影响水稻遗传群体株系氮素高效吸收的主要根系性状

doi:10．3969/j．issn．1001G7216．2015．04．08

中国水稻科学 ›› 2015, Vol. 29 ›› Issue (4): 390-398.DOI: 10．3969/j．issn．1001G7216．2015．04．08

影响水稻遗传群体株系氮素高效吸收的主要根系性状

陈琛¹, 羊彬¹, 朱正康¹, 曹文雅¹, 罗刚¹, 周娟¹, 王祥菊², 于小凤¹, 袁秋梅¹, 仲军¹, 王熠¹, 黄建晔¹, 王余龙¹, 董桂春^1,^*()

¹扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室/粮食作物现代产业技术协同创新中心/农业部长江中下游作物生理生态与栽培重点开放实验室, 江苏扬州 225009
2.扬州职业大学, 江苏扬州 22500

收稿日期:2015-02-09 修回日期:2015-05-18 出版日期:2015-07-10 发布日期:2015-07-10
通讯作者: 董桂春
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(30971728);江苏省高校自然科学重大基础研究项目(09KJA210001);江苏省高校优势学科建设工程资助项目

Root Traits Affecting Nitrogen Efficient Absorption in Rice Genetic Populations

Chen CHEN¹, Bin YANG¹, Zheng-kang ZHU¹, Wen-ya CAO¹, Gang LUO¹, Juan ZHOU¹, Xiang-ju WANG², Xiao-feng YU¹, Qiu-mei YUAN¹, Jun ZHONG¹, Yi WANG¹, Jian-ye HUANG¹, Yu-long WANG¹, Gui-chun DONG^1,^*()

¹ Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province, College of Agriculture, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China/Co-innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops/Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Cultivation in Middle and Low Reaches of Yangtze River of Ministry of Agriculture, Yangzhou 225009, Jiangsu
2.Yangzhou Polytechnic College, Yangzhou 225009, China

Received:2015-02-09 Revised:2015-05-18 Online:2015-07-10 Published:2015-07-10
Contact: Gui-chun DONG

摘要/Abstract

摘要：

在群体水培条件下,采用遗传背景相似的染色体单片段代换系114个水稻株系为供试材料,依据成熟期单株吸氮量和单株籽粒产量两个性状进行聚类,将供试群体分为6种类型,并按单株吸氮量从低到高排序分为A、B、C、D、E和F类。结果表明:1)供试群体单株吸氮量差异较大,变幅为0.32 g~0.91 g,最大值是最小值的2.85倍。2)吸氮量和氮素籽粒生产效率均是影响产量的重要因素,但前者对产量的正向贡献度显著大于后者。3)随着吸氮量的增加,产量总体呈上升趋势。但吸氮量类型与产量类型并不完全吻合,高吸氮量仅是产量提高的重要基础,产量可能还受到其他因素的影响。4)不同类型间遗传群体株系活性性状(总吸收面积、活跃吸收面积和根系活力)差异较小,根系形态性状(根总长、根干质量、最长根长、众数根长)及冠根比差异显著,氮高吸高产型水稻单株不定根总长、单株根干质量、最长根长、众数根长、冠根比显著大于氮低吸低产型水稻。5)综合相关分析、主成分分析和通径分析的结果,影响染色体单片段代换系水稻遗传群体株系氮素高效吸收主要根系性状为单株根干质量、抽穗期冠根比、最长根长和单株不定根总长。通过遗传改良根系的形态性状可实现氮素吸收能力的显著提高。

关键词: 水稻, 染色体单片段代换系, 氮素吸收, 根系性状

Abstract:

To investigate the relationship between root traits and nitrogen accumulation in rice cultivars, a total of 114 chromosome single segment substitution lines (CSSSLs) were solution-cultured in 2010 and 2011. On the basis of nitrogen accumulation per plant and yield per plant at maturity, the CSSSLs were clustered by MinSSw method into six types (namely A,B,C,D,E and F by nitrogen accumulation per plant from low to high). The results shows that: 1)There was a significant difference among all tested lines in N accumulation per plant, the variation ranged from 0.32 g to 0.91 g. The highest N accumulation was 2.58 folds of the lowest. 2)Both N accumulation and nitrogen use efficiency for grain production were important contributors to yield formation, but the former exhibited higher contribution. With higher nitrogen accumulation, grain yield tended to increase, but nitrogen accumulation types and grain yield types were not always associated. 3)Higher nitrogen accumulation is an important basis of higher yield, but yield was also affected by other factors. 4)The differences in root activity traits (including the total root absorption area, the root active absorption area and the root activity) among rice cultivars were limited, but the root morphological traits(including total length of adventitious roots, root dry weight, the maximum root length and plural root length) and the ratio of shoot to root showed significant differences. The total length of adventitious roots per plant, root dry weight per plant, the maximum root length, plural root length and the ratio of shoot to root of higher nitrogen efficiency and yield types were significantly larger than those of lower nitrogen efficiency and yield types. 5) Correlation analysis, principal component analysis and path analysis revealed that main traits influencing nitrogen accumulation in the rice population were root dry weight per plant, the ratio of shoot to root at heading stage, the maximum root length and total length of adventitious roots per plant. Improving the root morphological traits through genetic approaches might significantly enhance nitrogen accumulation efficiency in rice plants.

