氮肥對不同耐低氮性玉米品種生育后期葉綠素含量和氮代謝酶活性的影響

吳雅薇,李強,豆攀,馬曉君,余東海,羅延宏,孔凡磊,袁繼超*

(1.農業部西南作物生理生態與耕作重點實驗室,四川農業大學農學院,四川 成都 611130;2.眉山市東坡區農業技術推廣站,四川 眉山 620032;3.四川省煙草公司宜賓市公司煙葉生產技術推廣應用中心,四川 宜賓 644002)

氮肥對不同耐低氮性玉米品種生育后期葉綠素含量和氮代謝酶活性的影響

吳雅薇1,李強1,豆攀1,馬曉君1,余東海2,羅延宏3,孔凡磊1,袁繼超1*

(1.農業部西南作物生理生態與耕作重點實驗室,四川農業大學農學院,四川 成都 611130;2.眉山市東坡區農業技術推廣站,四川 眉山 620032;3.四川省煙草公司宜賓市公司煙葉生產技術推廣應用中心,四川 宜賓 644002)

主要探討了氮肥對不同耐低氮性玉米品種生育后期葉片葉綠素含量和氮代謝關鍵酶活性及籽粒蛋白質含量和產量的影響，以期為西南地區不同耐低氮性玉米品種的高產高效施肥技術提供依據。采用裂區試驗設計，主區為前期篩選的不同耐低氮性玉米品種：耐低氮品種正紅311(ZH311)和低氮敏感品種先玉508(XY508)，副區為不同施氮量：包括6個氮水平(0, 90, 180, 270, 360和450 kg/hm2)。結果表明,施氮可以顯著提高玉米生育后期葉片葉綠素含量和氮代謝關鍵酶活性，并最終提高籽粒蛋白質含量和產量。增施氮肥對低氮敏感品種先玉508各生理指標的促進作用較耐低氮品種正紅311更明顯，但耐低氮品種正紅311生育后期葉片葉綠素含量及氮代謝關鍵酶活性均顯著高于低氮敏感品種先玉508，尤其是灌漿中后期和低中氮水平下，使其最終籽粒產量及籽粒蛋白質含量均顯著高于先玉508，這可能是其較低氮敏感品種先玉508耐低氮能力強的重要生理機制。

氮肥；玉米；葉綠素；氮代謝；酶活

玉米(Zeamays)是我國重要的糧、經、飼作物，用途廣需要量大，如何保證玉米的高產穩產顯得至關重要[1]。氮肥是玉米生產上使用最多的大量營養元素肥料，玉米品種高產潛力的發揮極大地決定于氮肥投入[2]。中國是氮肥使用量最大的國家之一，但自20 世紀90 年代開始，我國作物生產出現了氮肥投入過量、利用效率低的問題[3]。西南山地玉米生態區是我國三大玉米主產區之一，約占全國玉米生產面積的1/5[4]，但因該地坡耕地比重大、土壤貧瘠[5]，生產上常靠大量施用氮肥來提高玉米產量，由此容易導致氮肥流失嚴重，同時也造成了環境的污染。由于西南山地存在玉米種植面積廣、氮肥流失嚴重的情況，探明本區不同玉米品種的需氮特性，適量施用氮肥不僅有利于高產高效，也有利于生態安全和可持續發展。

前人研究表明[6-7]，不同玉米品種氮素吸收效率不同，耐低氮脅迫的能力差異顯著，推廣種植耐低氮能力強的品種是提高玉米產量、減少環境污染和提高氮素吸收效率的重要途徑。玉米對氮素的同化吸收與其光合作用密切相關，施氮量影響著光合速率、葉綠素含量等光合作用的環節[8]，缺氮會使玉米葉片顏色變淡，從而影響其光合作用的效率[9-10]。植物葉綠素含量與氮素水平有較好的正相關性，它通常是氮素脅迫的指示器，通過觀察葉片的顏色變化可以監測作物氮素營養狀況[11]。目前在生產上，多數學者采用葉片的葉綠素相對含量(SPAD值)來診斷植株氮素營養狀況[12-13]。葉片氮代謝關鍵酶活性是衡量需氮特性的主要指標，硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脫氫酶(GDH) 是高等植物氮素同化的主要酶[14]，這些酶連接著植株的碳氮代謝并影響整個氮代謝的運轉[15]。前人研究表明[16-17]，增施氮肥有效地提高了玉米穗位葉片氮含量和氮代謝關鍵酶活性，從而保證了葉片氮代謝機制的暢通和高效運轉，為玉米產量奠定了基礎。有關不同施肥處理對不同氮效率玉米品種葉片氮代謝和產量的影響前人進行了大量的研究[2,18-19]。衛曉軼等[19]研究表明，氮肥對不同基因型玉米品種葉綠素含量、GS活性及NR活性的影響存在顯著差異，并認為這些生理指標是篩選氮高效品種的關鍵，但針對不同氮水平下耐低氮性不同的玉米品種生育后期葉綠素含量和氮代謝關鍵酶活性差異的原因研究較少。本研究以前期篩選出的耐低氮和低氮敏感品種為材料[20]，研究了氮肥對玉米生育后期葉片葉綠素含量、氮代謝關鍵酶活性的影響及其與產量的關系，找出不同耐低氮性玉米品種最適的施氮水平范圍，以期為西南地區環境污染的改善和不同耐低氮性玉米品種的高產高效施肥技術提供依據。

