氮肥对不同耐低氮性玉米品种生育后期叶绿素含量和氮代谢酶活性的影响

吴雅薇,李强,豆攀,马晓君,余东海,罗延宏,孔凡磊,袁继超*

(1.农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室,四川农业大学农学院,四川 成都 611130;2.眉山市东坡区农业技术推广站,四川 眉山 620032;3.四川省烟草公司宜宾市公司烟叶生产技术推广应用中心,四川 宜宾 644002)

氮肥对不同耐低氮性玉米品种生育后期叶绿素含量和氮代谢酶活性的影响

吴雅薇1,李强1,豆攀1,马晓君1,余东海2,罗延宏3,孔凡磊1,袁继超1*

(1.农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室,四川农业大学农学院,四川 成都 611130;2.眉山市东坡区农业技术推广站,四川 眉山 620032;3.四川省烟草公司宜宾市公司烟叶生产技术推广应用中心,四川 宜宾 644002)

主要探讨了氮肥对不同耐低氮性玉米品种生育后期叶片叶绿素含量和氮代谢关键酶活性及籽粒蛋白质含量和产量的影响，以期为西南地区不同耐低氮性玉米品种的高产高效施肥技术提供依据。采用裂区试验设计，主区为前期筛选的不同耐低氮性玉米品种：耐低氮品种正红311(ZH311)和低氮敏感品种先玉508(XY508)，副区为不同施氮量：包括6个氮水平(0, 90, 180, 270, 360和450 kg/hm2)。结果表明,施氮可以显著提高玉米生育后期叶片叶绿素含量和氮代谢关键酶活性，并最终提高籽粒蛋白质含量和产量。增施氮肥对低氮敏感品种先玉508各生理指标的促进作用较耐低氮品种正红311更明显，但耐低氮品种正红311生育后期叶片叶绿素含量及氮代谢关键酶活性均显著高于低氮敏感品种先玉508，尤其是灌浆中后期和低中氮水平下，使其最终籽粒产量及籽粒蛋白质含量均显著高于先玉508，这可能是其较低氮敏感品种先玉508耐低氮能力强的重要生理机制。

氮肥；玉米；叶绿素；氮代谢；酶活

玉米(Zeamays)是我国重要的粮、经、饲作物，用途广需要量大，如何保证玉米的高产稳产显得至关重要[1]。氮肥是玉米生产上使用最多的大量营养元素肥料，玉米品种高产潜力的发挥极大地决定于氮肥投入[2]。中国是氮肥使用量最大的国家之一，但自20 世纪90 年代开始，我国作物生产出现了氮肥投入过量、利用效率低的问题[3]。西南山地玉米生态区是我国三大玉米主产区之一，约占全国玉米生产面积的1/5[4]，但因该地坡耕地比重大、土壤贫瘠[5]，生产上常靠大量施用氮肥来提高玉米产量，由此容易导致氮肥流失严重，同时也造成了环境的污染。由于西南山地存在玉米种植面积广、氮肥流失严重的情况，探明本区不同玉米品种的需氮特性，适量施用氮肥不仅有利于高产高效，也有利于生态安全和可持续发展。

前人研究表明[6-7]，不同玉米品种氮素吸收效率不同，耐低氮胁迫的能力差异显著，推广种植耐低氮能力强的品种是提高玉米产量、减少环境污染和提高氮素吸收效率的重要途径。玉米对氮素的同化吸收与其光合作用密切相关，施氮量影响着光合速率、叶绿素含量等光合作用的环节[8]，缺氮会使玉米叶片颜色变淡，从而影响其光合作用的效率[9-10]。植物叶绿素含量与氮素水平有较好的正相关性，它通常是氮素胁迫的指示器，通过观察叶片的颜色变化可以监测作物氮素营养状况[11]。目前在生产上，多数学者采用叶片的叶绿素相对含量(SPAD值)来诊断植株氮素营养状况[12-13]。叶片氮代谢关键酶活性是衡量需氮特性的主要指标，硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脱氢酶(GDH) 是高等植物氮素同化的主要酶[14]，这些酶连接着植株的碳氮代谢并影响整个氮代谢的运转[15]。前人研究表明[16-17]，增施氮肥有效地提高了玉米穗位叶片氮含量和氮代谢关键酶活性，从而保证了叶片氮代谢机制的畅通和高效运转，为玉米产量奠定了基础。有关不同施肥处理对不同氮效率玉米品种叶片氮代谢和产量的影响前人进行了大量的研究[2,18-19]。卫晓轶等[19]研究表明，氮肥对不同基因型玉米品种叶绿素含量、GS活性及NR活性的影响存在显著差异，并认为这些生理指标是筛选氮高效品种的关键，但针对不同氮水平下耐低氮性不同的玉米品种生育后期叶绿素含量和氮代谢关键酶活性差异的原因研究较少。本研究以前期筛选出的耐低氮和低氮敏感品种为材料[20]，研究了氮肥对玉米生育后期叶片叶绿素含量、氮代谢关键酶活性的影响及其与产量的关系，找出不同耐低氮性玉米品种最适的施氮水平范围，以期为西南地区环境污染的改善和不同耐低氮性玉米品种的高产高效施肥技术提供依据。

