控释尿素与保水剂互作对玉米糖类代谢的影响

聂良鹏　郭利伟　宁堂原　郭慧玲　吕玉虎　郭晓彦　陈雪青　史鹏飞　张丽霞　张琳　潘兹亮

摘要 设置施肥方式和保水剂2个因素，研究控释尿素施用方式与保水剂互作对玉米穗位叶上蔗糖含量、蔗糖合成酶活性、磷酸蔗糖合成酶活性和籽粒中直链淀粉与支链淀粉含量的影响。结果表明，控释尿素施肥方式与保水剂互作对玉米糖类代谢影响显著，花后30 d是改良玉米籽粒品质的关键时期。与普通尿素相比，包膜控释尿素底施和深施能提高穗位叶的磷酸蔗糖酶活性，促进叶片内蔗糖的合成，使叶片内蔗糖含量维持较高的水平，保水剂降低了叶片内蔗糖合成酶活性。普通尿素与保水剂耦合后能提高籽粒内淀粉含量，并且能显著提高支链淀粉的含量。

关键词 控释尿素；保水剂；施肥方式；玉米；蔗糖代谢；酶活性

中图分类号 S153 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）20-0008-04

Abstract Effect of interaction of controlled release urea and water retaining agent on sucrose content，sucrose synthase activity，sucrose phosphate synthase activity，amylose content and amylopectin content in maize ear leaves were studied.The results showed that interaction between fertilization ways of controlled-release urea and water retaining agent significantly affected on sugar metabolism，30 d after flowering is the key period for improving grain quality of maize.Compared with ordinary urea，the membrane controlled release urea and deep application can improve the activity of sucrose in the ear of maize leaf，promote the synthesis of sucrose in the leaves，so that the content of sucrose in the leaves is maintained at a high level，and the water retenting agent can reduce the activity of sucrose synthase in the leaves.Coupling between ordinary urea and water retention agent can improve the grain starch content，and significant improve the branched chain starch content.

Key words controlled release urea；water retaining agent；fertilization way；maize；sucrose metabolism；enzyme activity

玉米需肥较多，选择合理的氮肥类型与施肥方式对提高玉米氮素利用效率尤其重要[1-3]。与普通尿素相比，包膜控释尿素既可以显著提高作物产量，又能提高氮素利用率，还能减少环境污染[4]。不同的施氮方式提供的氮素量不同，适宜的施氮方式可以促进氮素的吸收和利用，为叶片供给充足的养分含量，延长光合作用时间[5-9]。保水剂对水肥具有调控作用，其与氮肥配施可以促进作物生长，提高作物产量[10]。淀粉是玉米籽粒的主要成分，其原料来源于淀粉降解产生的蔗糖或叶片合成[11]，叶片中SS、SPS是参与蔗糖合成与降解的主要酶，其活性与叶片提供底物的数量有直接关系，从而影响淀粉的合成[12]。本试验以玉米品种郑单958为试验材料，研究控释尿素与保水剂互作对玉米糖类代谢的影响，旨在为玉米产量提高及籽粒品质改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年在山东农业大学农学实验站进行，地处东经117°09′03″，北纬36°10′19″，属温带半湿润大陆性气候，土壤为棕壤土，0～20 cm土层有机质、全氮含量分别为12.9、1.0 g/kg；碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为89.8、52.6、88.9 mg/kg。当地6月中旬至10月上旬（玉米生育期间）多年平均降水量为512 mm。

1.2 试验材料

供试作物：玉米，品种为郑单958。供试肥料：树脂包膜尿素，N质量分数为43.4%。

1.3 试验设计

试验采取裂区设计，主区为保水剂措施，副区为施肥方式，主区分为不施保水剂（W0）和施保水剂（W1）2个水平，保水剂用量45 kg/hm2；副区分为CB（控释尿素底施，在玉米种植行正下方开沟，沟深15 cm，先将肥料施入，填土至沟深3～5 cm，然后在沟内播种玉米，再盖土、平整地面）、U5（普通尿素侧施，在玉米种植行一侧10 cm处开沟施肥，沟深5 cm）、U10（普通尿素侧施，在玉米种植行一侧10 cm处开沟施肥，沟深10 cm）、C5（控释尿素侧施，在玉米种植行一侧10 cm处开沟施肥，沟深5 cm）、C10（控释尿素侧施，在玉米种植行一侧10 cm处开沟施肥，沟深10 cm）5个水平。

