Genotypic variation in seedling root architectural traits and implications for drought adaptation in wheat (Triticum aestivum L.)

Root system characteristics are of fundamental importance to soil exploration and below-ground resource acquisition. Root architectural traits determine the in situ space-filling properties of a root system or root architecture. The growth angle of root axes is a principal component of root system architecture that has been strongly associated with acquisition efficiency in many crop species. The aims of this study were to examine the extent of genotypic variability for the growth angle and number of seminal roots in 27 current Australian and 3 CIMMYT wheat (Triticum aestivum L.) genotypes, and to quantify using fractal analysis the root system architecture of a subset of wheat genotypes contrasting in drought tolerance and seminal root characteristics. The growth angle and number of seminal roots showed significant genotypic variation among the wheat genotypes with values ranging from 36 to 56 (degrees) and 3 to 5 (plant-1), respectively. Cluster analysis of wheat genotypes based on similarity in their seminal root characteristics resulted in four groups. The group composition reflected to some extent the genetic background and environmental adaptation of genotypes. Wheat cultivars grown widely in the Mediterranean environments of southern and western Australia generally had wider growth angle and lower number of seminal axes. In contrast, cultivars with superior performance on deep clay soils in the northern cropping region, such as SeriM82, Baxter, Babax, and Dharwar Dry exhibited a narrower angle of seminal axes. The wheat genotypes also showed significant variation in fractal dimension (D). The D values calculated for the individual segments of each root system suggested that, compared to the standard cultivar Hartog, the drought-tolerant genotypes adapted to the northern region tended to distribute relatively more roots in the soil volume directly underneath the plant. These findings suggest that wheat root system architecture is closely linked to the angle of seminal root axes at the seedling stage. The implications of genotypic variation in the seminal root characteristics and fractal dimension for specific adaptation to drought environment types are discussed with emphasis on the possible exploitation of root architectural traits in breeding for improved wheat cultivars for water-limited environments.

Predicting the response of wheat (Triticum aestivum L.) to liquid and granular phosphorus fertilisers in Australian soils

Liquid forms of phosphorus (P) have been shown to be more effective than granular P for promoting cereal growth in alkaline soils with high levels of free calcium carbonate on Eyre Peninsula, South Australia. However, the advantage of liquid over granular P forms of fertiliser has not been fully investigated across the wide range of soils used for grain production in Australia. A glasshouse pot experiment tested if liquid P fertilisers were more effective for growing spring wheat (Triticum aestivum L.) than granular P (monoammonium phosphate) in 28 soils from all over Australia with soil pH (H2O) ranging from 5.2 to 8.9. Application of liquid P resulted in greater shoot biomass, as measured after 4 weeks' growth (mid to late tillering, Feeks growth stage 2-3), than granular P in 3 of the acidic to neutral soils and in 3 alkaline soils. Shoot dry matter responses of spring wheat to applied liquid or granular P were related to soil properties to determine if any of the properties predicted superior yield responses to liquid P. The calcium carbonate content of soil was the only soil property that significantly contributed to predicting when liquid P was more effective than granular P. Five soil P test procedures (Bray, Colwell, resin, isotopically exchangeable P, and diffusive gradients in thin films (DGT)) were assessed to determine their ability to measure soil test P on subsamples of soil collected before the experiment started. These soil test values were then related to the dry matter shoot yields to assess their ability to predict wheat yield responses to P applied as liquid or granular P. All 5 soil test procedures provided a reasonable prediction of dry matter responses to applied P as either liquid or granular P, with the resin P test having a slightly greater predictive capacity on the range of soils tested. The findings of this investigation suggest that liquid P fertilisers do have some potential applications in non-calcareous soils and confirm current recommendations for use of liquid P fertiliser to grow cereal crops in highly calcareous soils. Soil P testing procedures require local calibration for response to the P source that is going to be used to amend P deficiency.

Developmental and growth controls of tillering and water-soluble carbohydrate accumulation in contrasting wheat (Triticum aestivum L.) genotypes: can we dissect them?