1 材料与方法

1.1研究区概况

试验于2013年3-8月在典型的川中丘陵区简阳市进行，地理位置为东经104°53′，北纬30°38′，海拔490 m左右。该地区属亚热带季风气候，年平均温度17.0 ℃，年平均降雨量874 mm，年无霜期311 d。供试材料为前期筛选的耐低氮品种‘正红311’(ZH311)和低氮敏感品种‘先玉508’(XY508)[20]，两品种在西南地区种植生育期基本一致，均在120 d 左右。

1.2试验设计

采用大田种植，试验地0～20 cm耕层土壤有机质16.60 g/kg，全氮1.24 g/kg，全磷(P)0.73 g/kg，全钾(K)12.54 g/kg，碱解氮25.22 mg/kg，有效磷(P)13.54 mg/kg，速效钾(K)138.75 mg/kg和pH值 8.63。

采用裂区试验设计，主区为不同耐低氮性玉米品种: ‘正红311’和‘先玉508’；副区为氮肥用量：N0(0 kg/hm2)、N1(90 kg/hm2)、N2(180 kg/hm2)、N3(270 kg/hm2)、N4(360 kg/hm2)和N5(450 kg/hm2) 6个氮肥处理，共12个处理。其中N0和N1低氮处理，N4和N5为充分供氮处理。主区与副区均随机排列，小区面积为20 m2(4 m×5 m)，3次重复，共36个小区。所用氮肥为尿素，其中50%的氮肥做底肥，50%大口期追肥，采用窄厢中沟施肥。另施过磷酸钙600 kg/hm2、氯化钾150 kg/hm2作底肥。采用宽窄行种植，行距为1.5 m+0.5 m，株距为20 cm。玉米采用覆膜直播，单株栽培，种植密度为50000株/hm2。玉米生长期给予良好的田间管理并保证水分供应充足，小区间保持一致。

1.3测定指标

1.3.1SPAD值的测定 于玉米播种后40、60、80、100、120 d用SPAD-502型便携式叶绿素仪[21]测定叶绿素含量，即SPAD值(抽雄前测定最上一片定型叶，抽雄后测定穗位叶)，每小区20片。于吐丝后30 d用SPAD-502型便携式叶绿素仪测定植株不同部位叶片SPAD值(穗位叶上两叶开始往下测直至最下一片绿叶)，每小区测定10株。

1.3.2氮代谢关键酶活性的测定 于吐丝后10、20、30 d取玉米穗位叶，每小区4片去叶脉剪碎混匀，用液氮速冻后带回实验室，于-80 ℃超低温冰箱中保存，用于硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性的测定。NR活性采用磺胺比色法[22]测定；GS活性和GDH活性采用文献[23]的方法测定。

1.3.3叶片含氮量、籽粒蛋白质含量和产量的测定 于吐丝后10 d每小区取4株穗位叶，于105 ℃下杀青30 min，然后80 ℃烘干至恒重，用高速粉碎机粉碎，过0.3 mm筛后用塑封袋保存用于测定全氮含量。测定时称样0.20 g，按凯氏定氮法[24]消煮，用FOSS8400凯氏定氮仪测定。

将成熟期籽粒烘干后用高速粉碎机粉碎，过0.3 mm筛后用塑封袋保存用于测定全氮含量。全氮测定方法同上，籽粒蛋白质含量以测定后的全氮含量除以系数0.16换算。

于成熟期统计每小区有效株数和有效穗，然后取连续20株带回实验室考种，最后将每小区剩余植株全部收获，并按水分含量14%折算每小区实际产量。

1.4数据处理与分析

采用Excel 2007对所得数据进行初步处理，SPSS 20.0统计分析软件进行方差分析和相关分析，并用GraphPad Prism 5 作图。采用LSD法进行差异显著性检验，显著水平设为0.05，数据均为平均值±标准误(means±SE)；相关分析中，*和**分别表示在5%和1%水平上差异显著。

2 结果与分析

2.1氮肥对玉米叶片叶绿素含量的影响

各施氮量对不同耐低氮性玉米品种各生育时期叶绿素含量的影响如图1所示。氮肥显著提高了玉米各时期叶片的SPAD值。随着生育进程的推进两品种SPAD值均表现出先增加后降低的趋势，在播种后80 d达到最高。各施氮处理平均，正红311在播种后40、60、80、100和120 d时较N0分别提高5.18%、7.47%、22.33%、18.17%和12.60%，而同期先玉508的增幅分别为15.31%、9.40%、25.99%、19.52%和15.27%，表明氮肥对低氮敏感品种先玉508各时期SPAD值促进作用更大。在播种后40 d正红311 SPAD值随施氮量增加而增加，播种后60、80、100和120 d SPAD值则随施氮量的增加先增后减；先玉508在播种后40、60和80 d SPAD值均随施氮量增加而增加，到生育后期(100和120 d)才表现出随施氮量的增加先增后减。

