萘乙酸和邻氨甲酰苯甲酸对玉米花后养分吸收及转运的影响

王志远，罗 裳，韩永亮，栗 晗，赵婷婷，杨 兰*

（1 湖南农业大学资源环境学院，湖南长沙 410128；2 土肥高效利用国家工程研究中心，湖南长沙 410128）

在国际粮食供应处于相对脆弱的大背景下，玉米作为重要的主粮、饲料、经济及生物能源作物，玉米产量的提高对于保障中国粮食安全意义重大。玉米秸秆富含大量膳食纤维，是重要的生物质资源，在饲料及能源生产等领域具有重要作用[1]。我国玉米粮食产量逐年增加，而优质饲草供应能力不足[2]，对于粮饲兼用型玉米来说，秸秆产量和籽粒产量同等重要[3]。利用植物生长调节剂提高玉米生物产量，可为实现不同玉米生产目的提供技术手段。

在植物的生长进程中，衰老是一个组织、细胞、器官和生物体的程序性死亡过程，是植物生长发育的最后一个阶段[4-5]。叶片适时启动衰老对玉米最终产量的形成至关重要[6]。随着叶片衰老，叶片中细胞膜的结构和功能完整性趋于衰退，导致膜脂代谢加速[7]，叶内其他物质如脂类、核酸、淀粉等物质的含量也在下降。植物叶片的衰老受到一系列内部因素(如内源激素、自由基、源库关系)的调控，并受环境因素(如温度、水分、营养等)的影响和诱导[8]。有研究表明，生长素具有推迟叶片衰老脱落，促进果实发育，延迟果实成熟等作用[9-11]。作为一种小分子物质，生长素在植物体内普遍存在，可被自由转运[12]。由于吲哚乙酸性质不稳定，易在体内被分解[13]，于是人工合成了吲哚丁酸、2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)、萘乙酸(NAA)等具有与生长素相似功能的植物生长调节剂[14]。

植物衰老受源库关系调节，而源库关系受外界环境影响，在不断变化[15]。随源库关系改变，植物体内营养物质发生转移，产量及养分分配亦受到较大影响[16-17]。有研究表明，花和果实对营养物质的竞争是叶片衰老的主要原因[18]。在叶片衰老过程中，叶片中活跃的营养物质会转移到籽粒中[19]，促进籽粒成熟，同时在植物内部激素和多种酶的调控下，分解叶片中可再利用的物质运输到籽粒，进一步加速叶片衰老与籽粒成熟，这也体现了植物内部物质运输从源到库的机制。萘乙酸(NAA)作为与生长素功能相似的植物生长调节剂，可能通过改变源库关系，影响营养元素的吸收与转移。

本研究选取粮饲兼用型玉米品种郑单958作为试验材料，在田间条件下筛选适合玉米花后叶片喷施的生长调节剂浓度进行盆栽试验，在吐丝期对玉米叶片进行萘乙酸(NAA)和生长素抑制剂(萘基邻氨甲酰苯甲酸，NPA)处理，通过正常授粉和阻止授粉改变源库关系，测定花后各个时期玉米不同部位的生物量及氮、磷、钾、微量元素含量，探讨植物生长调节剂和源库关系对玉米花后干物质积累、养分分配和转运规律的影响，为实现不同玉米生产目的及提高肥料效率、完善玉米田间高产高效种植模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 田间试验

采用田间小区试验筛选适宜玉米叶片喷施的萘乙酸浓度。供试玉米品种为‘郑单958’，试验于2018年4—8月在湖南农业大学长期定位试验基地(湖南省浏阳原种场，沿溪镇花园村，28°19′N、113°79′E)进行。该地区属于亚热带季风性湿润气候，年均温为17.3℃，年平均降水量1552.3 mm，无霜期138天。试验区土壤为河潮土，耕层土壤(0—20 cm)基本理化性状为：pH 4.80、有机质含量17.86 g/kg、碱解氮含量60.05 mg/kg、速效磷含量95.86 mg/kg、速效钾含量133.88 mg/kg。

