为明确低氮胁迫对燕麦(Avena sativa)苗期生长的影响，选育耐低氮能力强的燕麦种质，本研究采用苗期水培法，分析了19份燕麦种质资源在常规氮(2 mmol·L~(-1) NH_4NO_3)和低氮(0.2 mmol·L~(-1) NH_4NO_3)处理下的生物量及耐低氮系数，初步筛选出5份耐低氮种质和5份低氮敏感种质。进一步复筛测定10份燕麦种质资源的叶绿素含量、生物量和根系形态构型等11项指标。结果表明：低氮胁迫下，植株茎叶干重、株高、叶片SPAD值显著降低(P <0.05)，根干重、根冠比、根体积、根表面积和根尖数显著增加。结合方差分析、主成分分析和相关性分析得出，株高、茎叶干重、根干重、根表面积和根尖数可作为评价燕麦低氮耐受性的指标。根据耐低氮综合评价值(D)，筛选出2个耐低氮种质ZY004067和ZY004068,3个氮敏感种质ZY004085、ZY004101和ZY004093。

为研究小麦苗期性状与耐低氮性的遗传相关性,利用24份小麦品种,采用水培的方法,在低氮(0.4mol/L)和正常氮(4mmol/L)条件下,测定四叶期株高(PH)、根长(RL)和根条数(RN)等23个氮效率相关指标,利用各指标耐低氮指数进行主成分分析,采用隶属函数法计算综合评价值(D),通过系统聚类筛选耐低氮品种;同时联合分析氮效率相关性状遗传相关系数与遗传力确定育种中间接选择性状指标。结果表明:1)24个小麦品种被分为耐低氮型、中间型和低氮敏感型三类;其中耐低氮型品种包括长武89(1)3-4、安85中124-1、单R8093、平阳348和昌乐5号;低氮敏感型包括旱选12、白齐麦、烟农19号、陕225-9、晋麦33和中大91-品9;其余13个品种属于中间型。2)低氮胁迫条件下(分蘖数)TN、(叶宽)LW、(根鲜重)RFW、(茎叶鲜重)SFW、(植株总鲜重)PFW、(茎叶氮素积累量)SNA、(植株氮素积累量)PNA与耐低氮性综合评价值(D)之间的遗传相关、环境相关及表型相关均达到显著或极显著水平,正常氮处理下(叶面积)LA和(茎叶干重)SDW与D值之间的遗传相关、环境相关及表型相关均达到显著或极显著水平。3)在育种过程中,低氮条件下选择LW、RFW和PFW等性状;而正常供氮条件下选择LA、(植株总干重)PDW和(根氮素积累量)RNA等性状可以对小麦耐低氮性的选择取得较好的效果,选择效率较高。

【目的】评价不同蚕豆种质材料的耐低氮能力，以期筛选氮高效利用的蚕豆材料。【方法】以320份国内外蚕豆种质为试材，采用水培法观测不同种质在低氮(0 mmol/L)和正常氮(10 mmol/L)处理下的苗期缺氮症状，初步筛选耐低氮和氮敏感种质，并通过对其生理指标测定探究其在低氮水平下的生理响应机制。【结果】青皮胡豆、638、宁波川等11份材料缺氮症状较轻，其植株生长健壮、叶色正常，为耐低氮种质。357、475、428等180份材料表现为中度或者较轻的缺氮症状，植株叶片小而薄底部叶片开始变黄。402、926、细米胡豆等129份材料表现为重度缺氮症状，叶色变黄，生长受到明显抑制。对3份耐低氮和3份氮敏感种质进行生理指标测定，发现6份蚕豆种质的丙二醛含量低氮条件下相较正常氮均表现为明显上升，过氧化氢酶、谷氨酰胺合成酶低氮条件下相较于正常氮对照均出现明显下降，低氮敏感型种质的硝酸还原酶活性呈下降趋势，耐低氮种质则呈上升趋势。【结论】硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、过氧化氢酶可作为筛选蚕豆种质耐低氮的指标，本研究筛选出1份极耐低氮种质青皮胡豆与1份低氮敏感种质402,对建立蚕豆耐低氮评价体系、选育耐低氮胁迫蚕豆新种质、提高氮素使用效率从而减轻农业污染具有重要意义。

