玉米氮素高效利用的研究进展

郭战备，丁振海，卫晓轶，孙佩，张学舜

（新乡市农业科学院，河南 新乡 453003）

玉米是我国第一大粮食作物，需氮量较多，然而氮肥的不合理施用带来了一系列的环境问题。目前我国氮肥的利用率仅为30%～40%，氮肥不足，造成玉米生长期氮素营养缺乏，产量降低，因此，如何提高玉米氮素的利用效率，培育出氮素高效利用品种已成为人们普遍关注的热点，同时也是生态农业发展的需求。

1 玉米氮素高效利用的含义

玉米氮效率由氮素的吸收效率和利用效率共同决定。氮素的吸收效率主要与土壤氮的有效性及根系对土壤的吸收紧密度相关；而氮素的利用效率与氮素在产量形成过程中所起的作用紧密相关。

有学者将氮素利用效率定义为单位氮肥（包括土壤中的氮和增施的氮）所获得的产量，这里的氮肥利用率包括吸收效率和同化效率两个部分。并且发现在缺氮条件下，氮素的利用效率对产量起主导作用，而在高氮条件下氮素的吸收效率起主导作用。

2 国内外研究进展

关于玉米氮素效率的利用截至目前已有很多报道。Moll等用八个基因型不同的玉米杂交种为材料，分析了氮素的利用效率问题。李文娟等通过田间小区试验，采用两个不同氮效率玉米品种（氮高效品种先玉335和低效品种吉单535），对两个氮素供应水平下干物质形成与氮素营养特性的差异进行了分析。张书萍等用五个玉米品种做试验，在四种氮素水平处理下，对株高、穗位高、穗部性状等农艺性状及生理性状进行了研究，比较不同品种对氮素利用率的差异，并从中筛选出氮素利用率较高的玉米品种。张瑞珍等对六个玉米品种氮素营养效率差异进行了研究，分别测定了杂交种的籽粒产量、生物产量、吸氮量、叶片硝酸还原酶活力。这些报道说明了玉米氮效率基因型差异是普遍存在的现象，并且具有很大的遗传改良潜力。

3 玉米氮素高效利用的基因型改良

不同基因型玉米对氮胁迫反应存在着明显的差异，当前玉米氮营养的基因型差异研究越来越受到重视，并在实际生产中已取得了初步成效。向春阳等用七个玉米杂交种做材料分析了其对氮胁迫的反应，研究表明，在缺氮条件下，地上部干重、籽粒产量和吸氮量都呈下降趋势，但敏感基因型玉米下降幅度更大，且试验还鉴定出京科132和农大108不仅耐低氮能力强，并且在缺氮和正常供氮条件下，地上部干重和籽粒产量都较高，说明京科132和农大108可以作为研究玉米氮胁迫遗传育种的良好材料。孙世友等采用不同氮效率的玉米基因型，研究了氮胁迫条件下生理特性的差异。

4 次级指标的选择

玉米对氮素比较敏感，施用氮肥对玉米产量及其构成因素有显著影响，但过量施氮不利于玉米产量的提高及其产量构成因素的改善。米国华等研究表明：在田间条件下，作物的吸氮量受产量潜力或生物量潜力控制，所以吸氮量与产量（或生物量）之间常呈正相关。而在氮素供应受限制时，作物对氮素的吸收能力则成为限制作物产量（生物量）高低的主要因素。张福锁等多年来从营养的角度研究表明氮素的吸收与利用最终与产量直接相关。

在植物所需要的大量元素中，氮素对植物的生长发育起重要作用，缺乏氮素不仅严重影响根系的生长发育，而且影响叶绿素含量、硝酸还原酶和谷氨酸合成酶活性等一系列性状的变化，进而影响植株的光合效率，最终导致产量的降低。硝酸还原酶是氮代谢过程中的第一酶，也是硝态氮同化过程中的限速酶。玉米基因型间硝酸还原酶活性（NRA）遗传差异已有许多报道，Chevalier等认为不同基因型玉米体内硝态氮及还原态氮积累量与NRA相关。刘宗华等人在氮胁迫条件下定位了玉米株高的QTL（数量性状基因座），旨在揭示不同氮素处理水平下株高变化的遗传基础，为玉米高产品种选育提供参考依据。谷氨酰胺合成酶是高等植物氮代谢中十分重要的酶，是氨同化的关键酶，王兵等研究表明，不同施氮水平对谷氨酰胺合成酶含量的影响也不同，且籽粒谷氨酰胺合成酶活性与籽粒产量呈正相关。

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