不同類型冬小麥品種葉位氮素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)研究

不同類型冬小麥品種葉位氮素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)研究

已經(jīng)進(jìn)行了15噸的位相學(xué)和有用研究。陳佑良等應(yīng)用15N示蹤研究小麥?zhǔn)┓蕟栴}時(shí),提出了利用栽培措施提高小麥品質(zhì)的設(shè)想。楊根海等研究了植株后期(開花后)氮素吸收和積累規(guī)律及其與子粒品質(zhì)的關(guān)系。王伯群等用15N就不同土壤水分條件下小麥對(duì)氮的吸收利用進(jìn)行了研究。尚興甲等利用15N研究了氮素在冬小麥體內(nèi)的分配、土壤殘留及揮發(fā)情況。利用15N標(biāo)記方法進(jìn)行不同葉位氮素分配動(dòng)態(tài)變化的研究尚未見報(bào)道,本研究以不同土壤施氮處理冬小麥為材料,利用15N葉面涂抹的方法研究不同葉位葉片吸收氮素在植株體、特別是“葉片—葉鞘莖稈—穎殼穗軸一子?！钡姆峙鋭?dòng)態(tài),以期明確不同品質(zhì)類型小麥品種的氮素運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律,為利用這一規(guī)律制定優(yōu)質(zhì)栽培措施以及通過遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)小麥品質(zhì)提供依據(jù)。1材料和方法1.1粒徑和速鉀試驗(yàn)于2001-2002年在北京市農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行,供試地塊土壤為潮土,0～20cm土層內(nèi)養(yǎng)分含量為:有機(jī)質(zhì)17.9g/kg,全氮0.93g/kg、堿解氮63.2mg/kg、有效磷117.7mg/kg、速效鉀165.0mg/kg。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)施肥處理:N0:全生育期不施氮;N1:返青期和拔節(jié)期各施純氮120kg/hm2;N2,拔節(jié)期和孕穗期各施純氮120kg/hm2,水分管理按常規(guī)進(jìn)行。供試品種為北京地區(qū)推廣面積較大的子粒高蛋白型品種中優(yōu)9507(以下簡(jiǎn)稱9507)和普通子粒蛋白型品種京冬8。15N標(biāo)記于旗葉展開后進(jìn)行,標(biāo)記時(shí)用海綿塊吸取一定量3%的15N尿素(15N豐度為5%,上?；ぱ芯吭荷a(chǎn))溶液,沿葉基部到葉尖方向輕輕擦拭,使溶液均勻分布于葉片上、下兩面。每處理均分標(biāo)記旗葉、標(biāo)記倒二葉和標(biāo)記倒三葉3種處理,標(biāo)記于2002年4月25日進(jìn)行。1.2測(cè)量設(shè)計(jì)和方法1.2.1優(yōu)化項(xiàng)目總同化量及工作效率等公式計(jì)算每處理各葉位取50片葉烘干、粉碎,過0.3mm孔徑篩,凱氏定氮法測(cè)定葉片全氮含量。氮素同化量、運(yùn)轉(zhuǎn)效率等參照杜金哲等公式計(jì)算:(1)開花前氮同化量=開花時(shí)葉、莖、穗部氮的總和;(2)總同化量=成熟時(shí)葉、莖、穗部和子粒氮的總和;(3)氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量=(1)-成熟時(shí)葉、莖、穗部氮的總和;(4)運(yùn)轉(zhuǎn)效率(%)=(3)/(1)×100%;(5)氮素收獲指數(shù)(%)=子粒氮/(2)×100%。1.2.2n豐度測(cè)定稱取烘干樣品0.3g置于消化試管內(nèi),加濃H2SO44mL,催化劑混合物(K2SO4:Se=500:1)2g,消化8h,用0.01mol/L稀H2SO4吸收,FinnignaMAT251同位素質(zhì)譜儀測(cè)定15N豐度。