采用水培培养的方式,比较Ca3(PO4)2模拟低磷胁迫下3种氮处理(NO3--N、NH4+-N和NO3--N与NH4+-N等体积混合)对玉米生物学特性及磷素吸收的影响。结果表明:当营养液中以Ca3(PO4)2形式供应磷素时,与对照(以KH2PO4形式供应磷素)相比,3种供氮处理玉米的整株生物量分别降低20.6%、12.9%和15.4%;同化物在根、茎和叶的分配也发生明显变化,表现为根冠比、根体积和茎叶比升高,其中硝态氮处理的根冠比升幅最大;对叶片生长的抑制作用最为明显,表现为叶片生物量和总叶面积显著降低,其中铵态氮处理的玉米植株叶面积和光合速率下降幅度最低;硝态氮处理的植株磷吸收量下降幅度最大...

【目的】定位盐胁迫下调控小麦苗期性状的QTL位点,为分子标记辅助选择小麦耐盐性状提供基因位点和连锁标记。【方法】以小偃54×京411重组自交系群体为材料,在盐胁迫条件下检测调控小麦苗期MRL、RDW、SDW和TDW及其相对性状的QTL位点。【结果】共检测到调控小麦苗期4个性状及其相对性状的25个QTL位点,分布在1A、2A、2D、3A、4A、4B、5B、5D、6B、7A和7B共11条染色体上,贡献率在4.4%—25.5%。其中有15个QTL位点成簇分布于3A、4A、4B、5B、5D染色体的5个遗传区间,其余10个QTL位点各自分布于不同的染色体区段。检测到的5个贡献率大于10%的位点分别位于3...

水稻低氮相关性状的遗传分析对研究氮素吸收和利用效率及培养耐性品种具有重要意义。缺氮是限制作物生长和产量提高的重要因素。利用一套以９３１１为遗传背景携带日本晴置换片段的染色体片段置换系为材料，对低氮胁迫下水稻苗期性状进行了ＱＴＬ定位。共定位到高氮和低氮下株高、主根长、根干质量、苗干质量和总干质量及其相对性状的４４个ＱＴＬｓ，其中２种氮水平下检测到２８个ＱＴＬｓ，低氮与高氮相对性状检测到１６个ＱＴＬｓ。检测到２个ＱＴＬ热点区，聚集了不同氮水平及其相对性状的多个ＱＴＬｓ，通过搜索预测基因，发现这２个区域包含氮代谢的关键基因，说明极有可能是氮吸收和利用相关基因控制了这些ＱＴＬｓ的表达。以上结果将为利用．．．

为了挖掘耐低氮大麦种质资源。采用水培试验,设正常供氮和低氮胁迫2个处理,通过根长、株高、分蘖数和干质量等指标对19份大麦地方品种的耐低氮特性进行筛选和鉴定。方差分析表明,各性状在不同供氮水平和品种间均有极显著差异,并且供氮水平和品种间的互作作用达到极显著水平,表明低氮胁迫水平设置合理,各品种也表现出对低氮胁迫反应不同。变异分析表明,2种供氮条件下大麦的分蘖数和干质量变异系数均较大,说明这些指标在品种间的差异明显,较适合作为耐低氮筛选指标,而株高性状受基因型差异的影响较小,不适合作为耐低氮品种筛选指标。相关性分析表明,正常供氮条件下,大麦干质量与其他指标均呈极显著正相关,低氮胁迫下,也表现出了相似的趋势,只是相关性程度有所下降,并且地上部干质量与根长、分蘖数仅呈显著正相关关系。鉴于生物量在耐低氮鉴定评价中的重要作用,对低氮胁迫和正常供氮条件下大麦的地上部干质量进一步进行比较,t测验表明,大麦品种B929、B942、B945、B968和B974在正常供氮和低氮胁迫间地上部干质量无明显差异,说明这5个大麦品种具有较强的耐低氮能力,同时该判断标准也弥补了仅利用相对值来判断耐低氮性的不足。另外,研究大麦地上部干质量指标和氮素吸收利用相关指标在耐低氮中的关系,发现同时考虑氮素吸收和利用相关性状才可能对大麦品种耐低氮性进行判断。