耐低氮品种正红311生育前期利用充足的氮肥提高叶绿素含量，使叶绿素含量在生育期就保持在较高水平，有效地增强了叶片的光合能力并延长了光合时间。低氮敏感品种先玉508要通过较长的生育时期才能充分发挥氮肥潜力，且到达生育高峰后较正红311出现早衰，生育后期SPAD值下降幅度显著高于正红311。

各施氮量对不同耐低氮性玉米品种各部位叶片叶绿素含量的影响如图2所示。从不同叶位来看，施氮肥可以显著提高玉米吐丝后30 d各部位叶片SPAD值，其中对下部叶片的促进作用较上部叶片更大。随叶位上升，两品种吐丝后30 d SPAD值均表现出先升高后降低的趋势，均以穗位叶(0位叶)最高。氮肥显著促进了各部位叶片叶绿素含量的提高，但对各部位叶片的促进作用差异明显，随叶位升高促进作用呈单峰变化，两品种均表现为穗位上一叶(1位叶)促进作用最小，正红311和先玉508仅分别提高6.66%和3.34%。耐低氮品种正红311吐丝后30 d各部位叶片SPAD值均高于低氮敏感品种先玉508，且随叶位向下两品种差异加大。ZH311 的-5～2叶位在6个氮肥水平下SPAD值变异系数分别为45.27%、22.90%、11.53%、5.92%、5.50%、6.01%、4.07%和4.67%；XY508在吐丝后30 d，穗下第4叶部分处理下已枯死，第5叶已完全枯死，其-3～2叶位变异系数分别为38.25%、12.47%、9.39%、6.93%、6.75%和4.44%。可以看出，氮肥对玉米叶片的影响随着叶位的上升而减小，正红311的影响程度较先玉508小。相较于低氮敏感品种先玉508，耐低氮品种正红311在生育后期能够延缓叶片的衰老，更好的保持叶片叶绿素含量从而保证了生育后期的物质生产，且这种优势在中下部叶片上表现得更为明显。

图1 氮肥对玉米各生育时期SPAD值的影响Fig.1 Effects of nitrogen fertilizer on SPAD value of maize in different stages

图2 吐丝后30 d各部位叶片SPAD值差异Fig.2 Differences of leaf SPAD value of maize after silking 30 d 0位叶：穗位叶；-1～-5位叶：穗位下1～5叶；1～2叶：穗位上1～2叶。0 node: Ear leaf; -1--5 node: Below ear leaf 1-5 nodes; 1-2 node: Above ear leaf 1-2 nodes.

2.2氮肥对玉米叶片氮代谢关键酶活性的影响

硝酸还原酶(NR)活性的高低能够反应植物体内氮代谢相关强度并与玉米的产量呈正相关[11]。增施氮肥可显著提高玉米穗位叶的NR活性，施氮量与NR活性呈正比(图3)。与N0相比，正红311 N1～N5处理NR活性分别提高了11.73%、19.06%、29.79%、52.24%和111.12%，先玉508分别提高了43.37%、82.54%、106.60%、118.93%和174.81%，低氮敏感品种穗位叶NR的活性上升的幅度大于耐低氮品种。正红311 N0～N5处理NR活性较先玉508分别提高439.43%、320.38%、252.00%、238.89%、275.10%和314.40%。表明耐低氮品种对氮素缺乏较不敏感，在不同的氮素水平下均能保持较高的NR活性，对氮素同化、吸收能力较低氮敏感品种强，在中低氮水平下其优势更突出。

各施氮量对不同耐低氮性玉米品种叶片谷氨酰胺

图3 吐丝后10 d施氮量对硝酸还原酶(NR)活性的影响 Fig.3 Effect of nitrogen levels after silking 10th day on leaf nitrate reductase (NR) activity 不同小写字母表示差异达5%显著水平。Different small letters are significantly different at 5% level.

合成酶(GS)活性的影响如图4所示。不同施氮处理下两玉米品种穗位叶的GS活性随生育进程的推进呈先增加后降低的趋势，以吐丝后10 d的GS活性最高。增施氮肥可以显著提高玉米生育后期穗位叶的GS活性，在一定范围内其活性随施氮量的增加而增加，但超过一定施氮量，GS活性提高的幅度减缓甚至降低。正红311的GS活性在不同时期和氮肥水平下均较先玉508的高，各施氮处理平均，正红311在吐丝、吐丝后10、20、30 d穗位叶的GS活性分别较先玉508高14.15%、15.00%、21.90%和30.23%，随着灌浆进程推进提高幅度增大；各取样点平均，正红311在N0～N5处理下GS活性较先玉508分别高34.14%、28.21%、16.43%、18.67%、14.10%和12.29%，在低中氮水平下提高的幅度更大。

