不同基因型水稻氮效率的分類與評價(jià)

范淑秀+徐正進(jìn)+楊青川

摘要：選取東北地區(qū)76份不同基因型水稻為試驗(yàn)材料，通過田間試驗(yàn)對氮效率進(jìn)行分類和評價(jià)。結(jié)果表明，在兩個(gè)肥力水平下，不同水稻基因型的產(chǎn)量表現(xiàn)出顯著差異。根據(jù)產(chǎn)量變化情況，確定遼鹽2號、吉粳803、遼星1號等22份水稻材料為氮高效型水稻品種，通35、沈稻12、長白15等27份水稻材料為氮低效型水稻品種。相關(guān)分析表明，兩種肥力條件下產(chǎn)量與單位面積有效穗數(shù)都呈極顯著正相關(guān)；且施氮條件下，產(chǎn)量與每穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)，氮肥主要通過提高單位面積有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)來提高水稻產(chǎn)量。氮高效型水稻品種的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于氮低效型水稻品種。

關(guān)鍵詞：水稻；基因型；氮效率；分類；評價(jià)

中圖分類號：S511.2+2；S143.1+4；S147.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：0439-8114（2014）01-0016-04

Classification and Evaluation on Different Rice Genotypes with Nitrogen Use Efficiency

FAN Shu-xiu，XU Zheng-jin，YANG Qing-chuan

（Rice Research Institute of Shenyang Agricultural University /Key Laboratory of Northeast Rice Biology， Genetics and Breeding of Ministry of Agriculture /Key Laboratory of Northern Japonica Rice Breeding of Liaoning，Shenyang 110866，China）

Abstract：Seventy-six rice genotypes recently applied in northern China were used as materials and field experiment was conducted to classify and evaluate rice genotypes with different nitrogen use efficiency （NUE）. The results showed that there was significant difference of yield among different rice genotypes at two N levels. Based on grain yield variation under two nitrogen levels， 22 rice genotypes including Liaoyan No.2， Jijing 803， Liaoxing No.1 et al had N use efficiency and 27 rice genotypes including Tong 35， Shendao 12， Changbai 15 et al had low N use efficiency. Correlation between yield and yield components showed that yield were positively correlated with effective panicle number at 0.01 level under two N levels， and with grain number per panicle at 0.05 level under high N level. N agronomic efficiency and Partial factor productivity of applied N of rice genotypes with high N use efficiency were higher than those of rice genotypes with low N use efficiency.

Key words： rice； genotypes； nitrogen use efficiency； classification； evaluation

收稿日期：2013-05-10

基金項(xiàng)目：遼寧省博士啟動(dòng)科研基金項(xiàng)目（20111085）

作者簡介：范淑秀（1979-），女，山東濟(jì)寧人，講師，博士，主要從事水稻氮素高效利用和栽培生理研究，（電話）15940526275（電子信箱）

sxfan79@126.com；通訊作者，徐正進(jìn)，（電子信箱）xuzhengjin@126.com。

氮是影響作物生長的重要營養(yǎng)元素之一，氮肥在中國糧食生產(chǎn)中發(fā)揮了舉足輕重的作用。在中國水稻是最重要的糧食作物，稻谷產(chǎn)量占全國谷物總產(chǎn)的40%以上，對保證中國糧食安全有重要作用。隨著現(xiàn)代高產(chǎn)水稻品種的大面積推廣應(yīng)用，氮肥在水稻生產(chǎn)中已成為影響水稻產(chǎn)量的主要因素，其重要性僅次于水，但卻是水稻生產(chǎn)成本投入的主要部分。通過施用氮肥來增加水稻產(chǎn)量已經(jīng)成為一項(xiàng)基本的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施。為了獲得高產(chǎn)，生產(chǎn)上往往施用大量的氮肥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國稻田單季氮肥用量平均為180 kg/hm2，比世界平均用量高75%左右[1]。隨著氮肥用量的不斷增長，在提高產(chǎn)量的同時(shí)，氮肥大量和不合理施用造成了氮肥利用率下降、生產(chǎn)成本增加、環(huán)境污染等一些負(fù)效應(yīng)，這些問題越來越受到人們的關(guān)注[2-4]。

