唐浩

(農業(yè)部科技發(fā)展中心，北京100122)

在不同的環(huán)境條件下特異性、一致性、穩(wěn)定性(DUS)測試性狀表達穩(wěn)定性程度不一。在影響植物性狀表達穩(wěn)定性的眾多環(huán)境因素中，既包括溫度、光照、水分及土壤肥力等自然環(huán)境因素，也包括肥料施用和病蟲害防治等栽培因素[1]。在栽培因素中，肥料施用特別是氮肥施用是影響水稻生長發(fā)育的最重要的因素。前人就氮肥對水稻產量及其植株生物學性狀的影響進行了大量研究[2–8]，結果表明，水稻產量對氮素水平表現(xiàn)出拋物線的變化趨勢，即在一定范圍內，產量隨施氮量增大而增加，但超過一定范圍后，隨施氮量的進一步增加而下降。氮素施用量和施用時期對水稻產量性狀也有顯著影響，一般認為，施氮有利于增加有效穗數(shù)，而其他產量構成因素隨施氮量增加而下降[4,9–10]；也有在一定范圍內施氮可使有效穗數(shù)和穗粒數(shù)協(xié)同增加的報道[8]。

迄今有少數(shù)關于氮素對水稻某些農藝性狀影響的報道。張文香等[8]研究發(fā)現(xiàn)，氮肥用量為0～200 kg/hm2時，水稻一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、植株高度、穗頸長、穗長、著粒密度隨施氮量增大而增加。周有炎等[9]研究表明，隨施氮量增大，水稻株高增高，上三葉葉長、葉寬增大，穗下節(jié)長度增加，穗長變化不明顯。戈長水等[11]研究發(fā)現(xiàn)，施氮量對水稻葉片生長及其光合能力影響很大，在施氮量為0～300 kg/hm2時，隨施氮水平的提高，葉片逐漸變寬、變長，且葉片葉綠素含量明顯提高。潘博等[5]對寒地水稻的研究表明，增施氮肥對穗長和劍葉的長度無顯著影響，隨著施氮量的增加，平均穗粒數(shù)具有顯著增加趨勢。殷春淵等[12]研究表明，水稻上三葉的形態(tài)特征中，受氮肥影響較大的是倒一葉葉寬和倒二葉葉長，倒一葉葉長、倒三葉葉寬受氮肥影響較小。劉麗霞等[13]研究表明，增施氮肥使水稻葉面積增加、葉綠素含量顯著增大，但氣孔密度明顯減小。包靈豐等[14]研究表明，氮肥用量增大，生育期變長，水稻有效穗顯著提高，結實率下降，而株高、穗長、千粒重和穗粒數(shù)變化不顯著。上述研究均表明，水稻產量性狀與生物學性狀受到氮肥用量的顯著影響。

目前關于氮素對水稻農藝性狀的影響，在產量性狀上多限于產量及其構成因素(有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結實率、千粒重)，在生物學性狀上多限于株高、穗長、葉長、葉寬等方面的研究，對水稻其他農藝性狀的影響鮮見報道。筆者以當前中國水稻品種DUS 測試用的44 個標準品種為材料，調查不同施氮水平下的水稻新品種DUS 測試指南中的51 個測試性狀表達的變化，探討氮素水平對水稻DUS 測試性狀表達穩(wěn)定性的影響，以期為DUS 測試性狀選擇以及栽培技術的規(guī)范提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

采用水稻DUS 測試指南中列出的44 份水稻標準品種為材料，其中秈稻品種16 個，粳稻品種28個，分別來自中國、日本、韓國、俄羅斯和國際水稻研究所(IRRI)[15](表1)。

表1 供試水稻品種及其來源

1.2 材料種植及形態(tài)性狀鑒定

1.2.1 材料種植

所有參試材料均于2009年種植在農業(yè)部植物新品種測試成都分中心的DUS 測試試驗基地(四川省成都市郫縣)。試驗地土質均為黏土，前作冬閑田，土壤肥力水平中等偏上。4月8日播種，5月16日移栽。試驗地磷鉀肥按照常規(guī)方法施用。氮肥施用量設5 個處理，分別為150 kg/hm2(處理1)，112.5 kg/hm2(處理2)，37.5kg/hm2(處理3)，0 kg/hm2(處理4)，75 kg/hm2(處理5)。田間試驗采用無重復的完全隨機試驗設計，小區(qū)行長3.54 m，行距0.24 m，株距0.17 m，每行22 株，每個水平1 個小區(qū)，每小區(qū)種植44 個標準品種，每個材料種植1 行，小區(qū)間筑小埂隔開，并用薄膜覆蓋小埂阻隔肥水，各小區(qū)單獨排灌。試驗地四周設保護行。田間管理與當?shù)卮筇锷a基本相同，試驗期間未遭受明顯病、蟲和鳥害。

