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作物杂志,2022, 第5期: 87–96 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2022.05.012

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

不同氮素利用效率型小麦品种的生理差异分析

李宁1(), 刘彤彤2, 杨进文1, 史雨刚1, 王曙光1, 孙黛珍1()   

  1. 1山西农业大学农学院,030801,山西太谷
    2山西农业大学食品科学与工程学院,030801,山西太谷
  • 收稿日期:2021-06-10 修回日期:2021-09-13 出版日期:2022-10-15 发布日期:2022-10-19
  • 通讯作者: 孙黛珍，主要从事小麦遗传育种研究，E-mail：sdz64@126.com
  • 作者简介:李宁,主要从事小麦遗传育种研究,E-mail： 13159862006@163.cm
  • 基金资助:
    山西省优秀博士来晋工作奖励资金科研项目(SXYBKY2019040);山西农业大学科技创新基金(2020BQ30)

Analysis of Physiological Differences of Wheat Varieties with Different Nitrogen Use Efficiency

Li Ning1(), Liu Tongtong2, Yang Jinwen1, Shi Yugang1, Wang Shuguang1, Sun Daizhen1()   

  1. 1College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China
    2College of Food Science and Engineering, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China
  • Received:2021-06-10 Revised:2021-09-13 Online:2022-10-15 Published:2022-10-19

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5

PDF (PC)

166

摘要：

以不同氮素利用效率型小麦品种（2个氮高效、2个氮低效和2个中间型）为材料,分别在灌溉及雨养条件下测定其花后旗叶氮素同化及转运相关酶等生理性状的动态变化,同时在开花期和成熟期测定氮素积累及转运相关性状。结果表明,氮高效型品种晋麦54和晋麦66具有更高的植株氮素积累总量、氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率、花后氮素转运量、花后氮素转运效率和单株产量,以及更低的花前氮素转运量和花前对籽粒氮积累的贡献率。同时,氮高效型品种的各酶活性及可溶性蛋白质含量高于其他4个品种,而中间型品种晋麦73和泰麦269又高于氮低效型品种晋麦61和泰农18。相关性分析结果显示,参试小麦品种多数关键酶活性与氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率、花后氮素转运量、花后氮素转运效率、花后对籽粒氮积累的贡献率和单株产量呈显著正相关;与花前对籽粒氮积累的贡献率和花前氮素转运量呈显著负相关。

关键词: 小麦, 氮素利用效率, 氮素同化, 氮素积累

Abstract:

The dynamic changes of physiological traits such as nitrogen assimilation and transport-related enzymes in flag leaves of six wheat varieties with different nitrogen use efficiencies (NUE) (two high nitrogen use efficiency varieties, two low nitrogen use efficiency varieties and two intermediate varieties) were measured under irrigation and rain-fed conditions. The traits of nitrogen accumulation and transportation were also measured at the flowering and maturity stages. The results showed that the high NUE varieties (Jinmai 54 and Jinmai 66) had higher amounts of accumulated nitrogen after flowering (AAN), higher nitrogen utilization efficiency for grain production (NUEG), higher nitrogen utilization efficiency for biomass production (NUEB), higher nitrogen transport amount after flowering (NTTAF), higher nitrogen transport efficiency after flowering (NTEAF), higher contribution rate of grain nitrogen accumulation after flowering (CGNAF) and higher yield per plant (YPP), but lower nitrogen transport amount before flowering (NTABF), lower contribution rate of grain nitrogen accumulation before flowering (CGNBF) than other varieties. At the same time, the enzyme activities and soluble protein content of the high NUE varieties were always higher than that of the other four varieties, while the intermediate varieties were higher than that of the low NUE varieties. Correlation analysis results showed that most of the activities of enzymes were significantly or extremely significantly positively correlated with NUEG, NUEB, NTTAF, NTEAF, CGNAF and YPP, and they were significantly or extremely significantly negatively correlated with NTABF and CGNBF.

