南方稻茬小麦氮素高效利用的“光-苗-根-土”互馈调控机制

The high nitrogen application and low efficiency of nitrogen has been becomed the the key restricting nutrient element on wheat yield and its growing environment of rice-wheat system. The effects on NUE are studied using the different methods of hydroponics,soild culture and field treatment with 12 relative wheat varieties which were bred at different eras and 3 to 5 wheat varieties which have significant different nitrogen efficiency. Characterization of the expression of NRT in wheat root is also studied using RTLs group.Different farming methods and nitrogen fertilizers are used to study the distribution characteristics of soil nutrient and its relationship with the morphochoresis of roots and plant morphology. The mechanism of NUE was analyed based on photosynthetic function, enzymology, hormone balance and contents of hormones to highe N absorption efficiency mechanism of wheat of rice-wheat system and the response feature of C/N balance.

南方稻茬小麦因生态条件与土壤特性不同于北方旱茬小麦，氮肥施用量偏高、氮肥利用效率低是制约其持续安全高产的重要因子之一。本项目选择采用水培、土培、大田试验相结合的方法，筛选出近亲缘不同年代育成的小麦品种8-15个和氮效率差异显著的品种3-5个，并结合RTLs群体，探讨小麦根系硝态氮高亲和基因NRT的表达特征，揭示小麦氮素吸收差异的分子机理；设计不同耕种方式、不同氮肥种类试验，分析稻茬麦田土壤养分纵向与横向分布特征及其对根系形态建成、地上部形态的影响，重点明确根系构型、根系生理、地上部株型与氮高效吸收利用的关系；从光合功能、酶学、激素含量与平衡等方面阐明其影响稻茬小麦NUE的机理，从而明确稻茬小麦小麦氮营养高效吸收机理以及C/N平衡的响应机制，从"光-苗-根-土"系统提出稻茬小麦氮高效的实现途径与生理生化机理。

长江中下游麦区麦季施肥量偏高、养分利用效率偏低是影响本区域稻茬小麦产量与效益的重要影响因子之一。项目在执行期间（2013-2016）内，采用不同年代育成、不同区域推广的小麦品种作为试验材料，研明了不同基因型小麦品种在氮素吸收、转运等指标的差异性及其与NUE的相关性，以6个氮指标对品种进行了聚类，分为四种类型，并对每一类型的应用价值进行了分析。研究了不同生态类型（春性、半冬性）小麦品种间氮素吸收、转运特征、植株形态参数、氮代谢关键酶活性、光合特性、衰老特性的类型间差异及其与NUE的相关性，从“光－苗”角度初步明确了稻茬春性小麦NUE提升的相关形态生理机制，为长江中下游麦区稻茬春性小麦NUE改良提供依据。采用水培、土培、大田试验相结合的方法，研究了不同氮效率小麦基因型根系形态指标与部分生理指标的差异及其与NUE的相关性，不同耕作方式和不同氮素用量条件下稻茬小麦根系形态建成、地上部形态、NUE和土壤养分分布特征的影响，从“土－根－苗”系统探讨了不同根系性状与生理指标在氮效率提升中的作用。结合RILs群体材料研究了影响NUE的基因QTL图谱特征，初步进行了QTL定位。采用15N示踪法比较研究了前茬（水稻茬、玉米茬）类型对小麦植株氮素吸收、转运、利用的影响，初步阐明了影响长江中下游稻茬小麦提升NUE、减少氮损失的“光－苗－土”体系中营养学机制。研究了不同机械耕播方式对小麦植株氮素吸收、转运、利用特性、产量与品质的影响，从“土－苗”角度提出了提高稻茬小麦NUE的机械耕播技术途径。从小麦籽粒产量、品质、植株氮素吸收与运转特性、氮代谢关键酶活性光合生理及与NUE的相关性等方面比较研究了稻茬小麦不同氮效率（高、中、低）群体之间的差异，研究明确了不同施氮量、氮肥运筹方式对稻茬小麦植株氮素吸收、转运、利用特征、NUE、氮代谢相关关键酶活性的“光－苗”调控效应，提出了稻茬不同类型小麦的高效施肥模式。