1 材料與方法

1.1研究區概況

試驗于2013年3-8月在典型的川中丘陵區簡陽市進行，地理位置為東經104°53′，北緯30°38′，海拔490 m左右。該地區屬亞熱帶季風氣候，年平均溫度17.0 ℃，年平均降雨量874 mm，年無霜期311 d。供試材料為前期篩選的耐低氮品種‘正紅311’(ZH311)和低氮敏感品種‘先玉508’(XY508)[20]，兩品種在西南地區種植生育期基本一致，均在120 d 左右。

1.2試驗設計

采用大田種植，試驗地0～20 cm耕層土壤有機質16.60 g/kg，全氮1.24 g/kg，全磷(P)0.73 g/kg，全鉀(K)12.54 g/kg，堿解氮25.22 mg/kg，有效磷(P)13.54 mg/kg，速效鉀(K)138.75 mg/kg和pH值 8.63。

采用裂區試驗設計，主區為不同耐低氮性玉米品種: ‘正紅311’和‘先玉508’；副區為氮肥用量：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個氮肥處理，共12個處理。其中N0和N1低氮處理，N4和N5為充分供氮處理。主區與副區均隨機排列，小區面積為20 m2(4 m×5 m)，3次重復，共36個小區。所用氮肥為尿素，其中50%的氮肥做底肥，50%大口期追肥，采用窄廂中溝施肥。另施過磷酸鈣600 kg/hm2、氯化鉀150 kg/hm2作底肥。采用寬窄行種植，行距為1.5 m+0.5 m，株距為20 cm。玉米采用覆膜直播，單株栽培，種植密度為50000株/hm2。玉米生長期給予良好的田間管理并保證水分供應充足，小區間保持一致。

1.3測定指標

1.3.1SPAD值的測定 于玉米播種后40、60、80、100、120 d用SPAD-502型便攜式葉綠素儀[21]測定葉綠素含量，即SPAD值(抽雄前測定最上一片定型葉，抽雄后測定穗位葉)，每小區20片。于吐絲后30 d用SPAD-502型便攜式葉綠素儀測定植株不同部位葉片SPAD值(穗位葉上兩葉開始往下測直至最下一片綠葉)，每小區測定10株。

1.3.2氮代謝關鍵酶活性的測定 于吐絲后10、20、30 d取玉米穗位葉，每小區4片去葉脈剪碎混勻，用液氮速凍后帶回實驗室，于-80 ℃超低溫冰箱中保存，用于硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脫氫酶(GDH)活性的測定。NR活性采用磺胺比色法[22]測定；GS活性和GDH活性采用文獻[23]的方法測定。

1.3.3葉片含氮量、籽粒蛋白質含量和產量的測定 于吐絲后10 d每小區取4株穗位葉，于105 ℃下殺青30 min，然后80 ℃烘干至恒重，用高速粉碎機粉碎，過0.3 mm篩后用塑封袋保存用于測定全氮含量。測定時稱樣0.20 g，按凱氏定氮法[24]消煮，用FOSS8400凱氏定氮儀測定。

