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植物营养与肥料学报 2001 ,7 ( 3) :293～297
Plant Nutrition and Fertilizer Science
不同玉米品种氮素营养效率差异的
生态生理机制
黄高宝 , 张恩和 , 胡恒觉
( 甘肃农业大学农业生态工程研究所 ,甘肃兰州 730070)
摘要 : 采用大田与盆栽试验相结合的方法 , 对 7 个氮素营养效率不同的玉米杂交种在不同氮肥
水平下的子粒日产量 、
吸氮效率 、
根系形态 、
叶片硝酸还原酶活力 ( NRA) 及冠层光合生理生态
特性等进行了研究 。结果表明 ,D K743 、 K656 、
D 豫玉 22 、
中单 2 号 、
户单 1 号等 5 个品种 N 素营
养效率较高 ; 酒单 2 号和石玉 905 是低 N 素营养效率的品种 。N 素营养效率的高低与品种根
重、
根长 、
根表面积 、
叶片 NRA 、
净光合速率 、
气孔导度等都有一定的相关性 。适当供氮能提高
净光合速率 、
气孔导度 、
叶片 NRA 含量 、
干物质积累量和子粒产量 ,提高幅度因品种而异 。
关键词 : 玉米 ; 氮素营养效率 ; 生理生态 ; 硝酸还原酶活性 ( NRA)
中图分类号 :S513 ;Q94511 文献标识码 :A 文章编号 :10082505X ( 2001) 0320293205
改善玉米品种吸收和利用氮的效率是玉米育种家的一个重要目标 ,也是提高养分有效
性的重要的生物学途径 。利用不同作物或品种利用氮素能力的差异 ,提高土壤氮素利用效
率 ,已引起各界的关注 [ 1～4 ] 。Vose 研究表明 , 氮素利用效率受氮的吸收 、 RA 、
N 硝酸盐贮藏
库的大小以及氮向收获器官运输能力等多种因素的影响 [ 1 ] 。有关玉米不同品种在不同生
态条件下氮素营养效率差异的生理生态原因的研究 ,对选择和培育区域性的适宜玉米品种
具有重要的理论意义和实践价值 [ 1 ,3 ,4 ] 。为此 , 通过对玉米不同品种植株地上部 、
地下部氮
素同化效率的研究 ,探讨造成玉米不同品种营养效率差异的原因 , 以便对氮素营养进行适
度调控 ,为农田生产中作物的优化管理及高营养效率品种的选育提供依据 。
1 材料与方法
田间试验于 1998 年在本校院内试验地进行 。供试土壤为碱性灌淤土 , 土壤有机质 0194 % ,p H 值
8137 ,全 N 01049 mg/ kg ,Olsen2P 2177 mg/ kg ,速效 K 3915mg/ kg 。供试 7 个品种为石玉 905 ( SY905) 、
酒单
2 号 (JD2) 、 K743 、 K656 、
D D 户单 1 号 ( HD1) 、
豫玉 22 ( YY22) 、
中单 2 号 ( ZD2) 。试验设 N0 、 1 、 2 3 个供氮
N N
75 150kg/ hm2 。N 肥以 60 %用作基肥 ; 剩余部分分 2 次追施 ,其中 70 % 为
水平 ,分别为施 N 量 ( 尿素) 0 、 、
攻秆肥 、 % 为攻粒肥 。小区面积 10m2 ,3 次重复 ,随机区组排列 。其他管理同一般大田 。
30
盆栽试验设在本校院内网室中 ,供试品种为中单 2 号 ( ZD2) 、
石玉 905 ( SY905 ) 和 D K743 。试验设 N0
(不施肥) 、 1 ( 200mg/ kg) 、 2 ( 400mg/ kg) 3 个氮肥水平 ,采用 3 × 设计 。供试土壤为灌淤土 ,土壤养分含
N N 3
量均很低 。土样风干过筛后与肥料拌匀装盆 ( 瓦氏盆) ,每盆装土 10kg ,各处理均基施 P2 O5 0115g/ kg 、 2 0
K
收稿日期 :2000201210
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (39700088) ; 甘肃省自然科学基金项目 ( ZS9912A2120302N) 资助 。
作者简介 : 黄高宝 (1965 — ,男 ,甘肃天水人 ,博士 ,教授 ,博士生导师 ,主要从事种植制度与作物生态方面的研究 。
)
在试验过程中本校农学 1995 级本科生张瑞珍和 1998 级硕士生李玲玲同学做了大量的工作 ,在此深表感谢 。
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294 植物营养与肥料学报 7卷
012g/ kg 以及等量的 Fe ( 01005g/ kg) 、 ( 0105g/ kg) 、 ( 01005g/ kg) 、 ( 01005g/ kg) 。每盆种 6 株 ,留苗 3
Zn Cu Mn
株。
作物生长期间取样分析 。NRA 采用磺胺比色法测定 , 7320 型分光光度计比色 ; 光合生理生态指标用
BAU 光合测定仪测定 ; 称重法测定根系鲜 、
干重 ; 交叉截获法测定根长 ; 亚甲烯兰比色法测定根表面积 。
