水分脅迫和氮素形態(tài)對不同基因型水稻生長和氮素吸收的影響及其生理機(jī)制.pdf

1、水分和氮素營養(yǎng)是影響水稻生長發(fā)育、養(yǎng)分吸收以及產(chǎn)量形成的兩個關(guān)鍵因素。目前，節(jié)水稻作、提高氮肥利用效率已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究的熱點。隨著水稻節(jié)水管理措施的實施，各種土壤生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化，導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮含量顯著增加，進(jìn)而改變了土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮這兩種礦質(zhì)氮源的比例，可能使硝態(tài)氮成為水稻最重要的氮源形態(tài)。因此，開展水分脅迫條件及不同形態(tài)氮素對水稻生長發(fā)育、氮代謝生理、氮素吸收及利用影響的系統(tǒng)性研究具有重要意義。本研究以不同基因型代表性稻種(岡

2、優(yōu)527、揚(yáng)稻6號、中旱3號、農(nóng)墾57)為材料，采用水培、盆缽?fù)僚?、微區(qū)試驗，進(jìn)行不同水分脅迫程度和不同氮素形態(tài)的處理，分析了水分脅迫及氮素形態(tài)對不同基因型水稻生長發(fā)育、氮素吸收及產(chǎn)量形成的影響及其生理機(jī)制。主要結(jié)果如下：
　　 1.種子引發(fā)對水分脅迫下不同基因型稻種萌發(fā)及幼苗生理特性的影響不同基因型稻種經(jīng)水引發(fā)及聚乙二醇(PEG)滲透脅迫引發(fā)處理均能降低稻種丙二醛(MDA)含量，促進(jìn)可溶性總糖的降解，加快稻種內(nèi)部糖代謝進(jìn)程，提

3、高稻種內(nèi)部相溶性溶質(zhì)脯氨酸(Pro)及可溶性蛋白質(zhì)(SP)含量，也有利于提高苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)的活性，引發(fā)效果較為明顯。且適度的PEG引發(fā)稻種的效果明顯好于水引發(fā)處理，雜交秈稻在PEG濃度為20％的條件下引發(fā)效果最優(yōu)，而常規(guī)粳型水稻在PEG濃度為10％～15％的引發(fā)條件下效果較好，但超出最高PEG引發(fā)濃度的閥值，會對稻種產(chǎn)生迫害，影響其正常萌發(fā)。引發(fā)處理后的稻種

4、對不同程度水分脅迫程度的響應(yīng)表明，適當(dāng)強(qiáng)度的引發(fā)處理后，在水分脅迫下利于激發(fā)稻種物質(zhì)代謝、利于各水稻品種的萌發(fā)、幼苗形態(tài)指標(biāo)及保護(hù)性酶等生理指標(biāo)相對于其他水分脅迫均有顯著提高，而嚴(yán)重的水分脅迫環(huán)境下均不利于稻種的萌發(fā)；表明了引發(fā)處理雖能提高水分脅迫條件下種子活力，但稻種激發(fā)自身對外界萌發(fā)環(huán)境的協(xié)調(diào)能力也是有限的，且不同品種間也存在明顯差異，秈稻優(yōu)于粳稻。
　　 2.水分脅迫對水稻苗期生長的影響適度水分脅迫(PEG≤5％、水勢≥-

5、0.05MPa)不影響氨基酸態(tài)氮(AA-N)、可溶性蛋白含量以及硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)、和谷氨酸脫氫酶(GDH)、谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶(GOT)及谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶(GPT)活性；但對硝態(tài)氮的吸收和積累有一定刺激作用，并顯著降低幼苗凈光合速率和干物質(zhì)累積。相關(guān)分析表明，凈光合速率的降低對莖葉干物質(zhì)累積的影響明顯大于水稻體內(nèi)通過代謝抵御外界不良環(huán)境的正效應(yīng)，導(dǎo)致莖葉干物質(zhì)積累降低。當(dāng)高水分脅迫

6、強(qiáng)度(PEG≥10％、水勢≤-0.15MPa)，不同氮素形態(tài)的含量、氮代謝關(guān)鍵酶以及凈光合速率顯著降低；而且根器官對水分脅迫的敏感程度明顯大于葉片。表明水稻幼苗中不同氮素形態(tài)的含量、氮代謝關(guān)鍵酶以及凈光合速率與水分脅迫強(qiáng)度密切相關(guān)；同時也表明了水分脅迫通過對一些氮代謝關(guān)鍵酶--NR、GS、GOGAT、GDH、GOT和GPT活性的影響進(jìn)而影響氮代謝過程，且氮代謝關(guān)鍵酶活性的強(qiáng)弱與幼苗體內(nèi)不同形態(tài)的氮含量、吸氮量、干物質(zhì)累積及根系活力等均存