Key words: rice, chromosome single segment substitution line, nitrogen accumulation, root trait

中图分类号:

陈琛, 羊彬, 朱正康, 曹文雅, 罗刚, 周娟, 王祥菊, 于小凤, 袁秋梅, 仲军, 王熠, 黄建晔, 王余龙, 董桂春. 影响水稻遗传群体株系氮素高效吸收的主要根系性状[J]. 中国水稻科学, 2015, 29(4): 390-398.

Chen CHEN, Bin YANG, Zheng-kang ZHU, Wen-ya CAO, Gang LUO, Juan ZHOU, Xiang-ju WANG, Xiao-feng YU, Qiu-mei YUAN, Jun ZHONG, Yi WANG, Jian-ye HUANG, Yu-long WANG, Gui-chun DONG. Root Traits Affecting Nitrogen Efficient Absorption in Rice Genetic Populations[J]. Chinese Journal OF Rice Science, 2015, 29(4): 390-398.

图/表 8

参考文献 43

[1]	Eghball B, Maranville J W.Root development and nitrogen influx of corn genotypes grown under combined drought and nitrogen stress.Agron J, 1993, 85: 147-152.
[2]	Lynch J P.Root architecture and plant productivity.Plant Physiol, 1995, 109: 7-13.
[3]	Wiesler F, Horst W J.Root growth and nitrate utilization of maize cultivars under field conditions.Plant Soil, 1994, 163: 267-277.
[4]	汪洪, 高翔, 陈磊, 等. 硝态氮供应下植物侧根生长发育的响应机制. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(4): 1005-1011.
[5]	张振华, 刘强, 宋海星, 等. 水稻生长、根系生理特性和ABA含量的基因型差异与耐盐性的关系. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(5): 1035-1043.
[6]	Zhang H, Xue Y G, Wang Z Q, et al.Morphological and physiological traits of roots and their relationships with shoot growth in “super” rice.Field Crops Res, 2009, 113(1): 31-40.
[7]	杨建昌. 水稻根系形态生理与产量、品质形成及养分吸收利用的关系. 中国农业科学, 2011, 44(1): 36-46.
[8]	Peng S B, Buresh R J, Huang J L, et al.Strategies for overcoming low agronomic nitrogen use efficiency in irrigated rice systems in China.Field Crops Res, 2006, 96: 37-47.
[9]	欧阳威, 蔡冠清, 黄浩波, 等. 小流域农业面源氮污染时空特征及与土壤呼吸硝化关系分析. 环境科学, 2014, 35(6): 2411-2418.
[10]	蔡祖聪, 颜晓元, 朱兆良. 立足于解决高投入条件下的氮污染问题. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(1): 1-6.
[11]	孙永健, 马均, 孙园园, 等. 水氮管理模式对杂交籼稻冈优527群体质量和产量的影响. 中国农业科学, 2014, 47(10): 2047-2061.
[12]	朱齐超, 危常州, 李美宁, 等. 氮肥运筹对膜下滴灌水稻生长和产量的影响. 中国水稻科学, 2013, 27(4): 440-446.
[13]	曾勇军, 石庆华, 潘晓华, 等. 施氮量对高产早稻氮素利用特征及产量形成的影响. 作物学报,2008, 34(8): 1409-1416.
[14]	单玉华, 王海候, 龙银成,等. 不同库容量类型水稻在氮素吸收利用上的差异. 扬州大学学报:农业与生命科学版,2004, 25(1): 41-45.
[15]	于小凤, 李进前, 田昊, 等. 影响粳稻品种吸氮能力的根系性状. 中国农业科学, 2011, 44(21): 4358-4366.
[16]	张岳芳, 王余龙, 张传胜, 等. 籼稻品种的氮素累积量与根系性状的关系. 作物学报, 2006, 32(8): 1121-1129.
[17]	程建峰, 戴廷波, 荆奇, 等. 不同水稻基因型的根系形态生理特性与高效氮素吸收. 土壤学报, 2007, 44(2): 266-271.
