长江中下游主栽水稻氮高效品种筛选及其生理生化特征

马晓诺; 侯星宇; 蔡红梅

doi:10.13300/j.cnki.hnlkxb.2025.05.001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

长江中下游主栽水稻氮高效品种筛选及其生理生化特征

作物耐瘠抗逆的精准评价与品种筛选 | 更新时间：2026-11-05

- 长江中下游主栽水稻氮高效品种筛选及其生理生化特征
- Screening of nitrogen efficient rice varieties mainly planted in middle and lower reaches of Yangtze River and their physiological and biochemical characteristics
- 华中农业大学学报 2025年44卷第5期页码：1-12
- 作者机构：
  
  华中农业大学资源与环境学院，武汉 430070
- 作者简介：
  
  马晓诺， E-mail： 1683663913@qq.com
  蔡红梅，E-mail： caihongmei@mail.hzau.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目(2021YFD1901203)
- DOI：10.13300/j.cnki.hnlkxb.2025.05.001
  中图分类号： S511.103.7
- 收稿：2024-11-19，
  
  纸质出版：2025-09-15
- 稿件说明：
移动端阅览
马晓诺，侯星宇，蔡红梅.长江中下游主栽水稻氮高效品种筛选及其生理生化特征［J］.华中农业大学学报，2025，44（5）：1‐12.

MA Xiaonuo,HOU Xingyu,CAI Hongmei.Screening of nitrogen efficient rice varieties mainly planted in middle and lower reaches of Yangtze River and their physiological and biochemical characteristics[J].Journal of Huazhong Agricultural University,2025,44(05):1-12.
马晓诺，侯星宇，蔡红梅.长江中下游主栽水稻氮高效品种筛选及其生理生化特征［J］.华中农业大学学报，2025，44（5）：1‐12. DOI： 10.13300/j.cnki.hnlkxb.2025.05.001.

MA Xiaonuo,HOU Xingyu,CAI Hongmei.Screening of nitrogen efficient rice varieties mainly planted in middle and lower reaches of Yangtze River and their physiological and biochemical characteristics[J].Journal of Huazhong Agricultural University,2025,44(05):1-12. DOI： 10.13300/j.cnki.hnlkxb.2025.05.001.

摘要

为探究长江中下游主栽水稻品种氮高效的生理生化特征，以该地区57份主栽水稻品种为试验材料，通过营养液培养试验进行氮效率筛选；以筛选获得的氮高、低效品种为研究对象，结合营养液培养试验、土壤盆栽试验和大田小区试验，分析两者在生长表型、产量形成、氮素吸收利用及其相关基因表达、酶活性及代谢产物上的差异。结果显示，通过筛选确定氮高效品种为荃优丝苗（5#），氮低效品种为五优晶丝苗（8#）；无论在全氮（+N）还是缺氮（-N）处理下，氮高效品种具有更加优良的根系构型和生物量，其株高、根长、根尖数、根系总表面积和总体积、根和地上部干质量均显著高于氮低效品种；氮高效品种的有效穗数、穗长、千粒重、结实率和籽粒产量均高于氮低效品种；氮高效品种对氮素的吸收利用显著优于氮低效品种，其根和地上部氮含量、氮累积量、根系对

和

的吸收、氮素利用指数及在籽粒中的分配比例均显著高于氮低效品种；氮高效品种中大多数氮吸收转运和还原同化基因的表达水平显著高于氮低效品种；+N条件下，氮高效品种根中硝酸还原酶活性和地上部谷氨酸合酶活性、可溶性蛋白和糖的含量均显著高于氮低效品种。结果表明，优良的根系构型、更强的氮素吸收能力、高效地向地上部转运并还原同化以及将更多的氮向籽粒分配是氮高效品种的重要特征。

