拔节期灌水对不同氮肥水平下玉米氮代谢及产量的影响

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1、水肥互作耦合对夏玉米氮代谢相关指标的影响林同保，孟战赢，王志强，吕佳（河南农业大学农学院，河南郑州 450002）摘要：以郑单958为材料，采用田间实验，拔节期追肥，生育期内控水，研究水肥对夏玉米叶片氮代谢相关指标变化，探讨水肥（氮）互作耦合效应对夏玉米氮代谢相关指标的影响，以达到合理水肥配比，以最少的投入达到提高夏玉米产量的目的。结果表明，追肥和灌水有利于花后穗位叶片硝酸还原酶活性的增加。随着追肥量增加，GS活性反而降低。生育期内控水和自然降水对GS活性差异较小。水肥过分充足时反而不利于夏玉米的生长，合理的水肥耦合有利于夏玉米生长和提高氮素利用。关键词：水肥耦合；NR；GS；玉米产量The

2、affect of water-fertilizer coupled to summer corn nitrogen metabolism correlated indexLin Tongbao, Meng Zhanying, Wang Zhiqiang, Lv Jia(Henan agricultural college agriculture school, Zhengzhou 450002)abstract: Take the Zheng list 958 as the material, uses the field experiment, fertilized at the join

3、ting stage, the period of duration water controls, research water-fertilizer to the summer corn leaf nitrogen metabolism correlated index, to discussion influence of water-fertilizer (nitrogen) coupling effect mutually to the summer corn nitrogen metabolism correlated index, achieved the reasonable

4、water-fertilizer allocated proportion, by the least investments achieved enhances the summer corn output. The result indicated that, the fertilized at the jointing stage and irrigates is advantageous after the flower the leaf blade nitric acid return to original state enzyme activity increase. Along

5、 with the fertilized quantity Increased, the GS activeness instead reduces. The period of duration controls from the inside the water and the natural precipitation is small to the GS active difference. The excessively sufficient water-fertilizer does not favor to the summer corn growth, the reasonab

6、le water-fertilizer coupling is advantageous in the summer corn grows and enhances the nitrogen use.Key words: water-fertilizer coupling; NR; GS; Corn yield在农作物生产中，水肥是影响作物生长的最主要的限制因子之一。作物的水肥管理一直是作物生产中最为重要的措施之一。水分和养分对作物的综合效益往往是通过植物复杂的生理过程而起作用的。水分的亏缺直接影响植物的生理生化过程和形态结构，从而影响产量和品质。夏玉米是黄淮海地区主要的农作物，其生长时间段，

7、处在雨热同期的夏季，水分一般比较充沛，但也常常收到干旱的威胁1。肥料中氮素是作物生长和产量品质形成所必须的重要元素，而水分是植物体的主要组成部分，施肥对提高作物产量、品质有着重要的作用，大量研究表明，生物产量的提高是作物高产的基础，而施肥是调控生物产量及其组分动态转化的主要手段2、3。氮是肥料三要素之首, 硝酸还原基金项目：国家“粮食丰产科技工程”资助项目（2006BAD02A07-2）作者简介：林同保，男，河南武陟人，教授，主要从事作物高效用水和生态安全技术研究。E-mail： Linlab酶活性(NRA)又是玉米等作物氮素代谢的关键酶。NR活性不仅与子粒产量、蛋白质含量、品种相关4、5,而

8、且干旱条件可使小麦的硝酸还原酶活性降低6。岳寿松研究认为7, 中后期追施氮肥使小麦玉米品质提高与开花后功能叶片叶绿素含量的显著提高。近20 年来，中国在提高肥料利用率方面取得了丰硕的成果，但从施肥量增长幅度与粮食增产率的关系看，其利用率仍然不高，低的肥料利用率造成农产品经济上的巨大损失，提高农作物的肥料生产效率、发展可持续、高效农业仍然是各国共同关注的热点问题8、9。前人已对干旱胁迫对玉米生理生化等影响和追肥对玉米的影响了大量研究，但对夏玉米水肥耦合互作条件下玉米氮代谢指标研究不是很透彻。因此，研究不同水分条件下施肥对夏玉米生理特性的效应，寻找其作用的本质，是旱作农业研究重的主要内容之一。本实

9、验通过拔节期追肥以及生育期内控水的水肥互作耦合条件下，分析夏玉米氮代谢相关指标NR活性、GS活性等的影响，以期为玉米水肥合理运筹以及合理的水肥管理提供一定依据。为玉米生产实践中合理施用氮肥, 提高玉米产量和改善玉米品质提供理论依据和技术指导。1材料与方法1.1试验地概况试验于2007年在河南农业大学科教园区农业部玉米区域创新中心试验地进行。土壤基本理化性质为：土壤容重1.36 gcm-3,田间持水量为23.1%，土质为壤土，土壤PH值为7.33，土壤有机质含量0.79%，土壤全氮6.51102 mgKg-1, 碱解氮79.88 mgkg-1，速效磷62.11 mgkg-1，速效钾154.72