Key words: Wheat, Nitrogen use efficiency, Nitrogen assimilation, Nitrogen accumulation

图1

不同小麦品种的氮素积累及转运相关性状 “*”和“**”表示不同类型品种间分别在0.05和0.01水平上差异显著;“/”左侧和右侧分别表示在雨养和灌溉条件下差异显著,下同

图2

不同小麦品种的单株产量

图3

不同小麦品种的生理性状分析

表1

不同环境处理氮素积累转运相关指标与可溶性蛋白含量及蛋白水解酶活性的相关性分析

环境
Environment		 指标
Index		 可溶性蛋白含量Soluble protein content 蛋白水解酶活性Proteolytic enzyme activity
D-7 D-14 D-21 D-28 D-35 D-7 D-14 D-21 D-28
雨养条件
Rain-fed condition		 NAA 0.49 0.79* 0.68 0.62 0.82* 0.87* 0.64 0.56 0.70*
NUEg 0.80* 0.95** 0.92** 0.83* 0.93** 0.93** 0.69 0.75* 0.89*
NUEb 0.87* 0.94** 0.92** 0.89* 0.94** 0.98** 0.89* 0.91** 0.98**
NTAbf -0.90* -0.91** -0.89* -0.82* -0.89* -0.85* -0.73* -0.88* -0.93**
NTEbf -0.49 -0.66 -0.66 -0.63 -0.72 -0.66 -0.53 -0.69 -0.63
CGNbf -0.82* -0.93** -0.87* -0.80* -0.93** -0.92** -0.76* -0.85* -0.93**
NTAaf 0.79* 0.93** 0.86* 0.78* 0.93** 0.92** 0.75* 0.82* 0.91**
NTEaf 0.82* 0.92** 0.87* 0.79* 0.92** 0.90** 0.75* 0.85* 0.93**
CGNaf 0.82* 0.93** 0.87* 0.79* 0.93** 0.92** 0.75* 0.84* 0.93**
YPP 0.78* 0.80* 0.87* 0.90** 0.89* 0.92** 0.67* 0.78* 0.89*
灌溉条件
Irrigation condition		 NAA 0.86* 0.86* 0.78* 0.66 0.89* 0.93** 0.85* 0.87* 0.77*
NUEg 0.96** 0.94** 0.94** 0.84* 0.98** 0.98** 0.96** 0.95** 0.94**
NUEb 0.95** 0.96** 0.96** 0.88* 0.95** 0.99** 0.98** 0.96** 0.94**
NTAbf -0.71* -0.80* -0.77* -0.81* -0.68 -0.69 -0.89* -0.66 -0.86*
NTEbf -0.59 -0.66 -0.69 -0.59 -0.70 -0.63 -0.70 -0.58 -0.67
CGNbf -0.87* -0.93** -0.87* -0.84* -0.90** -0.91** -0.97** -0.87* -0.90**
NTAaf 0.87* 0.91** 0.84* 0.78* 0.91** 0.94** 0.94** 0.88* 0.86*
NTEaf 0.85* 0.92** 0.86* 0.84* 0.90** 0.91** 0.97** 0.87* 0.89*
CGNaf 0.86* 0.93** 0.87* 0.84* 0.90** 0.91** 0.97** 0.87* 0.90**
YPP 0.77* 0.91** 0.88* 0.79* 0.81* 0.87* 0.80* 0.81* 0.89*