2 结果与分析
211 供氮对不同玉米品种产量和吸氮量的影响
在 3 个供氮水平下 ,各品种平均单株经济产量和日产量差异十分明显 , 其中单株经济
产量最高的 D K743 是最低的石玉 905 的 2152 倍 ; 日产量是石玉 905 的 1187 倍 ( 表 1 ) 。从
生育期比较 ,生育期越长 ,产量越高 ,吸氮量也越高 。如经济产量较高的 D K743 、 K656 、
D 豫
玉 22 的生育期均在 140d 以上 ,而产量较低的石玉 905 、
酒单 2 号则为特早熟品种 。可见营
养效率的高低与品种熟性间存在非常明显的相关性 。
表1 供氮对不同玉米品种产量及吸氮量的影响
Table 1 Influence of N supplying on yield and N absorption of corn varieties
试验方式 处理 项目 D K743 D K656 YY22 ZD2 HD1 JD2 SY905
Test Treat 1 Items
met hod
大田 N0 经济产量 214170 201160 170110 131170 106100 108120 96170
(g1plant - 1 )
日经济产量 1157 1147 1124 0196 0177 1108 0197
(g1plant - 1 ・ - 1 )
d
吸N量 1149 1166 1135 1136 0188 1174 1141
( g1plant - 1 )
N1 经济产量 281180 224100 258130 209100 203130 178130 139160
( g1plant - 1 )
日经济产量 2106 1164 1189 1153 1168 1178 1134
(g1plant - 1 ・ - 1 )
d
吸N量 2177 1173 2104 1191 2115 2127 1138
(g1plant - 1 )
N2 经济产量 418130 262190 317160 229190 238190 155130 126110
( g1plant - 1 )
日经济产量 3105 1192 2132 1168 1197 1155 1126
( g1plant - 1 ・ - 1 )
d
吸N量 3142 2103 2173 1191 2168 2102 1171
(g1plant - 1 )
盆 栽1) N0 生物产量 97114 144109 15198
N1 (g1pot - 1 ) 137112 93129 82141
N2 164168 101185 82113
盆栽试验生物产量是玉米生长 95 天后的结果。Plant yield was obtained at 95 days after corn growth in pot expenment1
1)
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3 期 黄高宝 ,等 : 不同玉米品种氮素营养效率差异的生态生理机制 295
表 1 还看出 , 供氮水平对不同玉米品种日产量的影响也较大 。D K743 、 K656 、
D 豫玉
22 、
中单 2 号 、
户单 1 号等 5 个品种的日产量及吸氮量随氮水平的提高增幅较大 , 其中
D K743 高氮处理日产量比中氮处理增加 48143 % ,继续供氮产量仍有潜力 ,说明这些品种耐
肥性较强 ,氮素营养效率较高 ; 而酒单 2 号和石玉 905 ,供氮虽表现有增产 ,但在氮水平进一
步提高时产量又呈下降趋势 ,表明它们是低氮素营养效率品种 。
212 不同玉米品种根系形态的差异
玉米品种根参数的测定结果表明 ( 表 2) ,少量供氮对根重有明显促进作用 ,但供氮水平
进一步提高 ,则对根系生长有抑制作用 。D K743 、
中单 2 号 、
石玉 905 的平均根重 、
根长 、
根
表面积依次减小 ,这与盆栽和田间试验的生物产量和经济产量的高低是一致的 ( 表 1 ) ,说明
根重 、 、
根长 根表面积等根密度的差异也是造成品种间产量不同 、 氮素营养效率高低的主要
原因之一 。
表2 供氮对不同玉米品种根形态的影响( 盆栽)
Table 2 Influence of N supplying on root systems of corn varieties ( Pot culture)
项目 N0 N1 N2
Items SY905 ZD2 D K743 SY905 ZD2 D K743 SY905 ZD2 D K743
鲜重 ( g1plant ) - 1
23121 142140 256102 51167 155121 270100 31157 99197 150152
干重 ( g1plant - 1 ) 515 24142 36148 11111 29140 39193 5164 19130 21145
根长 (cm1plant - 1 ) 28146 174141 313192 63126 190131 331106 38171 122158 184156
