不同基因型水稻氮效率的分类与评价

范淑秀+徐正进+杨青川

摘要：选取东北地区76份不同基因型水稻为试验材料，通过田间试验对氮效率进行分类和评价。结果表明，在两个肥力水平下，不同水稻基因型的产量表现出显著差异。根据产量变化情况，确定辽盐2号、吉粳803、辽星1号等22份水稻材料为氮高效型水稻品种，通35、沈稻12、长白15等27份水稻材料为氮低效型水稻品种。相关分析表明，两种肥力条件下产量与单位面积有效穗数都呈极显著正相关；且施氮条件下，产量与每穗粒数呈显著正相关，氮肥主要通过提高单位面积有效穗数和每穗粒数来提高水稻产量。氮高效型水稻品种的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力显著高于氮低效型水稻品种。

关键词：水稻；基因型；氮效率；分类；评价

中图分类号：S511.2+2；S143.1+4；S147.2 文献标识码：A 文章编号：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

基金项目：辽宁省博士启动科研基金项目（20111085）

作者简介：范淑秀（1979-），女，山东济宁人，讲师，博士，主要从事水稻氮素高效利用和栽培生理研究，（电话）15940526275（电子信箱）

sxfan79@126.com；通讯作者，徐正进，（电子信箱）xuzhengjin@126.com。

氮是影响作物生长的重要营养元素之一，氮肥在中国粮食生产中发挥了举足轻重的作用。在中国水稻是最重要的粮食作物，稻谷产量占全国谷物总产的40%以上，对保证中国粮食安全有重要作用。随着现代高产水稻品种的大面积推广应用，氮肥在水稻生产中已成为影响水稻产量的主要因素，其重要性仅次于水，但却是水稻生产成本投入的主要部分。通过施用氮肥来增加水稻产量已经成为一项基本的农业生产措施。为了获得高产，生产上往往施用大量的氮肥。据统计，中国稻田单季氮肥用量平均为180 kg/hm2，比世界平均用量高75%左右[1]。随着氮肥用量的不断增长，在提高产量的同时，氮肥大量和不合理施用造成了氮肥利用率下降、生产成本增加、环境污染等一些负效应，这些问题越来越受到人们的关注[2-4]。

氮素高效利用型和耐低氮水稻品种的培育和推广应用是降低氮肥用量、有效利用氮素、减少环境污染、降低生产成本和提高稻米品质的有效途径之一[5]。大量研究表明，水稻氮素利用效率存在显著的基因型差异[6-9]。在现有水稻品种中存在着丰富的不同氮素利用效率种质资源，充分利用这些种质资源，可以筛选和培育出氮高效型水稻品种。本研究以东北地区76份不同基因型粳稻为试验材料，在两个供氮水平下研究了不同基因型水稻品种产量的变化情况，并对其进行分类和评价，以期筛选出适宜东北地区的氮高效型水稻资源，为氮高效型品种的选育以及水稻氮高效栽培调控提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为东北地区种植的不同基因型粳稻76份，包括东北地区水稻品种67份：辽盐16、营8433、辽盐283、盐粳68、辽恢190、沈恢32、沈稻9号、沈稻3号、沈稻6号、京租、吉粳800、台粳9号、吉03-2843、沈稻12、沈农265、沈农9741、中辽9052、辽粳371、辽星1号、辽粳9号、千重浪-1、辽粳294、辽粳454、辽盐241、辽粳326、铁粳4号、辽粳5号、辽盐2号、辽粳287、沈农6014、通223、吉特639、吉粳88、长白13、吉粳66、品星1号、长白15、丰优103、天井4号、富源4号、长白9号、吉丰10号、吉粳80、长白14、吉粳82、长白16、吉粳87、吉利520、吉粳502、吉生205、吉特617、九稻44、通35、吉粳67、特优21、天井5号、组培22、吉粳95、吉粳94、长白18、延粳23、吉粳83、九稻46、吉粳803、长白19、吉玉粳、吉粳105；日本引进水稻品种9份：农林315、秋田小町、里歌、屉锦、沁待、越路早生、丰锦、秋光、藤系138。

