中国水稻科学 ›› 2017, Vol. 31 ›› Issue (1): 72-80.DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6050
胡香玉, 郭九信, 田广丽, 高丽敏, 沈其荣, 郭世伟*()
收稿日期:
2016-03-25
修回日期:
2016-07-17
出版日期:
2017-01-20
发布日期:
2017-01-10
通讯作者:
郭世伟
基金资助:
Xiangyu HU, Jiuxin GUO, Guangli TIAN, Limin GAO, Qirong SHEN, Shiwei GUO*()
Received:
2016-03-25
Revised:
2016-07-17
Online:
2017-01-20
Published:
2017-01-10
Contact:
Shiwei GUO
摘要:
目的 为明确氮素优化管理模式(OPTs)下水稻根系形态和生理特征及其与氮素吸收和产量形成的关系。方法 以镇稻11为材料,采用营养液培养,通过三种氮素供应模式分别模拟农民习惯施肥(FFP)、高效施肥(HE)及高产高效施肥(HEHY),研究了不同供氮模式对水稻主要生育期生物量和氮素累积、根系形态和生理特征以及产量形成的影响。结果 与FFP相比,HE和HEHY(OPTs)通过提高每穗粒数、结实率和千粒重而使水稻籽粒产量分别增加5.7% 和16.0%。与FFP相比,OPTs增加了生育期内水稻根系生物量、根系长度、根系总表面积、根系体积以及单个分蘖不定根数目,并提高了灌浆期根系活力、根系氮素同化能力以及叶片光合速率。相关分析表明,开花期根系生物量、总表面积、根体积、单个分蘖平均不定根数目、伤流液流速和谷氨酰胺合成酶活性均与总氮素累积量及产量显著正相关。结论 因此,OPTs通过养分调控,可促进水稻根系的生长、优化根系形态结构,并能维持水稻生育后期较高的根系活力,从而促进了水稻对氮素的累积以及产量的形成。
中图分类号:
胡香玉, 郭九信, 田广丽, 高丽敏, 沈其荣, 郭世伟. 不同供氮模式对水稻根系形态及生理特征的影响[J]. 中国水稻科学, 2017, 31(1): 72-80.
Xiangyu HU, Jiuxin GUO, Guangli TIAN, Limin GAO, Qirong SHEN, Shiwei GUO. Effects of Different Nitrogen Supply Patterns on Root Morphological and Physiological Characteristics of Rice[J]. Chinese Journal OF Rice Science, 2017, 31(1): 72-80.
处理 Treatment | 供氮浓度 N supply rate /(mmol·L-1) | 总供氮量 Total N rate /(mg•plant-1) | |||
---|---|---|---|---|---|
移栽后7天-穗始分化期 7DAT-PIS | 穗始分化-穗粒分化期 PIS-SDS | 穗粒分化-开花期 SDS-AS | 开花-成熟期 AS-MS | ||
T1 | 5.71 | 2.86 | 0.36 | 0.36 | 485 |
T2 | 1.42 | 2.86 | 1.42 | 0.36 | 305 |
T3 | 2.86 | 2.86 | 1.42 | 0.36 | 375 |
表1 不同供氮模式下氮素供应量
Table 1 Nitrogen supply rate for different nitrogen supply patterns.
处理 Treatment | 供氮浓度 N supply rate /(mmol·L-1) | 总供氮量 Total N rate /(mg•plant-1) | |||
---|---|---|---|---|---|
移栽后7天-穗始分化期 7DAT-PIS | 穗始分化-穗粒分化期 PIS-SDS | 穗粒分化-开花期 SDS-AS | 开花-成熟期 AS-MS | ||
T1 | 5.71 | 2.86 | 0.36 | 0.36 | 485 |
T2 | 1.42 | 2.86 | 1.42 | 0.36 | 305 |
T3 | 2.86 | 2.86 | 1.42 | 0.36 | 375 |
处理 Treatment | 根生物量 Root dry matter /(g·plant-1) | 根冠比Root/shoot ratio | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
穗始分化期 PIS | 孕穗期 BS | 开花期 AS | 成熟期 MS | 穗始分化期 PIS | 孕穗期 BS | 开花期 AS | 成熟期 MS | |||
T1 | 0.49±0.04 c | 1.25±0.05 b | 1.50±0.08 b | 1.58±0.06 b | 0.10±0.01 c | 0.09±0.01 b | 0.06±0.01 b | 0.04±0.00 a | ||
T2 | 0.68±0.02 a | 1.43±0.09 a | 1.66±0.07 a | 1.70±0.05 a | 0.19±0.01 a | 0.11±0.02 a | 0.07±0.01 a | 0.05±0.01 a | ||
T3 | 0.60±0.04 b | 1.38±0.02 ab | 1.61±0.11 ab | 1.66±0.14 ab | 0.13±0.01 b | 0.10±0.01 a | 0.07±0.01 ab | 0.05±0.01 a |
表2 不同供氮模式下水稻主要生育期的单株根系生物量和根冠比
Table 2 Root dry matter weight per plant and root/shoot ratio at various growth stages of rice subjected to different nitrogen supply patterns.
