水稻基因型N肥群体最高生产力的演进及其与N高效协同机理

紧扣我国水稻生产中N肥用量大、水稻高产与N高效难以协调的重大实际问题，开展以下针对性研究：①以长江中下游60年来选育与引用的、生育期相似的有代表性基因型（含当前主推超级稻类品种与新材料）为对象，把各基因型在不同施N水平处理下出现的最高产量定义为N肥群体最高生产力，研究并揭示水稻基因型间N肥群体最高生产力的演进及其基本规律。②将N肥群体最高生产力处于顶层水平的基因型群归为低高两类进行深入研究，阐明高产与N高效的协同机理。③综合以上有关结果，创立水稻高产与N高效利用协同的基因型综合评价指标体系与相应的基因型鉴定及筛选方法，并筛选出若干个高产N高效基因型。最终通过系统归纳与凝练，构建水稻高产与N高效协同提升的新理论，为品种改良及品种合理应用提供新的重要理论支撑。同时，选出的高产N高效基因型部分可成为水稻高产N高效基因型鉴定与筛选的对照标准，亦可作为品种高产与N高效协同改良的专用种质资源。

选用长江中下游地区有代表性的50个早熟晚粳品种(系)为供试材料，研究并揭示了水稻基因型间N肥群体最高生产力的演进及其基本规律：（1）氮肥群体最高生产力与群体颖花量呈显著正相关(r=0.865)，生产力处于顶层与高层水平品种的颖花量极显著高于中层、低层品种，而颖花量的增加主要体现在每穗粒数的极显著增加。在光合物质生产和积累方面，拔节-抽穗和抽穗-成熟阶段较高的叶面积指数（LAI）和光合势，不仅有利于该阶段物质积累，同时对N肥群体最高生产力的提高也有重要促进作用。(2)氮肥群体最高生产力随高效叶面积与单穗重增加而增加，顶层和高层水平品种的基本株型性状均显著优于中层和低层水平品种，主要表现为叶片挺直，透光好，基部节间粗0.65 cm左右，高效叶面积大(高效LAI大于5)，穗型较大。.在将供试的50个水稻基因型分为氮高效、氮中效和氮低效三种类型的基础上，选择N肥群体最高生产力处于顶层水平而N肥利用率差异较大的4个水稻基因型为重点研究对象，研究并阐明水稻高产与N高效的协同机理：（1）植株在拔节前的光合同化物在保证适宜的地上部生长的同时要尽可能多地分配给根系，一方面可以控制地上部无效分蘖的生长，另一方面可以促进地下部形成强壮的根系（高产氮高效基因型水稻在拔节前的根冠比大），增加根干重、提高根系活力，有利于中后期对氮素的高效吸收、积累和转运，提高氮素的吸收利用效率。（2）中后期所吸收的大量氮素又可以促进植株地上部的旺盛生长（高产氮高效基因型在抽穗期的根冠比低）、扩大叶面积、提高有效叶面积和高效叶面积的比例，增强叶片光合速率的同时维持较长的光合时间，进行高效地光合物质生产并向籽粒输送，同时茎秆保持较高的茎鞘重和具有较强的抗折力，从而高产稳产。.在以上研究结果的基础上，创立了以水稻氮肥群体最高生产力及其对应的氮肥利用率来确定水稻基因型产量和氮肥利用效率是否协同的综合评价指标体系。这一体系的建立，能够科学揭示各基因型水稻在不同氮肥水平下产量和氮素利用率综合性状的差异，既有利于发现不同施氮水平下高产与氮高效利用相统一的基因型，又有利于帮助确定不同基因型既高产、氮利用率也高的合适的施氮水平，为指导生产提供重要的理论依据。