[18]	叶利庭, 樊剑波, 徐晔红, 等. 不同氮效率水稻的生长特性. 南京农业大学学报, 2010, 33(3): 77-81.
[19]	徐建军, 赵强, 汤在祥, 等. 利用重测序的染色体片段代换系群体定位水稻粒型QTL. 中国水稻科学, 2011, 25(4): 365-369.
[20]	张宪政. 作物生理研究法. 北京: 中国农业出版社, 1992: 139-142.
[21]	顾世梁, 莫惠栋. 动态聚类的一种新方法——最小组内平方和法. 江苏农学院学报, 1989, 10(4): 1-8.
[22]	侯守国, 杜子芳, 冯沛. 基于主成分分析的现代服务业发展路径研究. 统计与决策, 2014, (7): 140-142.
[23]	范永辉,王松桂. Bartlett分解与多元正态总体均值的广义推断. 数学学报, 2010, (2): 329-340.
[24]	Jing J U, Yamamoto Y, Wang, Y L, et al . Genotypic differences in grain yield, and nitrogen absorption and utilization in recombinant inbred lines of rice under hydroponic culture.Soil Sci Plant Nutr, 2006, 52(3): 321-330.
[25]	张亚丽. 水稻氮效率基因型差异评价与氮高效机理研究. 南京: 南京农业大学, 2006: 6-21.
[26]	Huang N, Courtois B, Kush G S.Association of quantitative trait loci for plant height with major dwarfing genes in rice.Heredity, 1996, 77: 130-137.
[27]	Nagato Y, Yoshimura A C.Report of the committee on gene symbolization nomenclature and linkage groups.Rice Genet Newsl, 1998, 15: 13-74.
[28]	董桂春,王熠,于小凤, 等. 不同生育期水稻品种氮素吸收利用的差异. 中国农业科学,2011,44(22): 4570-4582.
[29]	居静. 水稻氮素吸收利用的差异及其原因分析. 扬州: 扬州大学, 2003.
[30]	何风华, 席章营, 曾瑞珍, 等. 利用高代回交和分子标记辅助选择建立水稻单片段代换系. 遗传学报, 2005, 32(8): 825-831.
[31]	殷春渊, 张庆, 魏海燕, 等. 不同产量类型水稻基因型氮素吸收、利用效率的差异. 中国农业科学, 2010, 43(1): 39-50.
[32]	张学军, 赵营, 陈晓群, 等. 不同水氮供应对水稻产量、吸氮量及水氮利用效率的影响. 中国农学通报, 2010, 26(4): 126-131.
[33]	叶全宝, 张洪程, 魏海燕, 等. 不同土壤及氮肥条件下水稻氮利用效率和增产效应研究. 作物学报, 2005, 31(11): 38-44.
[34]	张燕. 氮肥处理对不同氮效率类型籼稻品种产量、氮素吸收利用等性状的影响. 扬州: 扬州大学, 2011.
[35]	张传胜, 龙银成, 周娟, 等. 不同产量类型籼稻品种氮素吸收利用特征的研究. 扬州大学学报, 2004, 25(2): 17-21.
[36]	孙永健, 孙园园, 李旭毅, 等. 水氮互作下水稻氮代谢关键酶活性与氮素利用的关系. 作物学报, 2009, 35(11): 2055-2063.
[37]	董明辉, 张洪程, 戴其根, 等. 不同粳稻品种氮素吸收利用特点的研究. 扬州大学学报, 2002, 23(4): 43-46,65.
[38]	董桂春, 王余龙, 张岳芳, 等. 不同氮素籽粒生产效率类型籼稻品种产量及其构成的基本特点. 作物学报, 2006, 32(10): 1511-1518.
[39]	于小凤. 氮素高效吸收型水稻的基本特点. 扬州: 扬州大学, 2012.
[40]	Marschner H, Kirkby E A, Cakmak T.Effect of mineral nutritional status on shoot root partitioning of photoassimilates and cycling of mineral nutrients.J Exp Bot, 1996, 47: 1255-1263.
[41]	张福锁. 土壤与植物营养研究新动态(第一卷). 北京: 北京农业大学出版社, 1992: 73-82.
[42]	樊剑波, 张亚丽, 万小羽, 等. 水稻根系与氮素吸收利用之研究进展. 中国农学通报, 2007, 23(2): 236-240.
[43]	Cassman K G, Dobrmann A, Walters D T.Agroecosystems, nitrogen-use efficiency, and nitrogen management.Ambio,2002, 31(2): 132-140.

