以推断这一时期是土壤氨挥发的关键时期。(3)强筋型品种豫麦34,施用NO3--N能显著提高脲酶、蛋白酶及氨化细菌活性;NH2-N和NH4+-N能显著提高亚硝化细菌、硝化细菌的活性;对于中筋型品种豫麦49和弱筋型品种豫麦50,NH2-N能够提高氨化细菌、脲酶、蛋白酶的活性,NH4+-N处理利于硝化细菌、亚硝化细菌活性的升高。3.将小麦地上部分为倒一叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶、茎秆、叶鞘、颖壳和穗轴、籽粒等8个部位研究了不同氮素形态对专用型小麦各器官及全株氮含量在不同生育时期的变化特征,并对各营养器官氮效率(氮转运效率及转运氮贡献率)进行了分析与测算。结果表明,(1)在整个生育期,各器官氮含量均以叶片氮含量显著高于其它器官,并随叶位的降低而降低,植株及各器官的氮含量的高峰期均在开花期,以拔节期、开花期、花后7d叶片与其它营养器官氮含量差距最大。(2)花前植株吸收的氮对籽粒氮素的贡献(转运氮贡献率)在66.01%81.29%之间,不同营养器官以叶片贡献率最大,而且随叶位下降而下降,同时,其它器官也有一定程度的贡献。不同专用型品种间以强筋型品种豫麦34最高,在71.05%81.29%之间,中筋型品种豫麦49居中,在68.63%72.77%之间,弱筋型品种豫麦50最低,在66.01%71.02%之间。(3)氮素形态对专用型小麦植株及地上部各器官氮含量和转运氮贡献率的影响影响一致。强筋型品种豫麦34和弱筋型品种豫麦50以NH2-N处理氮含量和转运氮贡献率较高,中筋型品种豫麦49以NH4+-N处理氮含量和转运氮贡献率最高。4.采用盆栽的方法,研究了氮素形态对专用型小麦植株内氮素转化主要中间产物硝态氮、游离氨基酸和可溶性蛋白等时空分布特征的影响,结果表明:(1)硝态氮以茎秆中含量最高,并且生育期间变幅较大。其次是叶鞘,然后是叶片,且不同叶位叶片硝态含量自上而下降低,根系中硝态氮含量在整个生育时期较低。茎秆硝态氮含量高峰期在开花期,其它器官高峰期均在拔节期。籽粒中硝态氮在花后7d含量较高,仅次于茎秆和叶鞘。(2)地上各器官中游离氨基酸含量叶片含量较高,主要集中在倒一叶、倒二叶中,倒三叶、倒四叶中含量相对较少,茎和叶鞘中含量较低。不同生育时期以花后7d含量最高。(3)强筋型品种豫麦34旗叶(倒一叶)和倒二叶可溶性蛋白峰值在花后7d;中筋型品种豫麦49和弱筋型品种豫麦50峰值在开花期,倒四叶可溶性蛋白早于倒三叶在拔节期达到峰值,倒三叶又早于倒一、倒二叶在开花期达到峰值。籽粒中可溶性蛋白在花后7d最高,花后14d含量最低之后上升至花后21d又有下降。(4)氮素形态对三者在各器官中含量及变化强度影响显著。对于强筋型品种豫麦34各器官中三者含量及变化幅度均以NH2-N处理最大,中筋型品种豫麦49各器官三者含量及变化幅度大多以NH4+-N处理最高;弱筋型品种豫麦50硝态氮含量及氨基酸含量、可溶性蛋白的变幅以NH2-N处理最高,而可溶性蛋白则NH4+-N处理较高。5.研究了氮素形态对专用型小麦氮代谢关键酶GS及其同工酶时空分布特征的影响及GS与氮利用效率的关系。结果表明:(1)在小麦苗期叶片、花后不同叶位、不同茎节及籽粒中GS同工酶广泛存在,其中,苗期叶片有GS1、GS2、GSX三种同工酶,花后不同叶位叶片及茎节存在有GS1、GS2、GSX和GSX2四种同工酶,籽粒中仅有GS1一种同工酶。各器官中GS1活性较为稳定,在各个生育时期都有表达,而GS2、GSX与GSX2仅存在于代谢功能旺盛的叶片与茎节中。(2)氮素形态对专用型品种苗期阶段GS活性调控作用显著,强筋型豫麦34在NH2-N处理下,GS活性呈阶段性的上升趋势。中筋型品种豫麦49在NH4+-N处理下呈上升趋势。弱筋型品种豫麦50在三氮素形态处理下GS活性均无下降,其中,以NH4+-N处理活性最高。(3)在专用型小麦生长后期,豫麦34在NH2-N处理下各叶位叶片中GS酶活性最高,豫麦49在NH4+-N处理下GS活性最高,豫麦50在NH2-N处理下GS活性最高。氮素形态对茎中GS活性的影响与叶片一致,籽粒中GS均以NH2-N处理活性较强。NH4+-N可以诱导各专用型品种不同叶位叶片中GSX2同工酶的表达;NH2-N提高了强筋型品种豫麦34各生育时期GS2、GSX同工酶的活性,NO3--N有抑制GS2同工酶活性的作用;NH4+-N有利于中筋型品种豫麦49开花期、花后7d、花后21d GSX和GS2同工酶的表达及活性的提高,弱筋型品种豫麦50亦在NH2-N处理下于开花期、花后7d、花后21d GSX和GS2同工酶活性的增强。其中,GS2及GSX同工酶与GS酶活性对氮素形态的反应一致。(4)叶片中GS活性与氮素利用效率关系密切。
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