本文關(guān)鍵詞：水氮互作對寒地粳稻生長及養(yǎng)分吸收影響的研究

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【摘要】：黑龍江省是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地,也是優(yōu)質(zhì)粳稻的主要產(chǎn)區(qū)。河流和水資源量較少并且分布不均,已成為限制黑龍江省水稻發(fā)展的瓶頸因素。在此情況下,研究水稻合理灌溉模式,提高水分利用效率,是解決水稻生產(chǎn)瓶頸的關(guān)鍵所在。水分和肥料是水稻生產(chǎn)的最主要兩個因素,隨著灌溉方式改變,水肥互作關(guān)系發(fā)生改變。本研究于2013～2015年在大田試驗條件下,以黑龍江省主栽品種東農(nóng)428為試驗材料,采用控水灌溉(W1)和常規(guī)灌溉(W2)兩種灌溉方式,設(shè)置0kg·hm-2(No)、50kg·hm-2(N1)、100 kg.hm-2(N2)、150kg.hm-2(N3)和200kg.hm-2(N4)5個氮肥處理,主要研究水氮互作對寒地粳稻生長發(fā)育及產(chǎn)量形成、氮磷鉀積累及分配、葉片光合特性及氮代謝關(guān)鍵酶的影響,同時對控灌條件下最佳氮肥處理進(jìn)行基因差異表達(dá)研究。結(jié)果如下:(1)水氮互作對寒地粳稻水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響在同一灌溉條件下,氮素對株高產(chǎn)生重要影響,在成熟期N2、N3、N4與N0株高差異均達(dá)顯著水平;水稻的分蘗數(shù)受氮肥影響較大,隨施氮量的增加而提高,過量施氮條件下,莖蘗量增加幅度顯著下降;在分蘗期和拔節(jié)期,葉面積指數(shù)隨施氮量增加而增加,進(jìn)入成熟期,過高施氮反而導(dǎo)致葉面積指數(shù)下降;水氮互作對水稻生育進(jìn)程產(chǎn)生影響,控水灌溉植株進(jìn)入分蘗期、抽穗期、成熟期均比常規(guī)灌溉處理提前2d左右;在同一水分條件,隨施氮量增加,生育期延后,進(jìn)入成熟期延遲2-3d。水氮互作不同程度改變了水稻干物質(zhì)積累速度,隨著氮肥施用量增加,干物質(zhì)積累呈現(xiàn)先增后減的趨勢。相同施氮條件,分蘗期控水灌溉干物質(zhì)積累顯著小于常規(guī)灌溉,抽穗期和成熟期控水灌溉干物質(zhì)積累顯著大于常規(guī)灌溉;控水灌溉根冠比、谷草比均小于常規(guī)灌溉;控水灌溉較常規(guī)灌溉促進(jìn)了產(chǎn)量的積累,兩種灌溉條件下水稻產(chǎn)量、有效分蘗、實粒數(shù)、千粒重均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,在施氮量150kg·hm-2產(chǎn)量最高。(2)水氮互作對寒地粳稻葉片光合特性的影響水氮互作對水稻光合影響較大,控水灌溉提高水稻凈光合速率3.38%～11.84%;氮肥的施用量與水稻功能葉的凈光合速率密切相關(guān),但葉片的凈光合速率隨施氮量的增加呈拋物線狀,N3處理顯著提高水稻群體凈光合速率;控水灌溉對蒸騰速率無顯著影響,增加施氮量升高蒸騰速率,N4N3N2N1N0,并差異顯著;控水灌溉條件下N3處理水分利用效率最大,顯著高于其他處理。葉片SPAD值隨生育期推進(jìn)呈"M"型曲線,即:升高-降低-升高-降低。在分蘗期(移栽后30d)和抽穗期(移栽后60d)分別出現(xiàn)兩個峰值;在移栽后90d,控水灌溉較常規(guī)灌溉顯著增加了水稻葉片SPAD值,延緩葉片衰老速度;在各生育階段,隨施氮量增加葉片SPAD值增加。同一灌溉條件下,光合氮素利用效率隨施氮量增加呈逐漸增加趨勢,增幅呈現(xiàn)先大后小的趨勢,N3處理光合氮素利用效率最高;控水灌溉處理光合氮素利用效率高于常規(guī)灌溉處理。