鑒于本試驗(yàn)只考慮葉片吸收氮素向子粒運(yùn)轉(zhuǎn)的規(guī)律,因此植株體內(nèi)15N含量未包括流向根系的部分,以子粒、莖稈、葉片、穎殼(含穗軸)4部分15N量之和代表葉片吸收15N的總量。葉片中氮的運(yùn)輸和分配到各部分的比例用各部分中15N的量占吸收總量的比例來表示,各部分質(zhì)量取恒值100mg。2結(jié)果與分析2.1不同取樣時(shí)期的生物量表1顯示兩品種不同施氮水平下單位質(zhì)量植株樣中積累的15N量,結(jié)果表明,不同處理植株積累15N的量不同,涂抹后3d取樣京冬8的3個(gè)處理以N0處理單位植株樣中積累的15N最高,其高值一直持續(xù)15d,15d后驟然下降,直到收獲前最后一次取樣都保持最低;而N2處理除前15d外,其后均保持最高的15N積累。9507的N2處理一直保持最高的15N積累水平,其N0,N1不同取樣時(shí)期互有高低。兩品種各處理全部測(cè)定時(shí)期相比,均以涂抹后3d單位植株體內(nèi)積累的15N最多,以后逐漸下降,說明葉面施用的氮素中一部分未形成生物量,京冬8以N0處理的流失最多,達(dá)31.55%,N2最少,為14.82%,9507則反之,其N2處理的流失最多,流失率為20.58%,N1最少,為14.43%。由于葉片15N處理是在不同土壤氮素處理基礎(chǔ)上進(jìn)行的,因而結(jié)果進(jìn)一步顯示,前期追氮或缺氮脅迫葉片的吸收功能較后期追氮的有所降低。2.2標(biāo)記旗葉和子粒中15n含量的變化表2,3顯示N2處理植株各部位15N占植株總吸收量的百分率,結(jié)果表明,標(biāo)記后第3d,標(biāo)記葉15N含量最高,然后逐漸下降,標(biāo)記后20d,子粒灌漿后各部位中分配的15N趨于恒定。標(biāo)記的前15d內(nèi),京冬8品種標(biāo)記旗葉處理,以旗葉中15N含量最高,莖鞘、穎殼+穗軸次之,然后倒二葉、倒三葉;子粒開始灌漿后,子粒和莖鞘中積累量高于其他部位。標(biāo)記倒二葉的,一直是標(biāo)記葉中15N含量最高,子粒、穎殼+穗軸次之,倒三葉中最少。標(biāo)記倒三葉的,標(biāo)記葉15N含量一直最高,子粒灌漿初期其中的15N較少,但中后期則積累了較多的15N。9507品種標(biāo)記旗葉處理,以旗葉和子粒中15N含量較高。標(biāo)記倒二葉的,一直是標(biāo)記葉中15N含量最高,子粒灌漿前中期,穎殼+穗軸的15N含量高于子粒,直到后期子粒才高于其他部位。標(biāo)記倒三葉的與標(biāo)記倒二葉的趨勢(shì)相同。比較表2,3可知,京冬8標(biāo)記旗葉的在各部位中分配較為均勻,標(biāo)記倒二葉、倒三葉的在標(biāo)記葉中殘留較多。9507標(biāo)記旗葉和倒二葉的分配規(guī)律相差不大,而標(biāo)記倒三葉的則在標(biāo)記葉中殘留較多。所有標(biāo)記處理的莖鞘、穎殼+穗軸中都積累有較多的15N,說明在子粒灌漿過程中,莖鞘、穎殼+穗軸作為氮素“臨時(shí)貯藏庫(kù)”能就近為子粒提供氮素營(yíng)養(yǎng)。除涂抹后第3d外,其余各次測(cè)定結(jié)果均顯示9507莖鞘、穎殼+穗軸等器官中吸收積累的15N高于京冬8。由表4,5可以看出,以子粒中積累的15N占最高吸收量的比例計(jì)算,京冬8的NO和N1處理均以標(biāo)記旗葉的子粒15N百分比最高,而N2處理的規(guī)律不如NO和N1明顯,可能是N2處理后期土壤氮素充足,植株體內(nèi)氮素也趨于飽和,使功能相對(duì)旺盛的旗葉葉片氮素向子粒的運(yùn)轉(zhuǎn)輸出量相對(duì)減少。同時(shí),三種標(biāo)記葉位平均以N2處理的百分?jǐn)?shù)最高,說明后期的土壤施氮素處理盡管容易引起旗葉輸出量的下降,但總體上有利于京冬8氮素向子粒中運(yùn)轉(zhuǎn)。