將成熟期籽粒烘干后用高速粉碎機粉碎，過0.3 mm篩后用塑封袋保存用于測定全氮含量。全氮測定方法同上，籽粒蛋白質含量以測定后的全氮含量除以系數0.16換算。

于成熟期統計每小區有效株數和有效穗，然后取連續20株帶回實驗室考種，最后將每小區剩余植株全部收獲，并按水分含量14%折算每小區實際產量。

1.4數據處理與分析

采用Excel 2007對所得數據進行初步處理，SPSS 20.0統計分析軟件進行方差分析和相關分析，并用GraphPad Prism 5 作圖。采用LSD法進行差異顯著性檢驗，顯著水平設為0.05，數據均為平均值±標準誤(means±SE)；相關分析中，*和**分別表示在5%和1%水平上差異顯著。

2 結果與分析

2.1氮肥對玉米葉片葉綠素含量的影響

各施氮量對不同耐低氮性玉米品種各生育時期葉綠素含量的影響如圖1所示。氮肥顯著提高了玉米各時期葉片的SPAD值。隨著生育進程的推進兩品種SPAD值均表現出先增加后降低的趨勢，在播種后80 d達到最高。各施氮處理平均，正紅311在播種后40、60、80、100和120 d時較N0分別提高5.18%、7.47%、22.33%、18.17%和12.60%，而同期先玉508的增幅分別為15.31%、9.40%、25.99%、19.52%和15.27%，表明氮肥對低氮敏感品種先玉508各時期SPAD值促進作用更大。在播種后40 d正紅311 SPAD值隨施氮量增加而增加，播種后60、80、100和120 d SPAD值則隨施氮量的增加先增后減；先玉508在播種后40、60和80 d SPAD值均隨施氮量增加而增加，到生育后期(100和120 d)才表現出隨施氮量的增加先增后減。

耐低氮品種正紅311生育前期利用充足的氮肥提高葉綠素含量，使葉綠素含量在生育期就保持在較高水平，有效地增強了葉片的光合能力并延長了光合時間。低氮敏感品種先玉508要通過較長的生育時期才能充分發揮氮肥潛力，且到達生育高峰后較正紅311出現早衰，生育后期SPAD值下降幅度顯著高于正紅311。

各施氮量對不同耐低氮性玉米品種各部位葉片葉綠素含量的影響如圖2所示。從不同葉位來看，施氮肥可以顯著提高玉米吐絲后30 d各部位葉片SPAD值，其中對下部葉片的促進作用較上部葉片更大。隨葉位上升，兩品種吐絲后30 d SPAD值均表現出先升高后降低的趨勢，均以穗位葉(0位葉)最高。氮肥顯著促進了各部位葉片葉綠素含量的提高，但對各部位葉片的促進作用差異明顯，隨葉位升高促進作用呈單峰變化，兩品種均表現為穗位上一葉(1位葉)促進作用最小，正紅311和先玉508僅分別提高6.66%和3.34%。耐低氮品種正紅311吐絲后30 d各部位葉片SPAD值均高于低氮敏感品種先玉508，且隨葉位向下兩品種差異加大。ZH311 的-5～2葉位在6個氮肥水平下SPAD值變異系數分別為45.27%、22.90%、11.53%、5.92%、5.50%、6.01%、4.07%和4.67%；XY508在吐絲后30 d，穗下第4葉部分處理下已枯死，第5葉已完全枯死，其-3～2葉位變異系數分別為38.25%、12.47%、9.39%、6.93%、6.75%和4.44%。可以看出，氮肥對玉米葉片的影響隨著葉位的上升而減小，正紅311的影響程度較先玉508小。相較于低氮敏感品種先玉508，耐低氮品種正紅311在生育后期能夠延緩葉片的衰老，更好的保持葉片葉綠素含量從而保證了生育后期的物質生產，且這種優勢在中下部葉片上表現得更為明顯。

圖1 氮肥對玉米各生育時期SPAD值的影響Fig.1 Effects of nitrogen fertilizer on SPAD value of maize in different stages

圖2 吐絲后30 d各部位葉片SPAD值差異Fig.2 Differences of leaf SPAD value of maize after silking 30 d 0位葉：穗位葉；-1～-5位葉：穗位下1～5葉；1～2葉：穗位上1～2葉。0 node: Ear leaf; -1--5 node: Below ear leaf 1-5 nodes; 1-2 node: Above ear leaf 1-2 nodes.