In wheat, tillering and water-soluble carbohydrates (WSCs) in the stem are potential traits for adaptation to different environments and are of interest as targets for selective breeding. This study investigated the observation that a high stem WSC concentration (WSCc) is often related to low tillering. The proposition tested was that stem WSC accumulation is plant density dependent and could be an emergent property of tillering, whether driven by genotype or by environment. A small subset of recombinant inbred lines (RILs) contrasting for tillering was grown at different plant densities or on different sowing dates in multiple field experiments. Both tillering and WSCc were highly influenced by the environment, with a smaller, distinct genotypic component; the genotypeenvironment range covered 350750 stems m(2) and 25210mg g(1) WSCc. Stem WSCc was inversely related to stem number m(2), but genotypic rankings for stem WSCc persisted when RILs were compared at similar stem density. Low tilleringhigh WSCc RILs had similar leaf area index, larger individual leaves, and stems with larger internode cross-section and wall area when compared with high tilleringlow WSCc RILs. The maximum number of stems per plant was positively associated with growth and relative growth rate per plant, tillering rate and duration, and also, in some treatments, with leaf appearance rate and final leaf number. A common threshold of the red:far red ratio (0.390.44; standard error of the difference0.055) coincided with the maximum stem number per plant across genotypes and plant densities, and could be effectively used in crop simulation modelling as a ocut-off' rule for tillering. The relationship between tillering, WSCc, and their component traits, as well as the possible implications for crop simulation and breeding, is discussed.

Influence of metalaxyl on Glomus fasciculatum associated with wheat (Triticum aestivum L)

Soil incorporation of metalaxyl [methyl N-(2-methoxyacetyl)-N-(2,6,xylyl)-DL-alaninate] significantly enhanced root colonization of the vesicular-arbuscular (VA) mycorrhizal fungi Glomus fasciculatum associated with wheat. The stimulatory response of VA mycorrhizal fungi to low concentration of metalaxyl resulted in increased plant biomass production, nutrient uptake and grain yield of wheat. However, higher concentrations of metalaxyl, particularly 2.5 ppm of metalaxyl affected the mycorrhizal infection and seed yield of wheat, Addition of urban compost to an extent ameliorated the toxic effect of fungicide on VA mycorrhizal colonization, plant growth and yield of wheat when compared to unamended soil.

不同年代推出的冬小麦(Triticun aestivum L)品种农艺性状以及光合生理生态特性

本文探讨了五十年来北京地区广泛推广的17个冬小麦(Triticun aestivum L)品种在品种改良的过程中农艺性状和某些光合特性的变化趋势。从中选出形态、产量和推出年代差异最大的3个冬小麦品种：京冬8号、农大139和燕大1817，种植在相同的环境条件下，进一步研究与冬小麦产量提高有关的生理生态特性，以及它们的气体交换特性对于外界环境变化的响应。本试验于1999-2001年在北京农林科学院试验农场（39o09’N, 116o04’E）进行。结果如下： 1. 在冬小麦品种改良的过程中，小麦品种的经济产量、收获指数、千粒重提高，而生物产量、株高、单株穗数、单株籽粒产量和穗长降低。籽粒产量与株高、穗数极显著负相关，与穗粒重、收获指数、千粒重极显著正相关。株高与穗长、单株籽粒产量、穗数显著正相关，而与收获指数和千粒重极显著负相关。收获指数与穗数极显著负相关，而与千粒重极显著正相关。说明株高降低、收获指数提高和千粒重的提高对于冬小麦品种改良过程中产量的提高起重要作用。 2. 随品种推出年代的延迟，各品种苗期-拔节期的净光合速率（PN）、 气孔导度（gs）、蒸腾速率（ E）、量子产率（Fv/Fm）均呈增加的趋势，水分利用率（WUE）呈降低的趋势。在孕穗期-蜡熟期，旗叶的PN也随品种推出年代而呈增大的趋势，而在成熟期呈减小的趋势。gs在孕穗期-灌浆期增大，在蜡熟期和成熟期减小;各个时期的E均呈递增趋势;而WUE呈降低趋势。旗叶的Fv/Fm在孕穗期和开花期呈递增的趋势，而在成熟期下降。在苗期至孕穗期，PN、 E均与产量显著正相关;在拔节始期和孕穗期gs与产量显著正相关（R=0.616, 0.499, P<0.05），在苗期-拔节期、开花期和成熟期，WUE与历史产量和试验产量显著负相关（P<0.05, 或P<0.001），在苗期和拔节期Fv/Fm与产量正相关（P<0.05）。在冬小麦品种的改良过程中，其光合作用的改良不仅表现在净光合速率上，而且还表现在荧光动力学参数Fv/Fm上， 即PSII的原初光能转化效率有所提高。 3. 孕穗期至灌浆期，高产品种京冬8号旗叶的PN、gs、E、叶绿素含量和水分含量均最高，而水分利用率（WUE）较低，且具有较高的光呼吸和较低的暗呼吸，其旗叶的叶比重也较高。京冬8号（上世纪90年代推出）叶片气体交换的日变化表现为：在拔节期，全天的净光合速率均最高，而后随生育进程差异变小，通常上午较高，而在中午和下午较低。其旗叶Fv/Fm的变化趋势与净光合速率相似。燕大1817（上世纪40年代推出）的光合作用的午休现象较不明显，且在下午恢复较快，说明它可能具有一定的抗光抑制能力。孕穗至灌浆期是冬小麦籽粒形成和充实的关键时期，此时，叶片光合产物充足与否直接影响千粒重。进一步研究它们“源库”关系的结果表明，京冬8号“源库”关系协调，能够充分发挥“源“和“库”的潜力，且具有最高的收获指数、穗粒重和千粒重，而其它两个品种燕大1817和农大139都存在提高其品种产量潜力的限制因素。因此我们认为，高产品种的高产不仅因为其叶片具有较高的光合速率和较低的暗呼吸消耗，而且有较大的“库”容量和收获指数。 4. 当CO2浓度从360增加到720 µmol.mol-1时，单位叶面积的净光合速率和叶片的水分利用率 随CO2浓度升高而升高。但不同品种差异很大，京冬8号PN 和WUE最高，增加最多，分别提高了173 %和81 %;其次为农大139（上世纪70年代推出），燕大1817增加最少，分别提高了76 %和65 %。E随CO2 浓度的增加而提高;农大139和燕大1817的gs随CO2浓度的增大而减小，而京冬8号则增大。京冬8号和农大139旗叶胞间CO2浓度（Ci） 随CO2 浓度的增加而增大，而燕大1817 的Ci先增大，而后又急剧降低，且京冬8号的Ci最低，燕大1817 最高。在高CO2浓度下，京冬8号的光合速率显著高于其它两个品种，而Ci却低于其它两个品种，说明京冬8号的光合潜力高于其它两个品种。灌浆期高产品种京冬8号旗叶在田间不同自然光强下，净光合速率都是最高的（差异最大时，比燕大1817提高24.8 %）。因此，冬小麦光合作用的潜力，也在一定程度上得到改良。

