氮高效利用基因型水稻根系形态和活力特征

【目的】研究水稻(Oryza sativa)氮高效利用基因型根系形态和活力变化,为根系的栽培调控和育种改良提供理论依据和技术参考。【方法】选择前期筛选出的水稻氮利用效率高低不一的基因型为试验材料,在比较氮利用效率基因型差异的基础上,采用水培试验,利用根系分析系统提取苗期至抽穗期不定根、粗分枝根和细分枝根的长度、表面积和体积等形态指标数据,探讨各类根形态与氮吸收的关系,同时分析氮高效利用基因型中典型材料不同供氮水平下根系活力变化。【结果】(1)水稻产量和氮利用效率呈现极显著的基因型差异,氮高效利用基因型籽粒产量、籽粒氮积累量、氮素干物质生产效率、氮素籽粒生产效率和氮素收获指数比低效基因型高50.20%、34.20%、11.48%、26.01%和12.50%。拔节期和抽穗期水稻干物质量、氮积累量与籽粒产量、氮素籽粒生产效率、氮素收获指数均呈现显著或极显著正相关,抽穗前(特别是拔节期和抽穗期)的物质积累和氮的吸收显著影响水稻产量和氮利用效率的提高。(2)低氮水平下,氮高、低利用效率基因型间的根系形态指标差异显著。细分枝根根长占水稻总根长的比重最大,为73.40%,且高效基因型在苗期、分蘖期、拔节期和抽穗期比低效基因型分别高32.09%、14.66%、14.40%和12.69%;粗分枝根表面积和体积分别占水稻总表面积和总体积29.81%和43.50%,其中高效基因型粗分枝根表面积在拔节期和抽穗期比低效基因型分别高94.70%和64.38%,体积分别高90.24%和58.18%;不定根根长、表面积和体积分别占水稻总根长、总表面积和总体积19.68%、36.66%和41.19%,且高效基因型不定根根长、表面积和体积在拔节期比低效基因型高40.84%、44.90%和51.02%,差异最大。(3)氮高效利用基因型根系吸收面积和还原力随着氮水平的提高显著降低,而氧化力变化不大。相同氮水平下,氮高效利用基因型拔节后总吸收面积、活跃吸收面积、氧化力、还原力分别为低效基因型的1.3—2.1倍、1.1—3.2倍、1.0—3.0倍、1.4—2.2倍。(4)低氮水平下,粗分枝根的根长、表面积和体积对氮积累量影响程度最大,为47.1%—78.4%。粗分枝根的发育情况直接影响氮的吸收,从而影响水稻产量和氮利用效率。【结论】低氮条件下良好的根系形态和生理活性是水稻氮高效利用的重要特征。培育氮高效利用基因型,可对水稻营养生长期根系形态和活性加以遗传改良,尤其是提高粗分枝根的比例,以期塑造良好的根系构型。