衰59507子粒積累15N占總最高積累量的比率%95073種處理均以標(biāo)記旗葉的子粒15N百分?jǐn)?shù)最高,標(biāo)記倒三葉的最低,3種標(biāo)記葉位平均則以N1處理的子粒中積累的15N百分?jǐn)?shù)最高。兩種類型品種相比,9507的規(guī)律性較為明顯,不論土壤氮素處理如何,均以標(biāo)記旗葉的子粒15N百分?jǐn)?shù)最高,標(biāo)記倒三葉的最低,子粒發(fā)育過程中的各次測(cè)定具有很高的一致性。結(jié)果說明9507對(duì)土壤氮素處理的反應(yīng)不如京冬8明顯,尤其是旗葉在后期土壤氮素充足條件下保持對(duì)子粒氮素的高貢獻(xiàn)率,這可能是其形成子粒高蛋白特性的原因之一。2.3不同施氮量對(duì)京冬8植株葉片全氮含量的影響不同子粒品質(zhì)類型冬小麥葉片全氮含量隨生育時(shí)期變化消長(zhǎng)的總體趨勢(shì)一致(圖1),開花期以前均以N1處理葉片全氮含量最高,NO處理葉片全氮含量保持較低,開花后各處理葉片含氮量差異不大。開花前京冬8葉片含氮量高于9507,開花后則反之。9507后期葉片全氮下降速度慢于京冬8。與15N同步測(cè)定的葉片全氮含量結(jié)果(表6)表明,旗葉展開到開始灌漿這一階段,除倒三葉外,京冬8其他葉位葉片全氮含量下降速度快于9507,灌漿中期(05-15-05-29)9507各葉位葉片全氮含量下降速度則快于京冬8,灌漿后期京冬8又快于9507。9507各葉位葉片間全氮含量差異小于京冬8。表7顯示9507開花前同化量、總同化量均高于京冬8,而京冬8的運(yùn)轉(zhuǎn)效率和氮素收獲指數(shù)高于9507,9507在不同施氮量處理下植株氮素狀況的變化幅度不如京冬8明顯。又由表8的子粒品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果可知,9507品種的子粒主要品質(zhì)指標(biāo)均高于京冬8,尤其蛋白質(zhì)、沉降值兩指標(biāo)。m1全生育期葉片氮素含量變化趨勢(shì)由以上結(jié)果可以推斷,在不同施氮量處理下,京冬8各處理的植株氮素營(yíng)養(yǎng)狀況差異明顯,而9507對(duì)土壤氮素的“忍耐能力”則比較強(qiáng)。京冬8開花前葉片含氮量高于9507,而其植株氮素積累量則低于9507,由此可知,9507莖稈等非葉器官中貯存的氮素比京冬8要多。京冬8后期葉片氮素含量下降快,植株氮素含量低,而其轉(zhuǎn)運(yùn)效率高,因而有較高的氮素指數(shù),9507子粒中高的蛋白質(zhì)含量是由于其高吸收、高貯存的結(jié)果,后期其葉片氮素含量與京冬8差異不大,因而其子粒蛋白質(zhì)的積累來自非葉器官氮素的比例較大。3小麥品種對(duì)子粒養(yǎng)分含量的影響楊根海同位素示蹤試驗(yàn)結(jié)果表明,開花后吸收的氮素絕大部分(82%～95%)沉淀在子粒中。王福鈞等在研究水稻施肥中也發(fā)現(xiàn)類似情況。前期植株體內(nèi)的氮素是開花期植株氮素的基礎(chǔ),考察全生育期植株的氮素積累變化動(dòng)態(tài)及其運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律有助于全面掌握小麥氮素營(yíng)養(yǎng)狀況信息,為優(yōu)質(zhì)栽培管理提供可靠依據(jù)。在挑旗期對(duì)不同葉位葉片進(jìn)行15N標(biāo)記的結(jié)果表明,旗葉氮素輸出較多,對(duì)子粒的貢獻(xiàn)較大,倒二葉、倒三葉等下位葉片吸收的氮素在自身體內(nèi)殘留較多。品種間相比,9507各葉位葉片氮素吸收差異不大,而京冬8各葉位葉片間氮素含量則存在明顯差異,9507非葉器官中吸收積累的氮素也多。魏愛麗等研究認(rèn)為,小麥非葉器官在整體光合中的作用不容忽視,本研究揭示,9507品種非葉器官是其主要的氮素貯藏庫(kù),其中貯存的氮素對(duì)其子粒品質(zhì)的形成起著