基于根系形態(tài)的水稻養(yǎng)分高效吸收品種初選.pdf

1、水稻產(chǎn)量和品質(zhì)受品種遺傳特性和環(huán)境條件的綜合影響。在諸多影響因子中，施肥是最重要的影響因子。氮、磷、鉀是水稻正常生長(zhǎng)必不可少的三大營(yíng)養(yǎng)元素。水稻對(duì)氮、磷、鉀的吸收利用能力受不同供氮形態(tài)、供氮水平的綜合影響。近年來(lái)，氮肥在糧食產(chǎn)量增產(chǎn)和穩(wěn)定中發(fā)揮出了關(guān)鍵的作用，為保障我國(guó)的糧食安全作出了重要的貢獻(xiàn)。但我國(guó)氮肥利用率較低，約為35％左右，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的平均水平。氮肥的過(guò)量施用和施用方式的粗放，不僅造成氮肥大量流失，還增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，對(duì)

2、生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了很大的生態(tài)負(fù)擔(dān)。篩選養(yǎng)分高效品種，即通過(guò)水稻營(yíng)養(yǎng)遺傳改良手段以培育出能高效吸收利用養(yǎng)分的高效品種，是提高養(yǎng)分效率的有效手段。已有的研究，通常采用養(yǎng)分吸收量或產(chǎn)量作為養(yǎng)分效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)，由于單一因素容易受環(huán)境因素影響，難以真實(shí)地反映植株的養(yǎng)分效率。因此，理想的做法是尋找與某一養(yǎng)分性狀密切相關(guān)的形態(tài)或生理指標(biāo)，一同作為養(yǎng)分效率評(píng)價(jià)的指標(biāo)。水稻根系形態(tài)作為影響?zhàn)B分吸收和利用的主要因素之一，在水稻攝取氮磷鉀養(yǎng)分的過(guò)程中發(fā)揮了重要的

3、作用。明確根系形態(tài)及其與氮磷鉀吸收累積的相關(guān)性，篩選養(yǎng)分高效基因型水稻品種是提高養(yǎng)分利用效率、降低環(huán)境污染的有效途徑。
　　本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，利用國(guó)際水稻營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)方法，研究了102個(gè)水稻品種（系）在相同供氮水平(40mg·L-1)、不同供氮形態(tài)（銨態(tài)氮和硝態(tài)氮）條件下水稻六葉期氮、磷、鉀的吸收與積累差異及其與總根長(zhǎng)、總根面積、總根體積、平均根系直徑、根尖數(shù)、分枝數(shù)、交叉數(shù)等根系形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)性。并采用隸屬函數(shù)法將評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)

4、行標(biāo)準(zhǔn)化，基于養(yǎng)分效率綜合值，運(yùn)用分層聚類(lèi)熱圖分析，進(jìn)行102個(gè)水稻品種養(yǎng)分效率類(lèi)型的劃分。擬合植株生物量、氮磷鉀含量、氮磷鉀累積量與根系形態(tài)指標(biāo)之間的逐步回歸最優(yōu)模型，為養(yǎng)分高效種質(zhì)的篩選提供理論依據(jù)。主要結(jié)果如下:
　　1、在銨態(tài)氮和硝態(tài)氮培養(yǎng)條件下，各器官及整株生物量、根系氮含量、整株氮含量、莖葉氮累積量、各器官及整株磷累積量、各器官及整株鉀累積量差異性顯著，能較好反應(yīng)水稻品種間差異性。通過(guò)對(duì)不同氮素培養(yǎng)條件下水稻苗期根系形

5、態(tài)變異特征分析發(fā)現(xiàn):在銨態(tài)氮培養(yǎng)條件下，水稻根系形態(tài)指標(biāo)變異系數(shù)呈現(xiàn)根尖數(shù)＞總根長(zhǎng)＞分枝數(shù)＞總根面積＞交叉數(shù)＞總根體積＞平均根系直徑的規(guī)律;在硝態(tài)氮培養(yǎng)條件下，水稻根系形態(tài)指標(biāo)變異系數(shù)呈現(xiàn)根尖數(shù)＞分枝數(shù)＞總根長(zhǎng)＞總根面積＞交叉數(shù)＞總根體積＞平均根系直徑的規(guī)律。
　　2、通過(guò)因子分析發(fā)現(xiàn):在銨態(tài)氮培養(yǎng)下，第一主成分主要反映為水稻苗期生物量、氮累積量、磷累積量、鉀含量、鉀累積量、根系分布密度指標(biāo)。第二主成分主要反映為水稻苗期氮含量指標(biāo)

