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水稻叶色敏感基因型筛选及其对氮素响应的生理机制

作　者: 史慧琴
导　师: 赵全志
学　校: 河南农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 水稻基因型差异叶色氮素敏感生理机制
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

氮素是植株生长所需的大量营养元素,是影响叶色变化的最重要的营养元素,叶色诊断是进行合理施肥的重要调控手段之一。叶色深浅不同基因型水稻对氮素吸收利用的生理机制尚不明确。基于此,本试验于2007、2009年在河南农业大学科教试验园区进行,首先在大田栽培条件下,通过设置不施氮肥和正常施用氮肥两个处理,初步筛选出对氮素反应不同且叶色深浅不同的基因型水稻材料,然后采用营养液培养的方式,在氮素浓度分别为20mg/1、40mg/1条件下,系统研究了苗期叶色深浅的不同基因型水稻对氮素的响应机制。初步结果如下：1.从供试的212个基因型水稻中按叶色深浅及对氮素的敏感程度筛选出：叶色较浅且对氮素不敏感基因型：阳光香稻、两优培粳、信粳06j1、TN1、9103六个,叶色较深且对氮素不敏感基因型：9910-2、淮稻6号、2394、方欣四号、9668、9002-1-1、黑稻七个,对氮素敏感基因型：牟香粳、A8杂、白香粳三个。2.两种氮素水平下氮素敏感性不同基因型水稻SPAD值都呈上升的趋势,各叶位SPAD值大小表现为顶一叶>顶二叶>顶三叶>顶四叶；不同基因型SPAD值对氮素敏感基因型>叶色较深基因型>叶色较浅基因型。两种氮素处理水平,不同基因型水稻在四个取样时期SPAD值均存在极显著的基因型差异。3.两种氮素处理不同基因型不同叶位叶片全氮含量均为顶一叶>顶二叶>顶三叶。缺氮素处理随着生育期的延长不同基因型表现为对氮素敏感品种>对氮素不敏感品种(叶色较深品种>叶色较浅品种)与叶色大小表现一致；正常氮素处理不同基因型表现为叶色较深基因型>对氮素敏感基因型>叶色较浅基因型。缺氮素条件下各基因型根、茎内全氮含量叶色较浅基因型>对氮素敏感基因型>叶色较深基因型；正常氮素条件下各基因型根茎内全氮含量对氮素敏感基因型>对氮素不敏感基因型(叶色较浅基因型>叶色较深基因型)。两种氮素处理水平,不同基因型在四个取样时期不同叶位全氮含量均存在极显著的基因型差异。缺氮素处理不同基因型根的GS酶活性随着生育期的延长呈下降趋势,叶片的GS酶活性叶色较浅基因型>对氮素敏感基因型>叶色较深基因型。对氮素不敏感基因型具有相对较高的GS酶活性,对氮素敏感基因型酶活性相对较低,两种氮素处理六个基因型在四个取样时期GS活性均存在显著或极显著的基因型差异。4.两种氮素处理各基因型可溶性糖含量：叶色较浅基因型>对氮素敏感基因型>叶色较深基因型,和全氮含量表现相反。两种氮素处理不同基因型四个取样时期可溶性糖含量均存在极显著的基因型差异,同一基因型水稻缺氮处理较正常氮素处理具有较高的可溶性糖含量。两种氮素处理不同基因型茎根内可溶性糖含量变现不同,叶色较浅基因型茎内可溶性糖含量较高,对氮素敏感性基因型根内可溶性糖含量较高。两种氮素处理不同基因型SS酶活性表现为：叶色较浅基因型>对氮素敏感基因型>叶色较深基因型,叶的酶活性大于根,正常施氮处理对氮素敏感基因型顶二叶酶活性最高,对氮素不敏感基因型顶三叶酶活性最高,两种氮素处理,不同基因型不同取样时期SS活性均存在极显著的基因型差异。SPS活性与SS活性一致。碳氮比与可溶性糖含量表现一致,两种氮素处理不同基因型四个取样时期以及不同叶位糖氮比均存在极显著的基因型差异。5.SPAD值和碳氮代谢指标间的相关关系具体表现为：叶色值和全氮含量呈极显著正相关,谷氨酰胺合成酶活性与蔗糖合成酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性极显著负相关。全氮和三个酶活性极显著负相关；可溶性糖和全氮极显著负相关,和三个酶活性极显著正相关,碳氮比和全氮显著负相关,和三个酶活性及可溶性糖显著正相关。6.每穗总粒数无氮处理下叶色较深基因型每穗总粒数最多,对氮素敏感基因型次之,叶色较浅基因型最少；正常施氮处理对氮素敏感基因型每穗总粒数较多；不同基因型每穗总粒数高氮素处理较正常氮素处理少。每株有效穗数无氮素处理和正常氮素处理以叶色较深基因型最多,叶色较浅基因型次之,对氮素敏感基因型最少。强势粒、弱势粒千粒重不施氮素处理最高,正常施氮次之,高氮素处理最低；同一氮素处理叶色较浅基因型具有较高的粒重,叶色较深基因型粒重最低。不同基因型相对充实度正常施氮处理最大,不施氮素处理次之,高氮素处理最小。单株产量在不施氮和正常施氮水平下叶色较深基因型较高,高氮水平对氮素敏感基因型单株产量较高。7.不同基因型不同氮素处理叶、茎、根、地上部氮素分配率均存在极显著差异,随着氮素浓度的增加差异减小。同一基因型叶片氮素分配率占整个植株的百分比较高,茎的氮素分配率次之,根的氮素分配率最低。不同基因型水稻不同部位的氮素分配百分比不同,叶色较深基因型具有较高的地上部氮素分配率,对氮素敏感品种次之,叶色较浅基因型最低；根的氮素分配率与地上部相反。地上部氮素分配率又与茎内氮素分配率表现一致。

