低氮条件下氮高效水稻株系产量形成和稻米品质等性状的基本特征

低氮条件下氮高效水稻株系产量形成和稻米品质等性状的基本

特征

在大田低氮条件下,2012-2013年以染色体单片段代换系水稻遗传群体114

个株系为供试材料,测定了源库、物质生产与分配、氮素吸收利用、产量及其构成因素等性状,采用最小平方和的动态聚类分析方法,按氮素籽粒生产效率高低

将供试群体分为6类,从小到大依次为A、B、C、D、E、F类,分析不同氮素籽粒生产效率类型水稻株系上述性状的变化趋势、差异及其与氮素籽粒生产效率的关系；2014年以典型的氮高效、氮低效各3个株系,在测定上述性状基础上,增测

了稻米主要品质指标。通过3年的试验,初步分析了低氮条件下影响水稻氮素籽粒生产效率的主要因素,明确了低氮条件下氮高效利用水稻源库、物质生产与分配、氮素吸收利用、产量及其构成因素、稻米品质等性状的基本特点,以期为水稻氮素高效利用、高产、优质遗传改良提供参考依据。

主要结果如下：1.供试遗传群体株系间氮素籽粒生产效率差异显著。供试群体中氮素籽粒生产效率最大的株系为最小株系的2.23倍,类型间变异丰富。

2.随着氮素籽粒生产效率的提高,产量呈明显增加趋势,高氮素籽粒生产效

率(以下简称氮高效)类型水稻产量明显高于低氮素籽粒生产效率(以下简称氮低效)类型水稻,典型氮高效、氮低效水稻株系理论产量和实收产量具有相同的趋势。成熟期吸氮量、氮素籽粒生产效率与供试遗传群体水稻株系的产量均呈极显著线性正相关(r吸氧量=0.657**,rNUEg=0.510**),成熟期吸氮量对产量的直接通径

系数(0.889)略大于氮素籽粒生产效率对产量的直接通径系数(0.77)。

说明提高水稻的氮素吸收(吸氮量)和氮素利用(氮素籽粒生产效率)能力可

显著提高水稻产量水平,氮素吸收对产量的作用虽然仍大于氮素利用对产量的作

用,但较标氮条件下要小。3.产量构成因素方面,高氮素籽粒生产效率类型水稻具有每穗粒数多、结实率高、单穗穗重大的特点,而单位面积穗数不占优势,千粒重与氮素籽粒生产效率关系不密切。

4.源库方面,高氮素籽粒生产效率类型水稻成熟期叶面积系数较小,库容量及单穗库容量较大,抽穗期单位叶面积籽粒产量较高；而抽穗期叶面积系数与氮素籽粒生产效率关系不密切。

5.物质生产与分配方面,不同氮素籽粒生产效率类型水稻抽穗期、成熟期干物质生产量及抽穗期各器官干重比例无明显差异,但高氮素籽粒生产效率类型水稻成熟期茎鞘、叶干重比例低,穗重比例高,结实期茎鞘叶尤其是茎鞘干物质运转量大、运转率高,从而表现出经济系数较高的特点。

6.氮素积累与运转方面,随着氮素籽粒生产效率的提高,抽穗期全株含氮率(主要是茎鞘)、成熟期全株含氮率(包括茎鞘、叶、穗)而呈下降趋势,成熟期更明显,成熟期吸氮量亦随着氮素籽粒生产效率的提高而降低。氮高效水稻结实期茎鞘叶(尤其是茎鞘中)氮素运转量、氮素运转率明显大于氮低效水稻,是其氮素利用效率(包括氮素干物质生产效率、氮素收获指数、氮素籽粒生产效率)高的重要的氮素运转特征。

7.稻米品质方面(1)加工品质方面,氮高效水稻的精米率、糙米率明显高于氮低效水稻,前者达显著水平,但氮高效水稻与氮低效水稻在整精米率上无明显差异。(2)外观品质方面,氮高效水稻的垩白米率、垩白度大于氮低效水稻,长宽比略小于氮低效水稻,但均未达显著水平。

(3)营养品质方面,氮高效水稻精米中蛋白质含量明显低于氮低效水稻。氮高效水稻糙米中Cu、Fe、Mn、Zn、Ca、K、Mg、P等元素累积量均大于氮低效水稻,增幅在33.33%-47.63%,其中Zn、Ca两种元素累积量的差异达极显著水平,Cu、K、

Mg、P四种元素累积量的差异达显著水平,Fe、Mn两种元素累积量的差异接近显著水平。

氮高效水稻精米中Cu、Fe、Mn、Zn、Ca、K等元素累积量均大于氮低效水稻,增幅在36.43%-65.02%,其中Zn、Ca元素差异达极显著水平,Cu、Fe、K三种元素达显著水平,Mn元素接近显著水平。元素累积量与籽粒产量的相关分析表明,除精米中Mg元素外,糙米和精米中的元素累积量与籽粒产量均呈显著或极显著线性正相关。

氮高效水稻糙米中Zn、Ca、Mg、P等四种元素浓度均低于氮低效水稻,降幅达7.18%-9.81%,达极显著(P)、显著(Mg)及接近显著(Zn、Ca)水平。氮高效水稻精米中Zn、Ca元素浓度低于氮低效水稻,但差异未达显著水平。

精米中元素浓度与蛋白质含量的相关分析表明,精米中Cu、Zn元素浓度与蛋白质含量呈极显著线性正相关。氮高效水稻精米中总氨基酸浓度小于氮低效水稻,降幅达9.13%,其中人体必需氨基酸表现为不显著；在人体必需氨基酸浓度中,异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸浓度均呈降低趋势,降幅为9.67%-10.71%,差异达显著(亮氨酸、苯丙氨酸)或接近显著(异亮氨酸、赖氨酸)水平,其它人体必需氨基酸浓度的差异未达显著水平。