(3)水氮互作對寒地粳稻養(yǎng)分吸收的影響水稻植株氮、磷、鉀含量隨著生育進(jìn)程的推進(jìn),整體呈現(xiàn)一個下降的趨勢。與常規(guī)灌溉比較,控水灌溉降低了分蘗-拔節(jié)期植株磷含量及成熟期的氮含量;施氮肥能夠提高植株氮、磷含量,分蘗至拔節(jié)期隨著施氮水平的提高植株氮含量逐漸增加;施氮能夠顯著提高植株氮、磷、鉀素積累量,且隨著施氮量的提高而增加。同一施氮水平下,控水灌溉降低了水稻分蘗期的氮素積累量,提高抽穗至成熟期氮素積累量;施用氮肥降低了成熟期葉、莖所占植株的氮素比例,卻提高籽粒比例,且隨著施氮量的增加葉片占植株氮素比例呈現(xiàn)下降的趨勢;控水灌溉(W1)提高了全生育期的磷素積累量、成熟期植株及莖鞘的鉀素積累量;不同水分管理措施下莖鞘的鉀素積累量及其占植株的比例表現(xiàn)為控水灌溉(W1)高于常規(guī)灌溉(W2),而葉片、籽粒占植株的比例相反。(4)水氮互作對寒地粳稻氮代謝關(guān)鍵酶的影響水稻葉片谷氨酰胺合酶、硝酸還原酶、谷氨酸合成酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性均不同程度的受到控水灌溉的影響,控水灌溉可以在不同的生育時期提高谷氨酰胺合酶、硝酸還原酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶的活性。隨著施氮量的增加谷氨酰胺合酶、硝酸還原酶、谷氨酸合成酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性均有不同程度的增加。綜合以上5種酶的測定結(jié)果,控水灌溉可以提高幾種氮代謝酶的活性,最合理的施氮量為150kg/hm2。(5)控水灌溉條件下最佳氮肥處理根系基因差異表達(dá)研究利用HiSeqTM-2000測序平臺對控水灌溉下施/不施氮處理下水稻根系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序,在差異基因表達(dá)分析中,將Fold Change≥1.5且FDR0.05作為篩選標(biāo)準(zhǔn)。水稻根系中差異表達(dá)的基因總量達(dá)到3650個(differentially expressed genes,DEGs),1253個上調(diào)表達(dá)基因中分布于12條染色體上,每條染色體上分別有199、125、112、112、74、90、107、69、82、80、73、79個基因;下調(diào)表達(dá)的基因有2397個,12條染色體上數(shù)量分別為:388、281、379、178、199、192、171、145、105、118、99、81 個。對 DEGs進(jìn)行GO和Pathway顯著富集分析表明:DEGs的COG分類可分為47類;共有54個顯著富集的GO term;DEGs參與了 108條代謝途徑,共有18條顯著富集的Pathway,其中氮代謝途徑中注釋相關(guān)基因Os06g0335900(水解酶)、Os01g0508000(蔗糖代謝)、Os06g0683300(葡糖苷酶)表達(dá)量分別是不施氮處理的9.2、4、2.6倍,施氮處理根系抗氧化相關(guān)酶基因Os11g0149200(過氧化物酶)、Os06g0547400(過氧化物酶)、Os06g0727200(過氧化氫酶)、Os04g0223300(抗壞血酸過氧化物酶)表達(dá)量分別為不施氮處理的10、10、9.3、4.6倍,說明水稻體內(nèi)氮素吸收與利用可能受到Os06g0335900、Os01g0508000、Os06g0683300基因的調(diào)控,同時表明,適量施用氮肥能夠促進(jìn)根系抗氧化酶相關(guān)基因表達(dá),提高水稻根系清除活性氧的能力,可有效延緩根系衰老。
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S511.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1291490