类型 Type	株系数 Lines	单株吸氮量 N accumulation per plant/g	单株籽粒产量 Grain yield per plant/g	株系分类 Classification of lines
类型 Type	株系数 Lines	单株吸氮量 N accumulation per plant/g	单株籽粒产量 Grain yield per plant/g	吸氮量类型 N accumulation type	产量类型 Yield type	株系类型 Type of lines
A	13	0.41±0.01 e	10.72±0.27 d	低	低	氮低吸低产型
B	28	0.48±0.01 d	13.13±0.11 c	低	中	氮低吸中产型
C	26	0.49±0.01 d	15.60±0.11 b	低	中	氮低吸中产型
D	31	0.55±0.00 c	14.78±0.11 b	中	中	氮中吸中产型
E	9	0.59±0.01 b	17.00±0.22 a	中	高	氮中吸高产型
F	7	0.78±0.03 a	17.70±0.69 a	高	高	氮高吸高产型
F值 F value		124.902^**	134.269^**
r			0.693^**

类型 Type	株系数 Lines	单株吸氮量 N accumulation per plant/g	单株籽粒产量 Grain yield per plant/g	株系分类 Classification of lines
类型 Type	株系数 Lines	单株吸氮量 N accumulation per plant/g	单株籽粒产量 Grain yield per plant/g	吸氮量类型 N accumulation type	产量类型 Yield type	株系类型 Type of lines
A	13	0.41±0.01 e	10.72±0.27 d	低	低	氮低吸低产型
B	28	0.48±0.01 d	13.13±0.11 c	低	中	氮低吸中产型
C	26	0.49±0.01 d	15.60±0.11 b	低	中	氮低吸中产型
D	31	0.55±0.00 c	14.78±0.11 b	中	中	氮中吸中产型
E	9	0.59±0.01 b	17.00±0.22 a	中	高	氮中吸高产型
F	7	0.78±0.03 a	17.70±0.69 a	高	高	氮高吸高产型
F值 F value		124.902^**	134.269^**
r			0.693^**

性状 Character	直接通径系数 Direct path coefficient	间接通径系数 Indirect path coefficient
性状 Character	直接通径系数 Direct path coefficient	x₁→y	x₂→y	合计Total
单株吸氮量Nitrogen absorption per plant(x₁)	1.066	-	-0.373	-0.373
氮素籽粒生产效率NUEg(x₂)	0.787	-0.505	-	-0.505

性状 Character	直接通径系数 Direct path coefficient	间接通径系数 Indirect path coefficient
性状 Character	直接通径系数 Direct path coefficient	x₁→y	x₂→y	合计Total
单株吸氮量Nitrogen absorption per plant(x₁)	1.066	-	-0.373	-0.373
氮素籽粒生产效率NUEg(x₂)	0.787	-0.505	-	-0.505

类型 Type	单株不定根数 Number of adventitious roots per plant	单株不定根总长 Total length of adventitious roots per plant/cm	单株根干质量 Root dry weight per plant/g
A	185.36±4.97 a	3505.30±172.67 b	2.62±0.13 a
B	187.35±2.90 a	3732.52±109.30 ab	2.65±0.04 a
C	182.63±1.93 a	3621.36±76.19 b	2.63±0.04 a
D	190.83±1.86 a	3770.05±69.55 ab	2.78±0.04 a
E	182.27±3.09 a	3668.57±102.65 ab	2.77±0.06 a
F	188.75±6.13 a	4176.37±270.65 a	2.83±0.14 a
F值 F value	1.427	2.02	1.892
r	0.174	0.312^**	0.368^**

影响水稻遗传群体株系氮素高效吸收的主要根系性状

Root Traits Affecting Nitrogen Efficient Absorption in Rice Genetic Populations

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Metrics

类型 Type	单株总吸收面积 Total root absorption area per plant/m²	单株活跃吸收面积 Root activity absorptionarea per plant/m²	单株根活力 Root activity per plant /(μg·h^-1)
A	17.59±0.18 a	8.67±0.09 a	1745.00±114.34 a
B	18.16±0.23 a	8.93±0.11 a	1506.53±58.54 a
C	18.23±0.23 a	8.97±0.11 a	1586.26±46.58 a
D	18.54±0.16 a	9.12±0.08 a	1792.01±68.06 a
E	17.85±0.29 a	8.80±0.14 a	1646.04±71.49 a
F	17.92±0.42 a	8.86±0.21 a	1594.61±131.01 a
F值 F value	1.856	1.698	2.724^*
r	0.066	0.083	0.117