根表面积 (cm2 1plant - 1 ) 29101 558120 1004180 202175 608199 1059134 123187 392126 590159
表中数据是玉米生长 95 天后的结果 。Data in table was from 95days after corn growt h1
213 不同品种玉米叶片 N RA 的比较
不同玉米品种叶片 N RA 含量大都表现为随施氮量的增加而升高 。7 个玉米品种在
N 0 、 1 、 2 施氮肥水平下 ,N RA 平均值分别是 01569 、1020 和 11376 NO 2 - μg ・ - 1 ・ - 1 ,
N N 1 g h
FW 。可见供 N 水平越高 ,叶片 N RA 的含量越高 ,因此可将 N RA 作为衡量氮营养效率高低
的一个指标 。另外 ,在同一供氮水平 , 不同品种间 N RA 的差异也较明显 , 如在 N 2 水平下
N RA 以 D K743 最高 ,而中单 2 号最低 ,两者相差 2102 倍 ,变异系数达 5614 % 。
表 3 不同玉米品种叶片 NRA 含量的差异 ( NO2 - μg・ - 1 ・ - 1 , FW)
g h
Table 3 Nitrate reductase contents in different varieties of corn
处理 Treat 1 SY905 JD2 D K743 D K656 HD1 YY22 ZD2
N0 01597 01365 01586 01530 01576 01605 01725
N1 01832 01838 11200 01827 11118 11142 11182
N2 11250 11447 11964 11295 11470 11200 01974
测定日期为玉米拔节期 (27/ 5 ,1998) 。Data was determined at jointing stage (27/ 5 ,1998) 1
214 不同玉米品种光合生理生态差异
对不同玉米品种间叶片生理生态参数的分析看出 ( 表 4 ) ,玉米品种间净光合速率差异
较大 ,供氮提高了净光合速率 , 增加幅度因品种而异 。品种间叶片相对含水量 ( 持水力 ) 存
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296 植物营养与肥料学报 7卷
在差异 ,氮素营养增加了叶片的持水力 。可见 , 叶片气孔导度是受旱叶片光合速率 ( Pn ) 降
低的原因之一 ,供氮使叶片气孔导度增大 。
表4 不同玉米品种间叶片光合生理生态的差异
Table 4 Photosynthesis physiological2ecological difference of different corn varieties
项目 Items 处理 Treat 1 SY905 JD2 D K743 D K656 HD1 YY22 ZD2
Pn N0 20120 28170 37150 27130 36150 36170 46180
μ
( CO2 mol・ - 2 ・- 1 )
m s N1 29170 45170 46140 40160 40130 41130 37140
N2 48180 50160 62120 44120 46170 41100 27160
Rh ( %) N0 18180 29180 27100 31140 26140 30140 27150
N1 25130 32180 35150 43140 32170 28180 30160
N2 32110 24140 31140 29160 34130 30190 30100
Sr (cm1s - 1 ) N0 0146 0153 0110 0113 0120 0107 0110
N1 0110 0108 0105 0190 0110 0117 0130
N2 0123 0120 0130 0120 0120 0120 0110
: 光合速率 (photosynt hesis rate) ; Rh : 叶片相对含水量 (leaf relative moisture) ;Sr : 气孔导度 (stoma resistance) 。
Pn
3 讨论
311 供氮对不同玉米品种产量与吸氮量的影响
品种间产量 、 日产量 、 吸氮效率的差异 , 是由于玉米品种的客观因素即遗传特性造成
的 。本试验看出 ,玉米品种间产量和日产量差异十分明显 , 其中产量最高的 D K743 是产量
最低的石玉 905 的 2152 倍 ; 日产量是石玉 905 的 1187 倍 。但供氮量继续增加产量表现则
不相同 ,这与品种生育期的长短也关系密切 。生育期越长 ,产量越高 ,吸氮量也越高 。如日
产量较高的 D K743 、 K656 、
D 豫玉 22 、
中单 2 号的生育期均在 140d 以上 ,相反 ,石玉 905 、
酒