10、mgkg-1。小区面积36 m2，供试夏玉米品种为郑单958，6月8日播种，密度为5.3万株hm-2。宽窄行种植，宽行70 cm,窄行40 cm。株距30 cm.底肥每公顷施有机肥1500 Kg,复合肥（N16P16K16）750 kg，7月6日拔节期对各处理追肥。8月3日抽雄吐丝，9月22日收获测产。1.2试验设计处理分为不同施肥和不同灌水量，按照每亩施纯氮8、12、16，和纯氮8/亩加磷钾肥3/亩、纯氮12/亩加磷钾肥3/亩、纯氮16/亩加磷钾肥3/亩试验于7月5日拔节期追肥，其他管理同一般大田管理。生育期内控水处理从拔节期开始控水。按土壤含水量高于自然降水处理，共灌水555 m3hm-2

11、。表 1 试验处理Table 1 Designing of the experiment标记 追肥设置Label fertilizer treatmentL8 自然降水，施纯氮8/亩L12 自然降水，施纯氮12/亩L16 自然降水，施纯氮16/亩H16 生育期内控水，施纯氮16/亩H12 生育期内控水，施纯氮12/亩H8 生育期内控水，施纯氮8/亩1.3 测定项目与方法1.3.1 硝酸还原酶（NR）取穗位叶，用活体法测定10、11。1.3.2 叶绿素含量采用95%乙醇浸提分光光度法测定，1.3.3 谷氨酰胺合成酶(GS)参照文献12的方法,略有改进。1.6 mL 反应混合液B(反应液A 的成分

12、再加入80 mol L- 1的盐酸羟胺) ,pH 7.4 ,加0.7 mL 粗酶液和0.7 mL ATP 溶液,混匀,于37 下保温20 min ,再加1 mL 显色剂(0.2 mol L- 1 TCA、0.37 mol L- 1 FeCl3 和0.16 mol L- 1 HCl 混合液) ,摇匀放置片刻后,于5 000 g下离心10 min ,取上清液测定540 nm 处的吸光值,以1.6 mL 反应混合液A(100 mmol L- 1 Tris-HCl 缓冲液,pH7.4 ,内含2 mmol L- 1 Mg2 + ,20 mmol L- 1 谷氨酸钠盐,20 mmol L- 1半胱氨酸和2

13、 mmol L- 1 EDTA)为对照。实验数据用Excel软件和DPS数据处理系统处理并作图。2 结果与分析2.1水肥互作耦合对夏玉米硝酸还原酶（NR）的影响硝酸还原酶是作物NO3- 同化的关键酶,硝酸还原酶活性的变化必然影响植株氮的代谢,进而影响生长发育。图1中可以看出，硝酸还原酶活性在开花期以及花后4、9、14、19、24天变化呈一定的变化趋势，即先升高，后降低，在花后15天左右达到最大值，花。图1 不同水肥条件下夏玉米穗位叶片硝酸还原酶活性Fig.1 The summer corn leaf NR activity under different water-fertilizer co

14、ndition图2 不同水肥条件下夏玉米穗位叶片谷氨酰胺合酶活性Fig.2 The summer corn leaf GS activity under different water-fertilizer condition后25天后含量趋于稳定。最高值和最低值相差约35gNO2-g-1FWh。不同处理间相比,生育期内控水处理的穗位叶片中硝酸还原酶活性高于非控水处理，生育期内控水，追肥16/亩的H16处理最高，自然降水，追肥8/亩的L8处理最低。说明了追肥和灌水有利于硝酸还原酶活性的增加。2.2水肥互作耦合对夏玉米谷氨酰胺合酶GS的影响谷氨酰胺合酶（GS）普遍存在于动物、植物和低等生物体内，

15、是氮代谢的一种关键酶，负责氨的实际和次级同化。在谷氨酰胺合酶（GS）催化下与谷氨酸结合形成谷氨酰胺，这是氨同化最重要的反应。GS对氨有很高的亲和力，可以使植株避免氨积累所造成的毒害。根系从土壤中吸收的NH4+要经过GS转化为谷氨酰胺，才能进入氮代谢；根系从土壤中吸收的NO3-，通过茎、叶柄运往叶片，在叶片中在硝酸还原酶等的作用下转化为氨态氮，再在GS的作用下转化为谷氨酰胺，进入氮代谢。从图2中可以看出，在花后至灌浆约25天内，GS活性先增加后下降，呈近似抛物线趋势，在花后25天左右达到最大值，约为130molg-1FWh-1。最大值和最小值相差约70molg-1FWh-1。不同处理间相比，随着

16、追肥量增加，GS活性反而降低。追肥量为8/亩的处理要高于12/亩的处理和16/亩处理。而水分差异对GS活性则影响较小。生育期内控水和自然降水对GS活性差异较小。 图3 不同水肥条件下夏玉米穗位叶片叶绿素含量Fig.3 The summer corn leaf chlorophy content under different water-fertilizer condition2.3水肥互作耦合对夏玉米叶绿素含量的影响叶绿素是光合作用的基本物质，生长中后期玉米棒三叶叶绿素含量与产量关系密切13。叶片叶绿素含量是反映叶片生理活性变化的重要指标之一, 与叶片光合机能的大小具有密切的关系, 最终影响