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致谢 4-7摘要 7-91 文献综述 9-15 1.1 水稻叶色黑黄变化定义 9 1.2 叶色黑黄变化的生物学基础 9-10 1.3 叶色黑黄变化与氮素及碳氮代谢的关系 10-11 1.4 不同基因型水稻对氮素吸收的差异 11-12 1.5 氮肥的同化 12-152 引言 15-163 材料与方法 16-20 3.1 试验设计 16-17 3.1.1 大田试验(筛选材料) 16-17 3.1.2 水培试验 17 3.1.3 大田试验 17 3.2 测定项目与方法 17-20 3.2.1 叶片叶色值(SPAD)的测定 17 3.2.2 叶片及根系GS活性的测定 17-18 3.2.3 叶片及根系SPS活性的测定 18 3.2.4 叶片及根系SS活性的测定 18 3.2.5 叶片及根系全氮含量的测定 18 3.2.6 叶片及根系可溶性糖含量的测定 18-19 3.2.7 叶绿素荧光的测定 19 3.2.8 成熟期部分产量性状调查 19-204. 结果与分析 20-57 4.1 水稻叶色深浅及其对氮素响应的基因型差异 20-25 4.1.1 不同氮素水平下不同基因型水稻叶片叶色SPAD含量分析 20-21 4.1.2 叶色较深水稻基因型筛选 21-22 4.1.3 叶色较浅水稻基因型筛选 22-23 4.1.4 叶色对氮素敏感基因型筛选 23-24 4.1.5 水稻叶色对氮素响应基因型差异聚类分析 24-25 4.2 不同基因型水稻叶色对氮素响应的生理机制 25-53 4.2.1 不同基因型水稻不同叶位叶色对氮素的响应 25-27 4.2.2 不同基因型水稻不同叶位全氮含量对氮素水平的响应 27-31 4.2.3 不同基因型水稻叶色氮代谢关键酶活性对氮素水平的响应 31-35 4.2.4 不同基因型水稻不同叶位碳含量对氮素水平的响应 35-39 4.2.5 不同基因型水稻叶色碳代谢关键酶活性对氮索水平的响应 39-46 4.2.6 不同基因型水稻不同叶位碳氮比对氮素水平的响应 46-50 4.2.7 不同基因型水稻叶绿素荧光特征参数对氮素水平的响应 50-53 4.3 两种氮素水平下不同基因型叶片不同指标间的相关分析 53 4.4 不同氮浓度处理对不同基因型水稻形态指标的影响 53-54 4.5 水稻叶色对氮素敏感基因型氮素高效利用差异比较 54-57 4.5.1 不同基因型水稻植株干物重对施氮水平的响应 54 4.5.2 不同基因型水稻产量及其构成因素对施氮水平的响应 54-55 4.5.3 不同基因型水稻氮素利用效率的差异比较 55-575 结论与讨论 57-63 5.1 水稻叶色氮素敏感基因型的筛选研究 57 5.2 不同基因型水稻碳氮代谢的差异机理 57-59 5.3 不同基因型水稻叶色变化与碳氮代谢的关系 59-60 5.4 叶色变化与氮素高效吸收利用的关系 60-63参考文献 63-69Abstract 69-71

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