根系特征对小麦氮效率的影响
wseen 2022-10-8 8:55:33
小麦是人类的主要粮食作物，其产量直接影响着人民生活水平、经济发展、社会稳定，提高小麦产量可以有效解决以上问题。施用氮肥是保证产量所必需的，不合理施用氮肥不仅导致氮肥利用效率较低，而且还给生态环境、经济发展以及人体健康都带来了危害，而提高氮肥利用效率对于以上问题的解决至关重要。本研究以 20 个不同氮效率小麦品种为材料，采用水培＋砂培的方法，通过有氮无氮相结合对苗期小麦氮效率、根系形态特征、根系解剖特征、根系生理特征以及氮代谢相关基因的遗传与表达的测定，建立根系特征与氮效率之间的关系，以期为氮高效小麦品种的选育提供理论支持。研究结果如下：
（1）不同基因型小麦品种籽粒氮含量、氮积累量差异显著。通过籽粒氮积累量将20 个品种分为高中低籽粒氮积累量品种，高籽粒氮积累量品种有西农 583、喜麦 203、中信麦 28、福高 2 号、西农 529、华高 55，中籽粒氮积累量品种有陕麦 139、中麦 170、中麦 175、西农 627、西农 3517、小偃 22、郑麦 366、西农 389，低籽粒氮积累量品种为长丰 2112、秦鑫 271、致胜 5 号、西农 1018、西安 240、西农 538。其中氮积累量最高为 1.007 mg/seed，最低为 0.732 mg/seed，平均值为 0.889 mg/seed。不同处理条件下，品种之间氮素吸收效率、各部位氮素积累量、植株总氮积累量的顺序与籽粒氮积累量保持一致。
（2）根系形态受氮素有无的显著影响，同时根系形态特征也影响氮效率。有氮处理根干重、叶干重、总根长、总根表面积、总根体积均显著大于无氮处理，但是根系平均直径小于无氮处理。有氮处理根干重、叶干重、总根长、总根表面积、总根体积分 别 比 无 氮 高 1.28%~40.27% 、 1.58%~33.33% 、 15.21%~80.56% 、 6.35~67.24 、3.17%~51.11%。高籽粒氮积累量品种相对低籽粒氮积累量品种具有较高的的根干重、叶干重、总根长、总根体积和总根表面积。根系形态特征与氮素吸收效率、氮素积累量显著相关，说明较好的根系形态能够促进根系对氮素的吸收和积累。
（3）根解剖特征影响小麦的氮效率，但是不同特征影响不同。有氮处理小麦品种的中柱直径、皮层厚度、表皮厚度、皮层层数和表皮细胞比无氮处理要高，最高分别高了 10.53%、24.72%、9.81%、14.58%、12.84%，但是皮层薄壁细胞个数比无氮处理要少。有氮处理条件下皮层层数与地上部氮分配比例呈显著负相关（-0.44），与根系分配比例呈显著正相关（0.44），说明皮层层数越多，地上部氮素分配比例越低，根系分配比例越高；表皮厚度与根系分配比例呈显著负相关（-0.54），表明表皮厚度越薄，根系分配比例越高。
（4）不同的根系生理指标对氮效率影响不同。与无氮处理比较而言，有氮处理条件下不同品种小麦根系和叶片硝酸还原酶活性有所升高，整体表现为有氮根＞无氮根＞有氮叶＞无氮叶，两种处理条件下根和叶中硝酸还原酶活性均与氮吸收积累分配无显著关系。有氮处理条件下根系呼吸速率比无氮处理大 18.46%~65.47%，两种处理条件下均为 S13、S19 较大。有氮处理条件下根系呼吸速率与氮素吸收效率、地上部氮素积累量、根系氮素积累量、整株氮素积累量呈显著正相关，相关系数分别为 0.59、0.53、0.47、0.46，说明根系呼吸速率的升高促进了氮素吸收效率、氮素积累量的提高。
（5）有氮处理小麦根系和叶片中 NRT1.1 表达量分别大于无氮处理根系和叶片中NRT1.1 表达量，且总体表现为有氮根＞无氮根＞有氮叶＞无氮叶。籽粒氮含量高的品种 S19 在两种条件下 NRT1.1（叶中）表达量都最高，说明 NRT1.1 在叶中的高表达可能会促进植物的氮素吸收和积累。
（6）根系形态结构对于小麦氮吸收、积累和分配的影响最大，根系呼吸速率对氮素吸收、积累也有影响，除此之外，表皮厚度越薄、皮层层数越厚的小麦品种氮素吸收、积累、分配较高。
来源
白瑶. 根系特征对小麦氮效率的影响[D].西北农林科技大学,2021.DOI:10.27409/d.cnki.gxbnu.2021.001817.