磷素缺乏限制作物产量的提高,水稻低磷胁迫下根系伸长性状的遗传研究,对选育耐低磷品种具有指导意义。利用一套以9311为遗传背景携带日本晴置换片段的染色体片段置换系为材料,对低磷胁迫下水稻苗期主根伸长性状及相对性状进行了QTL定位。结果表明,两亲本及置换系群体对低磷反应存在明显差异。共定位到9个QTLs,其中正常水平下2个,低磷胁迫水平下4个以及3个相对性状QTLs。9个QTLs中有5个QTLs的加性效应值为负,效应来源于低磷敏感亲本日本晴,其余4个QTLs的加性效应值为正,效应来源于耐低磷亲本9311。在低磷根长和相对性状中共同检测到一个QTL,位于水稻第5染色体上,该位点没有磷相关QTL的报道...

为探讨土壤盐分含量与小麦生长的关系,选用永良4号,通过盆栽试验,研究了在不同盐分离子种类NaCl,Na2SO4,NaCl+Na2SO4,7个盐分水平(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%,0.6%,0.7%)条件下小麦苗期的生长情况。结果表明,随着土壤盐浓度的升高,小麦的出苗率、株高均有所下降。NaCl对小麦的胁迫作用最大,NaCl+Na2SO4次之,Na2SO4最小。低浓度盐胁迫对小麦根的生长有一定的刺激作用,但随着盐浓度的增加,盐分对根的生长产生了抑制作用,但作用均比较小,并且与地上部分相反。试验结果将对盐渍化耕地小麦生产有重要的参考价值。

【目的】干旱与半干旱地区的水肥资源贫乏，而小麦不同基因型间的磷效率差异很大，因此，鉴选耐低磷种质、挖掘磷代谢遗传位点有助于小麦的遗传改良。【方法】以282份山西小麦品种为材料，在正常磷（0.2 mmol·L~(-1)）、中度低磷（0.1mmol·L~(-1)）和低磷胁迫（0.01 mmol·L~(-1))3个磷浓度条件下对苗期根部鲜重、茎叶部鲜重、植株鲜重、根部干重、茎叶部干重、植株干重，最大根长、总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数共12个形态指标进行考查，运用主成分分析、隶属函数分析及聚类分析等方法综合评价苗期不同品种的耐低磷特性，在此基础上，分析苗期性状演变趋势及生物量分配等特征，并利用全基因组关联分析挖掘小麦耐低磷位点。【结果】苗期不同性状对低磷的响应程度不同，磷浓度降低导致生物量分配策略发生变化，与根部生长情况比较，地上部生长受磷浓度变化影响小；磷浓度降低会抑制地上部生长，地上部干重和鲜重显著降低，而低磷促进了根系生长，根部干重和鲜重、最大根长、总根长、根体积和根尖数等指标显著增加。根据耐低磷综合D值与形态指标相关分析发现最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标，D值聚类分析筛选到晋麦46、晋麦61、有芒大红茎、红秃麦、红和尚、白壳红、白线麦、火烧头和白山麦共9份耐低磷品种。性状演变分析发现品种耐低磷能力没有受到直接选择。耐低磷能力随年代变化先降后升，2010年之前品种耐低磷能力呈下降趋势，2010年后品种耐低磷能力有所提升。关联分析检测到8个R ~2>10%的稳定位点，其中，1A＿545074550、2B＿489279799、6A＿166899658和6A＿273060644未见报道。【结论】苗期最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标。通过综合评价山西小麦苗期耐低磷能力，筛选到9份耐低磷品种。在1A、2B和6A染色体上检测到4个与耐低磷相关的新位点。