7、在顯著相關(guān)性。
　　 3.適度水分脅迫下增硝營養(yǎng)對不同基因型水稻苗期生長及生理特性的影響正常水分供應(yīng)條件下，適當(dāng)?shù)奶岣呦鯌B(tài)氮肥的比例(銨硝配比為50:50)，不影響各營養(yǎng)器官中AA-N、可溶性蛋白含量、凈光合速率、氮素吸收以及NR、GS、GOGAT、和GDH、GOT及GPT活性，并能促進(jìn)水稻葉及根中硝態(tài)氮含量增加，但硝態(tài)氮肥比例＞50％，會導(dǎo)致各生理及代謝指標(biāo)的顯著降低，均不利于不同基因型水稻的生長；而適度的水分脅迫下，適當(dāng)增加

8、硝態(tài)氮比例(銨硝配比為50:50)相對于非水分脅迫、純銨態(tài)氮肥處理，更有利于提高功能葉凈光合速率、各種氮代謝酶活性，促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和氮素的積累，能發(fā)揮以水促肥的優(yōu)勢，進(jìn)而促進(jìn)水稻的生長。此外，不同基因型水稻生長在適度水分脅迫下對增硝營養(yǎng)的響應(yīng)程度差異顯著，秈稻與粳稻相比，雜交秈稻和常規(guī)秈稻相比，常規(guī)粳型旱稻與常規(guī)粳型水稻相比，前者在對硝態(tài)氮的吸收、各種氮代謝酶活性、凈光合速率、氮素吸收利用上均表現(xiàn)出更為明顯的優(yōu)勢，同品種耐旱性規(guī)律一致

9、。
　　 4.不同形態(tài)氮肥下結(jié)實期水分脅迫對水稻生理特性及產(chǎn)量的影響結(jié)實期適度土壤水勢(Ψsoil=-25kPa)處理下，銨硝配比50:50處理較純銨態(tài)氮處理產(chǎn)量增加顯著，適當(dāng)增加硝態(tài)氮比例可緩解土壤水分不足所造成的對產(chǎn)量的不利影響。各銨硝配比處理下，穗長、一、二次枝梗數(shù)及著粒密度隨水分脅迫程度的增加均呈先增后降的趨勢，且在-25kPa土水勢時最大，二次枝梗數(shù)的下降受土壤水勢影響最大，因此，適度的水分脅迫下，在確保增加穗長和保持

10、適宜一次枝梗數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合適宜的銨硝配比50:50，可增加二次枝梗數(shù)，提高高效葉面積率及著粒密度，提高增產(chǎn)潛能。此外，在土壤水勢0kPa～-25kPa適當(dāng)增加硝態(tài)氮肥比例，有利于促進(jìn)結(jié)實期莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、提高凈光合速率、傷流強(qiáng)度、抗衰老酶活性，還有利于促進(jìn)稻株氮累積量的提高，但與純銨態(tài)氮處理間未達(dá)到顯著水平，與純硝態(tài)氮處理間均達(dá)到顯著水平，而Ψsoil≤-50kPa增硝的優(yōu)勢減弱，相反增加銨態(tài)氮肥的比例(本試驗銨硝配比100:0處理)更

11、有利于緩解劍葉凈光合速率、抗衰老酶活性的顯著降低。
　　 5.不同基因型水稻對氮素形態(tài)及結(jié)實期適度水分脅迫的反應(yīng)各處理因子對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響因素中，不同基因型對其影響最強(qiáng)，氮素形態(tài)次之，結(jié)實期土壤水勢最小。兩因素互作對其的交互作用中，不同基因型和氮素形態(tài)間的交互作用對其影響最大。不同基因型品種、結(jié)實期土壤水勢和氮素形態(tài)三因素交互作用只對產(chǎn)量存在極顯著的交互效應(yīng)。適度的水分脅迫(Ψsoil=-25kPa)和適當(dāng)?shù)脑黾酉鯌B(tài)氮肥比

12、例(銨硝配比為50:50)，均有利于不同基因型水稻對銨態(tài)氮肥及硝態(tài)氮肥的協(xié)同吸收與利用，緩解由于水分脅迫所造成的不利影響，能顯著促進(jìn)產(chǎn)量的提高；但也不能過多的提高硝態(tài)氮肥的比例，其結(jié)果可能抑制水稻對銨態(tài)氮肥的吸收，加重水分和氮肥的雙重脅迫，導(dǎo)致減產(chǎn)。不同水氮處理下，各品種產(chǎn)量表現(xiàn)為雜交秈稻＞常規(guī)秈稻，常規(guī)粳型水稻＞常規(guī)粳型旱稻(分蘗能力差，有效穗較少)。此外，不同基因型水稻生長在適度土壤水勢脅迫下對不同形態(tài)氮肥的響應(yīng)程度差異顯著，銨硝配