单 2 号为特早熟品种 ,日产量也最低 。由此可见 , 营养效率的高低与品种熟性间存在非常
明显的相关性 。
312 玉米品种间营养效率差异与根系生态学特征
沈阳农业大学 1987 年试验发现 , 根和地上部干重以及子粒产量均成显著正相关 。不
同品种间根层数 、 根条数 、 根干重 、
根表面积的差异大 , 这可能是造成品种间营养效率差异
的原因 。本试验也得出相同的结论 ,即 D K743 的根量最大 ,产量最高 ,营养效率也最高 。
313 营养效率与玉米品种间 N RA 的差异
硝酸还原酶 ( N RA) 是一种限速酶 , 它的活性随硝酸盐含量的增加而增强 , 与氮素供应
关系密切 [ 1～3 ] 。它对其它代谢如光合作用等也都有影响 , 不同品种与各生育期 N RA 间表
现为不同程度的正相关 。其中拔节期相关程度较为密切 ,因此有人建议将硝酸还原酶的大
小作为诊断作物氮营养效率的指标 [ 4 ,5 ] 。N RA 与作物的耐肥性呈负相关 。在一定范围内 ,
提高氮肥施用量可以提高植物组织中 N RA , 进而加快植物对 NO3- 2N 的吸收 [ 5 ] 。本研究
中 ,随氮肥水平的提高 ,叶片 N RA 含量的升高也说明了供氮诱导 N RA 的合成 ,不仅补充了
氮源 ,而且促进了氮素同化能力 。
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3 期 黄高宝 ,等 : 不同玉米品种氮素营养效率差异的生态生理机制 297
314 玉米品种间光合生理生态的差异
光合速率是衡量作物生产力大小的常用指标 [ 6 ] 。本试验得出 ,D K743 平均光合速率最
大 ,产量最高 ; 石玉 905 平均光合速率最小 , 产量最低 。同时还看出 , 影响作物产量的主导
因子 ,对于制定相应的栽培管理措施具有重要指导意义 。从生理角度讲 , 为提高产量必须
从品种选育和栽培方法上提高氮素利用效率 ( NU E) 和叶片的水分利用率 ; 从生态方面来
说 ,提高田间相对湿度是获取高产的简便措施 。
参 考 文 献:
[ 1 ] 张福锁 1 环境胁迫与植物营养 [ M ] 1 北京 : 北京农业大学出版社 ,1996 1 8621091
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Eco2physiological mechanism on nitrogen use eff iciency
difference of corn varieties
HUAN G Gao2bao , ZHAN G En2he , HU Heng2jue
( Gansu A gricult ural U niversity , L anz hou 730070 , Chi na)
Abstract : By use of field experiment s and pot cult ure experiment s , seed yield per day , nit rogen
absorption efficiency , root morp hology , leaf nit rate reductase ( N RA ) , canopy p hotosynt hesis
eco2p hysiological characteristics etc. were st udied wit h 7 different corn varieties1 The result s
showed t hat 5 varieties of D K743 , D K656 , YY22 , ZD2 and HD1 had high nit rogen use effi2
ciency ( NU E) , but anot her two varieties of J D2 and S Y905 had low NU E1 NU E were corre2
lated wit h root dry weight , root lengt h , root surface area , leaf N RA , net p hotosynt hetic rate
( Pn) , stoma resistance ( Sr ) etc1 Pn , Sr , leaf N RA , total dry matter , seed yield were in2
creased by more N applying , and t he range of increasing were different among 7 varieties1
Key words : corn ; nit rogen use efficiency ; eco2p hysiological characteristics ; nit rate reductase
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