1.2.2 形態(tài)性狀調查鑒定

所調查性狀選自水稻新品種DUS 測試指南中列出的51 個測試性狀(表2)，性狀鑒定方法和程序按水稻新品種DUS 測試指南(2007 版)要求進行。

1.3 統(tǒng)計分析方法

采用AMMI 模型分析目測性狀，采用方差分析及多重比較的方法分析量測性狀。

1.3.1 AMMI 模型分析

采用SAS 軟件[16]進行AMMI 模型分析。首先進行聯(lián)合方差分析，在基因型與環(huán)境(施氮處理)互作效應顯著的基礎上，按AMMI 模型進行穩(wěn)定性分析，其數(shù)學模型為：

式中：，yijk是第i 基因型(視測試性狀為基因型)在第j 個生長環(huán)境(即不同施氮量)的第k 次重復(視標準品種為重復)的觀察值；μ 是所有施氮量所有基因型的平均表型值；gi是第i 個基因型的主效應；ej是第j 個環(huán)境的主效應；λs 是第s 個主成分的特征值；αis是第s 個主成分的基因型得分，γjs是第s 個主成分的環(huán)境得分；n 是AMMI 模型中基因型與施氮量交互作用主成分的個數(shù)；Rij為提取過n 次iPCA 軸后留下的殘差；εijk為隨機誤差。式右第4 項即為估算的基因型與施氮量交互作用的總和，其中λ0.5sαis為第i 基因型與施氮量交互作用的第s 個主成分值，記為iPCAs。本研究取主成分效應的前3 個iPCA 在多維空間離原點的距離作為基因型穩(wěn)定性的評價指標，記為Di，其值越小則品種穩(wěn)定性越高。

1.3.2 方差分析

采用SAS 軟件進行方差分析。

表2 測試性狀及觀測方法

2 結果和分析

2.1 目測性狀的穩(wěn)定性

首先對38 個目測性狀AMMI 模型進行聯(lián)合方差分析，結果表明，該模型在0.001 統(tǒng)計水平上顯著(表3)。其次，對AMMI 模型中基因型與施氮量效應進行顯著性分析，結果發(fā)現(xiàn)AMMI 模型中，第1 個主成分能解釋61.03%的基因型與施氮量互作效應，前2 個主成分能解釋83.26%的基因型與施氮量互作效應，前3 個主成分能解釋93.09%的基因型與施氮量互作效應(表4)。由此，取前3 個iPCA 在多維空間離原點的距離(即Di值)作為性狀穩(wěn)定性的評價指標作圖(表5，圖1)，結果顯示，38 個目測性狀的Di值具有一定差異，介于0.033～0.657。其中，Di值最大的是抽穗期(0.657)，其次是葉片綠色深淺(0.642)，再次是莖節(jié)花青甙顯色(0.426)；此外，Di值為0.2～0.4 的有倒數(shù)第二葉葉片茸毛(0.348)、葉片花青甙顯色(0.218)、外穎色(0.205)和芒有無(0.204)；Di值為0.1～0.2 的有莖節(jié)間花青甙顯色(0.196)、穎尖花青甙顯色(初期)(0.187)、芒的分布(0.175)、近穎尖部花青甙顯色(后期)(0.127)、葉片花青甙分布(0.126)、葉鞘色(基部)(0.11)和劍葉角度(后期)(0.105)；其他各性狀的Di值均在0.1 以下，尤其是莖稈角度、糙米形狀、種皮色、穗類型、二次枝梗、柱頭顏色、倒數(shù)第二葉葉舌各性狀等的均在0.04 以下(表5，圖1)。

可見，在38 個目測性狀中，在不同施氮量條件下，抽穗期、葉片綠色深淺與莖節(jié)花青甙顯色穩(wěn)定性較差，其他指標穩(wěn)定性較好，尤其是莖稈角度、糙米形狀、種皮色、穗類型、二次枝梗、柱頭顏色、倒數(shù)第二葉葉舌各性狀等穩(wěn)定性最好。

表3 DUS 測試中目測性狀AMMI 模型方差分析

表4 目測性狀AMMI 模型中不同主成分的統(tǒng)計參數(shù)

表5 目測性狀AMMI 模型的主成分及穩(wěn)定性參數(shù)