表2

氮素积累转运相关性状与谷氨酰胺合成酶及谷氨酰胺转化酶活性的相关性分析

环境
Environment		 指标
Index		 GS活性GS activity GT活性GT activity
D-7 D-14 D-21 D-28 D-7 D-14 D-21 D-28
雨养条件
Rain-fed condition		 NAA 0.76* 0.69 0.70* 0.60 0.69 0.72* 0.69 0.76*
NUEg 0.94** 0.82* 0.87* 0.81* 0.83* 0.91** 0.88* 0.91**
NUEb 0.98** 0.91** 0.91** 0.91** 0.94** 0.95** 0.91** 0.96**
NTAbf -0.96** -0.81* -0.87* -0.83* -0.81* -0.95** -0.85* -0.85*
NTEbf -0.61 -0.70 -0.59 -0.67 -0.68 -0.51 -0.67 -0.68
CGNbf -0.97** -0.82* -0.86* -0.81* -0.82* -0.94** -0.85* -0.87*
NTAaf 0.96** 0.81* 0.86* 0.79* 0.80* 0.93** 0.84* 0.86*
NTEaf 0.97** 0.81* 0.85* 0.80* 0.80* 0.94** 0.84* 0.86*
CGNaf 0.97** 0.82* 0.86* 0.80* 0.82* 0.94* 0.85* 0.87*
YPP 0.88* 0.61 0.86* 0.77* 0.88* 0.92** 0.87* 0.80*
灌溉条件
Irrigation condition		 NAA 0.97** 0.94** 0.84* 0.79* 0.83* 0.82* 0.8437* 0.84*
NUEg 0.97** 0.97** 0.93** 0.90** 0.91** 0.91** 0.94** 0.89*
NUEb 0.97** 0.96** 0.96** 0.94** 0.92** 0.93** 0.96** 0.93**
NTAbf -0.71* -0.73* -0.83* -0.90** -0.74* -0.74* -0.82* -0.66
NTEbf -0.52 -0.67 -0.65 -0.66 -0.61 -0.56 -0.59 -0.67
CGNbf -0.93** -0.92** -0.94** -0.96** -0.87* -0.87* -0.92** -0.87*
NTAaf 0.96** 0.94** 0.90** 0.90** 0.85* 0.85* 0.89* 0.86*
NTEaf 0.92** 0.91** 0.93** 0.96** 0.86* 0.86* 0.91** 0.86*
CGNaf 0.92** 0.91** 0.94** 0.96** 0.87* 0.87* 0.92** 0.86*
YPP 0.90* 0.89* 0.92** 0.81* 0.79* 0.87* 0.88* 0.88*

表3

氮素积累转运相关性状与谷氨酸合成酶及天冬氨酸激酶活性的相关性分析

环境
Environment		 指标
Index		 GOGAT活性GOGAT activity AK活性AK activity
D-7 D-14 D-21 D-28 D-7 D-14 D-21 D-28
雨养条件
Rain-fed condition		 NAA 0.52 0.66 0.45 0.51 0.58 0.68 0.67 0.53
NUEg 0.79* 0.88* 0.76* 0.78* 0.83* 0.92** 0.91** 0.84*
NUEb 0.88* 0.92** 0.83* 0.87* 0.92** 0.94** 0.91** 0.89*
NTAbf -0.90* -0.89* -0.87* -0.85* -0.88* -0.89* -0.87* -0.89*
NTEbf -0.56 -0.69 -0.61 -0.66 -0.64 -0.59 -0.61 -0.67
CGNbf -0.84* -0.86* -0.78* -0.79* -0.84* -0.88* -0.85* -0.82*
NTAaf 0.81* 0.85* 0.75* 0.76* 0.81* 0.86* 0.84* 0.79*
NTEaf 0.84* 0.86* 0.79* 0.79* 0.84* 0.87* 0.84* 0.82*
CGNaf 0.83* 0.86* 0.78* 0.79* 0.84* 0.88* 0.85* 0.82*
YPP 0.67 0.84* 0.75* 0.74* 0.78* 0.87** 0.79* 0.82*
灌溉条件
Irrigation condition		 NAA 0.80* 0.69 0.79* 0.78* 0.79* 0.83* 0.82* 0.98**
NUEg 0.85* 0.79* 0.89* 0.87* 0.72* 0.89* 0.93** 0.98**
NUEb 0.89* 0.84* 0.93** 0.92** 0.74* 0.92** 0.93** 0.98**
NTAbf -0.85* -0.88* -0.91** -0.78* -0.73* -0.88* -0.91** -0.73*
NTEbf -0.60 -0.69 -0.48 -0.70 -0.67 -0.58 -0.64 -0.65
CGNbf -0.94** -0.89* -0.96** -0.89* -0.85* -0.96** -0.95** -0.95**
NTAaf 0.89* 0.81* 0.91** 0.85* 0.83* 0.91** 0.91** 0.98**
NTEaf 0.93** 0.88* 0.96** 0.88* 0.84* 0.95** 0.94** 0.95**
CGNaf 0.93** 0.89* 0.97** 0.89* 0.84* 0.96** 0.95** 0.95**
YPP 0.90** 0.70* 0.89* 0.84* 0.78* 0.90** 0.89* 0.90*

图4

拟定的小麦氮素高效利用的生理机制方案 仅描述本研究中所讨论的途径;不同颜色梯度表示相应酶活性从高（红）到低（蓝）

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