处理 Treatment | 根生物量 Root dry matter /(g·plant-1) | 根冠比Root/shoot ratio | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
穗始分化期 PIS | 孕穗期 BS | 开花期 AS | 成熟期 MS | 穗始分化期 PIS | 孕穗期 BS | 开花期 AS | 成熟期 MS | |||
T1 | 0.49±0.04 c | 1.25±0.05 b | 1.50±0.08 b | 1.58±0.06 b | 0.10±0.01 c | 0.09±0.01 b | 0.06±0.01 b | 0.04±0.00 a | ||
T2 | 0.68±0.02 a | 1.43±0.09 a | 1.66±0.07 a | 1.70±0.05 a | 0.19±0.01 a | 0.11±0.02 a | 0.07±0.01 a | 0.05±0.01 a | ||
T3 | 0.60±0.04 b | 1.38±0.02 ab | 1.61±0.11 ab | 1.66±0.14 ab | 0.13±0.01 b | 0.10±0.01 a | 0.07±0.01 ab | 0.05±0.01 a |
图1 不同供氮模式下水稻主要生育期根系最长根长、总根长、总表面积及体积的动态变化柱上标相同小写字母者表示处理间差异未达0.05显著水平。下同。
Fig.1. Dynamics of maximum root length, total root length,total root surface area and root volume at various growth stages of rice subjected to different nitrogen supply patterns. Common lowercase letters above the bars indicate no significant difference at the 0.05 level. The same as below. MFS,Middle filling stage.
图2 不同供氮模式下水稻主要生育期根系单株不定根数及单个分蘖平均不定根数的动态变化
Fig. 2. Dynamics of adventitious root number per plant and average adventitious root number per tiller of rice at various growth stage subjected to different nitrogen supply patterns.
处理 Treatment | 氮素阶段累积量 N accumulation at each growth stage | 总氮素累积量 Total N accumulation | |||
---|---|---|---|---|---|
移栽-穗始分化期 TRA-PIS | 穗始分化-孕穗期 PIS-BS | 孕穗-开花期 BS-AS | 开花-成熟期 AS-MS | ||
T1 | 153.0±16.4 a | 119.9±8.0 b | 78.0±14.2 b | 25.9±6.7 b | 398.7±35 b |
T2 | 86.1±16.6 c | 143.5±12.6 a | 116.9±11.6 a | 61.1±9.1 a | 428.0±43 ab |
T3 | 131.8±22.0 b | 137.6±8.7 a | 102.1±21.7 a | 74.6±0.4 a | 465.6±19 a |
表3 不同供氮模式下水稻单株氮素累积量
Table 3 N accumulation per plant of rice subjected to different N supply patterns.mg
处理 Treatment | 氮素阶段累积量 N accumulation at each growth stage | 总氮素累积量 Total N accumulation | |||
---|---|---|---|---|---|
移栽-穗始分化期 TRA-PIS | 穗始分化-孕穗期 PIS-BS | 孕穗-开花期 BS-AS | 开花-成熟期 AS-MS | ||
T1 | 153.0±16.4 a | 119.9±8.0 b | 78.0±14.2 b | 25.9±6.7 b | 398.7±35 b |
T2 | 86.1±16.6 c | 143.5±12.6 a | 116.9±11.6 a | 61.1±9.1 a | 428.0±43 ab |
T3 | 131.8±22.0 b | 137.6±8.7 a | 102.1±21.7 a | 74.6±0.4 a | 465.6±19 a |
图3 不同供氮模式对水稻根系谷氨酰胺合成酶(GS)活性、木质部伤流液流速、木质部伤流液中总游离氨基酸含量及剑叶光合速率的影响
Fig. 3. Effects of different N supply patterns on root GS activity, root xylem sap rate, total free amino acids content and photosynthetic rate in flag leaf of rice.
处理 Treatment | 每株穗数 No. of panicles per plant | 穗粒数 Spikelets per panicle | 结实率 Seed setting rate/% | 千粒重 1000-grain weight/g | 籽粒产量 Grain yield / (g·plant-1) |
---|---|---|---|---|---|
T1 | 5.6±0.9 a | 94.4±5.2 b | 83.5±1.2 b | 26.5±0.4 b | 10.6±0.3 b |
T2 | 5.0±0.5 b | 107.0±4.1 a | 87.8±2.7 a | 27.8±0.9 a | 11.2±0.5 ab |
T3 | 5.8±0.9 a | 103.4±7.2 ab | 86.7±2.0 a | 27.5±0.5 a | 12.3±0.8 a |
表4 不同供氮模式下水稻产量及产量构成因素
Table 4 Grain yield and yield components of rice subjected to different nitrogen supply patterns.
