資料內容僅供您學習參考，如有不當或者侵權，請聯系改正或者刪除。不同基因型大麥苗期耐低氮性狀與產量性狀的相關性研究陳志偉,鄒磊,陸瑞菊,王亦菲,何婷,杜志釗,張艷敏,黃劍華修回日期:.9.21修回日期:.9.21基金項目:國家科技支撐計劃(BAD02B04-10),大麥現代產業技術體系(NYCYTX-029),上海市農科院青年科技發展基金[農青年科技(06),農青年科技(20)]。第一作者簡介:陳志偉(1980-),男,江蘇溧陽人,碩士,研究方向為植物分子育種,E-mail:,Tel:。通訊作者:黃劍華(1953-),男,上海人,研究員,博士,研究方向為植物細胞工程育種,Tel:021-6232,E-mail:。(上海市農業科學院生物技術研究所,上海06;上海市農業遺傳育種重點實驗室,上海06)摘要:為大麥耐低氮育種提供理論依據,本實驗利用溶液培養和大田產量試驗相結合的方法,探索了大麥苗期和成熟期各相關性狀分別在兩種供氮條件下的變異情況。結果表明,苗期氮素生理利用效率、單株吸氮量、地上部干重和苗高在品種間存在極顯著差異,籽粒產量在品種間存在顯著差異,不同供氮水平對各性狀都有極顯著的影響。相對性狀的基因型變異為:相對地上部干重＞相對分蘗數＞相對單株吸氮量＞相對籽粒產量＞相對氮素利用率＞相對苗高。相關性分析表明低氮脅迫下分蘗數與籽粒產量呈極顯著正相關關系,苗期相對氮素生理利用效率、相對苗高和成熟期相對籽粒產量間互呈顯著或極顯著正相關關系。從各性狀的相對值中能夠看出大麥品種BI-04表現最好,因而具有較強的耐低氮性,BI-45表現最差,相對比較敏感。關鍵詞:大麥;耐低氮;氮素生理利用效率;單株吸氮量;分蘗數;籽粒產量TheStudyontheRelationshipbetweentheTraitsforLow-nitrogenToleranceofDifferentBarleyGenotypesatSeedlingStageandGrainYieldCHENZhi-Wei,ZouLei,LURui-Ju,WANGYi-Fei,HETing,DUZhi-Zhao,ZhangYan-Min,HUANGJian-Hua*(BiotechResearchInstitute,SAAS,Shanghai06;ShanghaiKeyLaboratoryofAgriculturalGeneticsandBreeding,Shanghai06)Abstract:Toprovidetheoreticalbasisforlownitrogenbreeding,ahydroponicexperimentandafieldtrailwerecarriedouttoinvestigatetheindexvariationsforlow-NtoleranceinBarleyunderlow-Nstressandnormal-Nsupplycondition,respectively.Theresultshowedthatthereweresignificantdifferencesinnitrogenutilizationefficiency,nitrogenuptakeperplant,shootdryweightandplantheightatseedlingstageanddifferencesingrainyieldamongbarleyvarietiesatseedlingstage,andthereweresignificantdifferencesineachtraitbetweennitrogensupplies.Therelativetraitsanalysissuggestedthattherelativeshootdryweight,therelativetillernumberandtherelativenitrogenuptakeperplanthadthebiggergenotypevariations.Andthecorrelationanalysisindicatedthattherewasasignificantlypositivecorrelationbetweentillernumberandgrainyield,andtherewerealsosignificantlypositivecorrelationsamongtherelativenitrogenutilizationefficiency,therelativeplantheightandtherelativegrainyield.AndthevarietyofBI-04hadthehighestvaluesofrelativetraits,andshowedthemosttolerancetolownitrogen,whilethevarietyofBI-45wasthemostsensitiveone.Keywords:Barley;Low-Ntolerance;Nutilizationefficiency;Nuptakeperplant;Tillernumber;Grainyield大麥是世界上列于小麥、玉米和水稻之后的第四大作物[1],也是制造啤酒的主要原料,因此培育優質、高產、廣適的專用啤酒大麥品種一直受到中國政府的關注。