小麥根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性與根系活力和產量的關系分析

周燕，楊習文，周蘇玫，王言景，楊蕊，徐鳳丹，梅晶晶，申冠宇，李秋杰，賀德先

（1河南農業大學農學院/河南糧食作物協同創新中心/省部共建小麥玉米作物學國家重點實驗室，鄭州 450002；2鄭州師范學院，鄭州 450002）

0 引言

【研究意義】氮肥的施用使我國糧食產量得以大幅度提升，但在作物生產實踐中，由于缺乏對合理施肥的科學認識，我國過量施氮肥農田面積仍占33%[1]。過量及不合理施用氮肥，不僅導致諸多環境問題[2-3]，還使小麥、玉米等作物表現出耐肥的特性，氮肥利用效率持續降低，目前只有 20%[1]。在保障國家糧食安全和不影響農民收入的前提下，逐步減氮增效，促進農業可持續發展已成為趨勢。根系是植物攝取氮素的主要器官，氮肥減施首先會顯著影響根系活力[4]，而根系活力與地上部發育和產量形成關系密切[5-7]。因此，探索影響根系活力強弱的機制，以其調控根系生理功能顯得尤為必要。【前人研究進展】根系活力的強弱不僅反映根系新陳代謝的能力[8]，還與葉片光合速率呈極顯著正相關[9]，較強的根系活力有助于延緩地上部分衰老，促進光合產物的合成與轉運，提高產量[10]。量化根系活力的方法很多，目前普遍采用改良TTC法測量根系活力[11]。根系活力不僅取決于品種間基因型差異[12]，還受土壤水分[13-14]、肥力等條件制約[15]。合理施用氮肥可以提高根系活力，促進地上部對氮素的吸收與積累[16]，有利于進行物質生產，獲得更高的籽粒產量[17]。有研究表明，根系活力與產量呈極顯著正相關關系，相關系數達0.9以上[18]。近年來研究多集中于通過栽培措施調控根系活力[13-15]，而對于作物自身代謝調節研究甚少。另有研究認為脫氫酶活性與根系活力關系密切，將琥珀酸脫氫酶作為衡量根系活力的指標[19]。脫氫酶參與植物體內氧化還原反應需要一類重要輔酶NADPH參與。NADPH脫氫酶系統關鍵酶主要有 NADP-異檸檬酸脫氫酶（NADP-ICDH），NADP-蘋果酸酶（NADP-ME），葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PDH）和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶（6PGDH），其中G6PDH和6PGDH是戊糖磷酸途徑（pentose phosphate pathway，PPP）關鍵性的限速酶[20]。【本研究切入點】前人研究NADPH脫氫酶系統關鍵酶主要側重于植物地上部光合途徑和在逆境條件下酶的分子機制研究[20-23]，對于小麥全生育時期，其在根系中活性動態變化和生理功能的研究甚少，尤其是關于根系活力與NADPH脫氫酶系統關鍵酶的關系研究迄今尚未見報道。【擬解決的關鍵問題】在黃淮平原典型農田，采用大田試驗方法，探索小麥不同生育時期根中 NADP-ICDH，NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性變化及酶活性與根系活力（改良TTC法）和產量的關系，以期為提高根系活力提供理論支持。

1 材料與方法

試驗于 2015—2016年度在河南農業大學教科園區（鄭州市惠濟區毛莊鎮）進行，供試土壤為砂壤土，有機質、全氮、堿解氮、有效磷和有效鉀含量分別為17.8 g·kg-1，0.89 g·kg-1，57.9 mg·kg-1，24.4 mg·kg-1和154.8 mg·kg-1，pH 7.8；2016—2017 年度在河南省農業高新科技園（鄭州市中牟縣官渡鎮）進行，供試土壤為黏土，有機質、全氮、堿解氮、有效磷和有效鉀含量分別是 11.3 g·kg-1，0.75 g·kg-1，49.8 mg·kg-1，19.8 mg·kg-1和 134.5 mg·kg-1，pH 7.5。