处理 Treatment | 每株穗数 No. of panicles per plant | 穗粒数 Spikelets per panicle | 结实率 Seed setting rate/% | 千粒重 1000-grain weight/g | 籽粒产量 Grain yield / (g·plant-1) |
---|---|---|---|---|---|
T1 | 5.6±0.9 a | 94.4±5.2 b | 83.5±1.2 b | 26.5±0.4 b | 10.6±0.3 b |
T2 | 5.0±0.5 b | 107.0±4.1 a | 87.8±2.7 a | 27.8±0.9 a | 11.2±0.5 ab |
T3 | 5.8±0.9 a | 103.4±7.2 ab | 86.7±2.0 a | 27.5±0.5 a | 12.3±0.8 a |
根系相关参数 Root system parameter | 氮素累积量 Nitrogen accumulation | ||
---|---|---|---|
孕穗-开花期 BS-AS | 开花-成熟期 AS-MS | 总累积量 Total N accumulation | |
根生物量 RDM | 0.96** | 0.83* | 0.70* |
总根长 TRL | 0.89** | 0.78* | 0.57 |
总表面积TRSA | 0.90** | 0.76* | 0.73* |
根体积TRV | 0.98** | 0.88** | 0.78* |
单株总不定根数 NARP | 0.11 | 0.51 | 0.50 |
单个分蘖平均不定根数NART | 0.96** | 0.87** | 0.77* |
伤流液流速 RXSR | 0.87** | 0.88** | 0.71* |
谷氨酰胺合成酶活性RGSA | 0.86** | 0.92** | 0.74* |
表5 开花期根系形态及生理参数与氮素累积量的相关系数(r)
Table 5 Correlation coefficients(r) between root morphological and physiological characteristics and nitrogen accumulation at each growth stage of rice.
根系相关参数 Root system parameter | 氮素累积量 Nitrogen accumulation | ||
---|---|---|---|
孕穗-开花期 BS-AS | 开花-成熟期 AS-MS | 总累积量 Total N accumulation | |
根生物量 RDM | 0.96** | 0.83* | 0.70* |
总根长 TRL | 0.89** | 0.78* | 0.57 |
总表面积TRSA | 0.90** | 0.76* | 0.73* |
根体积TRV | 0.98** | 0.88** | 0.78* |
单株总不定根数 NARP | 0.11 | 0.51 | 0.50 |
单个分蘖平均不定根数NART | 0.96** | 0.87** | 0.77* |
伤流液流速 RXSR | 0.87** | 0.88** | 0.71* |
谷氨酰胺合成酶活性RGSA | 0.86** | 0.92** | 0.74* |
根系相关参数 Root system parameter | 每株穗数 No. of panicles per plant | 每穗粒数 Spikelets per panicle | 结实率 Seed setting rate | 千粒重 1000-grain weight | 产量 Grain yield |
---|---|---|---|---|---|
根生物量RDM | -0.56 | 0.99** | 0.99** | 0.91** | 0.75* |
总根长 TRL | -0.60 | 0.99** | 0.98** | 0.93** | 0.71* |
总表面积TRSA | -0.52 | 0.98** | 0.98** | 0.97** | 0.76* |
根体积TRV | -0.52 | 0.99** | 0.97** | 0.90** | 0.69* |
单株总不定根数 NARP | 0.34 | 0.22 | 0.26 | 0.29 | 0.41 |
单个分蘖平均不定根数NART | -0.51 | 0.89** | 0.91** | 0.92** | 0.82* |
伤流液流速 RXSR | -0.49 | 0.88* | 0.92** | 0.97** | 0.76* |
谷氨酰胺合成酶活性RGSA | -0.63 | 0.93** | 0.79* | 0.91** | 0.72* |
表6 开花期根系形态及生理参数与产量及产量构成因素的相关系数(r)
Table 6 Correlation coefficients between root morphological and physiological characteristics and grain yield.
根系相关参数 Root system parameter | 每株穗数 No. of panicles per plant | 每穗粒数 Spikelets per panicle | 结实率 Seed setting rate | 千粒重 1000-grain weight | 产量 Grain yield |
---|---|---|---|---|---|
根生物量RDM | -0.56 | 0.99** | 0.99** | 0.91** | 0.75* |
总根长 TRL | -0.60 | 0.99** | 0.98** | 0.93** | 0.71* |
总表面积TRSA | -0.52 | 0.98** | 0.98** | 0.97** | 0.76* |
根体积TRV | -0.52 | 0.99** | 0.97** | 0.90** | 0.69* |
单株总不定根数 NARP | 0.34 | 0.22 | 0.26 | 0.29 | 0.41 |
单个分蘖平均不定根数NART | -0.51 | 0.89** | 0.91** | 0.92** | 0.82* |
伤流液流速 RXSR | -0.49 | 0.88* | 0.92** | 0.97** | 0.76* |
谷氨酰胺合成酶活性RGSA | -0.63 | 0.93** | 0.79* | 0.91** | 0.72* |
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