氮素能显著影响水稻的抗倒伏能力，水稻抗倒伏能力与其茎秆的机械强度有密切联系，茎秆机械强度则与茎秆内部的结构性碳水化合物含量相关，其中木质素是有着基础性作用的主要物质之一。本文以两个粳稻品种武运粳23号和W3668为试验材料，设置两个水平0 kg ha-1（低氮）、180kg ha-1（高氮）的氮素穗肥处理，研究氮素对水稻茎秆木质素的影响以及调控水稻茎秆木质素形成的生理机制。通过对不同氮素处理下水稻茎秆力学特性、形态学指标和生理学指标的差异分析发现，过量施氮会抑制茎秆中木质素的合成；其机理是施氮使植株氮代谢旺盛，叶片中光合产物被大量消耗来合成蛋白质，从而导致转运到茎秆中的碳降低，依托大量碳水化合物合成的木质素含量也相应地减少，茎秆机械强度降低。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1试验材料与设计2
1.2 测定项目 2
1.2.1氮素差异调控水稻茎秆木质素形成试验2
1.2.2氮素处理下碳水化合物从叶片到茎秆的转运研究2
1.3测定方法2
1.3.1抗倒伏力学指标测定2
1.3.2非结构性碳水化合物2
1.3.3木质素含量测定3
1.3.4蔗糖含量测定3
1.3.5氮含量测定3
1.3.6扫描电镜观察3
1.3.7木质素染色切片3
1.3.8基因表达3
1.4统计分析方法3
2结果与分析3
2.1氮素对抽穗后20天水稻植株表型的影响3
2.2氮素对水稻茎秆机械强度的影响 4
2.2.1氮素对水稻茎秆力学指标的影响4
2.2.2氮素对水稻茎秆次生壁积累的影响 5
2.3氮素对水稻茎秆木质素的影响 6
2.3.1不同氮素处理下茎秆木质素染色切片的观察6
2.3.2氮素对水稻茎秆木质素含量的影响6
2.3.3氮素对木质素合成基因表达的影响 7
2.4氮素对水稻光合作用的影响 7
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2.5氮素对水稻植株中物质组成的影响 8
2.5.1氮素对叶片和茎秆中非结构性碳水化合物含量的影响 8
2.5.2氮素对叶片和茎秆中氮含量的影响 9
2.5.3氮素对叶片和茎秆中蔗糖含量的影响 10
2.5.4氮素对叶片和茎秆中蔗糖转运基因的影响 11
3讨论12
3.1木质素对水稻茎秆机械强度起关键作用 12 3.2氮素调控茎秆木质素形成的生理机制12
4 结论12
致谢12
参考文献12
氮素调控水稻茎秆木质素形成的生理机制
引言
水稻是我国主要粮食作物之一，在我国的粮食生产中占有不可替代的地位。倒伏是水稻生产中普遍存在的问题，严重制约了水稻产品和品质的提高[1]。前人的研究发现，在水稻产量达到一定程度后，进一步高产必须先在生物产量上有所突破[2]。而增加生物产量的重要途径之一就是增加株高。但是随着株高的增加，水稻倒伏的风险又随之上升。因此协调高产和植株倒伏之间的矛盾，就要提高植株的抗倒伏能力。在一定株高条件下，提高茎秆抗倒伏能力的关键因素就是增强茎秆机械强度[3]。研究表明，木质素含量与茎秆的机械强度密切相关。木质素含量降低，茎秆的机械强度也下降，易造成茎秆倒伏，木质素含量增加，植株茎秆的机械强度也增加[4]。
氮素是影响水稻产量最敏感的元素，水稻生长和产量形成的重要调控手段之一就是施用氮肥，适量施用氮肥可以提高水稻产量。但是氮肥过量，则会使植株株高增加，节间细长，易导致倒伏[5]。前人的研究发现，增施氮素会显著降低茎秆基部结构性碳水化合物的含量[68]。在小麦的试验中发现，高氮条件下小麦木质素合成的相关酶的活性受到抑制[9]。对水稻愈伤组织的转录组分析发现，亚硝酸盐作用会使肉桂酰 CoA 还原酶基因表达量显著下调，从而导致了木质素含量的降低[10]。尽管前人现在在氮素对植物茎秆中木质素的影响这一方面已经进行了大量的试验，结论也基本相同，但是关于高氮对水稻茎秆木质素形成的调控机制目前尚未有系统深入的研究。
本文以两个粳稻品种（武运粳23号（抗倒、氮钝感材料）、W3668（不抗倒、氮敏感材料））为材料，设置两个氮素水平（其他栽培条件相同），分别测定各处理下的水稻基部茎秆力学特性，形态学指标和生理学指标，分析了其差异，明确氮素对水稻茎秆木质素的调控机理，为水稻抗倒高产栽培调控提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 试验材料与设计
以两个粳稻品种武运粳23号（抗倒、氮钝感材料）、W3668（不抗倒、氮敏感材料）为试验材料，于2016年在大学水稻栽培试验站江苏省丹阳市延陵镇宝林农场进行。各试验均为大田试验。
试验点土壤为黄壤土，耕作层土壤pH 6.85，含有有机质21.02 g/kg、全氮1.12 g/kg、速效氮70.60 mg/kg、速效磷13.23 mg/kg、速效钾119.41 mg/kg。栽插密度为17穴m2,行株距33cm×17.5cm。本试验采用随机区组设计，一共4个小区，每个小区面积10m× 6m，在基、蘖氮肥90kg ha1的条件下，设置0 kg ha1（低氮）、180kg ha1（高氮）的氮素穗肥处理。其他栽培措施与常规栽培措施相同。
1．2 测定项目
1．2．1 氮素差异调控水稻茎秆木质素形成试验 从水稻茎秆基部第2节间开始拔节后至抽穗后20天，每5天对基部第2节间进行取样，测定基部第2节间的长度以及单位长度干重，同时测定基部第2节间木质素的含量；每个时间点取基部第2节间，保存于固定液中，在扫描电镜下观察细胞壁的积累过程。
水稻抽穗后20天，取长势一致的茎秆，测定茎秆基部节间的机械强度：折断弯矩(gcm)、断面模数(mm3)和弯曲应力(gmm2)；同时对基部第2节间横切面制作木质素染色切片，观察木质素在茎秆细胞壁中的分布。
从基部第2节间开始拔节后0,3,6,9,12,15,20,25,45天对基部第2节间取样，测定木质素合成关键基因的表达，明确木质素合成关键基因的主要表达时间点及其对氮素的响应。

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