氮素是作物生長所必須的大量元素之一,也是作物生長的一個重要的限制因子[2],為了保證了作物高產和穩產,人們就大量施用氮肥。可是在大麥生產上中過量施用氮肥不但造成了氮肥利用率下降、生產成本提高和環境污染等問題,而且還造成了大麥釀啤品質的下降[3、4]。培育氮素利用效率較高的耐低氮大麥品種能夠降低氮肥施用量,是有效利用化肥資源、減少環境污染、降低生產成本和提高大麥品質的重要途徑。而培育氮高效、耐低氮作物品種就需要找到具備這些特性的種質資源,這樣就需要對種質資源進行有效、快速的評價和篩選。籽粒產量是人們最關心也是最重要的評價指標,而籽粒產量與供氮水平之間的關系往往和氮素吸收利用效率有關[5],因此很多研究報道都是圍繞氮素吸收利用和籽粒產量來開展的[6-16]。以往有關大麥氮高效利用和耐低氮的研究也很多,Górny經過盆栽法對大麥苗期氮素生理利用效率的遺傳效應作了初步探索[14],經過對苗期大麥耐低氮性進行了評價和篩選[15],Sinebo等經過田間試驗研究了低氮脅迫下不同基因型大麥成熟期氮素利用相關性狀及產量的遺傳變異[16]。但這些都沒有把大麥苗期耐低氮相關性狀和產量性狀結合起來對耐低氮性進行評價和篩選。本研究經過苗期的溶液培養試驗和田間產量試驗,比較分析了在兩種供氮條件下大麥苗期耐低相關性狀和成熟期籽粒產量的變異情況,以尋找苗期耐低氮相關性狀與成熟期產量性狀的相關性關系,為苗期鑒定、篩選大麥氮高效、耐低氮性狀提供有價值的科學數據,以期為大麥耐低氮育種提供理論依據。1材料與方法1.1試驗材料與試驗方法供試材料為BI-04、BI-35和BI-45,由上海市農科院生物所提供。田間試驗于11月份在上海青浦重固試驗基地進行,本次試驗所在地為稻、麥輪作地,土質為壤土,表層20厘米厚土壤含有機質34.5g/kg,全氮2.42g/kg,速效氮37.35mg/kg。試驗采用裂區設計,主區為肥料處理,設正常施氮肥和不施氮肥2個處理,副區為3個品種,每個小區面積約為7.5平方米溶液培養試驗于11月份在上海市農科院生物所植物細胞工程研究室溫室進行。營養液配置方法參照國際水稻所營養液配方(略有改動),種子用1%NaClO消毒30分鐘,用清水沖洗干凈,30℃浸種5小時,25℃催芽過夜,露白后播種到經高溫高壓滅菌的蛭石中,兩葉一心時,挑選整齊一致的幼苗,去胚乳后用海綿條固定在打孔的泡沫板上,然后放入盛有清水的周轉箱(40cm×27cm×10cm)中,恢復兩天后換上營養液,每塊泡沫板上平均分布30個孔(7×5),設3個品種,每個品種5株,設低氮(0.4mmol/L)和正常供氮(2mmol/L)2個處理,以NH4NO1.2性狀調查和數據分析 田間試驗,成熟收獲,測定籽粒重(水份含量＜3%)。溶液培養試驗,收獲的苗先用自來水沖洗干凈,再用去離子水沖洗,測定苗高,取地上部苗,分別在105℃下殺青30分鐘,70℃下烘至恒重,測定地上部干物重,磨細過0.25毫米篩,凱氏定氮法測定全氮。氮素生理利用效率為大麥吸收單位氮量所獲得的植株干重[8]。(本實驗氮素生理利用效率 相關數據應用Excel和SPSS13.0進行處理分析。 含氮量=地上部氮素積累量/地上部干物重×100%氮素生理利用效率=地上部干物重/地上部氮素積累量×100% 單株吸氮量=含氮量×平均單株地上部干重 性狀相對值=低氮脅迫性狀值/正常供氮性狀值(反映耐低氮性)2結果與分析2.1兩種供氮條件下不同大麥基因型相關性狀的方差分析表1.兩種供氮條件下不同大麥基因型相關性狀的方差分析Table1.AnalysisofvarianceofcorrelatedtraitsfordifferentbarleygenotypesundertwoN-supplylevels變異來源Source性狀Trait自由度df均方MeanSquareF值Fvalue品種Variety氮素生理利用效率Nitrogenutilizationefficiency(NUE)239.32130.573**單株吸氮量Nitrogenuptakeperplant(NU)2023.884**地上部干重Shootdryweight(SDW)20.03416.641**苗高Plantheight(PH)263.33212.190**分蘗數Tillernumber(TN)20.0910.928籽粒干重Grainyield(GY)20.8123.505*供氮水平Nitrogensupplylevel氮素生理利用效率Nitrogenutilizationefficiency(NUE)11356.7341054.894**單株吸氮量Nitrogenuptakeperplant(NU)10.001157.282**地上部干重Shootdryweight(SDW)10.04823.321**苗高Plantheight(PH)1203.48739.168**分蘗數Tillernumber(TN)15.20053.153**籽粒干重Grainyield(GY)19.43440.728**品種×供氮水平Variety×Nitrogensupplylevel氮素生理利用效率Nitrogenutilizationefficiency(NUE)227.69621.535**單株吸氮量Nitrogenuptakeperplant(NU)23.81E-00511.949**地上部干重Shootdryweight(SDW)20.02713.368**苗高Plantheight(PH)21.3750.265分蘗數Tillernumber(TN)20.6326.463*籽粒干重Grainyield(GY)20.1510.651誤差Error氮素生理利用效率Nitrogenutilizationefficiency(NUE)2067.372單株吸氮量Nitrogenuptakeperplant(NU)200.003地上部干重Shootdryweight(SDW)200.003苗高Plantheight(PH)208.274分蘗數Tillernumber(TN)200.087籽粒干重Grainyield(GY)207.069*、**:分別代表在0.05、0.01水平上差異顯著。下同。*、**:Meansignificantdifferencesat0.05and0.01levels,respectively.Thesameasbelow.從表1中能夠看出,氮素生理利用效率、單株吸氮量、地上部干重和苗高在品種間存在極顯著差異,籽粒干重在品種間存在顯著差異,不同供氮水平對各性狀都有極顯著的影響,另外氮素生理利用效率、單株吸氮量和地上部干重在品種與供氮水平間的互作達到極顯著水平,分蘗數在品種與供氮水平間的互作達到顯著水平,說明這幾個性狀在大麥品種間的差異因供氮水平的不同而不同。2.2兩種供氮水平下大麥相關性狀及其相對值的基因型差異表2.正常供氮水平下大麥相關性狀的基因型差異Table2.Genotypicdifferenceofbarleytraitsundernormalnitrogensupply品種Variety氮素生理利用效率(g干重/g氮)NUE1)單株吸氮量(mg)NU地上部干重(g)SDW苗高(cm)PH分蘗數TN籽粒產量(kg)GYBI-0423.95±0.830.0146±0.0010a0.3501±0.031444.17±1.372.67±0.316.17±0.49BI-3523.34±0.370.0172±0.00270.4016±0.058643.65±2.253.20±0.20ab5.72±0.32BI-4523.05±0.340.0273±0.0026b0.6285±0.0543b50.93±3.29b3.67±0.31b5.75±0.23變異系數(%)Coefficientvariation1.9633.9732.208.7815.754.271)性狀英文縮寫同表1。2)數值后面不同字母代表在0.05水平差異顯著。1)Theabbr.oftraitsarethesameasinTable1.2)Differentletterswithinacolumnmeansignificantdifferencesat0.05level從表2中能夠看出,在正常供氮條件下,除了氮素利用率和籽粒產量外,其它各性狀都存在顯著的基因型差異,但就某個性狀而言也不是所有的品種間都存在顯著差異的,另外表中數據能夠看出BI-45在苗期生長比較好,BI-04比較差,可是籽粒產量性狀表明正常供氮條件下幾個品種間差異不大。各性狀的基因型差異:單株吸氮量＞地上部干重＞分蘗數＞苗高＞籽粒產量＞氮素生理利用效率,說明在正常供氮條件下,單株吸氮量和地上部干重基因型變異比較大,氮素生理利用效率和籽粒產量的基因型變異比較小。表3.