小麦初生根和次生根水肥利用效率及其与产量的关系

为探究小麦初生根和次生根水肥利用能力的差异,于2021-2023年在河南省以主栽小麦品种周麦30和周麦32为材料,采用盆栽和分根移位的方法,设置初生根和次生根均灌水施肥(CK)、初生根不灌水(SRW_(0))、初生根不施肥(SRF_(0))、初生根不灌水不施肥(SRW_(0)F_(0))、次生根不灌水(NRW_(0))、次生根不施肥(NRF_(0))和次生根不灌水不施肥(NRW_(0)F_(0))7个处理,分别于越冬期、返青期、拔节期、开花期、灌浆期和成熟期分析初生根和次生根根系干物质量、根系活力、根系中氮磷钾素积累量的差异,并分析其对产量及其构成因素、籽粒中氮磷钾素积累量、氮磷钾素利用率和灌水利用率的影响。结果表明,分根水肥条件下,各处理的小麦单株初生根干物质量在越冬期均高于次生根,于开花期达到最大值;次生根干物质量在返青期以后均大于初生根,于灌浆期达到最大值。所有处理的各生育时期次生根根系活力始终高于初生根,初生根和次生根根系活力分别在返青期和拔节期达到最高值。分根水肥条件下,成熟期籽粒中磷素积累量及氮素和钾素利用率均表现为初生根水肥供应不足处理低于次生根水肥供应不足处理,即SRW_(0)<NRW_(0)、SRF_(0)<NRF_(0)和SRW_(0)F_(0)<NRW_(0)F_(0),而籽粒中氮素和钾素积累量及磷素利用率、籽粒产量及其构成因素、灌水利用率均表现为初生根水肥供应不足处理高于次生根水肥供应不足处理,即NRW_(0)<SRW_(0)、NRF_(0)<SRF_(0)和NRW_(0)F_(0)<SRW_(0)F_(0)。综合来看,小麦生育前期初生根生长发育强于次生根,而中、后期则弱于次生根;相同生育时期初生根的根系活力均低于次生根;初生根对磷素的吸收利用能力较强,而次生根则对氮素、钾素和水分的吸收利用更重要。

抗旱小麦品种根系垂直分布和根尖特征分析研究

为明确抗旱小麦品种根系的垂直分布和根尖特征,以抗旱品种新麦39、洛旱22和干旱敏感周麦36、郑麦369为材料,采用柱栽法,在雨养和高产灌溉两种水分条件下比较分析了两类品种产量、根系形态特征的差异。结果表明,雨养条件下,抗旱品种籽粒产量高于干旱敏感品种,而高产灌溉条件下产量表现则相反。两类品种根长度、根干重和根体积具有显著差异,抗旱品种在表层(0~20 cm)、中层(20~40 cm)和深层(40~60 cm)土壤中的根长度、根干重和根体积均高于干旱敏感品种;雨养条件下表层和中层土壤中的根长度、根干重和根体积均显著低于高产灌溉条件,而在深层土壤中高于高产灌溉条件。不同土层中抗旱品种的根尖数和根尖长度均高于干旱敏感品种,而根尖直径则小于干旱敏感品种,其中高产灌溉条件下,抗旱品种在表层土壤中的根尖长度和根尖数分别较干旱敏感品种分别高17.2%和24.11%,根尖直径低14.2%,差异均达显著水平。与高产灌溉条件相比,雨养条件下不同土层中的根尖长度和根尖直径均降低,表层土壤中的根尖数减少,而中层和深层的根尖数则增多。这说明抗旱品种的根系生长发育状况优于干旱敏感品种,有助于适应干旱胁迫和增加产量。

小麦主胚根生长及主要性状全基因组关联分析

为解析小麦初生根系建成的遗传机制,本研究以黄淮麦区的198份小麦自然群体为材料,对在室内人工气候箱内水培21 d的小麦主胚根的一级分枝根数、分枝密度、长度、表面积、体积和平均直径6个性状进行调查分析,结合660K基因芯片用Q+K混合线性模型对主胚根性状进行全基因组关联分析,并对显著且稳定的关联位点进行功能注释和候选基因挖掘。结果表明,主胚根不同性状呈正态或近似正态分布,变异系数为5.56%~22.10%。通过全基因组关联分析,共检测到136个显著关联位点,这些位点分布在除7B以外的染色体上,可解释5.10%~13.60%的表型变异,同时检测到13个显著的多效位点,挖掘到TraesCS4A01G023100、TraesCS1B01G294400、TraesCS4A01G006200等16个可能与主胚根生长相关的候选基因,这些基因可能通过调控DNA拓扑结构异构酶、泛素结合酶E2、磷酸肌醇磷酸酶家族蛋白等参与小麦主胚根系的建成。本研究结果为小麦根系调控网络构建,以及优化根系构型和发挥根系功能提供了参考。