图4 施氮量对谷氨酰胺合成酶(GS)活性的影响Fig.4 Effect of nitrogen levels at different stages on leaf glutamine synthetase (GS) activity

不同施氮处理下随着生育进程的推进两玉米品种的谷氨酸脱氢酶(GDH)活性呈不同的变化趋势(图5)。除N0、N5处理，正红311的GDH活性先增加后降低，而后又增加，峰值在吐丝后10和 30 d；正红311 N0、N5处理和先玉508的各施氮处理GDH活性呈先增加后降低的趋势，正红311以吐丝后10 d活性最高，先玉508峰值在吐丝后10或20 d。在同一取样时间，正红311穗位叶的GDH活性均高于先玉508。各施氮处理平均，正红311在吐丝、吐丝后10、20、30 d GDH活性较先玉508分别高36.56%、27.48%、11.85%和55.57%。两品种叶片GDH 活性在吐丝后20 d差异最小，而在吐丝后30 d差异最大，表明耐低氮品种能够在花后特别是生育后期维持较高的GDH活性。施氮可以显著提高玉米生育后期叶片的GDH活性，但两品种不同处理的同一取样时间增幅差异明显。两品种均在吐丝后10 d增幅最小，而增幅最大正红311出现在吐丝后30 d，先玉508则在吐丝期。各取样时间正红311较先玉508均具有更高的GDH活性，各取样时间平均，正红311 N0～N5处理较先玉508分别高27.34%、36.09%、33.00%、33.93%、34.73%和21.24%。在低中氮水平下两品种叶片GDH活性差异更大，表明耐低氮品种在低中氮条件下能保持更强的氮素同化能力。

2.3氮肥对玉米叶片含氮量、产量及籽粒蛋白质含量的影响

施肥能够显著提高玉米的叶片含氮量和产量(表1)。吐丝后10 d穗位叶的含氮量(Y)随着施氮量(X)的增加而增加，二者呈线性正相关，回归方程分别为YZH311=2.43+0.001527X(R2=0.8107*)和YXY508=2.38+0.001762X(R2=0.8422**)，随氮肥水平的提高，先玉508穗位叶含氮量提高的幅度大于正红311，即正红311穗位叶含氮量受氮肥水平的影响较小，在中低氮水平下也能保持较高的含氮量。两供试品种的籽粒产量均随氮肥水平的增加呈先增加后降低的趋势，以中高施氮量最高。正红311产量的高低顺序为N3>N4>N2>N5>N1>N0，先玉508的顺序为N4>N2>N5>N1>N3>N0，由此表明，就高产而言，正红311适宜的氮肥水平较先玉508更低。与先玉508相比，正红311在各施氮处理下的产量均更高。N0～N5处理下，正红311产量比先玉508分别高9.92%、8.89%、9.27%、12.82%、9.23%和8.08%，正红311在低中氮水平下的产量优势显著高于高氮处理。

图5 施氮量对谷氨酸脱氢酶(GDH)活性的影响Fig.5 Effect of nitrogen levels at different stages on leaf glutamate dehydrogenase (GDH) activity

耐低氮品种正红311各氮水平籽粒蛋白质含量均显著高于低氮敏感品种先玉508，各氮处理平均高出3.75%；施氮两品种籽粒蛋白质含量均显著提高，与N0相比，各施氮处理平均，正红311提高了6.90%，而先玉508提高了7.52%，施氮对先玉508籽粒蛋白质含量的促进作用更大；两品种籽粒蛋白质含量均随氮肥水平提高而呈增长趋势，但增幅逐渐缩小，尤其是正红311，在N2以后几乎不再增长，而先玉508在N5以后都还有一定增长，以N5水平最高。表明耐低氮品种较低氮敏感品种更加耐瘠，对低氮环境的适应性更强，在低中氮水平下便能保持较高的籽粒蛋白质含量，而低氮敏感品种在低中氮处理下籽粒蛋白质含量较低，增施氮肥更有利于其籽粒蛋白质含量的提高。

2.4产量和蛋白质含量与SPAD值、叶片含氮量、氮代谢酶活性的相关性

由表2可见，玉米产量和籽粒蛋白质含量与吐丝后10 d的SPAD值、叶片含氮量和氮代谢关键酶活性均呈正相关，不同品种各指标间相关性的显著水平存在差异。正红311的产量与叶片含氮量、SPAD值和GDH活性呈显著正相关，与GS活性呈极显著正相关；籽粒蛋白质含量与叶片含氮量、GS活性呈显著正相关，与SPAD值呈极显著正相关。先玉508的产量与叶片含氮量、GS活性呈显著正相关，与SPAD值呈极显著正相关；籽粒蛋白质含量与叶片含氮量、SPAD值和氮代谢酶活性均呈极显著正相关。增施氮肥可以促进玉米叶片含氮量、叶绿素含量及氮代谢关键酶活性的增加，进而提高了玉米光合作用和氮代谢的能力，提高了籽粒蛋白质含量及产量。

表1 施氮量对产量、叶片含氮量及籽粒蛋白质含量的影响Table 1 Effects of nitrogen levels at different stages on yield, nitrogen content of leaves and protein content of seeds

同一列不同小写字母表示差异达5%显著水平。Values followed by different small letters in the same column are significantly different at 5% level.

