不同基因型小麦水分利用率与适合度对氮素的响应及其机理

Water scarcity is one of the most important issue restricting agricultural development. Agricultural water conservation has great potential in the construction of water-saving society. Exploring the plant own water-saving potential and improving water use efficiency is the key to water-saving agriculture. Nitrogen is one of the important factors that affect crop growth and metabolic activity, which restrict reproductive export through yield components.It is rarely reported that nitrogen and water interaction has affected water use efficiency and fitness, but the relationship between water use efficiency and reponses of fitness to nitrogen under the limited water condition. The project is based on the condition of water shortage in hexi area, using wheat genotypes as the research materials, carrying out the experiment to research the responses of canopy parameters, root system characteristics,water use efficiency and reproductive export to different levels of nitrogen,analyze the response and mechanism of water use efficiency and fitness to nitrogen and determine the genotype with high nitrogen use efficiency providing theoretical basis for optimal management of water and nitrogen resources and selective breeding of wheat variety with high water and nitrogen use efficiency.

水资源短缺是制约农业发展的首要问题之一。农业节水潜力巨大，挖掘作物自身的抗旱节水潜力，提高水分利用率是实现节水农业的核心。氮素是影响作物生长发育和代谢活动的关键因素，通过影响作物产量构成因子来制约繁殖输出，与水分利用效率和适合度关系密切。但是，在水资源受限条件下，水氮互作效应及适合度对氮素的响应鲜见报道。本项目以河西地区缺水条件下种植的不同基因型小麦为研究对象，通过田间试验及控制性试验研究不同基因型小麦的冠层参数、根系特性、水分利用率和繁殖输出对供氮水平的响应，揭示水分利用率及适合度的响应机理，确定小麦高氮基因型，为干旱半干旱区缺水条件下小麦养分资源优化管理和高效利用品种选育提供理论依据。

品种特性、灌溉制度和氮肥施用是影响作物水分和氮素利用效率的主要因素。本项目选用三个抗旱性不同的小麦品种，在甘肃省河西绿洲灌溉条件下开展水分和氮素效应试验，着重分析氮素水平对小麦耗水量、干物质分配和水分利用率等的影响。研究发现，氮素水平和灌水量显著影响春小麦叶倾角、比叶面积、冠层氮素垂直分布和籽粒氮素含量。总生物量随灌水量增加而增加，随施氮水平呈现增加后降低的趋势，在中等施氮水平下最高。灌水量对地上生物量分配无显著影响，但茎叶生物量分配随氮素水平提高先增加后降低、穗部（繁殖）分配则相反。春小麦籽粒产量随灌水量增加而增加，但千粒重无显著变化，水分生产效率随灌水量增加而降低、随氮素水平提高而增加，但达到较高氮素水平后趋于稳定。氮素利用效率随施氮量增加而降低、随灌水量增加而提高，品种间存在差异，氮素收获指数、氮素干物质效率和氮素产量效率均与有效穗数极显著正相关。抗旱品种和尚头在充分灌溉或有限缺水条件下的产量和水分生产效率显著低于两个育成品种，表明春小麦抗（耐）旱性和水分生产效率之间不存在正相关关系。氮素水平显著影响春小麦叶绿素含量、光化学效率、热耗散速率、气孔导度、净光合速率和蒸腾速率。叶片渗透调节物质（可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸）含量随灌水量增加而降低，随氮素水平提高呈现增加而降低的趋势，且具有明显的冠层垂直分异性。三品种适宜氮素水平有差异，两个抗（耐）旱品种和尚头和西旱2号的适宜氮素水平（150 kg.hm-2）低于水浇地品种宁春4号（225 kg.hm-2）。以上结果有助于深化认识春小麦基因型对氮素和水分适应性的差异机理，及水分和氮素供应水平对春小麦水分、氮素利用效率的影响与机理。