玉米氮素高效利用的研究進(jìn)展

郭戰(zhàn)備，丁振海，衛(wèi)曉軼，孫佩，張學(xué)舜

（新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

玉米是我國(guó)第一大糧食作物，需氮量較多，然而氮肥的不合理施用帶來(lái)了一系列的環(huán)境問(wèn)題。目前我國(guó)氮肥的利用率僅為30%～40%，氮肥不足，造成玉米生長(zhǎng)期氮素營(yíng)養(yǎng)缺乏，產(chǎn)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種已成為人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)，同時(shí)也是生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。

1 玉米氮素高效利用的含義

玉米氮效率由氮素的吸收效率和利用效率共同決定。氮素的吸收效率主要與土壤氮的有效性及根系對(duì)土壤的吸收緊密度相關(guān)；而氮素的利用效率與氮素在產(chǎn)量形成過(guò)程中所起的作用緊密相關(guān)。

有學(xué)者將氮素利用效率定義為單位氮肥（包括土壤中的氮和增施的氮）所獲得的產(chǎn)量，這里的氮肥利用率包括吸收效率和同化效率兩個(gè)部分。并且發(fā)現(xiàn)在缺氮條件下，氮素的利用效率對(duì)產(chǎn)量起主導(dǎo)作用，而在高氮條件下氮素的吸收效率起主導(dǎo)作用。

2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

關(guān)于玉米氮素效率的利用截至目前已有很多報(bào)道。Moll等用八個(gè)基因型不同的玉米雜交種為材料，分析了氮素的利用效率問(wèn)題。李文娟等通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)，采用兩個(gè)不同氮效率玉米品種（氮高效品種先玉335和低效品種吉單535），對(duì)兩個(gè)氮素供應(yīng)水平下干物質(zhì)形成與氮素營(yíng)養(yǎng)特性的差異進(jìn)行了分析。張書(shū)萍等用五個(gè)玉米品種做試驗(yàn)，在四種氮素水平處理下，對(duì)株高、穗位高、穗部性狀等農(nóng)藝性狀及生理性狀進(jìn)行了研究，比較不同品種對(duì)氮素利用率的差異，并從中篩選出氮素利用率較高的玉米品種。張瑞珍等對(duì)六個(gè)玉米品種氮素營(yíng)養(yǎng)效率差異進(jìn)行了研究，分別測(cè)定了雜交種的籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量、吸氮量、葉片硝酸還原酶活力。這些報(bào)道說(shuō)明了玉米氮效率基因型差異是普遍存在的現(xiàn)象，并且具有很大的遺傳改良潛力。

3 玉米氮素高效利用的基因型改良

不同基因型玉米對(duì)氮脅迫反應(yīng)存在著明顯的差異，當(dāng)前玉米氮營(yíng)養(yǎng)的基因型差異研究越來(lái)越受到重視，并在實(shí)際生產(chǎn)中已取得了初步成效。向春陽(yáng)等用七個(gè)玉米雜交種做材料分析了其對(duì)氮脅迫的反應(yīng)，研究表明，在缺氮條件下，地上部干重、籽粒產(chǎn)量和吸氮量都呈下降趨勢(shì)，但敏感基因型玉米下降幅度更大，且試驗(yàn)還鑒定出京科132和農(nóng)大108不僅耐低氮能力強(qiáng)，并且在缺氮和正常供氮條件下，地上部干重和籽粒產(chǎn)量都較高，說(shuō)明京科132和農(nóng)大108可以作為研究玉米氮脅迫遺傳育種的良好材料。孫世友等采用不同氮效率的玉米基因型，研究了氮脅迫條件下生理特性的差異。

4 次級(jí)指標(biāo)的選擇

玉米對(duì)氮素比較敏感，施用氮肥對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素有顯著影響，但過(guò)量施氮不利于玉米產(chǎn)量的提高及其產(chǎn)量構(gòu)成因素的改善。米國(guó)華等研究表明：在田間條件下，作物的吸氮量受產(chǎn)量潛力或生物量潛力控制，所以吸氮量與產(chǎn)量（或生物量）之間常呈正相關(guān)。而在氮素供應(yīng)受限制時(shí)，作物對(duì)氮素的吸收能力則成為限制作物產(chǎn)量（生物量）高低的主要因素。張福鎖等多年來(lái)從營(yíng)養(yǎng)的角度研究表明氮素的吸收與利用最終與產(chǎn)量直接相關(guān)。

在植物所需要的大量元素中，氮素對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起重要作用，缺乏氮素不僅嚴(yán)重影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育，而且影響葉綠素含量、硝酸還原酶和谷氨酸合成酶活性等一系列性狀的變化，進(jìn)而影響植株的光合效率，最終導(dǎo)致產(chǎn)量的降低。硝酸還原酶是氮代謝過(guò)程中的第一酶，也是硝態(tài)氮同化過(guò)程中的限速酶。玉米基因型間硝酸還原酶活性（NRA）遺傳差異已有許多報(bào)道，Chevalier等認(rèn)為不同基因型玉米體內(nèi)硝態(tài)氮及還原態(tài)氮積累量與NRA相關(guān)。劉宗華等人在氮脅迫條件下定位了玉米株高的QTL（數(shù)量性狀基因座），旨在揭示不同氮素處理水平下株高變化的遺傳基礎(chǔ)，為玉米高產(chǎn)品種選育提供參考依據(jù)。谷氨酰胺合成酶是高等植物氮代謝中十分重要的酶，是氨同化的關(guān)鍵酶，王兵等研究表明，不同施氮水平對(duì)谷氨酰胺合成酶含量的影響也不同，且籽粒谷氨酰胺合成酶活性與籽粒產(chǎn)量呈正相關(guān)。

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