水肥不同层次组合对冬小麦(Triticum aestivum L.)氮磷养分有效性和产量效应的影响

以肥熟土垫旱耕人为土为供试土样,用分层土柱试验法研究了不同层次水分、氮、磷组合对冬小麦(Triticum aestivum L.)氮磷养分有效性和产量效应的影响。结果表明,不同土层水肥处理的氮磷养分有效性和产量效应差异显著。氮素养分有效性在4.73%~41.19%之间,磷素养分有效性在4.11%~13.58%之间。对氮素养分有效性,单施氮整体湿润时(0~90cm土层湿润)较上干下湿(0~30cm土层干旱胁迫,30~90cm土层湿润)低4.87%,而氮磷配施在整体湿润时较上干下湿高6.38%,差异均达显著水平;对磷素养分有效性,氮磷配施时,在整体湿润时较上干下湿增加5.01T(p&lt;0.05)。从不同施肥土层看,氮素养分有效性均以0~90cm土层施肥处理最高;对氮磷配施处理,在上干下湿时分别比0~30cm、30~60cm和60~90cm土层施肥处理高9.5%、10.1%和20.2个%;对磷素养分有效性,整体湿润处理,以0~30cm土层施肥显著高于其它土层施肥处理。单施氮或磷,上干下湿时氮磷养分的产量效应均高于整体湿润处理,但氮磷配施时均以整体湿润处理较高;从不同土层施肥看,氮素养分的产量效应以0~90cm土层施肥...

Análise citol��gica de cultivares tolerantes e sensíveis de trigo (Triticum aestivum L. em Thell) em resposta à presença de alumínio em solução.

2005

Interacción genotipo por ambiente sobre caracteres de calidad comercial e industrial en trigo pan (Triticum aestivum L.)