Abstract

57 rice varieties mainly planted in the middle and lower reaches of Yangtze River were used to study the physiological and biochemical characteristics of nitrogen efficient rice varieties mainly planted in this region.Hydroponic culture was conducted to screen the nitrogen efficiency of rice.The nitrogen-efficient and nitrogen-inefficient rice varieties screened were further used to analyze the differences in growth， yield formation， absorption and utilization of nitrogen， activity of enzymes， metabolites， and expression level of related genes with hydroponic culture， soil pot， and field trials.The results showed that the nitrogen efficient and nitrogen inefficient rice variety was determined to be Quanyousimiao（5#） and Wuyoujingsimiao（8#）.5# had better root architecture and biomass under both +N and -N treatments， with significantly higher plant height， root length， number of root tips， total surface area and volume of roots， and

dry weight of roots and shoots compared to that of 8#.The effective number of spikes， spike length， thousand-grain weight， seed setting rate， grain yield， and absorption and utilization of nitrogen of 5# was higher than that of 8#.The content of nitrogen， accumulation of roots and shoots， the absorption of

and

， nitrogen utilization index， and distribution ratio in grains of 5# was significantly higher than that of 8#.The expression level of most genes involved in the absorption， transport， reduction， and assimilation of nitrogen in 5# was significantly higher than that in 8#.The activity of NR in root and activity of GOGAT in shoot， the content of soluble protein and sugar in 5# was significantly higher than that in 8#.It is indicated that excellent architecture of root， stronger absorption capacity of nitrogen， efficiently transporting nitrogen to shoot， timely reducing and assimilating nitrogen， and distributing more nitrogen to grains are important characteristics of nitrogen-efficient rice variety.

关键词

Keywords

references

严如玉，甘国渝，赵希梅，等.我国水稻优势产区生产格局及施肥现状研究［J］.中国稻米，2023，29（3）：1-8.YAN R Y，GAN G Y，ZHAO X M，et al.Study on the production pattern and fertilization status of rice dominant production areas in China［J］.China rice，2023，29（3）：1-8 （in Chinese with English abstract） .

梁玉刚，李静怡，周晶，等.中国水稻栽培技术的演变与展望［J］.作物研究，2022，36（2）：180-188.LIANG Y G，LI J Y，ZHOU J，et al.Evolution and prospect of rice cultivation technology in China［J］.Crop research，2022，36（2）：180-188 （in Chinese with English abstract） .

赵凌，赵春芳，周丽慧，等.中国水稻生产现状与发展趋势［J］.江苏农业科学，2015，43（10）：105-107.ZHAO L，ZHAO C F，ZHOU L H，et al.Current situation and development trend of rice production in China［J］.Jiangsu agricultural sciences，2015，43（10）：105-107 （in Chinese） .

ZHANG F S，CUI Z L，FAN M S，et al.Integrated soil-crop system management：reducing environmental risk while increasing crop productivity and improving nutrient use efficiency in China［J］.Journal of environmental quality，2011，40（4）：1051-1057.

ZHOU Y，TAO Y J，TANG D N，et al.Identification of QTL associated with nitrogen uptake and nitrogen use efficiency using high throughput genotyped CSSLs in rice （ Oryza sativa L.）［J/OL］.Frontiers in plant science，2017，8：1166［2024-11-19］.https：//doi.org/10.3389/fpls.2017.01166.

LIU Y Q，WANG H R，JIANG Z M，et al.Genomic basis of geographical adaptation to soil nitrogen in rice［J］.Nature，2021，590（7847）：600-605.

GU B J，JU X T，CHANG J，et al.Integrated reactive nitrogen budgets and future trends in China［J］.PNAS，2015，112（28）：8792-8797.

ZHONG Y，YAN W M，SHANGGUAN Z P.Impact of long-term N additions upon coupling between soil microbial community structure and activity，and nutrient-use efficiencies［J］.Soil biology and biochemistry，2015，91：151-159.

GAO S S，XU P，ZHOU F，et al.Quantifying nitrogen leaching response to fertilizer additions in China’s cropland［J］.Environmental pollution，2016，211：241-251.