表2 产量和蛋白质含量与吐丝后10 d SPAD值、叶片含氮量、氮代谢酶活性的相关性Table 2 Correlation coefficients of yield and protein content with SPAD value, nitrogen content of leaves and enzyme activity in nitrogen metabolism after silking 10 days

*和**表示在5%和1%水平上差异显著。* and ** indicate significant correlations at theP<0.05 andP<0.01 probability levels according to LSD test, respectively.

3 讨论

3.1氮肥对不同耐低氮性玉米叶片叶绿素含量的影响

叶片含氮量与叶绿素含量密切相关，科学施用氮肥可以提高叶片叶绿素含量进而影响植株光合作用[25-26]。李猛等[8]研究表明，比较低氮条件与正常施氮条件下同一基因型的玉米叶绿素含量差异，是反映该基因型是否对氮素反应敏感的重要依据，通常对氮素同化能力强的玉米品种叶绿素含量相对较高[1]。本试验结果表明，增施氮肥可以显著提高玉米各生育时期叶片的叶绿素含量，但提高的幅度在品种间存在一定差异，氮肥每增加100 kg/hm2，正红311和先玉508吐丝后10 d穗位叶的含氮量分别提高0.15%和0.18%，正红311提高的幅度远小于先玉508，即氮肥对先玉508穗位叶含氮量的促进作用更大，表明低氮敏感品种对氮素缺乏更敏感。找出不同品种适宜的施氮水平，可以有效地调节玉米体内叶绿素的含量，延缓叶片衰老和光合功能衰退[27]。在低中氮水平(90～270 kg/hm2)下，耐低氮品种在生育前期叶绿素含量增幅大，后期降幅小，从而延缓叶片的衰老进而使植株整个生育时期保持较强的光合能力，促进有机物质的合成，这种防止叶片早衰的优势在耐低氮品种中下叶部体现地更为明显，这可能是其耐低氮能力强的生理机制之一，此优势在高氮水平下表现不明显。而低氮敏感品种则需充分施氮(270～450 kg/hm2)才能保持较强的光合能力。

3.2氮肥对不同耐低氮性玉米叶片氮代谢关键酶活性的影响

氮代谢是影响植物代谢和发育的重要生理过程，氮代谢关键酶更是影响着植物氨的同化和氨基酸的合成[28]。硝酸还原酶是植物氮代谢的关键酶和限速酶，其活性高低与植物体内氮同化能力密切相关[17]。谷氨酰胺合成酶是处于氮代谢中心的多功能酶，参与多种氮代谢调节[28-29]。Teng等[30]研究表明，耐低氮品种的低氮耐受性的机制之一是由于其较高的GS活性而提高了氮同化效率。谷氨酸脱氢酶是高等植物体内促进NH4+同化和氨基酸、蛋白质合成的关键酶之一[31]。叶利庭等[32]研究表明，当作物尤其在生育后期遇到环境胁迫时，GDH对催化NH4+合成谷氨酸具有重要作用。

本试验结果表明，对不同耐低氮性玉米品种施用其适宜的施氮量能够有效提高穗位叶NR、GS及GDH的活性。各氮水平下低氮敏感品种氮代谢关键酶活性的增幅高于耐低氮品种，但耐低氮品种的活性尤其在低中氮水平下显著高于低氮敏感品种。吐丝后10 d耐低氮品种正红311 NR、GS及GDH活性6个氮肥水平下的变异系数分别为27.85%、4.51%及8.45%，低氮敏感品种先玉508变异系数分别为30.76%、11.13%及7.93%，可见氮肥对低氮敏感品种先玉508的影响和促进作用(尤其在中高氮水平下)更大，表明需对先玉508施足量氮肥来保证其较高的氮代谢关键酶活性，进而增强对氮素的吸收同化能力。耐低氮品种正红311受施氮量的影响较小，对环境中的氮素含量有较强的调节适应力，在低中氮水平(90～270 kg/hm2)下能够维持较低氮敏感品种高的氮代谢酶活性以保证其较强的氮代谢能力。与低氮敏感品种相比，耐低氮品种的穗位叶能够在整个灌浆结实期尤其是灌浆后期维持较高的GS和GDH活性，促进了植株的氮同化从而提高植株籽粒产量和蛋白质含量，这种优势在低中氮水平下表现得更为明显。

综上表明，耐低氮品种正红311相对耐瘠，而先玉508则相对耐肥，因此先玉508种植在土壤肥沃的地区或地块并适当增加施肥量，而正红311则可布局到土壤相对贫瘠的区域，适当降低施肥量。