类型 Type	最长根长 Longest root length/cm	众数根长 Mode root length/cm
A	44.64±1.23 c	31.38±1.29 c
B	48.34±1.04 b	33.36±0.71 bc
C	47.49±0.86 bc	32.46±0.56 bc
D	48.35±0.69 bc	33.52±0.48 bc
E	52.39±1.25 b	36.44±0.46 b
F	62.79±2.11 a	43.60±1.45 a
F值 F value	11.202^**	10.774^**
r	0.584^**	0.624

类型 Type	抽穗期冠根比 Ratio of shoot to root during heading stage	成熟期冠根比 Ratio of shoot to root during mature stage
A	6.62±0.38 c	9.71±0.58 b
B	7.70±0.11 b	12.15±0.22 a
C	7.78±0.17 b	12.76±0.26 a
D	7.64±0.14 b	12.06±0.29 a
E	7.64±0.21 b	12.31±0.52 a
F	9.47±0.19 a	13.56±0.33 a
F值 F value	11.07^**	9.251^**
r	0.448^**	0.258^**

[1]	郭展, 张运波. 水稻对干旱胁迫的生理生化响应及分子调控研究进展[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(4): 335-349.
[2]	韦还和, 马唯一, 左博源, 汪璐璐, 朱旺, 耿孝宇, 张翔, 孟天瑶, 陈英龙, 高平磊, 许轲, 霍中洋, 戴其根. 盐、干旱及其复合胁迫对水稻产量和品质形成影响的研究进展[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(4): 350-363.
[3]	许丹洁, 林巧霞, 李正康, 庄小倩, 凌宇, 赖美玲, 陈晓婷, 鲁国东. OsOPR10正调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(4): 364-374.
[4]	候小琴, 王莹, 余贝, 符卫蒙, 奉保华, 沈煜潮, 谢杭军, 王焕然, 许用强, 武志海, 王建军, 陶龙兴, 符冠富. 黄腐酸钾提高水稻秧苗耐盐性的作用途径分析[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(4): 409-421.
[5]	胡继杰, 胡志华, 张均华, 曹小闯, 金千瑜, 章志远, 朱练峰. 根际饱和溶解氧对水稻分蘖期光合及生长特性的影响[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(4): 437-446.
[6]	刘福祥, 甄浩洋, 彭焕, 郑刘春, 彭德良, 文艳华. 广东省水稻孢囊线虫病调查与鉴定[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(4): 456-461.
[7]	陈浩田, 秦缘, 钟笑涵, 林晨语, 秦竞航, 杨建昌, 张伟杨. 水稻根系和土壤性状与稻田甲烷排放关系的研究进展[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(3): 233-245.
[8]	缪军, 冉金晖, 徐梦彬, 卜柳冰, 王平, 梁国华, 周勇. 过量表达异三聚体G蛋白γ亚基基因RGG2提高水稻抗旱性[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(3): 246-255.
[9]	尹潇潇, 张芷菡, 颜绣莲, 廖蓉, 杨思葭, 郭岱铭, 樊晶, 赵志学, 王文明. 多个稻曲病菌效应因子的信号肽验证和表达分析[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(3): 256-265.
[10]	朱裕敬, 桂金鑫, 龚成云, 罗新阳, 石居斌, 张海清, 贺记外. 全基因组关联分析定位水稻分蘖角度QTL[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(3): 266-276.
[11]	魏倩倩, 汪玉磊, 孔海民, 徐青山, 颜玉莲, 潘林, 迟春欣, 孔亚丽, 田文昊, 朱练峰, 曹小闯, 张均华, 朱春权. 信号分子硫化氢参与硫肥缓解铝对水稻生长抑制作用的机制[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(3): 290-302.
[12]	周甜, 吴少华, 康建宏, 吴宏亮, 杨生龙, 王星强, 李昱, 黄玉峰. 不同种植模式对水稻籽粒淀粉含量及淀粉关键酶活性的影响[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(3): 303-315.
[13]	关雅琪, 鄂志国, 王磊, 申红芳. 影响中国水稻生产环节外包发展因素的实证研究：基于群体效应视角[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(3): 324-334.
[14]	许用强, 姜宁, 奉保华, 肖晶晶, 陶龙兴, 符冠富. 水稻开花期高温热害响应机理及其调控技术研究进展[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(2): 111-126.
[15]	吕海涛, 李建忠, 鲁艳辉, 徐红星, 郑许松, 吕仲贤. 稻田福寿螺的发生、危害及其防控技术研究进展[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(2): 127-139.