HOU X K，ZHAN X Y，ZHOU F，et al.Detection and attribution of nitrogen runoff trend in China’s croplands［J］.Environmental pollution，2018，234：270-278.

ALIYU G，LUO J F，DI H J，et al.Nitrous oxide emissions from China’s croplands based on regional and crop-specific emission factors deviate from IPCC 2006 estimates［J］.Science of the total environment，2019，669：547-558.

MA R Y，ZOU J W，HAN Z Q，et al.Global soil-derived ammonia emissions from agricultural nitrogen fertilizer application：a refinement based on regional and crop-specific emission factors［J］.Global change biology，2021，27（4）：855-867.

ZHANG J L，SONG X N，WEI H，et al.Effect of substituting nitrogen fertilizer with nitrogen-fixing cyanobacteria on yield in a double-rice cropping system in Southern China［J］.Journal of applied phycology，2021，33（4）：2221-2232.

SINGH U，LADHA J K，CASTILLO E G，et al.Genotypic variation in nitrogen use efficiency in medium- and long-duration rice［J］.Field crops research，1998，58（1）：35-53.

ISHIKAWA S，MAEKAWA M，ARITE T，et al.Suppression of tiller bud activity in tillering dwarf mutants of rice［J］.Plant & cell physiology，2005，46（1）：79-86.

TABUCHI M，ABIKO T，YAMAYA T.Assimilation of ammonium ions and reutilization of nitrogen in rice （ Oryza sativa L.）［J］.Journal of experimental botany，2007，58（9）：2319-2327.

童汉华，余新桥，梅捍卫，等.水稻苗期氮素营养高效基因型的筛选［J］.浙江农业科学，2007，48（5）：537-541.TONG H H，YU X Q，MEI H W，et al.Screening of genotypes with high nitrogen nutrition efficiency in rice seedling stage［J］.Journal of Zhejiang agricultural sciences，2007，48（5）：537-541 （in Chinese） .

冯洋，陈海飞，胡孝明，等.我国南方主推水稻品种氮效率筛选及评价［J］.植物营养与肥料学报，2014，20（5）：1051-1062.FENG Y，CHEN H F，HU X M，et al.Nitrogen efficiency screening of rice cultivars popularized in South China［J］.Journal of plant nutrition and fertilizer，2014，20（5）：1051-1062 （in Chinese with English abstract） .

余友玲，吴文革，陈刚，等.水稻氮高效品种的初步筛选［J］.中国稻米， 2015， 21（4）： 99-102.YU Y L， WU W G， CHEN G， et al.Preliminary screening of high nitrogen utilization efficiency rice［J］.China rice， 2015， 21（4）： 99-102 （in Chinese with English abstract） .

吴子帅，罗翠萍，李虎，等.氮高效型优质常规稻品种筛选［J］.南方农业学报，2021，52（1）：63-69.WU Z S，LUO C P，LI H，et al.Screening of high-quality conventional rice varieties with high nitrogen efficiency［J］.Journal of southern agriculture，2021，52（1）：63-69 （in Chinese with English abstract） .

阮新民，施伏芝，罗志祥，等.水稻苗期氮高效品种评价与筛选的初步研究［J］.中国稻米，2010，16（2）：22-25.RUAN X M，SHI F Z，LUO Z X，et al.Preliminary study on evaluation and screening of rice varieties with high nitrogen efficiency at seedling stage［J］.China rice，2010，16（2）：22-25 （in Chinese） .

孙永健，孙园园，徐徽，等.水氮管理模式对不同氮效率水稻氮素利用特性及产量的影响［J］.作物学报，2014，40（9）：1639-1649.SUN Y J，SUN Y Y，XU H，et al.Effects of water-nitrogen management patterns on nitrogen utilization characteristics and yield in rice cultivars with different nitrogen use efficiencies［J］.Acta agronomica sinica，2014，40（9）：1639-1649 （in Chinese with English abstract） .