4 结论

施氮可以显著提高玉米的灌浆结实期叶片叶绿素含量和氮代谢关键酶活性，并最终提高籽粒蛋白质含量和产量。施氮对低氮敏感品种先玉508各生理指标的促进作用更大，但耐低氮品种正红311各时期各氮肥水平尤其是低中氮水平下的叶绿素含量和氮代谢关键酶活性均高于先玉508。与低氮敏感品种相比，耐低氮品种能够在低氮环境下保持较强的光合能力防止叶片早衰，保证植株有机物的合成。较高的NR、GS和GDH活性使耐低氮品种具有较强的氮代谢能力，从而调节体内碳氮循环并保证籽粒的蛋白质含量和籽粒产量，这是其耐低氮能力强的重要生理机制。

References：

[1] Bocianowski J, Szulc P, Tratwal A,etal. The influence of potassium to mineral fertilizers on the maize health. Journal of Integrative Agriculture, 2016, 15(6): 1286-1292.

[2] Liu C X, Zhao H J, Dong S T,etal. Study on characteristics of nitrogen metabolism in diallel cross generation of different maize genotypes after silking. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(1): 33-42.

刘春晓, 赵海军, 董树亭, 等. 玉米不同基因型双列杂交后代抽丝后氮素代谢特性. 中国农业科学, 2014, 47(1): 33-42.

[3] Mu X H, Chen F J, Wu Q P,etal. Genetic improvement of root growth increases maize yield via enhanced post-silking nitrogen uptake. European Journal of Agronomy, 2015, 63: 55-61.

[4] Pan G T, Yang K C. Facing toward challenges and corresponding strategies for maize breeding in southwestern region of China. Acta Agronomica Sinica, 2012, 38(7): 1141-1147.

潘光堂, 杨克诚. 我国西南地区玉米育种面临的挑战及相应对策探讨. 作物学报, 2012, 38(7): 1141-1147.

[5] Yang K C, Xiang K, Pan G T,etal. Characteristics of new maize varieties in southwest region and selection of main extending, maize varieties. Journal of Maize Sciences, 2010, (1): 146-148.

杨克诚, 向葵, 潘光堂, 等. 西南玉米新品种应具备的特征特性及区域主推品种的选择. 玉米科学, 2010, (1): 146-148.

[6] Wang L M, Ye Y L, Chen F J,etal. Effect of nitrogen fertilization on maize yield and nitrogen efficiency of different maize varieties. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2012, 20(5): 529-535.

王玲敏, 叶优良, 陈范骏, 等. 施氮对不同品种玉米产量、氮效率的影响. 中国生态农业学报, 2012, 20(5): 529-535.

[7] Liu J A, Mi G H, Zhang F S. Difference in nitrogen efficiency among maize genotypes. Chinese Journal of Agricultural Biotechnology, 1999, 7(3): 246-252.

刘建安, 米国华, 张福锁. 不同基因型玉米氮效率差异的比较研究. 农业生物技术学报, 1999, 7(3): 246-252.

[8] Li M, Ma Q, Wang H,etal. Characterization and evaluation of sensitivity to nitrogen input across maize inbreds based on the relative chlorophyll content. Journal of Plant Genetic Resources, 2015, 16(6): 1264-1271.

李猛, 马庆, 王慧, 等. 基于相对叶绿素含量的玉米自交系氮敏感性鉴定与评价. 植物遗传资源学报, 2015, 16(6): 1264-1271.

[9] Wang H T, Dong H, Qi L C,etal. Effects of cultivation method and nitrogen application rate on key enzyme activities of nitrogen metabolism at early milky stage and grain yield of rice. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2015, 23(7): 1210-1214.

汪和廷, 董慧, 齐龙昌, 等. 种植方式及施氮量对水稻灌浆初期氮代谢关键酶活性和产量性状的影响. 中国生态农业学报, 2015, 23(7): 1210-1214.

[10] Wu M L, Li H H, Jia Y Y,etal. Influence of arsenic stress on the photosynthetic pigments and chlorophyll fluorescence characteristics of different tobacco cultivars. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(3): 216-223.

吴敏兰, 李荭荭, 贾洋洋, 等. 砷胁迫对不同烟草品种光合色素和叶绿素荧光特性的影响. 生态毒理学报, 2015, 10(3): 216-223.

[11] Mei F, Yang T Z, Liu J J,etal. Effects of grafting on tobacco key enzyme activities of nitrogen metabolism and the contents of chlorophyll. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2012, 21(5): 132-135.

梅芳, 杨铁钊, 刘剑君, 等. 嫁接对烤烟氮代谢关键酶活性及叶绿素含量的影响. 西北农业学报, 2012, 21(5): 132-135.

[12] Zheng H L, Liu Y C, Qin Y L,etal. Establishing dynamic thresholds for potato nitrogen status diagnosis with the SPAD chlorophyll meter. Journal of Integrative Agriculture, 2015, 14(1): 190-195.

[13] Zhang Y, Wang B Q, He R Q. Changes of soil mineral nitrogen and its relationship with soil and plant analyzer development (SPAD) values of winter wheat leaves during winter wheat growth under different fertilization. Research of Soil and Water Conservation, 2016, 23(6): 78-82.