在玉米吐丝期，以清水处理为对照，叶片分别喷施萘乙酸C0 (0 mmol/L)、C1 (0.05 mmol/L)、C2(0.1 mmol/L)、C3 (0.5 mmol/L)，隔两天喷施一次，一共喷施3次。每个小区20 m2，3次重复。玉米播种采用人工点播的方式，种植密度为56000株/hm2。在播种之前施入基肥。其中，氮肥施用量为N 240 kg/hm2，供试氮肥为尿素(N 46%)，按照基肥∶苗肥∶穗肥=4∶3∶3的比例进行施用；磷肥施用量为P2O5120 kg/hm2，供试磷肥为过磷酸钙(P2O518%)，均以基肥一次性施入；钾肥施用量为K2O 150 kg/hm2，供试钾肥为氯化钾(K2O 60%)，按照基肥∶穗肥=1∶1的比例进行施用。基肥均以撒施的方式施入，覆土后，进行玉米播种。玉米生育期间，农药及水肥措施同其他常规田间管理。

在玉米生理成熟期，即乳线消失，黑层出现时取样，选取地上部生长均匀一致的玉米植株收获计产，收获后进行考种(穗数、行粒数、千粒重)，植株样品均在105℃杀青0.5 h，70℃烘至恒重，称量其干重。

1.2 温室盆栽试验

供试玉米品种‘郑单958’，盆栽试验土壤来自湖南农业大学长期定位试验基地玉米地，土壤基本理化性状同1.1。

试验于2019年4—8月在湖南农业大学温室大棚内进行。盆栽选用直径26 cm、高36 cm的塑料盆，每盆装土14 kg，氮、磷、钾肥及微量元素肥料均以基肥的形式一次性拌土施入，每盆肥料施用量为尿素4.348 g、过磷酸钙15 g、氯化钾6.667 g、硫酸亚铁0.167 g、硫酸锰0.1029 g、硫酸铜0.1316 g、硫酸锌0.1485 g。播种前在实验室催芽，出苗后移栽至温室大棚。每盆移栽2株，待长到三叶一心后，间苗至每盆1株。

在玉米吐丝前，将所有玉米植株分为两组，一组为正常授粉，即在吐丝前将雌穗套袋，待花丝长出后，用授粉袋正常授粉；一组用袋套住雌穗，阻止其授粉直到生理成熟期。在吐丝期，以清水处理为对照，对每组玉米叶片进行萘乙酸(NAA，0.1 mmol/L)和生长素抑制剂NPA [N-(1-naphthyl) phthalamic acid，0.1 mmol/L]喷施处理。NAA和NPA的溶解方法参考Morris等[20]的方法进行适当调整，即称取好0.1 mmol的NAA和NPA粉末后，点滴加入5 mL的95%乙醇溶解，充分搅拌待溶解完全后，缓慢加入去离子水，定容到1 L，最终乙醇浓度为0.475%。清水处理也加入等量的乙醇。隔两天喷施1次，总共喷施3次。即设置6个处理：授粉条件下喷施清水对照处理(H2O-P)；授粉条件下喷施萘乙酸处理(NAA-P)；授粉条件下喷施生长素抑制剂处理(NPAP)；阻止授粉条件下喷施清水对照处理(H2O-NP)；阻止授粉条件下喷施萘乙酸处理(NAA-NP)；阻止授粉条件下喷施生长素抑制剂处理(NPA-NP)。

分别在玉米吐丝期和生理成熟期进行取样。取样时，选取地上部生长均匀一致的玉米植株，吐丝期样品分为根、茎、叶3部分，生理成熟期样品分为根、茎、叶、籽粒4部分。收获的各器官样品均在105℃下杀青30 min，然后在70℃下烘干至恒重，称量其干重，后将样品经粉碎机磨成粉末，过筛保存，测定各部位氮、磷、钾及微量元素含量。采用H2SO4-H2O2消化蒸馏法进行消煮，采用凯氏定氮法测定全氮含量，采用钒钼黄比色法测定全磷含量，采用火焰光度法测定全钾含量。微量元素测定采用混合酸溶液(HNO3∶H2O2=8∶1)微波消解法消解[21]，滤液用ICP-MS测定微量元素含量。

1.3 统计分析

表中数据为3次重复测定值的平均值，试验数据采用SPSS 20.0进行统计及差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 适宜萘乙酸(NAA)喷施浓度筛选

与清水对照相比，喷施0.05和0.1 mmol/L的NAA显著提高了玉米籽粒产量、百粒重及收获指数(P＜0.05)，其中籽粒产量分别提高了15.6%和14.3%，百粒重分别提高了15.5%和14.2%，收获指数分别提高了1.66%和8.90%；喷施0.5 mmol NAA处理显著提高了收获指数，但显著降低穗粒数，降低幅度达8.48%。综合来看，NAA的适宜喷施浓度为0.1 mmol/L。