1.2 试验设计

试验在沈阳农业大学水稻研究所试验田进行，试验地土质为沙壤土，0～20 cm土层全氮含量1.4 g/kg、全磷含量1.1 g/kg 、全钾含量26.2 g/kg 、有机质含量24.2 g/kg、pH 6.8。

大田采用裂区试验设计，施氮水平为主区，品种为副区，主区内各品种随机排列，3次重复。施氮水平设不施氮和施纯氮150 kg/hm2两个处理。不同处理小区间用PVC板隔离，防止肥料渗漏串肥。氮肥为尿素，按基肥∶分蘖肥为1∶1施用。各处理P、K肥施用量和施用模式一致，均为过磷酸钙375 kg/hm2、氯化钾225 kg/hm2，且全部作为基肥一次性施入。4月中旬播种，营养土保温旱育苗，5月下旬双本插秧，移栽插植规格30.0 cm×13.3 cm，每个品种每个处理30穴。其他栽培管理同一般大田水稻生产。

1.3 测定项目及方法

于齐穗期每个品种选取10穴调查单位面积有效穗数。成熟期按照平均单位面积有效穗数各处理取有代表性植株3穴进行室内考种，考察指标为穗长、每穗总粒数、千粒重、谷重、草重等，并计算结实率、收获指数和生物学产量；氮素农学利用率=（施氮区产量-空白区产量）/施氮量；氮肥偏生产力=施 氮区产量/施氮量。

2 结果与分析

2.1 氮肥处理对不同基因型水稻产量的影响

随着氮肥的施用，水稻的产量显著提高。由表1可知，在不施氮肥时，各品种产量变化范围为

4 093.80～7 006.65 kg/hm2，平均值为5 414.25 kg/hm2，当施用氮肥后产量为5 783.85～11 789.25 kg/hm2，平均值为7 820.40 kg/hm2，增幅约为44%。施用氮肥后产量变化幅度增大，施氮区产量最大值比最小值高103.83%，而不施氮区产量最大值比最小值高71.15%。在两个供氮水平下产量最大值差异为

4 782.60 kg/hm2，最小值差异为1 690.05 kg/hm2，表明不同基因型水稻的产量对氮肥的响应不同，供试材料存在广泛的基因型差异。

2.2 不同基因型水稻氮效率分类与评价

根据不同基因型水稻在高氮和低氮水平下产量的平均值将其分为4个类型，即双高效型、高氮高效型（低氮低效型）、低氮高效型（高氮低效型）和双低效型，其中，双高效型水稻基因型即为氮高效水稻基因型，双低效水稻基因型即为氮低效基因型，而高氮高效型（低氮低效型）和低氮高效型（高氮低效型）水稻为中间型[10-12]。

根据2个氮肥水平下的平均产量将76个水稻品种分为3类（图1）：①氮高效基因型，位于图中Ⅰ区，此类品种在低氮和高氮水平下的产量均高于供试品种的平均值，包括辽盐2号、吉粳803、辽星1号等22个品种；②中间型，位于图中的Ⅱ区和Ⅳ区，此类品种在低氮水平下的产量低于供试品种的平均值，高氮水平下则相反，或者在低氮水平下的产量高于供试品种的平均值，高氮水平下则相反，包括沈农6014、辽粳294、吉利520等27个品种；③氮低效基因型，位于图中的Ⅲ区，此类品种在低氮和高氮水平下的产量均低于供试品种的平均值，包括通35、沈稻12、长白15等27个品种。

2.3 不同基因型水稻产量性状分析

表2为不同水稻基因型产量及其构成因素间在两个氮肥水平下的相关系数，在不施氮条件下，产量与单位面积有效穗数和生物学产量呈极显著正相关，与每穗粒数、结实率和千粒重相关不显著。施氮条件下，产量与单位面积有效穗数和生物学产量呈极显著正相关，与每穗粒数呈显著正相关，与其他产量构成因素相关不显著，表明氮肥主要通过影响单位面积有效穗数和每穗粒数来影响水稻产量。