张燕, 王百群, 何瑞清. 不同施肥下冬小麦生长过程中土壤矿质氮变化及其与冬小麦叶片SPAD值的关系. 水土保持研究, 2016, 23(6): 78-82.

[14] Jin L, Li X, Wei X D,etal. Physiological basis on the yield in japonica rice with different N application efficiency during the later development stage. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2013, 28(5): 175-186.

金磊, 李霞, 魏晓东, 等. 不同氮效率粳稻生育后期产量形成的生理基础. 华北农学报, 2013, 28(5): 175-186.

[15] Dong Z D, Yi Y, Zhang M W,etal. Difference of activities of nitrogen metabolism enzymes in flag leaves and grain after anthesis of semi-winter and spring wheat varieties. Journal of Triticeae Crops, 2015, 35(8): 1098-1106.

董召娣, 易媛, 张明伟, 等. 春性和半冬性小麦花后旗叶和籽粒氮代谢关键酶活性的差异. 麦类作物学报, 2015, 35(8): 1098-1106.

[16] Liu S Y, Dong S T, Zhao B Q,etal. Effects of long-term fertilization on activities of key enzymes related to nitrogen metabolism of maize leaf. Acta Agronomica Sinica, 2007, 33(2): 278-283.

刘淑云, 董树亭, 赵秉强, 等. 长期施肥对夏玉米叶片氮代谢关键酶活性的影响. 作物学报, 2007, 33(2): 278-283.

[17] Gu Y, Hu W H, Xu B J,etal. Effects of nitrogen on photosynthetic characteristics and enzyme activity of nitrogen metabolism in maize under-mulch-drip irrigation. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(23): 7399-7407.

谷岩, 胡文河, 徐百军, 等. 氮素营养水平对膜下滴灌玉米穗位叶光合及氮代谢酶活性的影响. 生态学报, 2013, 33(23): 7399-7407.

[18] Prinsi B, Espen L. Mineral nitrogen sources differently affect root glutamine synthetase isoforms and amino acid balance among organs in maize. Plant Biology, 2015, 15(1): 1-13.

[19] Wei X Y, Li G Q, Wang Y P,etal. Study on difference of some physiological indexes of nitrogen metabolism in maize of different genotypes. Journal of Henan Agricultral University, 2007, 41(3): 264-268.

卫晓轶, 李国清, 王艳朋, 等. 不同基因型玉米某些氮代谢生理指标的差异研究. 河南农业大学学报, 2007, 41(3): 264-268.

[20] Li Q, Luo Y H, Long W J,etal. Effect of low nitrogen stress on different low nitrogen tolerance maize cultivars seedling stage growth and physiological characteristics. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(4): 204-212.

李强, 罗延宏, 龙文婧, 等. 低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种苗期生长和生理特性的影响. 草业学报, 2014, 23(4): 204-212.

[21] Li G H, Ding Y F, Xue L H,etal. Research progress on diagnosis of nitrogen nutrition and fertilization recommendation for rice by use chlorophyll meter. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2005, 11(3): 412-416.

李刚华, 丁艳锋, 薛利红, 等. 利用叶绿素计(SPAD-502)诊断水稻氮素营养和推荐追肥的研究进展. 植物营养与肥料学报, 2005, 11(3): 412-416.

[22] Xiong Q E. Plant Physiology Experiment Report[M]. Chengdu: Sichuan Science and Technology Press, 2003.

熊庆娥. 植物生理学实验教程[M]. 成都: 四川科学技术出版社, 2003.

[23] Science of Plant Physiology and Ecology. Guide for Modern Plant Physiology Experiments[M]. Beijing: Science Press, 1999.

中国科学院上海植物生理研究所. 现代植物生理学实验指南[M]. 北京: 科学出版社, 1999.

[24] Zhu Z Y, Bao Y D, Huang M,etal. Study of the relationship between the chlorophyll and the nitrogen content of oilseed rapes. Journal of Zhejiang University: Agriculture & Life Science, 2006, 32(2): 152-154.

朱哲燕, 鲍一丹, 黄敏, 等. 油菜叶绿素与氮含量关系的试验研究. 浙江大学学报: 生命与科学版, 2006, 32(2): 152-154.

[25] Zhang X, Liu C, Nepal S,etal. A hybrid approach for scalable sub-tree anonymization over big data using Map Reduce on cloud. Journal of Computer and System Sciences, 2014, 80(5): 1008-1020.

[26] Ackermann K, Angus S D. A resource efficient big data analysis method for the social sciences: The case of global IP activity. Procedia Computer Science, 2014, 29: 2360-2369.

[27] Li Q, Ma X J, Cheng Q B,etal. Effects of nitrogen fertilizer on post-silking dry matter production and leaves function characteristics of low-nitrogen tolerance maize. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2016, 24(1): 17-26.

李强, 马晓君, 程秋博, 等. 氮肥对不同耐低氮性玉米品种花后物质生产及叶片功能特性的影响. 中国农业生态学报, 2016, 24(1): 17-26.

