不同类型冬小麦品种叶位氮素吸收、转运研究

不同类型冬小麦品种叶位氮素吸收、转运研究

已经进行了15吨的位相学和有用研究。陈佑良等应用15N示踪研究小麦施肥问题时,提出了利用栽培措施提高小麦品质的设想。杨根海等研究了植株后期(开花后)氮素吸收和积累规律及其与子粒品质的关系。王伯群等用15N就不同土壤水分条件下小麦对氮的吸收利用进行了研究。尚兴甲等利用15N研究了氮素在冬小麦体内的分配、土壤残留及挥发情况。利用15N标记方法进行不同叶位氮素分配动态变化的研究尚未见报道,本研究以不同土壤施氮处理冬小麦为材料,利用15N叶面涂抹的方法研究不同叶位叶片吸收氮素在植株体、特别是“叶片—叶鞘茎秆—颖壳穗轴一子粒”的分配动态,以期明确不同品质类型小麦品种的氮素运转规律,为利用这一规律制定优质栽培措施以及通过遥感技术监测、预测小麦品质提供依据。1材料和方法1.1粒径和速钾试验于2001-2002年在北京市农林科学院农场进行,供试地块土壤为潮土,0～20cm土层内养分含量为:有机质17.9g/kg,全氮0.93g/kg、碱解氮63.2mg/kg、有效磷117.7mg/kg、速效钾165.0mg/kg。试验设3个施肥处理:N0:全生育期不施氮;N1:返青期和拔节期各施纯氮120kg/hm2;N2,拔节期和孕穗期各施纯氮120kg/hm2,水分管理按常规进行。供试品种为北京地区推广面积较大的子粒高蛋白型品种中优9507(以下简称9507)和普通子粒蛋白型品种京冬8。15N标记于旗叶展开后进行,标记时用海绵块吸取一定量3%的15N尿素(15N丰度为5%,上海化工研究院生产)溶液,沿叶基部到叶尖方向轻轻擦拭,使溶液均匀分布于叶片上、下两面。每处理均分标记旗叶、标记倒二叶和标记倒三叶3种处理,标记于2002年4月25日进行。1.2测量设计和方法1.2.1优化项目总同化量及工作效率等公式计算每处理各叶位取50片叶烘干、粉碎,过0.3mm孔径筛,凯氏定氮法测定叶片全氮含量。氮素同化量、运转效率等参照杜金哲等公式计算:(1)开花前氮同化量=开花时叶、茎、穗部氮的总和;(2)总同化量=成熟时叶、茎、穗部和子粒氮的总和;(3)氮素运转量=(1)-成熟时叶、茎、穗部氮的总和;(4)运转效率(%)=(3)/(1)×100%;(5)氮素收获指数(%)=子粒氮/(2)×100%。1.2.2n丰度测定称取烘干样品0.3g置于消化试管内,加浓H2SO44mL,催化剂混合物(K2SO4:Se=500:1)2g,消化8h,用0.01mol/L稀H2SO4吸收,FinnignaMAT251同位素质谱仪测定15N丰度。鉴于本试验只考虑叶片吸收氮素向子粒运转的规律,因此植株体内15N含量未包括流向根系的部分,以子粒、茎秆、叶片、颖壳(含穗轴)4部分15N量之和代表叶片吸收15N的总量。叶片中氮的运输和分配到各部分的比例用各部分中15N的量占吸收总量的比例来表示,各部分质量取恒值100mg。2结果与分析2.1不同取样时期的生物量表1显示两品种不同施氮水平下单位质量植株样中积累的15N量,结果表明,不同处理植株积累15N的量不同,涂抹后3d取样京冬8的3个处理以N0处理单位植株样中积累的15N最高,其高值一直持续15d,15d后骤然下降,直到收获前最后一次取样都保持最低;而N2处理除前15d外,其后均保持最高的15N积累。9507的N2处理一直保持最高的15N积累水平,其N0,N1不同取样时期互有高低。两品种各处理全部测定时期相比,均以涂抹后3d单位植株体内积累的15N最多,以后逐渐下降,说明叶面施用的氮素中一部分未形成生物量,京冬8以N0处理的流失最多,达31.55%,N2最少,为14.82%,9507则反之,其N2处理的流失最多,流失率为20.58%,N1最少,为14.43%。由于叶片15N处理是在不同土壤氮素处理基础上进行的,因而结果进一步显示,前期追氮或缺氮胁迫叶片的吸收功能较后期追氮的有所降低。2.2标记旗叶和子粒中15n含量的变化表2,3显示N2处理植株各部位15N占植株总吸收量的百分率,结果表明,标记后第3d,标记叶15N含量最高,然后逐渐下降,标记后20d,子粒灌浆后各部位中分配的15N趋于恒定。标记的前15d内,京冬8品种标记旗叶处理,以旗叶中15N含量最高,茎鞘、颖壳+穗轴次之,然后倒二叶、倒三叶;子粒开始灌浆后,子粒和茎鞘中积累量高于其他部位。标记倒二叶的,一直是标记叶中15N含量最高,子粒、颖壳+穗轴次之,倒三叶中最少。