Crop J. | 水稻根系形态和生理对氮肥的响应及其与产量的关系

根系形态和生理对水稻地上部生长和产量形成有影响。然而，不同氮素敏感性水稻品种根系形态和生理的差异及其与产量的关系尚不清楚。在这项研究中，使用了多年试验中氮敏感性不同的水稻品种。为研究施氮量(0、90、180、270和360 kg/ha)对根系形态、根系生理和籽粒产量的影响，进行了田间试验。在抽穗期进行根茎切除和外源施6-苄基腺苷(6-BA)盆栽试验，进一步验证上述效果。本研究的目的是(i)研究施氮量对不同氮敏感性水稻品种籽粒产量的影响，(ii)比较不同氮敏感性水稻品种根系形态(根系干重、根数和根长)和生理特征(根系氧化活性和根中Z + ZR含量)。(iii)观察抽穗期除根和外源6-BA处理对不同氮敏感性水稻品种产量和根系生理的影响。该研究将揭示水稻根系形态生理与产量的关系，为氮素高效高产栽培和氮素高效水稻品种的鉴定提供理论和实践依据。

试验设计

本研究建立了两个实验。试验1旨在研究不同氮敏感性水稻品种根系形态生理差异及其与产量的关系。试验2旨在研究抽穗期根系切除和外源6-BA处理对不同氮敏感性水稻品种籽粒产量和根系生理的调节作用。

试验1(田间试验):施氮量对不同氮敏感性水稻品种籽粒产量、根系形态和根系生理的影响。

本试验于2013 - 2017年在江苏省扬州大学某农场(32°30′n, 119°25′e)水稻生长季节(5 - 10月)进行。土壤为沙质壤土。在田间试验中鉴定了4个水稻品种对氮肥的不同反应。籼稻品种为天优花展(TYHZ, NSV)和两优培九(lyypj, NIV)，粳稻品种为菱香优18号(LXY-18, NSV)和宁粳1号(NJ-1, NIV)。每年在苗床上育苗，播种日期为5月10日至12日，移栽日期为6月9日至11日，每山1株，间距为0.20 × 0.20 m。移栽前，施磷(30 kg ha−1，过磷酸盐)和钾(40 kg ha−1，KCl)。4个品种抽穗期(50%)均为8月15-18日。这些植物是在10月10日至12日收获的。采用三重复随机完全区组设计。地块面积为5 × 6 m，以0.50 m深的塑料薄膜屏障隔开。施氮量分别为0、90、180、270和360 kg ha−1。在移栽前、分蘖早期、穗初分化和穗初分化4个阶段分别施氮50%、10%、20%和20%。

试验2化学氮减施潜力(盆栽试验):抽穗期除根和外源6-BA处理对不同氮敏感性水稻品种产量和根系生理的影响。

盆栽实验于2018年在实验1使用的田地旁边进行，并于2019年重复进行。根系切除处理的主要目的是确定水稻是否存在根系生长冗余现象及其对根系生理的影响。选用TYHZ (NSV)和lyypj (NIV)两个籼稻品种。花盆直径25厘米，高30厘米，每个花盆中有15公斤筛过的细土(取自田间试验的土壤)。播种日期为5月11-12日，移栽日期为6月8-9日。每盆3穴，每穴育苗1株，移栽育苗。每盆施氮(6 g /盆，以尿素形式)，施氮比例和时机与试验1相同。移栽前，基肥施KH2PO4 0.5 g pot - 1。

选择水稻生长相似的盆栽，切除根系，抽穗期施用外源6-BA。每个水稻品种分别切除1/10和1/8根。拔根时，每穴均以植株在土壤表面的中心为基础进行拔根，插入角度分别为36°和45°。将一把30厘米长的西瓜刀以选定的角度垂直插入土壤中，切断该地区的水稻根系。水稻根系切口横切面和纵切面示意图如图S1所示。6-BA对部分花盆进行根治处理。每盆根部用2 L 0.01 mg L−1 6-BA溶液灌溉，干燥后继续自来水灌溉。对照(CK)采用不切除根或外源6-BA的处理。有5个处理和处理组合:CK、切除1/10根、切除1/8根、切除1/10根后施外源6-BA、切除1/8根后施外源6-BA。每个品种各施20盆，其中6盆用于破坏取样，10盆用于收获。

主要图表

图1 5种施氮量下不同氮敏感性籼稻(A、C、E)和粳稻(B、D、F)抽穗期根系干重(A、B)、根长(C、D)、根数(E、F)。

图2 不同氮(N)敏感性籼稻(A、C)和粳稻(B、D)抽穗期根系氧化活性(A、B)和根系玉米素(Z) +玉米素核苷(ZR)含量在5种施氮量下的比较。

图3 不同氮敏感性水稻品种根系形态生理指标与籽粒产量的相关性

图4 籼稻(A)和粳稻(B)在5种施氮量下氮素敏感性不同，籽粒产量相同时，抽穗期根系干重是必需的。

图5 籼稻TYHZ (A、C、E)和lyypj (B、D、F)在根茎切除和外源6-BA处理下的籽粒产量(A、B)、实粒(C、D)和粒重(E、F)。

图6 在去除根系和外源6-BA处理下，籼稻品种TYHZ (A、C、E)和lyypj (B、D、F)抽穗后20 D，根系的氧化活性(A、B)和玉米素(Z) +玉米素核苷(ZR)含量。

主要结论

不同水稻品种对施氮量的响应差异较大。低施氮量条件下，无生成株产量较高，无生成株高产所需的施氮量较高。NIV的根系生物量(根干重、根数和根长)较大，而NSV的根系活性(根系氧化活性和根中Z + ZR含量)旺盛。外源6-BA的施用提高了非生枯病根切除后的根系活力，减少了产量损失。根茎切除对籽粒产量影响不大，提示无根茎生长冗余。在低施氮条件下，选择根系活性高的水稻品种或通过栽培措施提高根系活性，可同时提高水稻产量和氮素利用效率。