[28] Xu C M, Wang D Y, Chen S,etal. Effects of aeration on root physiology and nitrogen metabolism in rice. Rice Science, 2013, 20(2): 148-153.

[29] Lu H F, Wang C Y, Guo T C,etal. Effects of high-temperature and drought stress on protein concentration and key enzyme activities in relation to nitrogen metabolism in wheat grains during the early stage of grain filling. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(13): 3612-3619.

卢红芳, 王晨阳, 郭天财, 等. 灌浆前期高温和干旱胁迫对小麦籽粒蛋白质含量和氮代谢关键酶活性的影响. 生态学报, 2014, 34(13): 3612-3619.

[30] Teng Y B, Li Y J, Fang P,etal. Characterization of nitrogen metabolism in the low-nitrogen tolerant lnt1 mutant ofArabidopsisthalianaunder nitrogen stress. Pedosphere, 2010, 20(5): 623-632.

[31] Wan Z G, Song W P, Yu M L,etal. Effects of neodymium on nitrogen metabolism of plantlet loquatinvitro. Journal of Rare Earths, 2004, 22(3): 431-435.

[32] Ye L T, Lv H J, Song W J,etal. Effects of high-temperature and drought stress on protein concentration and key enzyme activities in relation to nitrogen metabolism in wheat grains during the early stage of grain filling. Acta Ecologica Sinica, 2011, 48(1): 132-140.

叶利庭, 吕华军, 宋文静, 等. 不同氮效率水稻生育后期氮代谢酶活性的变化特征. 土壤学报, 2011, 48(1): 132-140.

Effectsofnitrogenfertilizeronleafchlorophyllcontentandenzymeactivityatlategrowthstagesinmaizecultivarswithcontrastingtolerancetolownitrogen

WU Ya-Wei1, LI Qiang1, DOU Pan1, MA Xiao-Jun1, YU Dong-Hai2, LUO Yan-Hong3, KONG Fan-Lei1, YUAN Ji-Chao1*

1.KeyLaboratoryofCropEcophysiologyandFarmingSysteminSouthwestChina,MinistryofAgriculture,CollegeofAgronomy,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China; 2.DongpoAgricultureTechnologyExtensionStation,Meishan620032,China; 3.TobaccoProductionTechnologyofDisseminationandApplyofYibinTobaccoCorporationinSichuan,Yibin644002,China

The aim of this study was to investigate the effects of nitrogen (N) fertilizer on the activity of N metabolism and growth of two maize (Zeamays) cultivars with contrasting tolerance to low N. An experiment was laid out in a split-plot design with three replicates. The main plot consisted of two maize cultivars with contrasting tolerance to low N (the low-N tolerant cultivar ZH311 and the low-N sensitive cultivar XY508). The split plot consisted of six N treatments: 0, 90, 180, 270, 360, and 450 kg/ha. The chlorophyll content and the activities of enzymes involved in N metabolism (NR: nitrate reductase, GS: glutamine synthetase, GDH: glutamate dehydrogenase) at late growth stages were determined, as well as the seed protein content and yield. The results showed that N fertilizer increased chlorophyll content and enzyme activities at late stages, and promoted protein content and yield. As the amount of N fertilizer increased, these indexes increased to a greater extent in XY508 than in ZH311, while all indexes were higher in ZH311 than in YX508. Compared with the low-N sensitive cultivar, the low-N tolerant cultivar retained a higher chlorophyll content and higher activities of enzymes involved in N metabolism, especially at the mid to late grain-filling stage. In addition, the low-N tolerant cultivar required low to mid N levels to improve seed protein content and yield. These results provide information about the physiological mechanisms involved in tolerance to low-N conditions.

nitrogen fertilizer; maize; chlorophyll; nitrogen metabolism; enzyme activity

10.11686/cyxb2017006http//cyxb.lzu.edu.cn

吴雅薇, 李强, 豆攀, 马晓君, 余东海, 罗延宏, 孔凡磊, 袁继超. 氮肥对不同耐低氮性玉米品种生育后期叶绿素含量和氮代谢酶活性的影响. 草业学报, 2017, 26(10): 188-197.

WU Ya-Wei, LI Qiang, DOU Pan, MA Xiao-Jun, YU Dong-Hai, LUO Yan-Hong, KONG Fan-Lei, YUAN Ji-Chao. Effects of nitrogen fertilizer on leaf chlorophyll content and enzyme activity at late growth stages in maize cultivars with contrasting tolerance to low nitrogen. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(10): 188-197.

2017-01-09；改回日期：2017-03-14

公益性行业(农业)科研专项经费(201503127),国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAD04B13),四川省科技支撑计划项目(2014NZ0040)和四川省玉米产业技术体系岗位专家项目资助。

吴雅薇(1993-),女，福建南平人，在读硕士。E-mail：wyw6140@163.com

*通信作者Corresponding author. E-mail:yuanjichao5@163.com