从营养学角度了解不同耐低磷水稻基因型在低磷胁迫时各基因型对氮、磷、钾3大营养元素的吸收能力及利用能力的差异。结果表明,水稻各基因型对低磷胁迫的适应能力与氮肥、钾肥的吸收量相关不显著,与磷肥的吸收量达显著负相关,即低磷胁迫下耐低磷基因型吸收磷肥量较正常磷处理下明显增加,低磷敏感基因型吸收磷肥量较正常磷处理下明显减少;水稻各基因型植株含氮量与氮效率、植株含磷量与磷效率、植株含钾量与钾效率之间均无显著相关性。根据植株肥料利用效率(干重/含肥量)将水稻不同基因型分为4类:Ⅰ增效型、Ⅱ受抑制型、Ⅲ钝感型、Ⅳ互作型。在耐低磷基因型筛选时应选择肥效类型属Ⅰ型和Ⅳ互作型中磷肥利用效率较正常磷处理下增加的水稻基...

本试验利用两种不同氮效率杂交稻品种(氮高效品种德香4103和氮低效品种宜香3724),采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟水分胁迫,比较分析不同氮素浓度(N0、N1、N2分别为0、2.5、5 mmol/L)和不同水分胁迫(P0、P1、P2分别为0、5%、10%)条件下,不同氮效率杂交稻苗期在生理指标和农艺性状上表现的差异。结果表明,在不施氮水平,各品种的生理指标、农艺性状明显低于施氮水平,且两品种的光合色素、可溶性糖、脯氨酸含量、氮积累量、苗高和茎粗随水分胁迫程度的增加呈递减趋势;在施氮水平,随水分胁迫程度的增加,德香4103的光合色素、可溶性糖含量(除N2水平下降低)增加,脯氨酸含量先减后增...

【目的】探讨两种磷素供应下小麦植株对干旱胁迫的适应性机制及复水后的反应,为揭示小麦水磷互作机制及培育抗逆、磷高效的小麦品种提供理论基础。【方法】本研究采用新疆冬小麦主栽品种新冬23号为参试材料,采用离子组和代谢组学分析方法,研究了低磷(0.05 mmol·L~(-1),LP)和常规磷(1.0 mmol·L~(-1),CP)水平培养下,小麦植株对干旱胁迫(0、3、5、7 d)及复水3 d的反应。【结果】LP处理下小麦根系浓密。干旱胁迫0 d到7 d再到复水3 d,CP处理的地上部和整株干重呈先升后降的趋势,但LP处理则呈现先升高后降低再升高的趋势。复水3 d后,LP处理根系总体积上升率显著高于CP处理,而LP处理根系DNA含量下降率为21.7%,显著低于CP处理。离子组分析表明,与CP处理相比,LP处理中根系大部分元素含量下降,地上部大部分上升。代谢组分析表明,CP处理对干旱胁迫更加敏感,其中干旱胁迫对CP处理地上部影响大于根系。随着干旱胁迫时间的延长,对氨基酸、脂肪酸和萜类物质的代谢影响更大。【结论】低磷供应的小麦植株对干旱胁迫的敏感性降低,适应性更强,复水后恢复能力强于正常磷供应,其主要原因是根系形态的改变、离子平衡的重排以及氨基酸和脱落酸代谢的改变,以调节渗透平衡,维持细胞内离子稳态,增强了对干旱胁迫的耐性。