El genotipo (G), el ambiente (A) y la interacción G x A pueden influir de manera diferente sobre las característica que definen la calidad comercial e industrial de trigo pan. Los objetivos de esta tesis fueron: 1) Caracterizar el rendimiento y a sus componentes en cultivares de trigo pertenecientes a diferentes grupos de calidad, expuestos a ofertas de nitrógeno contrastantes. 2) Estudiar el impacto de distinta disponibilidad de nitrógeno sobre los componentes fisiol��gicos del llenado de los granos (i.e tasa y duración) en distintaas variedades de trigo pan y su posible efecto sobre los parámetros de calidad. 3) Caracterizar y cuantificar la interacción genotipo por ambiente sobre la expresión de los parámetros que determinan el rendimiento y la calidad comercial e industrial del trigo pan en ambientes con diferentes disponibilidades de nitrógeno. Se realizaron ensayos en dos localidades, durante dos años, utilizando seis variedades de distinta aptitud panadera (2 de cada grupo de clasificación por grupo de calidad -GC-), aplicando cuatro tratamientos de fertilización nitrogenadas. Se evaluó el efecto genético, ambiental y la interacción G x A, sobre el rendimiento y sus componentes, el peso de los granos y sus componentes y sobre los parámetros de calidad comercial e industrial. Los resultados mostraron que el rendimiento y sus componentes (número de granos, biomasa aérea, eficiencia de uso de la radiación interceptada acumulada) fueron afectados principalmente por el ambiente y el manejo nutricional dentro de de cada ambiente. Para el peso de los granos y sus componentes (tasa y duración) el efecto del manejo del nitrógeno no fue importante, aunque sí lo fue el efecto genotipo. Para los parámetros de calidad el efecto genotipo fue más importante solo para la tenacidad, mientras que el peso hectol��trico, gluten húmedo, fuerza panadera, la relación de equilibrio (P/L) y volumen de pan fueron modificados principalmente por el efecto ambiente no manejable como son el año y la localidad, en tanto la proteína fue afectada principalmente por el factor ambiental asociado al manejo nutricional. La interacción GxA fue el efecto que explicó en mayor medida las variaciones de rendimiento de harina, absorción de agua y tiempo de amasado. La fuerte interacción GxA observada para la mayoría de los parámetros de calidad determinó que variedades de un determinado GC cambien de grupo asociado principalmente a factores ambientales como la localidad y el año, mientras que el manejo nutricional tuvo un impacto menor

Interacción genotipo por ambiente sobre caracteres de calidad comercial e industrial en trigo pan (Triticum aestivum L.)

El genotipo (G), el ambiente (A)y la interacción G x A pueden influir de manera diferente sobre las característica que definen la calidad comercial e industrial de trigo pan. Los objetivos de esta tesis fueron: 1)Caracterizar el rendimiento y a sus componentes en cultivares de trigo pertenecientes a diferentes grupos de calidad, expuestos a ofertas de nitrógeno contrastantes. 2)Estudiar el impacto de distinta disponibilidad de nitrógeno sobre los componentes fisiol��gicos del llenado de los granos (i.e tasa y duración)en distintaas variedades de trigo pan y su posible efecto sobre los parámetros de calidad. 3)Caracterizar y cuantificar la interacción genotipo por ambiente sobre la expresión de los parámetros que determinan el rendimiento y la calidad comercial e industrial del trigo pan en ambientes con diferentes disponibilidades de nitrógeno. Se realizaron ensayos en dos localidades, durante dos años, utilizando seis variedades de distinta aptitud panadera (2 de cada grupo de clasificación por grupo de calidad -GC-), aplicando cuatro tratamientos de fertilización nitrogenadas. Se evaluó el efecto genético, ambiental y la interacción G x A, sobre el rendimiento y sus componentes, el peso de los granos y sus componentes y sobre los parámetros de calidad comercial e industrial. Los resultados mostraron que el rendimiento y sus componentes (número de granos, biomasa aérea, eficiencia de uso de la radiación interceptada acumulada)fueron afectados principalmente por el ambiente y el manejo nutricional dentro de de cada ambiente. Para el peso de los granos y sus componentes (tasa y duración)el efecto del manejo del nitrógeno no fue importante, aunque sí lo fue el efecto genotipo. Para los parámetros de calidad el efecto genotipo fue más importante solo para la tenacidad, mientras que el peso hectol��trico, gluten húmedo, fuerza panadera, la relación de equilibrio (P/L)y volumen de pan fueron modificados principalmente por el efecto ambiente no manejable como son el año y la localidad, en tanto la proteína fue afectada principalmente por el factor ambiental asociado al manejo nutricional. La interacción GxA fue el efecto que explicó en mayor medida las variaciones de rendimiento de harina, absorción de agua y tiempo de amasado. La fuerte interacción GxA observada para la mayoría de los parámetros de calidad determinó que variedades de un determinado GC cambien de grupo asociado principalmente a factores ambientales como la localidad y el año, mientras que el manejo nutricional tuvo un impacto menor

Efecto de la lluvia en el momento de la cosecha (lavado) sobre características físicas, químicas y reol��gicas del grano de trigo Triticum aestivum L.

p.1-6