氮素高效利用型和耐低氮水稻品種的培育和推廣應(yīng)用是降低氮肥用量、有效利用氮素、減少環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本和提高稻米品質(zhì)的有效途徑之一[5]。大量研究表明，水稻氮素利用效率存在顯著的基因型差異[6-9]。在現(xiàn)有水稻品種中存在著豐富的不同氮素利用效率種質(zhì)資源，充分利用這些種質(zhì)資源，可以篩選和培育出氮高效型水稻品種。本研究以東北地區(qū)76份不同基因型粳稻為試驗(yàn)材料，在兩個(gè)供氮水平下研究了不同基因型水稻品種產(chǎn)量的變化情況，并對其進(jìn)行分類和評價(jià)，以期篩選出適宜東北地區(qū)的氮高效型水稻資源，為氮高效型品種的選育以及水稻氮高效栽培調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為東北地區(qū)種植的不同基因型粳稻76份，包括東北地區(qū)水稻品種67份：遼鹽16、營8433、遼鹽283、鹽粳68、遼恢190、沈恢32、沈稻9號、沈稻3號、沈稻6號、京租、吉粳800、臺(tái)粳9號、吉03-2843、沈稻12、沈農(nóng)265、沈農(nóng)9741、中遼9052、遼粳371、遼星1號、遼粳9號、千重浪-1、遼粳294、遼粳454、遼鹽241、遼粳326、鐵粳4號、遼粳5號、遼鹽2號、遼粳287、沈農(nóng)6014、通223、吉特639、吉粳88、長白13、吉粳66、品星1號、長白15、豐優(yōu)103、天井4號、富源4號、長白9號、吉豐10號、吉粳80、長白14、吉粳82、長白16、吉粳87、吉利520、吉粳502、吉生205、吉特617、九稻44、通35、吉粳67、特優(yōu)21、天井5號、組培22、吉粳95、吉粳94、長白18、延粳23、吉粳83、九稻46、吉粳803、長白19、吉玉粳、吉粳105；日本引進(jìn)水稻品種9份：農(nóng)林315、秋田小町、里歌、屜錦、沁待、越路早生、豐錦、秋光、藤系138。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗(yàn)田進(jìn)行，試驗(yàn)地土質(zhì)為沙壤土，0～20 cm土層全氮含量1.4 g/kg、全磷含量1.1 g/kg 、全鉀含量26.2 g/kg 、有機(jī)質(zhì)含量24.2 g/kg、pH 6.8。

大田采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，施氮水平為主區(qū)，品種為副區(qū)，主區(qū)內(nèi)各品種隨機(jī)排列，3次重復(fù)。施氮水平設(shè)不施氮和施純氮150 kg/hm2兩個(gè)處理。不同處理小區(qū)間用PVC板隔離，防止肥料滲漏串肥。氮肥為尿素，按基肥∶分蘗肥為1∶1施用。各處理P、K肥施用量和施用模式一致，均為過磷酸鈣375 kg/hm2、氯化鉀225 kg/hm2，且全部作為基肥一次性施入。4月中旬播種，營養(yǎng)土保溫旱育苗，5月下旬雙本插秧，移栽插植規(guī)格30.0 cm×13.3 cm，每個(gè)品種每個(gè)處理30穴。其他栽培管理同一般大田水稻生產(chǎn)。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

于齊穗期每個(gè)品種選取10穴調(diào)查單位面積有效穗數(shù)。成熟期按照平均單位面積有效穗數(shù)各處理取有代表性植株3穴進(jìn)行室內(nèi)考種，考察指標(biāo)為穗長、每穗總粒數(shù)、千粒重、谷重、草重等，并計(jì)算結(jié)實(shí)率、收獲指數(shù)和生物學(xué)產(chǎn)量；氮素農(nóng)學(xué)利用率=（施氮區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量）/施氮量；氮肥偏生產(chǎn)力=施 氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥處理對不同基因型水稻產(chǎn)量的影響