17、作物产量和品质的提高14、15。从图3中可以看出，7月6日追肥后，个处理叶绿素含量急剧增加，之后随着玉米生长中对氮素的吸收利用，叶绿素含量逐渐减少，而到了抽雄吐丝期之后，由于玉米从营养成长转成生殖生长，叶绿素含量逐渐趋于稳定。从不同处理来看，在拔节期追肥后至抽雄吐丝前，自然降水处表2 不同水肥条件下夏玉米产量和产量构成因素比较Table 2 The compare of yield and yield factors of summer corn under different water-fertilizer condition穗长cm穗粗cm行数行行粒数个百粒重g产量Kgkm-2L817.

18、595.1915.536.6029.86 b B7904.30 c BL1217.605.5014.837.0733.30 a A8419.60 abc ABL1619.185.2614.741.1332.34 a AB9553.73 ab AH818.905.5015.840.0733.67 a A8441.95 a AH1218.595.2915.340.3333.81 a A9345.99 ab ABH1618.685.2015.039.8333.71 a A9242.81 abc AB注：小写字母表示P=0.05，为显著水平；大写字母表示P=0.01，为极显著水平Note: The l

19、owercase letter expresses P=0.05, the remarkable level; The capital letter expresses P=0.01, extremely remarkable level理的L8、L12、L16处理的叶绿素含量相对高于生育期内控水的H8、H12、H16处理。而到抽雄吐丝后，则是生育期内控水处理高于自然降水处理。2.4水肥互作耦合对夏玉米产量与产量构成因素的影响玉米产量决定于单位面积穗数、穗粒数和千粒重3 个因素,从表2中可以看出，产量最高的是自然降水的L16处理，产量最低的是自然降水的L12处理。两者相差1134.13 Kgk

20、m-2。L16比L12产量高了11.9%。控水的H8处理和自然降水的L8差异显著，而自然降水的L8和自然降水的L16以及控水的H8处理的产量差异极显著， 自然降水的L8和L12以及自然降水的L8处理和控水的H8、H12、H16差异均极显著。L8处理和其他个处理差异均显著。产量构成因素方面，穗长L16处理最高，比最低的L8长1.59cm。自然降水穗长相对来说要低于控水处理。穗粗以L12和H8最粗，比最细的L8粗0.21cm。行数与行粒数决定穗粒数，行数最高的H8处理比L12多6.3%，行粒数最高的H12处理比L8多11%。说明了对与产量来说，追肥的效果要高与灌水。而水肥过分充足时也不利于夏玉米的

21、生长。3讨论与结论灌水对夏玉米影响较小，但严重干旱会使作物大量减产，水肥两者互作耦合对作物的影响表明了合理水肥运筹对玉米既超产优质又高效安全有着重要作用。硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS) 是植物氮素代谢中的关键酶,其活性高低与土壤的供肥能力密切相关。NR是植物氮代谢中一个重要的调节酶和限速酶16 ,其活性大小反映了作物对氮素的利用速度,水分胁迫下硝酸还原酶活性和作物生长发育有密切关系18、19。对植物生长发育、产量形成和蛋白质的含量都有重要影响17 . 玉米不同生育时期硝酸还原酶对水分胁迫都极为敏感,轻微干旱即可导致硝酸还原酶活性降低2024。Morilla21和王万里等23认为,硝

22、酸还原酶活力下降是由于酶的合成速度减弱的缘故。干旱胁迫也使作物蛋白质含量减少,其原因可能是干旱导致水解酶类活性增强,从而使蛋白质降解,可溶性氮含量增大。造成蛋白质含量减少的另一原因是水分胁迫直接影响蛋白质的合成能力25。本实验研究结果表明了追肥和灌水有利于花后穗位叶片硝酸还原酶活性的增加。这与王万里23等的研究结果一致。同时随着追肥量增加，GS活性反而降低。生育期内控水和自然降水对GS活性差异较小。水肥过分充足时反而不利于夏玉米的生长。因此保持土壤适宜的水分含量，最夏玉米拔节期合理追肥，提高硝酸还原酶的活性，促进氮素的循环，是夏玉米稳产高产的重要途径。 参考文献1 李全起,陈雨海,房全孝.夏玉

23、米种植中水分问题的研究进展J.玉米科学,2004,12(1):72-75.2 朱兆良,李庆逵,于天仁.中国使用氮肥的现状、存在问题和对策A.中国农业持续发展中的肥料问题C .南昌:江西科学技术出版社,1997:38-51.3 陆景陵.植物营养学M.北京:中国农业大学出版社,1994:1-2.4 李春喜,张根发,石惠恩,等.氮肥对小麦硝酸还原酶活性和籽粒蛋白质含量变化动态的影响J.西北植物学报, 1995,15(4):276-2815 Cregan P B, Nair J V R. Genetics of nitrogen metabolism and physiological/biochem

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