1.1 供試材料

供試材料為黃淮平原區大面積推廣應用的周麥27號（國審麥2011003）和矮抗58（國審麥2005008）。

1.2 試驗設計與田間管理

大田試驗采用裂區設計，主區為施氮水平，副區為品種。根據黃淮平原麥區高產田的氮肥施用現狀（一般225 kg·hm-2或以上），主處理設6個水平，分別為 0（N0），135（N1），157.5（N2），180（N3），202.5（N4），225（N5）kg·hm-2。副處理為品種周麥27號（A1）和矮抗58（A2）。試驗共計12個處理組合，小區面積為12 m2（4 m×3 m）。氮肥為尿素，不同處理總氮量的50%作底肥，播前整地時施入，50%于拔節期追施；磷、鉀肥隨同底氮一次施入，其中氯化鉀 200 kg·hm-2、過磷酸鈣 1 125 kg·hm-2。于2015年10月13日，2016年10月15日適墑播種，基本苗為240×104/hm2，行距20 cm，12行區，重復4次。2016年5月30日，2017年5月29日收獲。為維持適宜土壤墑情，采用噴灌設施進行灌溉，兩年度均于播種后灌溉，并在拔節期、孕穗期和灌漿期維持土壤相對含水量在70%—80%。其他栽培管理同一般高產田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 取樣方法 分別在越冬期、返青期、拔節期、挑旗抽穗期、灌漿期、蠟熟期進行取樣，測定根系活力及NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性。試驗選取有代表性、長勢一致的麥行，以麥行為中心，向左右兩側（行間）各延伸10 cm，取長20 cm，寬20 cm，深25 cm土層樣段，小心沖洗根部。將沖洗干凈的根樣裝入冰盒中帶回實驗室，取一部分混合根樣（取樣后4—6 h）用于測定根系活力，另一部分用液氮冷凍，用以測定脫氫酶活性。

1.3.2 根系活力和 NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性測定方法 根系活力測定：采用改良TTC法[11]。NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性測定：選取0.5 g冷凍根樣置于研缽中，迅速加入液氮和少許石英砂，再加入3 mL 50 mmol·L-1Hepes-Tris緩沖液（pH 7.8，含 3 mmol·L-1MgCl2，1 mmol·L-1EDTA，1 mmol·L-1PMSF 和1 mmol·L-1DTT），研磨成糊狀，勻漿液在4℃和12 000 r/min條件下離心，上清液即為粗酶液，測定NADP-ICDH（EC 1.1.1.42），NADP-ME（EC 1.1.1.40），6PGDH（EC 1.1.1.44）和G6PDH（EC 1.1.1.49）酶活性[24]。1個酶活性單位為每分鐘催化產生 1 nm NADPH所需酶量，總酶活性以3 min內生成的產物NADPH在340 nm處的吸光值表示。

1.3.3 測產 小麥成熟時每小區取1 m2植株，脫粒，風干，稱重計產，重復3次。

1.4 統計分析方法

采用Microsoft Excel 2007進行數據處理、表格制作和繪圖，SPSS 21進行方差分析。

2 結果

2.1 小麥不同生育時期 NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性的動態變化

2.1.1 異檸檬酸脫氫酶（NADP-ICDH）活性的動態變化表1可以看出，氮肥減施條件下，不同品種NADP- ICDH活性變化范圍為 0—180.06 nmol NADPH·min-1·g-1FW（均值為90.03 nmol NADPH·min-1·g-1FW）。隨著生育時期的推進，不同處理間NADP-ICDH活性均呈先上升后下降的變化趨勢，于返青期達最大值，挑旗抽穗后NADP-ICDH活性變化不明顯。不同生育時期，氮肥減施對NADP-ICDH活性有明顯調控效應，從供試品種的平均值來看，隨著施氮量的逐步減少，NADP-ICDH活性變化規律不盡一致。越冬期，較常規施氮量水平 N5相比，減施氮至 N3水平，NADP-ICDH活性無明顯差異，N0水平NADP-ICDH活性卻顯著提高，平均增幅達 48.74%；返青期，NADP-ICDH活性表現為隨著施氮量的減少先下降后升高，與N5相比，N4—N0水平NADP-ICDH活性均顯著降低，下降幅度分別為 15.79%，40.78%，36.72%，24.68%，14.17%；拔節和挑旗抽穗期，NADP-ICDH活性均隨施氮量減少而降低，與N5相比，N4水平無顯著差異，N3—N0水平NADP-ICDH活性明顯降低，差異達顯著水平。由此可見，小麥生育中、后期，根中NADP-ICDH活性對氮肥施用量反應較為敏感，但將常規施氮肥減至N4水平，仍能維持較高活性。

表1 不同施氮量下小麥根中NADP-ICDH活性Table 1 NADP-ICDH activity in wheat roots under different nitrogen application rates (nmol NADPH·min-1·g-1 FW)