播前对田块进行旋茬处理。6月21日播种，播种深度3～5 cm，行距60 cm，株距约25 cm。播前对种子进行精选，以保证纯度和出苗整齐。10月8日收获。每个小区宽4 m（畦宽3.6 m），长25 m，种6行玉米，3次重复。各处理施氮量为225 kg/hm2，磷、鉀肥全部基施，施用量均为150 kg/hm2。

1.4 测定指标与方法

开花时分别将同一天开花的植株进行挂牌标记。花后每隔10 d取一次样品，将玉米穗位叶中部叶片、玉米穗中部籽粒取下用液氮固定后放在-80℃冰箱保存待测。

1.4.1 蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性。取预冷的玉米籽粒1g左右（SPS活性测定可取预冷剪碎的去主叶脉的叶片0.5 g左右），加入4 mL缓冲液A（50 mmol/L Tris-HCl，2 mmol/L EDTA-Na2、pH值为7.0的10 mmol/ LMgCl2、2%乙二醇、20 mmol/L巯基乙醇），冰浴快速研磨成糊状，转移到离心管中，在4 ℃ 10 000×g低温冷冻离心机上离心30 min，取上清液测定酶活性。

在反应介质中（总体积0.15 mL，含50 mmol/L Tris-HCl，10 mmol/L果糖、3 mmol/L UDPG、pH值为7.0的10 mmol/L MgCl2），加入酶液100 μL，水浴中（30 ℃）反应10 min，加入2 mol/L NaOH 0.05 mL，沸水浴放置10 min，流水冷却。再加入0.5 mL 0.1%的间苯二酚和1.5 mL浓盐酸，摇匀后在80 ℃水浴中保温10 min，拿出冷却后，在480 nm波长下比色测定蔗糖的含量。

在SS反应体系中用10 mmol/L果糖-6-磷酸代替10 mmol/L果糖，其余均按SS活性测定的方法测定SPS活性。

1.4.2 蔗糖含量测定。在0.2 mL 80%乙醇提取液中加入200 μL 2 mol/L NaOH，混匀后沸水浴10 min，以分解掉葡萄糖、果糖等还原糖；再加入2 mL 30% HCl混匀，80 ℃水浴中保温10 min，之后加入1 mL 1%间苯二酚，混匀后80 ℃水浴中保温10 min，拿出冷却后，在480 nm波长下比色测定蔗糖含量。

1.4.3 籽粒淀粉含量测定。采用双波长法测定籽粒淀粉含量，用UV-2450型紫外分光光度计测定吸光值。

2 结果与分析

2.1 尿素施用方式与保水剂互作对玉米蔗糖含量的影响

由图1可知，不同处理对玉米穗位叶蔗糖含量影响显著，无论保水剂施用与否，各施肥处理玉米穗位叶内蔗糖含量均呈现出单峰变化曲线，在花后30 d达到峰值；在开花30 d至收获期，各处理蔗糖含量均表现为CB最大，U5最低，其中C10>C5，U10>U5，C5>U5，C10>U10，表明同一尿素类型下深施肥料更能提高玉米穗位叶片内的蔗糖含量，同一施肥深度下控释尿素处理比普通尿素处理更能提高蔗糖含量。与W0相比，W1条件下，从花后30 d开始，W1各处理蔗糖含量明显高于W0，越是后期越显著，处理U5、U10在花后50 d时分别提高了14.75%和14.49%。

2.2 尿素施用方式与保水剂耦合对玉米穗位叶磷酸蔗糖合成酶（SPS）活性的影响

由图2可知，不同施肥处理对玉米穗位叶叶片内SPS活性影响不同，无论施用保水剂与否，各处理叶片内SPS活性表现为单峰变化曲线，在花后30 d左右时达到峰值；5种处理叶片的SPS活性在花后10～30 d表现为CB>C10>C5>U10>U5，花后40～50 d也表现为这种趋势，但差异不明显，表明施用控释尿素能提高玉米花后穗位叶SPS活性。W0条件下，花后30 d以后，各处理叶片内SPS活性差异逐步缩小，到花后50 d时，U5和U10处理差异不显著，而C5和C10差异显著；W1条件下，表现出同样的变化趋势，表明控释尿素深施可以显著改善玉米生长发育后期穗位叶SPS活性。W1条件下，各施肥处理花后30～50 d叶片内的SPS活性均显著高于无保水剂处理，表明施用保水剂可以显著改善玉米生长发育后期穗位叶SPS活性。