2.2 生长调节剂和源库关系对玉米花后干物质积累的影响

由表2可知，正常授粉植株中，喷施NAA没有显著增加玉米干物质量，而生长素抑制剂NPA没有显著提高总干物质积累量，但较NAA处理显著提高了玉米叶片及籽粒的干物质积累量(P< 0.05)，表明NPA促进了干物质在叶片和籽粒中的积累。相比正常授粉处理，阻止授粉后，营养器官根、茎、叶中干物质积累量均显著增加(P＜0.05)，尤其是茎秆，H2O-NP、NAA-NP、NPA-NP处理相比H2O-P、NAA-P、NPA-P处理，干物质量分别增加了2.0、1.7、1.5倍；即使没有籽粒建成，阻止授粉处理的植株总干物质积累量均显著高于相应正常授粉处理。

表1 不同萘乙酸喷施浓度处理玉米产量及其构成因素Table 1 Maize yield and its component under the treatments with different NAA concentration

表2 不同生长调节剂和抑制授粉处理组合下玉米花后干物质积累量(g/plant)Table 2 Post-silking dry matter accumulation in maize as affected by growth regulators and pollination treatments

2.3 生长调节剂和源库关系对玉米花后氮素积累的影响

从表3可以看出，在生理成熟期，阻止授粉后相较于正常授粉处理，营养器官(根、茎、叶)中氮素积累量均显著增加；H2O-NP、NAA-NP、NPA-NP处理相比H2O-P、NAA-P、NPA-P处理，根部氮素积累量分别增加了76.9%、141.2%、140.2%；茎秆氮素积累量分别增加了278.1%、299.6%、334.4%。与清水对照H2O-NP相比，NPA-NP处理的植株总氮积累量增加幅度为10.2%。在授粉植株中，与H2O-P相比，NAA-P处理的玉米籽粒氮及植株总氮积累量分别降低了28.9%和25.8%，而NPA-P处理作用不明显；阻止授粉后，与H2O-NP相比，NPA-NP处理显著提高了叶片氮积累量，增加幅度为22.4%，对其他部位作用均不明显。与吐丝期相比，生理成熟期各部位各处理氮积累量均有增加。

表3 不同生长调节剂和抑制授粉组合处理玉米花后氮素积累量(mg/plant)Table 3 Post-silking nitrogen accumulation in maize as affected by growth regulators and pollination treatments

2.4 生长调节剂和源库关系对玉米花后磷素积累的影响

由表4可知，与吐丝期相比，生理成熟期正常授粉下各部位磷积累量均有降低，而阻止授粉后根和茎中磷积累量显著增加，说明阻止授粉减缓了磷在这两个部位的转移。在生理成熟期，阻止授粉植株相较于正常授粉处理，营养器官(根、茎、叶)中磷元素积累量均显著增加；H2O-NP、NAA-NP、NPA-NP处理相比H2O-P、NAA-P、NPA-P处理，根部磷元素积累量分别增加了252.1%、250.9%、380.3%，茎秆磷元素积累量分别增加了533.3%、452.4%、845.3%，叶片磷元素积累量分别增加了100.0%、100.4%、124.3%。在阻止授粉植株中，萘乙酸NAA-NP处理后，与清水处理H2O-NP相比，根部磷积累量有22.8%的显著降低，叶片磷积累量有23.7%的显著增加；NPA对叶片磷积累量有37%的显著增加。正常授粉植株中，与清水处理H2O-P相比，NAA-P和NPA-P处理降低了根部磷积累量，但增加了叶片中磷积累量。

表4 不同生长调节剂和抑制授粉处理组合下玉米花后磷素积累量(mg/plant)Table 4 Post-silking phosphorus accumulation in maize as affected by growth regulators and pollination treatments

2.5 生长调节剂和源库关系对玉米花后钾素积累的影响

从表5可以看出，与吐丝期相比，生理成熟期各部位钾积累量均有增加。在生理成熟期，相较于正常授粉处理，阻止授粉显著增加了根中钾元素积累量，而减少了钾在叶片中的积累。H2O-NP、NAANP、NPA-NP处理相比H2O-P、NAA-P、NPA-P处理，叶片钾元素积累量分别减少了31.5%、21.7%、33.2%。生长调节剂对授粉植株和阻止授粉植株影响不一。在授粉植株中，与清水H2O-P处理相比，NPA-P处理显著增加了茎、叶中的钾积累量，增加幅度分别为28.5%、25.2%，NAA-P处理对各部位钾积累影响较弱。相较于清水H2O-P处理，NAA-P处理使花后叶片中钾积累量增加了25.6%，NPA-P处理使花后茎、叶中钾积累量分别增加了56.4%、65.9%。在阻止授粉植株中，与清水H2O-NP处理相比，NPA-NP处理对根、叶中的钾积累量分别有39.5%、22.0%的显著增加，而NAA-NP处理叶片中钾的积累量增加了25.4%，对其他部位作用较弱。