2.1.2 NADP-蘋果酸酶（NADP-ME）活性的動態變化表2可以看出，氮肥減施條件下，不同品種NADP-ME活性變化范圍為 0—267.91 nmol NADPH·min-1·g-1FW（均值為 133.96 nmol NADPH·min-1·g-1FW）。隨著生育時期的推進，NADP-ME活性呈先上升后下降的變化趨勢，返青期達最大值，挑旗抽穗后NADP-ME活性變化不明顯。不考慮品種間的差異，氮肥減施對NADP-ME活性的影響達顯著水平。越冬期，與常規施氮水平 N5相比，2015—2016年度，減施氮至 N2水平，NADP-ME活性變化不明顯，N1、N0水平顯著升高；2016—2017年度，減施氮至N2水平，NADP-ME活性顯著降低，N1、N0水平未達顯著性差異。返青期，NADP-ICDH活性表現為隨著施氮量的減少先下降后升高，與N5相比，N4—N0水平NADP-ICDH活性均顯著降低，下降幅度分別為 13.66%，31.45%，31.30%，23.19%，19.24%。拔節和挑旗抽穗期，NADP-ME活性表現為隨著施氮量的減少而降低，與N5相比，減施氮至N3水平NADP-ME未達顯著性差異，N2—N0水平NADP-ME活性顯著降低。表明施用氮肥有效提高小麥生育中、后期NADP-ME活性，但氮肥由 N5水平逐步減施到 N3水平對 NADP-ME活性影響較小。

表2 不同施氮量下小麥根中NADP-ME活性Table 2 NADP-ME activity in wheat roots under different nitrogen application rates (nmol NADPH·min-1·g-1 FW)

2.1.3 戊糖磷酸途徑總脫氫酶（G6PDH+6PGDH）活性的動態變化 表3可以看出，氮肥減施條件下，不同品種戊糖磷酸途徑總脫氫酶活性變化范圍為 0—735.53 nmol NADPH·min-1·g-1FW（均值為 367.76 nmol NADPH·min-1·g-1FW）。隨著生育時期的推進，（G6PDH+6PGDH）不同處理間活性變化趨勢一致，越冬期—返青期迅速升高，返青期—拔節期維持較高水平，拔節后迅速降低，蠟熟后變化不明顯。N5—N2處理（G6PDH+6PGDH）活性于拔節期達最大值，N1、N0處理于返青期達最大值。越冬期，與N5相比，減施氮肥至 N4水平（G6PDH+6PGDH）活性變化不明顯，N1、N0水平酶活性顯著提高，平均增幅分別達54.25%，46.52%；返青期，不考慮品種間的差異，隨著施氮量的減少（G6PDH+6PGDH）活性先降低后升高，與N5相比，減施氮水平N4—N1下酶活性降低，N5水平顯著高于N3、N2水平；拔節—挑旗抽穗，與N5相比，N4—N1（G6PDH+6PGDH）活性顯著降低，其中N4處理僅次于N5處理，平均降幅為11.46%；挑旗抽穗后，氮肥對（G6PDH+6PGDH）活性影響較小。由此說明，不論常規施氮還是減量施氮，在小麥生育前、中期，根中（G6PDH+6PGDH）活性均維持在較高水平；在生育后期，減施氮肥顯著降低（G6PDH+6PGDH）活性，但N4水平降低幅度最小。

2.2 小麥不同生育時期根系活力（改良TTC法）的動態變化

由圖1可以看出，氮肥減施條件下，不同品種根系活力變化范圍為 0—350.70 μg TTC·g-1FW·h-1。隨著生育時期的推進，根系活力均呈“高-低-高-低”變化，于越冬期和拔節期達較高水平。不同生育時期兩品種間根系活力的變化趨勢均表現為隨著施氮量的減少而降低。氮肥減施對不同生育時期的影響程度存在較大差異，挑旗抽穗后不同氮肥處理對根系活力的影響均小于挑旗抽穗以前；越冬和拔節期不同處理間根系活力下降幅度明顯高于返青和抽穗期，與 N5相比，越冬期和拔節期N4—N0水平根系活力平均下降幅度為8.07%，16.88%，36.42%，39.37%，61.73%。由此可見，氮肥對根系活力調控較大，與常規施氮（N5）相比，減施氮到 N4水平根系活力減幅較小，N3—N0水平根系活力明顯降低。

2.3 不同施氮量下小麥產量及其構成因素的變化

表4可以看出，氮肥減施對小麥產量及其構成因素具有明顯的調控效應。與常規施氮量N5相比，兩年度減施氮水平單位面積穗數變化不盡一致，2015—2016年度，減施氮至N1水平穗數未達顯著性差異，N0水平穗數顯著降低，降低幅度為30.86%；2016—2017年度，減施氮至N4水平對穗數影響不明顯，N3—N0水平穗數顯著降低，降低幅度分別為10.34%，11.99%，14.03%，28.14%。與N5相比，氮肥減施至N2水平對穗粒數影響較小，N1、N0水平穗粒數顯著降低，降低幅度分別達9.43%，12.69%。與N5相比，減施氮至N1水平千粒重無明顯差異，N0水平千粒重顯著增加，平均增加3.8 g。施氮水平N5—N1較不施氮水平N0籽粒產量有不同程度的提高，平均增產幅度為42.98%。進一步分析兩年平均值可知，N5處理下籽粒產量最高，達9 238.02 kg·hm-2，N4處理次之，較N5處理降低0.3%。