隨著氮肥的施用，水稻的產(chǎn)量顯著提高。由表1可知，在不施氮肥時(shí)，各品種產(chǎn)量變化范圍為

4 093.80～7 006.65 kg/hm2，平均值為5 414.25 kg/hm2，當(dāng)施用氮肥后產(chǎn)量為5 783.85～11 789.25 kg/hm2，平均值為7 820.40 kg/hm2，增幅約為44%。施用氮肥后產(chǎn)量變化幅度增大，施氮區(qū)產(chǎn)量最大值比最小值高103.83%，而不施氮區(qū)產(chǎn)量最大值比最小值高71.15%。在兩個(gè)供氮水平下產(chǎn)量最大值差異為

4 782.60 kg/hm2，最小值差異為1 690.05 kg/hm2，表明不同基因型水稻的產(chǎn)量對氮肥的響應(yīng)不同，供試材料存在廣泛的基因型差異。

2.2 不同基因型水稻氮效率分類與評價(jià)

根據(jù)不同基因型水稻在高氮和低氮水平下產(chǎn)量的平均值將其分為4個(gè)類型，即雙高效型、高氮高效型（低氮低效型）、低氮高效型（高氮低效型）和雙低效型，其中，雙高效型水稻基因型即為氮高效水稻基因型，雙低效水稻基因型即為氮低效基因型，而高氮高效型（低氮低效型）和低氮高效型（高氮低效型）水稻為中間型[10-12]。

根據(jù)2個(gè)氮肥水平下的平均產(chǎn)量將76個(gè)水稻品種分為3類（圖1）：①氮高效基因型，位于圖中Ⅰ區(qū)，此類品種在低氮和高氮水平下的產(chǎn)量均高于供試品種的平均值，包括遼鹽2號、吉粳803、遼星1號等22個(gè)品種；②中間型，位于圖中的Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)，此類品種在低氮水平下的產(chǎn)量低于供試品種的平均值，高氮水平下則相反，或者在低氮水平下的產(chǎn)量高于供試品種的平均值，高氮水平下則相反，包括沈農(nóng)6014、遼粳294、吉利520等27個(gè)品種；③氮低效基因型，位于圖中的Ⅲ區(qū)，此類品種在低氮和高氮水平下的產(chǎn)量均低于供試品種的平均值，包括通35、沈稻12、長白15等27個(gè)品種。

2.3 不同基因型水稻產(chǎn)量性狀分析

表2為不同水稻基因型產(chǎn)量及其構(gòu)成因素間在兩個(gè)氮肥水平下的相關(guān)系數(shù)，在不施氮條件下，產(chǎn)量與單位面積有效穗數(shù)和生物學(xué)產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重相關(guān)不顯著。施氮條件下，產(chǎn)量與單位面積有效穗數(shù)和生物學(xué)產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與每穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)，與其他產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)不顯著，表明氮肥主要通過影響單位面積有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)來影響水稻產(chǎn)量。

2.4 氮高效型與氮低效型水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

不論是氮高效型還是氮低效型水稻品種，施肥條件下的每穗粒數(shù)與不施肥條件下的每穗粒數(shù)差異較小，結(jié)實(shí)率和千粒重略低于不施肥條件，但單位面積有效穗數(shù)顯著高于不施氮處理（表3），說明施用氮肥能顯著提高單位面積有效穗數(shù)，進(jìn)而增加水稻單位面積的產(chǎn)量。在相同肥力條件下，氮高效型水稻品種的結(jié)實(shí)率和千粒重與氮低效型水稻品種差異不明顯，但每穗粒數(shù)和單位面積有效穗數(shù)顯著高于氮低效型水稻品種。以上結(jié)果表明，氮高效型水稻品種的產(chǎn)量優(yōu)勢主要體現(xiàn)在單位面積有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)上。