2.3 尿素施用方式与保水剂耦合对玉米穗位叶蔗糖合成酶（SS）活性的影响

由图3可知，不同尿素施用方式与保水剂耦合显著影响着玉米穗位叶内SS的活性，保水剂施用与否，各处理花后叶片内SS活性呈先升高后降低的趋势，在花后30 d时达到最大值。W0条件下，SS活性在玉米花后呈现缓慢上升（花后10～20 d）—快速上升（花后20～30 d）—快速下降（花后30～50 d）的趋势，玉米生长发育后期（花后30～50 d）叶片内SS的活性均表现为U5显著低于其他4种处理。W1条件下，各处理在玉米花后呈现快速上升（花后10～30 d）—缓慢下降（花后30～40 d）—快速下降（花后40～50 d）的趋势，各处理花后10 d叶片内SS活性显著低于W0，而开花40 d以后表现相反，表明增施保水剂能提高玉米生长发育后期叶片内SS活性。与W0处理相比，W1条件下，开花50 d时，普通尿素处理的SS活性显著提高，表明普通尿素与保水劑耦合能显著提高玉米穗位叶叶片内SS活性。

2.4 尿素施用方式与保水剂耦合对玉米籽粒直链淀粉含量的影响

由图4可知，随着玉米生长发育，玉米籽粒内直链淀粉的含量增加表现出由快到慢的趋势，其中花后10～30 d快速增加，30～50 d缓慢增加。W0条件下，开花10 d左右，表现为普通尿素处理优于控释尿素处理，U10大于U5。从开花20 d开始，直链淀粉含量表现为控释尿素处理优于普通尿素处理，在开花50 d时，表现为CB处理最高，U5处理最低，与其他处理差异显著，其他3个处理之间差异不显著。增施保水剂以后，在玉米生长发育的中后期，保水剂提高了普通尿素处理籽粒的直链淀粉含量；在开花50 d时，与W0处理相比，U10和U5分别提高了籽粒内直链淀粉含量5.68%和6.72%，而W1条件下控释尿素处理增加效果却不显著，表明普通尿素与保水剂耦合能显著提高玉米籽粒内直链淀粉含量。

2.5 尿素施用方式与保水剂耦合对玉米籽粒支链淀粉含量的影响

由图5可知，无论施用保水剂与否，各处理支链淀粉含量表现为花后10～30 d快速增加，30～50 d缓慢增加的趋势。W0条件下，玉米生长发育中后期（开花后30～50 d），控释尿素处理的籽粒直链淀粉显著高于普通尿素处理；在花后50 d时，处理CB分别高出C10、C5、U10和U5处理0.74%、4.75%、12.93%和21.41%。表明在提高支链淀粉含量上，底施处理优于施肥深度10 cm，施肥深度10 cm优于施肥深度5 cm。增施保水剂以后，玉米生长发育中后期（开花后30～50 d），普通尿素处理的支链淀粉含量显著升高，在开花50 d时，U10和U5处理分别高出W0条件下8.02%和14.87%，表明普通尿素与保水剂耦合能显著提高玉米籽粒支链淀粉含量。W1条件下，花后50 d时，CB处理分别高出C10、C5、U10和U5处理1.72%、6.26%、6.71%和8.47%，表明控释尿素底施或者侧深施处理较普通尿素浅施更能提高籽粒内支链淀粉含量。

3 结论与讨论

施用保水剂可以显著提高植株养分含量和积累量，有利于提高肥料利用率，且隨着保水剂施用量的增加，其养分利用率提高[13]。苟春林等[10]研究表明，保水剂和尿素、碳酸氢铵配合施用能显著提高玉米生物学产量、根系干重和水肥利用效率。本研究表明，施用保水剂可以显著改善玉米生长发育后期穗位叶SPS活性，普通尿素与保水剂耦合能显著提高玉米穗位叶叶片内SS活性、显著提高玉米籽粒内直链淀粉和支链淀粉含量。有学者提出，肥料深施增加了玉米根系向深层的延伸，增加了肥料的吸收[14]。邵 蕾等[15]研究表明，草莓生产上底施包膜控释尿素效果更好。本研究表明，同一尿素类型下，深施肥料更能提高玉米穗位叶片内的蔗糖含量；同一施肥深度下，控释尿素比普通尿素更能提高蔗糖含量。控释尿素深施可以显著改善玉米生长发育后期穗位叶SPS活性，控释尿素底施或者侧深施较普通尿素浅施更能提高籽粒内支链淀粉含量。其原因可能是底施肥料更容易被根系获取，同时诱导根系下扎，提高氮肥利用率，促进淀粉的生成[16]。花后30 d左右出现SPS、SS活性最高值和玉米籽粒灌浆速率峰值，表明花后30 d左右是淀粉合成的关键时期，抓住这个关键时期进行调控，可以较好地改善玉米品质。

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