【目的】探究不同氮素供应环境下与小麦苗期生物量及氮效率相关性状显著关联的SNP位点,预测相关候选基因,为小麦氮效率的基因克隆及其在育种中的应用提供参考。【方法】以134个小麦品种(系)组成的群体为供试群体,设置低氮、正常氮和高氮3个处理,各处理重复4次,并在2年(2013和2014年)进行了2次完全重复的营养液培养试验。试验对小麦苗期生物量及氮效率相关的14个性状进行了表型鉴定,采用MLM+K+Q混合线性模型,利用90K SNP芯片对小麦生物量及氮效率相关性状进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),获得显著关联的SNP位点。【结果】与正常氮处理相比,低氮处理条件下,根系、地上部及植株氮含量和氮积累量均显著下降,而根生物量和根、植株氮效率均显著增加,高氮处理下,几乎所有鉴定性状均显著增加;14个性状的广义遗传力均在40%以上,其中,植株总干重的遗传力最高(95.73%)。利用9 329个SNP标记进行关联分析,共检测到838个SNP标记位点与供试材料的14个性状存在显著关联(P≤0.001),分布在21条染色体上。有435个(51.91%)SNP标记位点仅在一个关联分析环境中被检测到;有403个位点至少在2个处理环境(包含均值环境)中被检测到与同一性状显著关联(稳定关联标记)。其中8个SNP标记位点至少在3个环境中被检测到。在4个环境下(包括均值环境)均检测到的稳定关联位点有2个:Kukri_c65481_121和tplb0025f09_1052,分别与植株总氮利用效率(total nitrogen use efficiency of plant,TNUE)和根系总氮利用效率(root nitrogen use efficiency,RNUE)显著关联;同时与至少6个性状(生物量及养分效率相关性状)显著关联的SNP标记位点共5个,分别位于1A、1B(3)和2A染色体上;根据小麦基因组注释及LD衰减水平,在同时定位了6个性状的5个SNP位点和2个多环境(4个环境)稳定关联的SNP位点的214 kb的基因组区域中共筛选候选基因84个,根据已知克隆氮效率基因的编码蛋白类型、候选基因功能注释信息及利用植物比较基因组学资源库蛋白序列同源比对分析,筛选到3个候选基因与生物量及氮效率相关。【结论】不同氮素处理显著影响小麦苗期生物量、氮效率相关性状及其相关QTL的表达,大多数SNP位点仅在1个氮素检测环境中被检测到,但也存在环境稳定性较强的位点。生物量及氮效率相关性状之间存在显著相关关系,并在一定程度上受到相同的QTL/基因控制。

【目的】探讨不同基因型高粱氮素吸收效率和利用效率及其差异机制,研究低氮胁迫对不同基因型高粱叶片无机氮含量和氮同化酶活性的影响,为耐低氮型高粱品种的选育提供理论依据。【方法】采用盆栽试验,选取2个低氮敏感型高粱(冀蚜2号和TX7000B)和2个耐低氮型高粱(SX44B和TX378)为试验材料,设置高氮(0.24g·kg-1风干土)和低氮(0.04 g·kg-1风干土)2个处理,分别在挑旗期和灌浆期测定高粱叶片NO3--N、NO2--N及NH4+-N含量和硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(Ni R)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性,分析不同基因型高粱在2个氮处理下的氮效率相关指标及其差异。【结果】(1)不同基因型高粱籽粒产量对低氮的响应不同,低氮处理显著降低了冀蚜2号和TX7000B的籽粒产量,与高氮处理比较分别降低13.87%和19.25%,但没有降低SX44B和TX378的籽粒产量。(2)与高氮处理比较,低氮处理的相对籽粒氮累积量、相对植株氮累积量和相对氮收获指数不能表征各基因型高粱是否具有耐低氮特性;但相对低氮敏感型高粱,耐低氮型高粱在低氮处理下有着较高的相对氮肥偏生产力和相对氮素利用效率。低氮处理下SX44B和TX378的氮肥偏生产力是高氮处理的6.19和7.49倍,而冀蚜2号和TX7000B则分别为5.17和4.85倍;低氮处理下SX44B和TX378的氮素利用效率是高氮处理的1.84和1.85倍,而冀蚜2号和TX7000B则分别为1.67和1.35倍。(3)通径分析表明,高氮处理下,植株氮累积量和氮素利用效率对籽粒产量贡献相同;而在低氮处理下,氮素利用效率对籽粒产量关联作用更大。(4)高粱的叶片无机氮含量不能表征高粱是否具有耐低氮特性,灌浆期叶片无机氮含量较挑旗期显著降低。(5)与高氮处理比较,低氮处理时冀蚜2号和TX7000B叶片中NR、GS和GOGAT活性显著降低,SX44B酶活性变化不显著,而TX378叶片中GS活性增加。【结论】耐低氮型高粱在低氮胁迫时有着较高的相对籽粒产量和相对氮素利用效率。低氮胁迫时叶片较高的氮同化酶活性是高粱耐低氮的生理基础。发掘和利用低氮条件下具有较高的叶片氮同化酶活性和氮素利用效率的高粱种质资源,有助于提高耐低氮高粱品种的培育效率。