表5 不同生长调节剂和抑制授粉处理组合下玉米花后钾素积累量(mg/plant)Table 5 Post-silking potassium accumulation in maize as affected by growth regulators and pollination treatments

2.6 生长调节剂和源库关系对玉米花后微量元素吸收及转运的影响

从表6可以看出，在整个植株水平，正常授粉植株中，与清水H2O-P处理相比，NAA-P处理促进了Cu、Fe、Zn的花后整株积累，而施用NPA处理表现的是抑制作用。阻止授粉后，这种作用发生了反转，相比清水处理，施用NAA处理对Cu和Fe的积累表现出抑制作用，而施用NPA处理则发挥相对积极的影响，尤其是显著增加了植株中Mn、Zn、Mg的花后积累，增加幅度分别为39.4%、31.4%、22.5%。在源库关系的影响上，相较于正常授粉处理，阻止授粉增加了植株中各微量元素的积累，尤其是显著增加了Mn、Zn、Mg的花后积累，即H2ONP、NAA-NP、NPA-NP处理相比H2O-P、NAA-P、NPA-P处理，Mn积累量分别增加了43.7%、41.8%、79.6%，Zn积累量分别增加了233.3%、191.7%、378.2%，Mg积累量分别增加了33.7%、42.7%、52.3%。

表6 不同生长调节剂和抑制授粉处理组合下玉米花后各部位微量元素积累量(mg/plant)Table 6 Micro-elements accumulation in different parts of maize as affected by growth regulators and pollination treatments

续表6 Table 6 continued

在各营养器官(根、茎、叶)水平，正常授粉情况下，相比H2O-P处理，施用NPA处理会对植株根、茎、籽粒中的铜积累量分别有42.9%、75%、61.1%的显著降低，对叶片中的锰积累量有45.8%的显著增加；施用NAA后，籽粒中铜元素积累量有66.7%的显著降低，叶片中锰元素积累量有35.7%的显著增加。在花后锰元素积累变化方面，相较于清水H2O-P处理，NAA-P处理使花后根部锰积累量减少了33.9%，叶片花后锰积累量增加了45.8%。阻止授粉后，相比H2O-NP处理，施用NPA对根部铜元素积累量有49.1%的显著降低，对茎秆中锰和镁积累量分别有35.9%、26.3%的增加，对叶片中锌元素积累量有39.1%的显著增加；施用NAA后，茎秆中锌积累量有了25.6%的显著降低，而对其它微量元素积累量影响不显著。

3 讨论

3.1 萘乙酸及生长素抑制剂促进花后养分吸收与转运

萘乙酸(NAA)系萘类具有生长素类活性的植物生长调节剂，由根、茎、叶吸收后能够引起植物内源激素的变化，通过提前或推迟某种内源激素的高峰出现时期和改变峰值的大小，从而影响作物器官的衰老进程[22-23]。生长素的运输有两条主要途径：一条是快速的、没有方向性的韧皮部运输，这种运输是一种向基性的极性运输，运输速率相对较快(5～20 cm/h)[9]；另一条是较慢的、有方向性的极性运输途径。NPA是一种生长素转运抑制剂，能够阻碍生长素的极性运输，抑制地上部产生的生长素往根中运输，使根中缺乏生长素导致根系生长受阻，从而影响地上部生长[24]。