戢林，李廷轩，张锡洲，等.氮高效利用基因型水稻生育后期氮素分配与转运特性［J］.应用生态学报，2014，25（4）：1036-1042.JI L，LI T X，ZHANG X Z，et al.Characteristics of distribution and transportation of rice genotype with high nitrogen utilization efficiency at the late growth stage［J］.Chinese journal of applied ecology，2014，25（4）：1036-1042 （in Chinese with English abstract） .

YOSHIDA S， FORNO DA， COCK JH， et al.Laboratory manual for physiological studies of rice ［M］.Manila：International Rice Research Institute， 1976.

鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京：中国农业出版社， 2000.BAO S.Soil agricultural chemistry analysis ［M］.Beijing：China Agricultural Press， 2000 （in Chinese） .

QI J F，YU L，DING J D，et al.Transcription factor OsSNAC1 positively regulates nitrate transporter gene expression in rice［J］.Plant physiology，2023，192（4）：2923-2942.

JI C C，LI H X，DING J L，et al.Rice transcription factor OsWRKY37 positively regulates flowering time and grain fertility under copper deficiency［J］.Plant physiology，2024，195（3）：2195-2212.

王学奎，黄见良.植物生理生化实验原理与技术［M］.3版.北京：高等教育出版社，2015.WANG X K，HUANG J L.Principles and techniques of plant physiological biochemical experiment［M］.3rd ed.Beijing：Higher Education Press，2015 （in Chinese） .

樊剑波.不同氮效率基因型水稻氮素吸收和根系特征研究［D］.南京：南京农业大学，2008.FAN J B.Study on nitrogen absorption and root characteristics of rice with different nitrogen efficiency genotypes［D］.Nanjing：Nanjing Agricultural University，2008 （in Chinese with English abstract） .

戢林，李廷轩，张锡洲，等.氮高效利用基因型水稻根系形态和活力特征［J］.中国农业科学，2012，45（23）：4770-4781.JI L，LI T X，ZHANG X Z，et al.Root morphological and activity characteristics of rice genotype with high nitrogen utilization efficiency［J］.Scientia agricultura sinica，2012，45（23）：4770-4781 （in Chinese with English abstract） .

陈晨，龚海青，张敬智，等.水稻根系形态与氮素吸收累积的相关性分析［J］.植物营养与肥料学报，2017，23（2）：333-341.CHEN C，GONG H Q，ZHANG J Z，et al.Correlation between root morphology and nitrogen uptake of rice［J］.Journal of plant nutrition and fertilizer，2017，23（2）：333-341 （in Chinese with English abstract） .

刘磊，宋娜娜，齐晓丽，等.水稻根系特征与氮吸收利用效率关系的研究进展［J］.作物杂志，2022（1）：11-19.LIU L，SONG N N，QI X L，et al.Research advances on the relationship between root characteristics and nitrogen uptake and utilization efficiency in rice［J］.Crops，2022（1）：11-19 （in Chinese with English abstract） .

吴昊，顾汉柱，王琛，等.水稻根系与氮肥高效吸收利用关系研究进展［J］.江苏农业科学，2023，51（20）：9-14.WU H，GU H Z，WANG C，et al.Research progress on relationship between roots of rice and efficient absorption and utilization of nitrogen fertilizer［J］.Jiangsu agricultural sciences，2023，51（20）：9-14 （in Chinese with English abstract） .

SONODA Y，IKEDA A，SAIKI S，et al.Distinct expression and function of three ammonium transporter genes （OsAMT1；1-1；3） in rice［J］.Plant & cell physiology，2003，44（7）：726-734.

LOQUÉ D，VON WIRÉN N.Regulatory levels for the transport of ammonium in plant roots［J］.Journal of experimental botany，2004，55（401）：1293-1305.

FAN X R，NAZ M，FAN X R，et al.Plant nitrate transporters：from gene function to application［J］.Journal of experimental botany，2017，68（10）：2463-2475.