6、。第三主成分主要反映為水稻苗期磷含量指標(biāo)。第四主成分主要反映為水稻苗期根系直徑指標(biāo)。在硝態(tài)氮培養(yǎng)下，第一、四主成分與銨態(tài)氮培養(yǎng)條件下的主成分情況相同，而第二、三主成分分別反映為水稻苗期磷含量指標(biāo)、氮含量指標(biāo)。
　　3、水稻營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)與形態(tài)指標(biāo)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn):在銨態(tài)氮培養(yǎng)條件下，供試水稻根系形態(tài)中總根長(zhǎng)、總根面積、根尖數(shù)、分枝數(shù)與植株生物量相關(guān)性最為顯著(R2在0.82至0.96之間)?？偢w積、根尖數(shù)、交叉數(shù)、總根長(zhǎng)與植株氮吸收累積

7、相關(guān)性最為顯著(R2在-0.25至0.91之間)?？偢L(zhǎng)、分枝數(shù)、交叉數(shù)、總根面積與植株磷吸收累積相關(guān)性最為顯著(R2在-0.41至0.88之間)。總根長(zhǎng)、總根面積、交叉數(shù)、根尖數(shù)與植株鉀吸收累積相關(guān)性最為顯著(R2在0.55至0.92之間)。在硝態(tài)氮培養(yǎng)條件下，供試水稻根系形態(tài)中的總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、交叉數(shù)、分枝數(shù)與植株生物量相關(guān)性最為顯著(R2在0.83至0.99之間)?？偢L(zhǎng)、總根體積、根尖數(shù)、交叉數(shù)與植株氮吸收累積相關(guān)性最為顯著(R

8、2在-0.48至0.80之間)?？偢L(zhǎng)、根尖數(shù)、交叉數(shù)、總根體積與植株磷吸收累積相關(guān)性最為顯著(R2在0.35至0.91之間)?？偢L(zhǎng)、根尖數(shù)、交叉數(shù)、總根體積與植株鉀吸收累積相關(guān)性最為顯著(R2在0.43至0.92之間)。
　　4、不同氮素培養(yǎng)下水稻營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)與形態(tài)指標(biāo)多元線性回歸分析發(fā)現(xiàn):在銨態(tài)氮培養(yǎng)條件下，水稻不同品種根系形態(tài)指標(biāo)中以總根長(zhǎng)、總根面積、分枝數(shù)、交叉數(shù)對(duì)植株生物量的影響最大;以總根面積對(duì)植株氮含量的影響最大;以分

9、枝數(shù)、交叉數(shù)對(duì)植株氮累積量的影響最大;以交叉數(shù)對(duì)植株磷含量的影響最大;以分枝數(shù)、交叉數(shù)對(duì)植株磷累積量的影響最大;以總根長(zhǎng)對(duì)植株鉀含量的影響最大;以總根長(zhǎng)、分枝數(shù)對(duì)植株鉀累積量的影響最大。而在硝態(tài)氮培養(yǎng)條件下，水稻不同品種根系形態(tài)指標(biāo)中以總根長(zhǎng)、總根面積對(duì)植株生物量的影響最大;以總根長(zhǎng)對(duì)植株氮含量的影響最大;以總根面積對(duì)植株氮累積量的影響最大;以分枝數(shù)、交叉數(shù)對(duì)植株磷含量的影響最大;以總根長(zhǎng)、分枝數(shù)對(duì)植株磷累積量的影響最大;以分枝數(shù)、交叉

10、數(shù)對(duì)植株鉀含量的影響最大;以總根長(zhǎng)、平均根系直徑對(duì)植株鉀累積量的影響最大，且均達(dá)到了顯著水平。
　　5、確定莖葉生物量、根系生物量、莖葉氮累積量、整株磷累積量、整株鉀累積量、總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、分枝數(shù)作為水稻苗期養(yǎng)分高效綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。將102個(gè)供試水稻品種可分為養(yǎng)分高效型、養(yǎng)分中效型、養(yǎng)分低效型3大類(lèi)，分別占供試品種總數(shù)的11.76％、58.82％、29.41％。在銨態(tài)氮和硝態(tài)氮供應(yīng)條件下，初步確定‘甬優(yōu)9號(hào)’、‘兩優(yōu)766’、‘Ⅱ優(yōu)