圖1 DUS 測試目測性狀與施氮水平互作AMMI交互作用雙標圖

2.2 量測性狀的穩(wěn)定性

表6 所列為13 個量測性狀的方差分析結果。各量測指標(倒二葉長、倒二葉寬、倒二葉舌長、劍葉長度、劍葉寬度、結實率、莖稈長度、莖稈粗細、莖稈莖數(shù)、每穗粒數(shù)、穗長度、穗伸出度和最長芒長度)在品種間表現(xiàn)出了顯著差異；除了最長芒長度外，其他性狀在不同施氮量下也表現(xiàn)出了顯著差異；同時，基因型與施氮量的互作對各量測指標的影響也達到了顯著水平。可見，施氮量對芒長的影響不大，但對其他量測性狀有顯著影響。

表6 量測性狀方差分析結果

量測性狀在不同施氮水平下的多重比較結果見表7。各性狀在不同施氮水平下表現(xiàn)有顯著差異，其中，倒二葉長以處理1 最長，其次是處理5，再次是處理2，處理3 和4 顯著低于其他處理；倒二葉寬，除處理1 和2 沒有顯著差異外，其他處理表現(xiàn)隨施氮量下降顯著下降趨勢；倒二葉舌長以處理5 最長，顯著高于其他處理；劍葉長度，處理1、2、5 顯著長于處理3，處理3 顯著長于處理4；劍葉寬度，除處理2 和5 沒有顯著差異外，其他處理表現(xiàn)隨施氮量增大而變寬的趨勢；結實率，處理3、4、5 之間沒有顯著差異，但施氮量繼續(xù)增大則導致結實率顯著下降；莖稈長度一般隨施氮量增大而顯著增大，但處理1 和2 沒有顯著差異；莖稈粗細以處理5 最粗，處理4 最細，其他處理間沒有顯著差異；莖稈莖數(shù)以處理5 最大，其他處理表現(xiàn)施氮量越大莖數(shù)越多；每穗粒數(shù)以處理5 最大，處理1 居其次，處理2 和4 最少；穗長度，處理1 和5 最長，處理2 居其次，處理3 和4 最短；穗伸出度以處理2 最大，處理1 和3 最小。

表7 量測性狀在不同施氮水平下的多重比較結果

整體來看，各性狀均受到施氮水平的顯著影響，葉片長寬性狀(包括倒二葉長、倒二葉寬、劍葉長度、劍葉寬度)、莖稈長度與穗長度表現(xiàn)隨施氮量增大而增大的趨勢，結實率在施氮量超過75 kg/hm2后呈顯著下降趨勢，而其他性狀變化規(guī)律不甚明顯。

3 小結與討論

當前，我國的DUS 測試主要采用DNA 分子標記輔助，田間種植試驗集中測試新品種DUS 方式進行，其中田間表型性狀的鑒定由不同單位在不同環(huán)境條件下實施。不同測試點除了生態(tài)環(huán)境差異外，在栽培技術上尚不能采用完全一致的水平，測試結果也有一定差異，勢必影響測試結果的真實性。本研究以我國水稻DUS 測試指南中的44 個標準品種為材料，就氮素施用量對水稻51 個測試性狀的表達穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)研究。結果表明，氮素施用量對目測性狀和量測性狀均有不同程度的影響。其中，38 個目測性狀中，抽穗期、葉片綠色深淺與莖節(jié)花青甙顯色對氮素的反應較明顯，其他指標穩(wěn)定性相對較好；13 個量測指標中，最長芒長度穩(wěn)定性較好，其他性狀在不同氮素施用水平下均發(fā)生顯著變化。

水稻氮肥施用是一項非常復雜的技術，除施氮量外，還應考慮土壤基礎肥力、氮肥種類、氮肥類型、氮肥運籌、肥料配施(有機無機配施、氮磷鉀配施)等問題。不同肥料類型、不同施用量和不同施用時期對水稻的秧苗形態(tài)與生理特性[17]、產量與氮肥利用率[18–20]、品質[20]都存在一定影響。高地力稻田氮肥貢獻率小、施肥增產的潛力小，低地力稻田氮肥貢獻率大、施肥增產的潛力大[21]。氮肥運籌，即氮肥在不同時期的分配明顯影響水稻群體質量[22]、產量[22–23]、氮素吸收利用[9,23]、葉長與節(jié)間長[24]等。除了以上問題以外，氮肥施用還應考慮其與其他栽培措施(如灌水、種植密度、秸稈還田、土壤耕作等)的互作效應。

基于上述研究，對水稻DUS 測試提出如下建議：(1)在DUS 測試指南制(修)訂中，盡可能剔除穩(wěn)定性差的性狀，盡可能選出最合適的標準品種，以便在DUS 測試時起到示例和校正作用；(2)進一步規(guī)范DUS 測試單位的栽培技術，特別是對氮素的施用量和施用時期嚴格規(guī)范，以免影響測試結果；(3)除施氮量以外，還應統(tǒng)籌考慮土壤基礎肥力、氮肥種類、氮肥類型、氮肥運籌、灌水制度、種植密度等各個方面，盡可能使不同測試環(huán)境保持一致。