刘利，李秀杰，韩真，等.植物中氮素感知和信号的研究进展［J］.植物生理学报，2018，54（10）：1535-1545.LIU L，LI X J，HAN Z，et al.Advances in nitrogen nutrition sensing and signaling in plants［J］.Plant physiology journal，2018，54（10）：1535-1545 （in Chinese with English abstract） .

桑世飞，曹梦雨，王亚男，等.水稻氮高效相关基因的研究进展［J］.中国农业科学， 2022， 55（8）： 1479-1491.SANG S F， CAO M Y， WANG Y N， et al.Research progress of nitrogen efficiency related genes in rice ［J］.Scientia agricultura sinica， 2022， 55（8）： 1479-1491 （in Chinese with English abstract） .

HU B，WANG W，OU S J，et al.Variation in NRT1.1B contributes to nitrate-use divergence between rice subspecies［J］.Nature genetics，2015，47（7）：834-838.

WANG W，HU B，YUAN D Y，et al.Expression of the nitrate transporter gene OsNRT1.1A/OsNPF6.3 confers high yield and early maturation in rice［J］.The plant cell，2018，30（3）：638-651.

KATAYAMA H，MORI M R，KAWAMURA Y，et al.Production and characterization of transgenic rice plants carrying a high-affinity nitrate transporter gene （ OsNRT2.1 ）［J］.Breeding science，2009，59（3）：237-243.

YAN M，FAN X R，FENG H M，et al.Rice OsNAR2.1 interacts with OsNRT2.1，OsNRT2.2 and OsNRT2.3a nitrate transporters to provide uptake over high and low concentration ranges［J］.Plant，cell & environment，2011，34（8）：1360-1372.

TANG Z，FAN X R，LI Q，et al.Knockdown of a rice stelar nitrate transporter alters long-distance translocation but not root influx［J］.Plant physiology，2012，160（4）：2052-2063.

RANATHUNGE K，EL-KEREAMY A，GIDDA S，et al. AMT1；1 transgenic rice plants with enhanced NH 4 （+） permeability show superior growth and higher yield under optimal and suboptimal NH 4 + conditions［J］.Journal of experimental botany，2014，65（4）：965-979.

吴巍，赵军.植物对氮素吸收利用的研究进展［J］.中国农学通报，2010，26（13）：75-78.WU W，ZHAO J.Advances on plants’nitrogen assimilation and utilization［J］.Chinese agricultural science bulletin，2010，26（13）：75-78 （in Chinese with English abstract） .

GLEVAREC G，BOUTON S，JASPARD E，et al.Respective roles of the glutamine synthetase/glutamate synthase cycle and glutamate dehydrogenase in ammonium and amino acid metabolism during germination and post-germinative growth in the model legume Medicago truncatula ［J］.Planta，2004，219（2）：286-297.

MASCLAUX-DAUBRESSE C，REISDORF-CREN M，PAGEAU K，et al.Glutamine synthetase-glutamate synthase pathway and glutamate dehydrogenase play distinct roles in the sink-source nitrogen cycle in tobacco［J］.Plant physiology，2006，140（2）：444-456.

LEA P J，MIFLIN B J.Nitrogen assimilation and its relevance to crop improvement［J/OL］.Annual plant reviews online，2018，42（1）：1-40.

XU G H，FAN X R，MILLER A J.Plant nitrogen assimilation and use efficiency［J］.Annual review of plant biology，2012，63：153-182.

YONEYAMA T，SUZUKI A.Exploration of nitrate-to-glutamate assimilation in non-photosynthetic roots of higher plants by studies of 15 N-tracing，enzymes involved，reductant supply，and nitrate signaling：a review and synthesis［J］.Plant physiology and biochemistry，2019，136：245-254.

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

长江中下游主栽水稻磷高效品种筛选及其生理生化特征

减氮增密对水稻产量及稻米食味品质的影响

稻季旱作对稻麦轮作系统周年产量及资源利用效率的影响

大豆灰斑病病原变异、抗性挖掘与智能防控

牛SLC16A基因家族鉴定及SLC16A1表达特征分析