2.2氮肥對玉米葉片氮代謝關鍵酶活性的影響

硝酸還原酶(NR)活性的高低能夠反應植物體內氮代謝相關強度并與玉米的產量呈正相關[11]。增施氮肥可顯著提高玉米穗位葉的NR活性，施氮量與NR活性呈正比(圖3)。與N0相比，正紅311 N1～N5處理NR活性分別提高了11.73%、19.06%、29.79%、52.24%和111.12%，先玉508分別提高了43.37%、82.54%、106.60%、118.93%和174.81%，低氮敏感品種穗位葉NR的活性上升的幅度大于耐低氮品種。正紅311 N0～N5處理NR活性較先玉508分別提高439.43%、320.38%、252.00%、238.89%、275.10%和314.40%。表明耐低氮品種對氮素缺乏較不敏感，在不同的氮素水平下均能保持較高的NR活性，對氮素同化、吸收能力較低氮敏感品種強，在中低氮水平下其優勢更突出。

各施氮量對不同耐低氮性玉米品種葉片谷氨酰胺

圖3 吐絲后10 d施氮量對硝酸還原酶(NR)活性的影響 Fig.3 Effect of nitrogen levels after silking 10th day on leaf nitrate reductase (NR) activity 不同小寫字母表示差異達5%顯著水平。Different small letters are significantly different at 5% level.

合成酶(GS)活性的影響如圖4所示。不同施氮處理下兩玉米品種穗位葉的GS活性隨生育進程的推進呈先增加后降低的趨勢，以吐絲后10 d的GS活性最高。增施氮肥可以顯著提高玉米生育后期穗位葉的GS活性，在一定范圍內其活性隨施氮量的增加而增加，但超過一定施氮量，GS活性提高的幅度減緩甚至降低。正紅311的GS活性在不同時期和氮肥水平下均較先玉508的高，各施氮處理平均，正紅311在吐絲、吐絲后10、20、30 d穗位葉的GS活性分別較先玉508高14.15%、15.00%、21.90%和30.23%，隨著灌漿進程推進提高幅度增大；各取樣點平均，正紅311在N0～N5處理下GS活性較先玉508分別高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。

圖4 施氮量對谷氨酰胺合成酶(GS)活性的影響Fig.4 Effect of nitrogen levels at different stages on leaf glutamine synthetase (GS) activity

不同施氮處理下隨著生育進程的推進兩玉米品種的谷氨酸脫氫酶(GDH)活性呈不同的變化趨勢(圖5)。除N0、N5處理，正紅311的GDH活性先增加后降低，而后又增加，峰值在吐絲后10和 30 d；正紅311 N0、N5處理和先玉508的各施氮處理GDH活性呈先增加后降低的趨勢，正紅311以吐絲后10 d活性最高，先玉508峰值在吐絲后10或20 d。在同一取樣時間，正紅311穗位葉的GDH活性均高于先玉508。各施氮處理平均，正紅311在吐絲、吐絲后10、20、30 d GDH活性較先玉508分別高36.56%、27.48%、11.85%和55.57%。兩品種葉片GDH 活性在吐絲后20 d差異最小，而在吐絲后30 d差異最大，表明耐低氮品種能夠在花后特別是生育后期維持較高的GDH活性。施氮可以顯著提高玉米生育后期葉片的GDH活性，但兩品種不同處理的同一取樣時間增幅差異明顯。兩品種均在吐絲后10 d增幅最小，而增幅最大正紅311出現在吐絲后30 d，先玉508則在吐絲期。各取樣時間正紅311較先玉508均具有更高的GDH活性，各取樣時間平均，正紅311 N0～N5處理較先玉508分別高27.34%、36.09%、33.00%、33.93%、34.73%和21.24%。在低中氮水平下兩品種葉片GDH活性差異更大，表明耐低氮品種在低中氮條件下能保持更強的氮素同化能力。

2.3氮肥對玉米葉片含氮量、產量及籽粒蛋白質含量的影響

施肥能夠顯著提高玉米的葉片含氮量和產量(表1)。吐絲后10 d穗位葉的含氮量(Y)隨著施氮量(X)的增加而增加，二者呈線性正相關，回歸方程分別為YZH311=2.43+0.001527X(R2=0.8107*)和YXY508=2.38+0.001762X(R2=0.8422**)，隨氮肥水平的提高，先玉508穗位葉含氮量提高的幅度大于正紅311，即正紅311穗位葉含氮量受氮肥水平的影響較小，在中低氮水平下也能保持較高的含氮量。兩供試品種的籽粒產量均隨氮肥水平的增加呈先增加后降低的趨勢，以中高施氮量最高。正紅311產量的高低順序為N3>N4>N2>N5>N1>N0，先玉508的順序為N4>N2>N5>N1>N3>N0，由此表明，就高產而言，正紅311適宜的氮肥水平較先玉508更低。與先玉508相比，正紅311在各施氮處理下的產量均更高。N0～N5處理下，正紅311產量比先玉508分別高9.92%、8.89%、9.27%、12.82%、9.23%和8.08%，正紅311在低中氮水平下的產量優勢顯著高于高氮處理。