[1]董鉆，沈秀瑛．作物栽培學總論[M]．北京：中國農業(yè)出版社，2000．

[2]潘圣剛，黃勝奇，翟晶，等．氮肥用量與運籌對水稻氮素吸收轉運及產量的影響[J]．土壤，2012，44(1)：23–29．

[3]李世峰，劉蓉蓉，周宇．不同施氮量對高沙土地區(qū)機插水稻產量及氮肥利用的影響[J]．中國稻米，2012，18(3)：47–49，53．

[4]胡鵬，楊友斌，程二衛(wèi)．氮肥施用量對水稻產量及構成因素的影響[J]．農技服務，2012(5)：7–8．

[5]潘博，趙海，夏天舒，等．高氮肥對寒地水稻產量和群體形態(tài)的影響[J]．黑龍江農業(yè)科學，2012(2)：337．

[6]佟彤，付立東．氮肥不同施入量對水稻新品種鹽粳228產量的影響[J]．北方水稻，2012，42(1)：16–19．

[7]謝黎虹，葉定池，胡培松，等．氮肥用量和施用方式對水稻“甬優(yōu)6 號”產量和品質的影響[J]．植物營養(yǎng)與肥料學報，2011，17(4)：789–794．

[8]張文香，王成玻，王伯倫，等．氮肥用量對水稻產量及產量性狀的影響[J]．墾殖與稻作，2005(6)：338．

[9]周有炎，沙安勤，孫東海，等．不同施氮量對水稻產量及氮肥利用率的影響[J]．現(xiàn)代農業(yè)科技，2011(4)：274–275．

[10]汪壽根，陳潤興．不同氮肥用量對中嘉早17 水稻產量的影響[J]．現(xiàn)代農業(yè)科技，2011(5)：61，63．

[11]戈長水，應武，孔萬根，等．不同氮肥量對水稻成熟期劍葉外觀及氮含量的影響[J]．杭州農業(yè)與科技，2010(4)：36–38．

[12]殷春淵，王書玉，薛應征，等．氮肥處理對新稻18 號水稻產量及葉片形態(tài)特征的影響[J]．中國農業(yè)科技導報，2012，14(3)：101–106．

[13]劉麗霞，李海波．氮肥水平對不同穗型水稻品種葉片性狀的影響[J]．湖北農業(yè)科學，2011，50(6)：1111–1113．

[14]包靈豐，林綱，趙德明，等．雜交水稻不同氮肥水平下產量和農藝性狀變化分析[J]．吉林農業(yè)大學學報，2010，32(S)：1–4，8．

[15]唐浩，余漢勇，肖應輝，等．基于DUS測試的水稻標準品種形態(tài)性狀多樣性分析[J]．遺傳資源學報，2011，11(6)：853–859．

[16]SAS Institute Inc．SAS/STAT User's Guide[M]．Cary NC：SAS Institute Inc，1988．

[17]楊越超，張民，陳劍秋，等．控釋氮肥對水稻秧苗形態(tài)特征和生理特性的影響[J]．植物營養(yǎng)與肥料學報，2010，16(5)：1126–1135．

[18]胡春花，羅革彬，曾建華，等．不同類型緩釋氮肥對水稻產量和氮肥利用率的影響[J]．中國農學通報，2011，27(15)：174–177．

[19]袁嫚嫚，葉舒婭，劉楓，等．不同控釋氮肥對水稻產量和氮肥利用率的影響[J]．廣東農業(yè)科學，2011(9)：56–57．

[20]伍少福，韓科峰，吳良歡，等．控釋摻混尿素對水稻產量?品質和氮肥利用率的影響[J]．浙江農業(yè)學報，2011，23(5)：983–987．

[21]曾祥明，韓寶吉，徐芳森，等．不同基礎地力土壤優(yōu)化施肥對水稻產量和氮肥利用率的影響[J]．中國農業(yè)科學，2012，45(14)：2886–2894．

[22]吳文革，張玉海，張健，等．氮肥運籌對機插雜交中秈水稻群體質量及產量形成的影響[J]．安徽農業(yè)大學學報，2011，38(1)：1–5．

[23]李啟紅，賀雙明，劉瓊峰，等．氮肥不同基追比例對水稻產量和氮素吸收利用的影響[J]．湖南農業(yè)科學，2012(13)：56–58，61．

[24]劉玉平，高彩虹，王士強，等．氮肥不同施用時期及用量對寒地水稻葉長與節(jié)間長的影響[J]．現(xiàn)代化農業(yè)，2010(7)：13．