低氮脅迫下大麥相關性狀的基因型差異Table3.Genotypicdifferenceofbarleytraitsunderlownitrogenstress品種Variety氮素生理利用效率(g干重/g氮)NUE單株吸氮量(mg)NU地上部干重(g)SDW苗高(cm)PH分蘗數TN籽粒產量(kg)GYBI-0445.80±4.170.0086±0.00090.3921±0.041038.23±2.532.43±0.404.95±0BI-3541.17±0.32ab0.0070±0.0004b0.2876±0.0187b37.22±2.032.00±0.204.17±0.88abBI-4537.83±1.20b0.0100±0.00060.3777±0.034942.83±1.03b1.80±0.403.83±0.04b變異系數(%)Coefficientvariation9.6217.5516.067.5915.5813.371)性狀英文縮寫同表1。2)數值后面不同字母代表在0.05水平差異顯著。1)Theabbr.oftraitsarethesameasinTable1.2)Differentletterswithinacolumnmeansignificantdifferencesat0.05level從表3中能夠看到,在低氮脅迫下,各品種除了氮素生理利用效率性狀外,其它各性狀都明顯受到抑制(其中BI-04地上部干重例外),但受抑程度不一樣,BI-04受抑程度相對最小,特別是地上部干重性狀還表現出促進作用,BI-45受抑程度最大,特別是籽粒產量降低最明顯,同時我們也發現其氮素生理利用效率性狀值增加也比較少。這在圖1中也能夠看出來。另外,除分蘗數外,各性狀在品種間有顯著差異。各性狀的基因型差異:單株吸氮量＞地上部干重＞分蘗數＞籽粒產量＞氮素生理利用效率＞苗高,說明在低氮脅迫下,單株吸氮量和地上部干重的基因型變異也是比較大的。可是經過與表2的比較發現,單株吸氮量和地上部干重在低氮脅迫下其基因型變異是變小的,而氮素生理利用效率和籽粒產量的基因型變異則是提高的,這暗示了適當減少氮肥的用量有利于提高氮素生理利用效率。另外苗高和分蘗數在兩種供氮情況下基因型變異差別不大。圖1.大麥各相對性狀值(1:相對氮素利用率;2:相對單株吸氮量;3:相對地上部干重;4:相對苗高;5:相對分蘗數;6:相對籽粒產量)Fig1.Thevalueofrelativetrait.(1:Relativenitrogenutilizationefficiency(RNUE);2:Relativenitrogenuptakeperplant(RNU);3:Relativeshootdryweight(RSDW);4:Relativeplantheight(RPH);5:Relativetillernumber(RTN);6:Relativegrainyield(RGY))圖2.大麥各相對性狀的變異系數(1:相對氮素利用率;2:相對單株吸氮量;3:相對地上部干重;4:相對苗高;5:相對分蘗數;6:相對籽粒產量)Fig2.Thecoefficientofvariationofrelativetrait.(1:RNUE;2:RNU;3:RSDW;4:RPH;5:RTN;6:RGY)Theabbr.oftraitsarethesameasinFig.1.從圖1中能夠看出來,BI-04在低氮脅迫下表現最好,特別是地上部干重性狀,在其它品種受抑的情況下,反而表現出促進的作用,而BI-45在低氮脅迫下表現最差。各相對性狀的基因型差異(圖2):相對地上部干重＞相對單株吸氮量＞相對分蘗數＞相對籽粒產量＞相對氮素利用率＞相對苗高。其中相對地上部干重、相對單株吸氮量和相對分蘗數三個指標變異系數特別大,說明這三個性狀基因型變異受氮素的影響特別大。2.3大麥各相關性狀及相對值相關性分析表4.正常供氮下大麥各性狀間的相關性分析Table4.Correlationanalysisamongrelativetraitsundernormal-Nsupplyinbarley性狀Trait1)NUENUSDWPHTNNU-0.862SDW-0.8511.000(*).PH-0.7020.9660.972TN-0.9860.9340.9260.810GY0.927-0.609-0.591-0.383-0.8521)性狀英文縮寫同表1。”*”:代表在0.05水平顯著。1)Theabbr.oftraitsarethesameasinTable1.*:Meansignificantdifferencesat0.05levels.表5.低氮脅迫下大麥各性狀間的相關性分析Table5.Correlationanalysisamongrelativetraitsunderlow-Nstressinbarley性狀Trait1)NUENUSDWPHTNNU-0.378SDW0.2190.820PH-0.7060.9230.536TN0.993-0.2680.331-0.619GY0.992-0.2560.344-0.6081.000(**)1)性狀英文縮寫同表1。”**”:代表在0.01水平顯著。1)Theabbr.oftraitsarethesameasinTable1.**:Meansignificantdifferencesat0.01levels.