圖5 施氮量對谷氨酸脫氫酶(GDH)活性的影響Fig.5 Effect of nitrogen levels at different stages on leaf glutamate dehydrogenase (GDH) activity

耐低氮品種正紅311各氮水平籽粒蛋白質含量均顯著高于低氮敏感品種先玉508，各氮處理平均高出3.75%；施氮兩品種籽粒蛋白質含量均顯著提高，與N0相比，各施氮處理平均，正紅311提高了6.90%，而先玉508提高了7.52%，施氮對先玉508籽粒蛋白質含量的促進作用更大；兩品種籽粒蛋白質含量均隨氮肥水平提高而呈增長趨勢，但增幅逐漸縮小，尤其是正紅311，在N2以后幾乎不再增長，而先玉508在N5以后都還有一定增長，以N5水平最高。表明耐低氮品種較低氮敏感品種更加耐瘠，對低氮環境的適應性更強，在低中氮水平下便能保持較高的籽粒蛋白質含量，而低氮敏感品種在低中氮處理下籽粒蛋白質含量較低，增施氮肥更有利于其籽粒蛋白質含量的提高。

2.4產量和蛋白質含量與SPAD值、葉片含氮量、氮代謝酶活性的相關性

由表2可見，玉米產量和籽粒蛋白質含量與吐絲后10 d的SPAD值、葉片含氮量和氮代謝關鍵酶活性均呈正相關，不同品種各指標間相關性的顯著水平存在差異。正紅311的產量與葉片含氮量、SPAD值和GDH活性呈顯著正相關，與GS活性呈極顯著正相關；籽粒蛋白質含量與葉片含氮量、GS活性呈顯著正相關，與SPAD值呈極顯著正相關。先玉508的產量與葉片含氮量、GS活性呈顯著正相關，與SPAD值呈極顯著正相關；籽粒蛋白質含量與葉片含氮量、SPAD值和氮代謝酶活性均呈極顯著正相關。增施氮肥可以促進玉米葉片含氮量、葉綠素含量及氮代謝關鍵酶活性的增加，進而提高了玉米光合作用和氮代謝的能力，提高了籽粒蛋白質含量及產量。

表1 施氮量對產量、葉片含氮量及籽粒蛋白質含量的影響Table 1 Effects of nitrogen levels at different stages on yield, nitrogen content of leaves and protein content of seeds

同一列不同小寫字母表示差異達5%顯著水平。Values followed by different small letters in the same column are significantly different at 5% level.

表2 產量和蛋白質含量與吐絲后10 d SPAD值、葉片含氮量、氮代謝酶活性的相關性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%水平上差異顯著。* and ** indicate significant correlations at theP<0.05 andP<0.01 probability levels according to LSD test, respectively.

3 討論

3.1氮肥對不同耐低氮性玉米葉片葉綠素含量的影響

葉片含氮量與葉綠素含量密切相關，科學施用氮肥可以提高葉片葉綠素含量進而影響植株光合作用[25-26]。李猛等[8]研究表明，比較低氮條件與正常施氮條件下同一基因型的玉米葉綠素含量差異，是反映該基因型是否對氮素反應敏感的重要依據，通常對氮素同化能力強的玉米品種葉綠素含量相對較高[1]。本試驗結果表明，增施氮肥可以顯著提高玉米各生育時期葉片的葉綠素含量，但提高的幅度在品種間存在一定差異，氮肥每增加100 kg/hm2，正紅311和先玉508吐絲后10 d穗位葉的含氮量分別提高0.15%和0.18%，正紅311提高的幅度遠小于先玉508，即氮肥對先玉508穗位葉含氮量的促進作用更大，表明低氮敏感品種對氮素缺乏更敏感。找出不同品種適宜的施氮水平，可以有效地調節玉米體內葉綠素的含量，延緩葉片衰老和光合功能衰退[27]。在低中氮水平(90～270 kg/hm2)下，耐低氮品種在生育前期葉綠素含量增幅大，后期降幅小，從而延緩葉片的衰老進而使植株整個生育時期保持較強的光合能力，促進有機物質的合成，這種防止葉片早衰的優勢在耐低氮品種中下葉部體現地更為明顯，這可能是其耐低氮能力強的生理機制之一，此優勢在高氮水平下表現不明顯。而低氮敏感品種則需充分施氮(270～450 kg/hm2)才能保持較強的光合能力。

