氮高效水稻品种的根系特征及其生理基础

增强水稻自身对氮素吸收利用的潜力是提高水稻氮素吸收利用效率，减少氮肥投入，增加种稻效益有效而经济的途径。本研究拟采用本课题组已筛选出的氮素吸收利用效率不同的水稻品种，在群体水培、盆钵土培、大田栽培条件下，通过品种比较和栽培试验，重点研究其主要生育时期根系形态、根系活性、内源激素、与氮素吸收利用有关的酶、吸氮量、氮素干物质生产效率、氮素籽粒生产效率、叶绿素含量及光合速率、有关器官组织解剖结构、产量形成因素等性状，从品种和栽培两个方面，明确不同氮高效类型水稻品种主要生育时期氮素高效吸收利用的根系特征、氮代谢特征及其异同点；通过综合分析水稻根系形态、根系活性、与氮代谢有关的酶活性和内源激素等性状与氮素吸收量、氮素干物质生产效率和氮素籽粒生产效率的关系，阐明水稻主要生育时期氮素高效吸收利用根系特征的生理基础。为氮高效水稻品种的选育及氮素高效吸收利用栽培技术体系的建立提供依据。

在水培、土培条件下，以不同氮效率类型水稻为供试材料，研究氮素高效吸收型/高效利用型水稻产量、根系性状、氮素吸收利用、穗型、库容量、生育期等性状的差异，分析影响水稻氮素高效吸收利用的主要根系性状及初步生理基础。结果表明：（1）穗型、库容量、生育期对水稻氮素吸收、利用有明显影响，大穗型、大库容量、长（较长）生育期类型品种吸氮能力强，但利用效率多为较小或中等水平。氮效率与产量有明显的互作关系，氮高效品种至少应分为高效吸收、高效利用两种类型，这一观点丰富了对氮高效与产量的关系认识水平；（2）氮素高效吸收型水稻根系的基本特征：单株主要根系性状（根数、根长、根重、总/活跃吸收面积、根活力）均大或较大。增施氮肥可显著提高根系形态性状（根数、根长、根重）和单株根活力，增施基蘖肥可促进根系形态性状提高，增施穗肥可促进根系活性性状（总/活跃吸收面积、根活力）提高；（3）氮素高效利用型水稻根系的基本特征：施氮量处理下单株主要根系性状均较小或中等。施氮时期处理下，氮高效品种多表现为单株根数大或较大，单株其它根系性状及最长根长、众数根长、单条根系性状（根重、根长、根粗）均较小，但单位根干重性状（总/活跃吸收面积、根活力）较大；（4）在各种氮肥处理条件下，氮素高效吸收、氮素高效利用均可显著提高水稻的产量。不同氮效率类型水稻实现高产高效的目标应采取不同的施肥策略：较高的施氮水平，平衡施肥基础上适当提高前期施用比例有利于氮素高效吸收水稻产量的提高；中等偏高施氮水平，平衡施肥基础上适宜的施肥比例有利于氮素高效利用水稻产量的提高；（5）氮高效吸收品种根系中CAT、POD，（上3叶）叶片中SOD活性较大，叶片中POD活性多数较小。氮高效利用水稻叶片中CAT、SOD、根系中CAT、POD活性较大，但根系中SOD活性较小，叶片中GS、GOGAT活性在前期施肥比例大时较高。增强上3叶叶片中SOD活性，根系中CAT活性有利于氮素吸收、氮素利用效率的提高，增强根系中POD活性也有利于氮素利用效率的提高。上述研究结果对氮高效水稻品种选育与栽培，实现氮效率与产量的同步提高均具有重要的参考价值。共发表论文12篇，其中权威期刊9篇，核心期刊3篇。已毕业博士生1名、硕士生3名，2013年将毕业硕士生2名。