2.4 氮高效型与氮低效型水稻产量及其构成因素

不论是氮高效型还是氮低效型水稻品种，施肥条件下的每穗粒数与不施肥条件下的每穗粒数差异较小，结实率和千粒重略低于不施肥条件，但单位面积有效穗数显著高于不施氮处理（表3），说明施用氮肥能显著提高单位面积有效穗数，进而增加水稻单位面积的产量。在相同肥力条件下，氮高效型水稻品种的结实率和千粒重与氮低效型水稻品种差异不明显，但每穗粒数和单位面积有效穗数显著高于氮低效型水稻品种。以上结果表明，氮高效型水稻品种的产量优势主要体现在单位面积有效穗数和每穗粒数上。

2.5 氮高效型和氮低效型水稻品种的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力

氮高效型水稻品种的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均高于氮低效型水稻品种（表4）。氮高效型水稻品种的平均氮肥农学利用率和平均氮肥偏生产力分别为19.86 kg/kg和59.10 kg/kg，其中辽星1号的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力最高，分别为41.82 kg/kg和78.60 kg/kg。氮低效型水稻品种的平均氮肥农学利用率和平均氮肥偏生产力分别为14.06 kg/kg和46.45 kg/kg，其中水稻品种沈稻12的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力最低，分别为9.79 kg/kg和38.56 kg/kg。表明氮高效型水稻品种对氮肥的利用率更高，因而在相同施肥条件下氮高效型水稻品种能获得更高的产量。

3 结论与讨论

水稻氮高效型品种的培育和推广应用是提高氮素利用效率、减少环境污染和资源浪费的主要途径之一。研究人员普遍认为不同基因型水稻间氮素利用效率存在显著的差异。由于水稻是以收获子粒产量为目标，所以水稻氮高效基因型应该是那些在低氮胁迫条件下单位吸收的氮产生子粒产量较高的基因型[13]。试验结果表明，不同基因型粳稻在两个供氮水平下产量存在明显差异，据此将76个水稻品种划分为氮高效型、中间型和氮低效型3类。

Koutroubas等[14]研究发现不同氮效率水稻产量的差异超过50%由单位面积有效穗数的变异引起；魏海燕等[15]研究结果表明，不同氮效率水稻群体最大茎蘖数没有差异，但氮高效型水稻的茎蘖成穗率极显著高于氮低效型水稻，这就意味着有效分蘖对产量具有重要作用。本研究结果表明，在相同肥力条件下，氮高效型水稻品种的结实率和千粒重与氮低效型水稻品种差异不大，但单位面积有效穗数和每穗粒数则显著高于氮低效型，这是其获得较高产量的主要原因。

水稻氮素利用效率的评价指标有很多[16]，其中，氮肥农学利用率由于具有简便、可靠等特点，成为目前生产上评价水稻氮肥利用效率比较常用的指标[17]。Cho等[18]在田间试验条件下研究发现，水稻的氮肥利用效率与产量呈显著正相关。朴钟泽等[19]发现，氮素利用效率高的材料一般表现较高的产量，产量和收获指数较高的材料一般表现出较高的氮素利用效率。本研究结果表明，氮高效型水稻品种的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力明显高于氮低效型水稻品种，因而在相同肥力水平下能够高效利用氮素获得较高的产量。

参考文献：

[1] 霍中洋，李 杰，张洪程，等.不同种植方式下水稻氮素吸收利用的特性[J].作物学报，2012，38（10）：1908-1919.

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[12] 李玉嵩，陶诗顺，陈建强.不同基因型水稻氮效率的差异机理研究[J].河南农业科学，2009（12）：30-32，38.

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[14] KOUTROUBAS S D， NTANOS D A. Genotypic differences for grain yield and nitrogen utilization in Indica and Japonica rice under Mediterranean conditions[J]. Field Crops Res， 2003，83：251-260.

[15] 魏海燕，张洪程，戴其根，等.不同水稻氮利用效率基因型的物质生产与积累特性[J].作物学报，2007，33（11）：1802-1809.

[16] 徐富贤，熊 洪，谢 戎，等.水稻氮素利用效率的研究进展及其动向[J].植物营养与肥料学报，2009，15（5）：1215-1225.

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[18] CHO Y， JIANG W Z， CHIN J H， et al. Identified QTLs associated with physiological nitrogen use efficiency in rice[J]. Mol Cells， 2007，23：72-79.