3.2氮肥對不同耐低氮性玉米葉片氮代謝關鍵酶活性的影響

氮代謝是影響植物代謝和發育的重要生理過程，氮代謝關鍵酶更是影響著植物氨的同化和氨基酸的合成[28]。硝酸還原酶是植物氮代謝的關鍵酶和限速酶，其活性高低與植物體內氮同化能力密切相關[17]。谷氨酰胺合成酶是處于氮代謝中心的多功能酶，參與多種氮代謝調節[28-29]。Teng等[30]研究表明，耐低氮品種的低氮耐受性的機制之一是由于其較高的GS活性而提高了氮同化效率。谷氨酸脫氫酶是高等植物體內促進NH4+同化和氨基酸、蛋白質合成的關鍵酶之一[31]。葉利庭等[32]研究表明，當作物尤其在生育后期遇到環境脅迫時，GDH對催化NH4+合成谷氨酸具有重要作用。

本試驗結果表明，對不同耐低氮性玉米品種施用其適宜的施氮量能夠有效提高穗位葉NR、GS及GDH的活性。各氮水平下低氮敏感品種氮代謝關鍵酶活性的增幅高于耐低氮品種，但耐低氮品種的活性尤其在低中氮水平下顯著高于低氮敏感品種。吐絲后10 d耐低氮品種正紅311 NR、GS及GDH活性6個氮肥水平下的變異系數分別為27.85%、4.51%及8.45%，低氮敏感品種先玉508變異系數分別為30.76%、11.13%及7.93%，可見氮肥對低氮敏感品種先玉508的影響和促進作用(尤其在中高氮水平下)更大，表明需對先玉508施足量氮肥來保證其較高的氮代謝關鍵酶活性，進而增強對氮素的吸收同化能力。耐低氮品種正紅311受施氮量的影響較小，對環境中的氮素含量有較強的調節適應力，在低中氮水平(90～270 kg/hm2)下能夠維持較低氮敏感品種高的氮代謝酶活性以保證其較強的氮代謝能力。與低氮敏感品種相比，耐低氮品種的穗位葉能夠在整個灌漿結實期尤其是灌漿后期維持較高的GS和GDH活性，促進了植株的氮同化從而提高植株籽粒產量和蛋白質含量，這種優勢在低中氮水平下表現得更為明顯。

綜上表明，耐低氮品種正紅311相對耐瘠，而先玉508則相對耐肥，因此先玉508種植在土壤肥沃的地區或地塊并適當增加施肥量，而正紅311則可布局到土壤相對貧瘠的區域，適當降低施肥量。

4 結論

施氮可以顯著提高玉米的灌漿結實期葉片葉綠素含量和氮代謝關鍵酶活性，并最終提高籽粒蛋白質含量和產量。施氮對低氮敏感品種先玉508各生理指標的促進作用更大，但耐低氮品種正紅311各時期各氮肥水平尤其是低中氮水平下的葉綠素含量和氮代謝關鍵酶活性均高于先玉508。與低氮敏感品種相比，耐低氮品種能夠在低氮環境下保持較強的光合能力防止葉片早衰，保證植株有機物的合成。較高的NR、GS和GDH活性使耐低氮品種具有較強的氮代謝能力，從而調節體內碳氮循環并保證籽粒的蛋白質含量和籽粒產量，這是其耐低氮能力強的重要生理機制。

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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

吳雅薇, 李強, 豆攀, 馬曉君, 余東海, 羅延宏, 孔凡磊, 袁繼超. 氮肥對不同耐低氮性玉米品種生育后期葉綠素含量和氮代謝酶活性的影響. 草業學報, 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

公益性行業(農業)科研專項經費(201503127),國家“十二五”科技支撐計劃項目(2012BAD04B13),四川省科技支撐計劃項目(2014NZ0040)和四川省玉米產業技術體系崗位專家項目資助。

吳雅薇(1993-),女，福建南平人，在讀碩士。E-mail：wyw6140@163.com

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