2.5 氮高效型和氮低效型水稻品種的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力

氮高效型水稻品種的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均高于氮低效型水稻品種（表4）。氮高效型水稻品種的平均氮肥農(nóng)學(xué)利用率和平均氮肥偏生產(chǎn)力分別為19.86 kg/kg和59.10 kg/kg，其中遼星1號的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力最高，分別為41.82 kg/kg和78.60 kg/kg。氮低效型水稻品種的平均氮肥農(nóng)學(xué)利用率和平均氮肥偏生產(chǎn)力分別為14.06 kg/kg和46.45 kg/kg，其中水稻品種沈稻12的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力最低，分別為9.79 kg/kg和38.56 kg/kg。表明氮高效型水稻品種對氮肥的利用率更高，因而在相同施肥條件下氮高效型水稻品種能獲得更高的產(chǎn)量。

3 結(jié)論與討論

水稻氮高效型品種的培育和推廣應(yīng)用是提高氮素利用效率、減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的主要途徑之一。研究人員普遍認(rèn)為不同基因型水稻間氮素利用效率存在顯著的差異。由于水稻是以收獲子粒產(chǎn)量為目標(biāo)，所以水稻氮高效基因型應(yīng)該是那些在低氮脅迫條件下單位吸收的氮產(chǎn)生子粒產(chǎn)量較高的基因型[13]。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同基因型粳稻在兩個(gè)供氮水平下產(chǎn)量存在明顯差異，據(jù)此將76個(gè)水稻品種劃分為氮高效型、中間型和氮低效型3類。

Koutroubas等[14]研究發(fā)現(xiàn)不同氮效率水稻產(chǎn)量的差異超過50%由單位面積有效穗數(shù)的變異引起；魏海燕等[15]研究結(jié)果表明，不同氮效率水稻群體最大莖蘗數(shù)沒有差異，但氮高效型水稻的莖蘗成穗率極顯著高于氮低效型水稻，這就意味著有效分蘗對產(chǎn)量具有重要作用。本研究結(jié)果表明，在相同肥力條件下，氮高效型水稻品種的結(jié)實(shí)率和千粒重與氮低效型水稻品種差異不大，但單位面積有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)則顯著高于氮低效型，這是其獲得較高產(chǎn)量的主要原因。

水稻氮素利用效率的評價(jià)指標(biāo)有很多[16]，其中，氮肥農(nóng)學(xué)利用率由于具有簡便、可靠等特點(diǎn)，成為目前生產(chǎn)上評價(jià)水稻氮肥利用效率比較常用的指標(biāo)[17]。Cho等[18]在田間試驗(yàn)條件下研究發(fā)現(xiàn)，水稻的氮肥利用效率與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。樸鐘澤等[19]發(fā)現(xiàn)，氮素利用效率高的材料一般表現(xiàn)較高的產(chǎn)量，產(chǎn)量和收獲指數(shù)較高的材料一般表現(xiàn)出較高的氮素利用效率。本研究結(jié)果表明，氮高效型水稻品種的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力明顯高于氮低效型水稻品種，因而在相同肥力水平下能夠高效利用氮素獲得較高的產(chǎn)量。

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（責(zé)任編輯 鄭 威）

3 結(jié)論與討論

水稻氮高效型品種的培育和推廣應(yīng)用是提高氮素利用效率、減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的主要途徑之一。研究人員普遍認(rèn)為不同基因型水稻間氮素利用效率存在顯著的差異。由于水稻是以收獲子粒產(chǎn)量為目標(biāo)，所以水稻氮高效基因型應(yīng)該是那些在低氮脅迫條件下單位吸收的氮產(chǎn)生子粒產(chǎn)量較高的基因型[13]。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同基因型粳稻在兩個(gè)供氮水平下產(chǎn)量存在明顯差異，據(jù)此將76個(gè)水稻品種劃分為氮高效型、中間型和氮低效型3類。