表6.大麥各相關性狀相對值相關性分析Table4.Correlationanalysisamongrelativetraitsinbarley性狀Trait1)RNUERNURSDWRPHRTNRNU0.955RSDW0.9670.999(*)RPH1.000(*)0.9480.961RTN0.9880.9890.9950.984RGY1.000(**)0.9520.9641.000(**)0.9871)性狀英文縮寫同圖1。”*”、”**”:分別代表在0.05和0.01水平顯著。1)Theabbr.oftraitsarethesameasinFig1.*、**:Meansignificantdifferencesat0.05and0.01levels,respectively.表4表明在正常供氮條件下僅地上部干重和單株吸氮量成顯著正相關關系,說明苗期單株吸氮量對地上部干重起著重要的作用。表5表明在低氮脅迫下分蘗數和籽粒產量成極顯著正相關關系,這樣能夠把低氮條件下的分蘗數指標與籽粒產量建立一定的聯系。表6的相關性分析表明相對氮素生理利用效率、相對籽粒產量和相對苗高互呈極顯著或顯著正相關,這說明苗期相對氮素生理利用效率和相對苗高與相對籽粒產量也能夠建立聯系,另外還發現單株吸氮量和相對地上部干重成顯著正相關,可是沒有發現相對單株吸氮量、相對地上部干重和相對籽粒產量間呈顯著正相關關系,這說明相對地上部干重的高低可能并不能代表相對籽粒產量的高低。3討論從當前的研究手段來看,耐低氮的篩選一般采用苗期和全生育期相結合的方法,經過溶液培養試驗、盆栽試驗和田間試驗調查不同指標,從而評價品種的耐低氮性[6-16]。田間試驗結果比較可信,但往往受到空間和時間的限制;而溶液培養試驗和盆栽試驗就能夠就某些形態學和生理指標對大批量的基因型在早期進行快速篩選,而且培養條件能夠準確無誤地進行重復,但其可信性有待商榷。本文采用溶液培養試驗結合田間試驗的方法研究了大麥耐低氮性,既比較了苗期大麥各基因型在正常供氮和低氮脅迫間的差異,又比較了成熟期大麥各基因型在施肥和不施肥間的差異,同時兼顧了溶液培養的簡單、重復性好等特點和田間試驗的真實性,為科學評價大麥耐低氮性提供了較好的保證。從耐低氮評價指標來看,不同研究者對營養效率的定義雖不相同,但大量資料表明許多作物的氮素利用率存在顯著的基因型差異,而且認為氮素利用效率對作物籽粒產量起著重要的作用。樸鐘澤等[7]認為在水稻氮高效、耐低氮品種的選育時,在低氮水平下對生理氮素利用效率進行直接選擇比較有效。程建峰等[8]對88份稻種資源進行了苗期氮素利用效率的基因型差異比較,發現不同稻種資源苗期的氮素利用效率存在顯著的基因型差異,且受氮素水平的影響,低氮、中氮和高氮間的氮素利用率存在極顯著差異,并隨氮素水平的升高而呈下降趨勢。本研究發現在正常供氮條件,大麥苗期氮素生理利用效率的基因型差異不大,而在低氮脅迫下,存在明顯的基因型差異,表明低氮條件下氮素利用率的基因型差異確實比較大。另外,童漢華等[9]在對水稻苗期氮素營養高效基因型的篩選中認為對水稻進行氮高效篩選時單株分蘗數作為篩選指標是有效的,同時苗高也能夠作為篩選耐低氮種質的輔助篩選指標。由于大麥是以收獲籽粒產量為目標,因此大麥氮高效基因型應該是那些在低氮脅迫條件下籽粒產量相對較高的基因型[17],Sinebo等[16]在對大麥氮素利用效率的基因型變異研究中認為成熟期氮素利用效率和籽粒產量成正相關關系。本研究發現,在低氮脅迫下分蘗數與籽粒產量呈極顯著正相關關系,相對氮素利用率、相對苗高與籽粒產量分別都呈極顯著正相關關系,考慮到相對苗高變異系數特別小,因此我們認為以低氮脅迫下分蘗數和苗期相對氮素利用率作為大麥苗期耐低氮篩選的重要指標,而苗期相對苗高作為輔助篩選指標。在耐低氮篩選種質上,本研究經過相關指標的鑒定發現大麥品種BI-04比較耐低氮,而BI-45則對氮素相對比較敏感。致謝:感謝上海農科院生態所何七勇老師和南京農業大學\o"廖永萍"廖永萍老師在實驗中給與的幫助。參考文獻:[1]張玉紅,巴桑玉珍,壽建昕,等．不同基因型大麥品種大麥油及其母育酚含量的變異規律[J]．麥類作物學報,,27(4):721-724．[2]曹恭,梁鳴早．氮—平衡栽培體系中植物必須的大量元素[J]．土壤肥料,,(4):1-3.[3]楊力,許學榮,李長亞,等．啤麥籽粒高蛋白質含量對麥芽品質的影響及其對策[J]．大麥科學,,(03):4、14、24．[4]管敦儀編著.啤酒工業手冊(修訂版)[M]．中國輕工業出版社,．[5]MollRH,KamprathEJ,JacksonWA..Analysisandinterpretationoffactorswhichcontributetoefficiencyofnitrogenutilization[J].CropSci.,1982,