标记倒三叶的,标记叶15N含量一直最高,子粒灌浆初期其中的15N较少,但中后期则积累了较多的15N。9507品种标记旗叶处理,以旗叶和子粒中15N含量较高。标记倒二叶的,一直是标记叶中15N含量最高,子粒灌浆前中期,颖壳+穗轴的15N含量高于子粒,直到后期子粒才高于其他部位。标记倒三叶的与标记倒二叶的趋势相同。比较表2,3可知,京冬8标记旗叶的在各部位中分配较为均匀,标记倒二叶、倒三叶的在标记叶中残留较多。9507标记旗叶和倒二叶的分配规律相差不大,而标记倒三叶的则在标记叶中残留较多。所有标记处理的茎鞘、颖壳+穗轴中都积累有较多的15N,说明在子粒灌浆过程中,茎鞘、颖壳+穗轴作为氮素“临时贮藏库”能就近为子粒提供氮素营养。除涂抹后第3d外,其余各次测定结果均显示9507茎鞘、颖壳+穗轴等器官中吸收积累的15N高于京冬8。由表4,5可以看出,以子粒中积累的15N占最高吸收量的比例计算,京冬8的NO和N1处理均以标记旗叶的子粒15N百分比最高,而N2处理的规律不如NO和N1明显,可能是N2处理后期土壤氮素充足,植株体内氮素也趋于饱和,使功能相对旺盛的旗叶叶片氮素向子粒的运转输出量相对减少。同时,三种标记叶位平均以N2处理的百分数最高,说明后期的土壤施氮素处理尽管容易引起旗叶输出量的下降,但总体上有利于京冬8氮素向子粒中运转。衰59507子粒积累15N占总最高积累量的比率%95073种处理均以标记旗叶的子粒15N百分数最高,标记倒三叶的最低,3种标记叶位平均则以N1处理的子粒中积累的15N百分数最高。两种类型品种相比,9507的规律性较为明显,不论土壤氮素处理如何,均以标记旗叶的子粒15N百分数最高,标记倒三叶的最低,子粒发育过程中的各次测定具有很高的一致性。结果说明9507对土壤氮素处理的反应不如京冬8明显,尤其是旗叶在后期土壤氮素充足条件下保持对子粒氮素的高贡献率,这可能是其形成子粒高蛋白特性的原因之一。2.3不同施氮量对京冬8植株叶片全氮含量的影响不同子粒品质类型冬小麦叶片全氮含量随生育时期变化消长的总体趋势一致(图1),开花期以前均以N1处理叶片全氮含量最高,NO处理叶片全氮含量保持较低,开花后各处理叶片含氮量差异不大。开花前京冬8叶片含氮量高于9507,开花后则反之。9507后期叶片全氮下降速度慢于京冬8。与15N同步测定的叶片全氮含量结果(表6)表明,旗叶展开到开始灌浆这一阶段,除倒三叶外,京冬8其他叶位叶片全氮含量下降速度快于9507,灌浆中期(05-15-05-29)9507各叶位叶片全氮含量下降速度则快于京冬8,灌浆后期京冬8又快于9507。9507各叶位叶片间全氮含量差异小于京冬8。表7显示9507开花前同化量、总同化量均高于京冬8,而京冬8的运转效率和氮素收获指数高于9507,9507在不同施氮量处理下植株氮素状况的变化幅度不如京冬8明显。又由表8的子粒品质指标测定结果可知,9507品种的子粒主要品质指标均高于京冬8,尤其蛋白质、沉降值两指标。m1全生育期叶片氮素含量变化趋势由以上结果可以推断,在不同施氮量处理下,京冬8各处理的植株氮素营养状况差异明显,而9507对土壤氮素的“忍耐能力”则比较强。京冬8开花前叶片含氮量高于9507,而其植株氮素积累量则低于9507,由此可知,9507茎秆等非叶器官中贮存的氮素比京冬8要多。京冬8后期叶片氮素含量下降快,植株氮素含量低,而其转运效率高,因而有较高的氮素指数,9507子粒中高的蛋白质含量是由于其高吸收、高贮存的结果,后期其叶片氮素含量与京冬8差异不大,因而其子粒蛋白质的积累来自非叶器官氮素的比例较大。3小麦品种对子粒养分含量的影响杨根海同位素示踪试验结果表明,开花后吸收的氮素绝大部分(82%～95%)沉淀在子粒中。王福钧等在研究水稻施肥中也发现类似情况。前期植株体内的氮素是开花期植株氮素的基础,考察全生育期植株的氮素积累变化动态及其运转规律有助于全面掌握小麦氮素营养状况信息,为优质栽培管理提供可靠依据。在挑旗期对不同叶位叶片进行15N标记的结果表明,旗叶氮素输出较多,对子粒的贡献较大,倒二叶、倒三叶等下位叶片吸收的氮素在自身体内残留较多。品种间相比,9507各叶位叶片氮素吸收差异不大,而京冬8各叶位叶片间氮素含量则存在明显差异,9507非叶器官中吸收积累的氮素也多。魏爱丽等研究认为,小麦非叶器官在整体光合中的作用不容忽视,本研究揭示,9507品种非叶器官是其主要的氮素贮藏库,其中贮存的氮素对其子粒品质的形成起着