[19] 朴钟泽，韩龙植，高熙宗.水稻不同基因型氮素利用效率差异[J].中国水稻科学，2003，17（3）：233-238.

（责任编辑 郑 威）

3 结论与讨论

水稻氮高效型品种的培育和推广应用是提高氮素利用效率、减少环境污染和资源浪费的主要途径之一。研究人员普遍认为不同基因型水稻间氮素利用效率存在显著的差异。由于水稻是以收获子粒产量为目标，所以水稻氮高效基因型应该是那些在低氮胁迫条件下单位吸收的氮产生子粒产量较高的基因型[13]。试验结果表明，不同基因型粳稻在两个供氮水平下产量存在明显差异，据此将76个水稻品种划分为氮高效型、中间型和氮低效型3类。

Koutroubas等[14]研究发现不同氮效率水稻产量的差异超过50%由单位面积有效穗数的变异引起；魏海燕等[15]研究结果表明，不同氮效率水稻群体最大茎蘖数没有差异，但氮高效型水稻的茎蘖成穗率极显著高于氮低效型水稻，这就意味着有效分蘖对产量具有重要作用。本研究结果表明，在相同肥力条件下，氮高效型水稻品种的结实率和千粒重与氮低效型水稻品种差异不大，但单位面积有效穗数和每穗粒数则显著高于氮低效型，这是其获得较高产量的主要原因。

水稻氮素利用效率的评价指标有很多[16]，其中，氮肥农学利用率由于具有简便、可靠等特点，成为目前生产上评价水稻氮肥利用效率比较常用的指标[17]。Cho等[18]在田间试验条件下研究发现，水稻的氮肥利用效率与产量呈显著正相关。朴钟泽等[19]发现，氮素利用效率高的材料一般表现较高的产量，产量和收获指数较高的材料一般表现出较高的氮素利用效率。本研究结果表明，氮高效型水稻品种的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力明显高于氮低效型水稻品种，因而在相同肥力水平下能够高效利用氮素获得较高的产量。

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[18] CHO Y， JIANG W Z， CHIN J H， et al. Identified QTLs associated with physiological nitrogen use efficiency in rice[J]. Mol Cells， 2007，23：72-79.

[19] 朴钟泽，韩龙植，高熙宗.水稻不同基因型氮素利用效率差异[J].中国水稻科学，2003，17（3）：233-238.

（责任编辑 郑 威）

3 结论与讨论

水稻氮高效型品种的培育和推广应用是提高氮素利用效率、减少环境污染和资源浪费的主要途径之一。研究人员普遍认为不同基因型水稻间氮素利用效率存在显著的差异。由于水稻是以收获子粒产量为目标，所以水稻氮高效基因型应该是那些在低氮胁迫条件下单位吸收的氮产生子粒产量较高的基因型[13]。试验结果表明，不同基因型粳稻在两个供氮水平下产量存在明显差异，据此将76个水稻品种划分为氮高效型、中间型和氮低效型3类。

Koutroubas等[14]研究发现不同氮效率水稻产量的差异超过50%由单位面积有效穗数的变异引起；魏海燕等[15]研究结果表明，不同氮效率水稻群体最大茎蘖数没有差异，但氮高效型水稻的茎蘖成穗率极显著高于氮低效型水稻，这就意味着有效分蘖对产量具有重要作用。本研究结果表明，在相同肥力条件下，氮高效型水稻品种的结实率和千粒重与氮低效型水稻品种差异不大，但单位面积有效穗数和每穗粒数则显著高于氮低效型，这是其获得较高产量的主要原因。

水稻氮素利用效率的评价指标有很多[16]，其中，氮肥农学利用率由于具有简便、可靠等特点，成为目前生产上评价水稻氮肥利用效率比较常用的指标[17]。Cho等[18]在田间试验条件下研究发现，水稻的氮肥利用效率与产量呈显著正相关。朴钟泽等[19]发现，氮素利用效率高的材料一般表现较高的产量，产量和收获指数较高的材料一般表现出较高的氮素利用效率。本研究结果表明，氮高效型水稻品种的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力明显高于氮低效型水稻品种，因而在相同肥力水平下能够高效利用氮素获得较高的产量。

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（责任编辑 郑 威）