Koutroubas等[14]研究發(fā)現(xiàn)不同氮效率水稻產(chǎn)量的差異超過50%由單位面積有效穗數(shù)的變異引起；魏海燕等[15]研究結(jié)果表明，不同氮效率水稻群體最大莖蘗數(shù)沒有差異，但氮高效型水稻的莖蘗成穗率極顯著高于氮低效型水稻，這就意味著有效分蘗對產(chǎn)量具有重要作用。本研究結(jié)果表明，在相同肥力條件下，氮高效型水稻品種的結(jié)實(shí)率和千粒重與氮低效型水稻品種差異不大，但單位面積有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)則顯著高于氮低效型，這是其獲得較高產(chǎn)量的主要原因。

水稻氮素利用效率的評價(jià)指標(biāo)有很多[16]，其中，氮肥農(nóng)學(xué)利用率由于具有簡便、可靠等特點(diǎn)，成為目前生產(chǎn)上評價(jià)水稻氮肥利用效率比較常用的指標(biāo)[17]。Cho等[18]在田間試驗(yàn)條件下研究發(fā)現(xiàn)，水稻的氮肥利用效率與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。樸鐘澤等[19]發(fā)現(xiàn)，氮素利用效率高的材料一般表現(xiàn)較高的產(chǎn)量，產(chǎn)量和收獲指數(shù)較高的材料一般表現(xiàn)出較高的氮素利用效率。本研究結(jié)果表明，氮高效型水稻品種的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力明顯高于氮低效型水稻品種，因而在相同肥力水平下能夠高效利用氮素獲得較高的產(chǎn)量。

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（責(zé)任編輯 鄭 威）

3 結(jié)論與討論

水稻氮高效型品種的培育和推廣應(yīng)用是提高氮素利用效率、減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的主要途徑之一。研究人員普遍認(rèn)為不同基因型水稻間氮素利用效率存在顯著的差異。由于水稻是以收獲子粒產(chǎn)量為目標(biāo)，所以水稻氮高效基因型應(yīng)該是那些在低氮脅迫條件下單位吸收的氮產(chǎn)生子粒產(chǎn)量較高的基因型[13]。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同基因型粳稻在兩個(gè)供氮水平下產(chǎn)量存在明顯差異，據(jù)此將76個(gè)水稻品種劃分為氮高效型、中間型和氮低效型3類。

Koutroubas等[14]研究發(fā)現(xiàn)不同氮效率水稻產(chǎn)量的差異超過50%由單位面積有效穗數(shù)的變異引起；魏海燕等[15]研究結(jié)果表明，不同氮效率水稻群體最大莖蘗數(shù)沒有差異，但氮高效型水稻的莖蘗成穗率極顯著高于氮低效型水稻，這就意味著有效分蘗對產(chǎn)量具有重要作用。本研究結(jié)果表明，在相同肥力條件下，氮高效型水稻品種的結(jié)實(shí)率和千粒重與氮低效型水稻品種差異不大，但單位面積有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)則顯著高于氮低效型，這是其獲得較高產(chǎn)量的主要原因。

水稻氮素利用效率的評價(jià)指標(biāo)有很多[16]，其中，氮肥農(nóng)學(xué)利用率由于具有簡便、可靠等特點(diǎn)，成為目前生產(chǎn)上評價(jià)水稻氮肥利用效率比較常用的指標(biāo)[17]。Cho等[18]在田間試驗(yàn)條件下研究發(fā)現(xiàn)，水稻的氮肥利用效率與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。樸鐘澤等[19]發(fā)現(xiàn)，氮素利用效率高的材料一般表現(xiàn)較高的產(chǎn)量，產(chǎn)量和收獲指數(shù)較高的材料一般表現(xiàn)出較高的氮素利用效率。本研究結(jié)果表明，氮高效型水稻品種的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力明顯高于氮低效型水稻品種，因而在相同肥力水平下能夠高效利用氮素獲得較高的產(chǎn)量。

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