NAA具有刺激植物生长、促进早熟和增产等作用，可促进矿质营养的吸收，具有较强的养分转运能力。有研究表明，喷施NAA可以明显提升烟叶的钾含量[25-26]，并正向调控作物的籽粒建成、增强库的潜力，促进磷在植株体内的转运[27]。类似的研究表明，通过外源生长调节剂抑制玉米的生殖生长，改变玉米的衰老成熟期，可以更好地提高青贮玉米饲用营养价值[28]。本研究结果表明，适宜的萘乙酸浓度可以显著提高玉米产量和收获指数(表1)，促进磷、钾元素花后积累及转移(表4、表5)，进而提高营养元素在收获部位的积累，由单纯的产量型生产转变为质量型生产；但当萘乙酸浓度过高时，却降低了穗粒数。这与适当浓度外源生长素可促进作物根系生长，增强根系活力，促进根系对矿质元素的吸收，提高净光合速率有关[29-32]。在正常情况下，适当浓度NAA的施用可以提高植株内源生长素的含量，影响矿质元素和同化物在植物体内的运输方向和分布，其极性运输可能是影响养分运输的主要因素[33]。当外源生长素浓度较高时，生长素输出和输入蛋白可以和生长素反应因子(ARF)蛋白互作并抑制ARF的活性、调控基因表达、抑制作物根系的生长[34]，不利于矿质营养的吸收。本试验结果同时表明，施用NPA后虽然植物体内的生长素极性运输被抑制，但与清水处理H2O-P或H2O-NP相比，NPA-P和NPANP处理均促进了磷、钾、镁、锰元素的整株积累量，这可能与施用时间和浓度有关，原因需进一步研究证明。

3.2 增加源库比减少花后营养物质转移，促进花后养分积累

玉米生育期内干物质的积累、分配规律决定了玉米产量，营养器官中干物质的转移分配是影响玉米籽粒产量形成的重要因素，即玉米的干物质积累量与籽粒产量呈正相关关系。在植株正常生长发育过程中，“源”、“库”、“流”三者的相互协调是重要的保障[30]。在玉米吐丝前，植株主要靠根系从土壤中吸收矿质营养，并向上运输到茎和叶中。在籽粒灌浆期，矿质营养元素的吸收和转运同时发生，一方面，根系继续从土壤吸收矿质营养，这部分矿质营养不直接输送到籽粒，相反，它首先被转运到营养器官，然后在后期转运到籽粒中[35-37]；另一方面，吐丝前储存在茎和叶中的矿质营养会再次发生转运。以氮为例，在营养器官中，氮的输入和输出同时发生，其中茎、叶是籽粒氮的主要来源，其贡献要比根大得多[38]。在本研究中，阻止授粉后，营养器官中(根、茎、叶)的干物质积累显著增加(表2)，表明阻止授粉减小了库强，使“源”、“库”、“流”三者之间的平衡受到了破坏。有研究表明，在玉米的生理成熟期，籽粒灌浆与根系生长共同竞争光合产物，通常籽粒灌浆会有更高的优先级[39]；但当籽粒库消失时，大部分的光合干物质被分配到根与茎，促进了根系的生长，反过来又可能会促进根系对矿质元素的吸收[40]。本试验结果表明，阻止授粉后，营养器官中的大量元素转运减少，积累增加(表3～表5)，即大部分营养会暂时储存在营养器官中，这可能是由于库的减少限制了“流”，刺激了植株的生长发育。营养器官中矿质营养的累积有利于青贮玉米生产性能和饲用品质的提高[41]。在正常授粉下，玉米灌浆成熟期大量营养物质会从营养器官向生殖器官(籽粒)运输，当籽粒生成时，引发了植株体内的营养再分配，各营养器官中的大量元素比例受籽粒的营养需求而调节[38]；但库器官的缺失导致源器官得不到“库”的信号反馈，因此会加强“流”的作用，导致这些营养元素将被迫积累在营养器官(主要存在于茎秆)中，即光合干物质和氮素的临时储存库中[42]。

4 结论

作为粮饲兼用型玉米，‘郑单958’在正常授粉时，玉米吐丝前积累在茎叶中的营养物质在吐丝后向籽粒转运，施用NAA会促进这种养分转移，提高玉米籽粒产量、百粒重及收获指数；而NPA则通过抑制内源生长素的极性运输促进了同化物在叶片的积累，提高了源强，驱动茎叶中同化物的转运，与清水H2O-P处理相比，NPA-P处理促进籽粒产量增加，提高植株生物产量。去除籽粒库后，吐丝前贮存在营养器官中的物质在茎叶中发生转移，施用NPA促进了叶片的生长，提高了秸秆的生物产量。因此，以籽粒生产为目的的食用玉米可以在吐丝期对叶片喷施NPA或NAA，以促进营养物质在籽粒的富集。饲料或生物能源用途的玉米施用NPA的效果更佳，可在吐丝期对叶片喷施NPA以促进植株的整体生长，获得较大的经济效益。