表3 不同施氮量下小麥根中（G6PDH+6PGDH）活性Table 3 (G6PDH+6PGDH) activity in wheat roots under different nitrogen application rates (nmol NADPH·min-1·g-1 FW)

圖1 小麥全生育期根系活力（改良TTC法）的動態變化Fig. 1 Dynamics of wheat root vigor (by improved TTC method) during the growing period

表4 不同施氮量下小麥產量及其構成因素的變化Table 4 Changes of wheat yield and its components under different nitrogen application rates

2.4 小麥根系活力（改良TTC法）、NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性與產量的關系分析

2.4.1 根系活力與 NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性的相關性 由表5可知，兩年度均表現為小麥根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性在越冬期與根系活力呈負相關關系，返青—灌漿期與根系活力呈正相關關系。生育中后期（拔節期和挑旗抽穗期）NADP-ICDH，NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性均與根系活力呈極顯著正相關關系；挑旗抽穗以后 NADP-ICDH，NADP-ME活性不明顯；灌漿期（G6PDH+6PGDH）活性與根系活力呈極顯著正相關關系。表6表明在小麥越冬—挑旗抽穗，NADP-ICDH，NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性之間均呈極顯著正相關關系。說明在小麥生長發育期間，NADPH再生系統中NADP-ICDH，NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）之間密切相關。

表5 小麥不同生育時期根系活力與根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性的相關關系Table 5 Correlation between root vigor and activity of key enzymes in NADP-dehydrogenase system in wheat roots at different growth stages

表6 小麥不同生育時期根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性間的相關關系（r）Table 6 Correlation between activity of key enzymes in NADP-dehydrogenase system in wheat roots at different growth stages (r)

2.4.2 根系活力和根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性與產量的相關分析 由表7可知，兩年度根系活力均與產量在不同生育時期之間呈正相關關系，拔節—蠟熟期達極顯著正相關。NADP-ICDH，NADP-ME，（G6PDH+6PGDH）活性與產量在越冬—返青期間呈負相關關系，返青以后呈正相關關系。2015—2016年度NADP-ICDH，NADP-ME，（G6PDH+6PGDH）在越冬期與產量達極顯著負相關；于拔節和挑旗抽穗期達極顯著正相關。

表7 小麥不同生育時期根系活力和根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性與產量的相關關系（r）Table 7 Correlation between root vigor, activity of key enzymes in NADP-dehydrogenase system in wheat roots at different growth stages with grain yield (r)

2.4.3 根系活力和根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性與產量的通徑分析 為了進一步明確小麥根中 NADP-脫氫酶系統中的關鍵酶 NADP-ME，（G6PDH+6PGDH），NADP-ICDH和根系活力對產量的作用方式和影響程度，在拔節期和挑旗抽穗期，對 NADPME，（G6PDH+6PGDH），NADP-ICDH 和根系活力與產量進行通徑分析（表8）。兩年度NADP-ICDH在拔節期對產量有較大的（0.62，0.25）正向直接作用，對產量的影響達極顯著水平（0.51**，0.64**）；挑旗抽穗期（G6PDH+6PGDH）對產量有較大的（0.18，0.62）正向直接作用，對產量的影響達極顯著水平（0.45**，0.67**）。氮肥減施條件下，兩年度拔節期小麥根中 NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性和根系活力與產量的關系不盡一致。2015—2016年度，根系活力對產量具有較大的正向直接作用（0.55），雖然通過戊糖磷酸途徑脫氫酶（G6PDH+ 6PGDH）有較大的負向間接作用（-0.39），但被NADP-ICDH較大的正向間接（0.46）作用所抵消，使根系活力對產量的影響達極顯著水平（0.58**）；2016—2017年度，根系活力對產量具有較大的負向直接作用（-0.26），但被NADP-ME，（G6PDH+ 6PGDH），NADP-ICDH較大的正向間接作用（0.20，0.13，0.45）所抵消，并且使根系活力對產量的影響達極顯著水平（0.50**）。挑旗抽穗期根系活力對產量均具有較小的直接作用（-0.01，0.04），但是被 NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）較大的正向間接作用（0.21，0.12；0.39）所增強（除第二年度，NADP-ME對產量間接作用較小（-0.02）），使根系活力對產量的影響增強或達顯著水平（0.32，0.46**）。可見，小麥根系中NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性對根系活力影響較大。

表8 小麥拔節和挑旗抽穗期根系活力和根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性（Xi）與產量（Y）關系的通徑分析（riy）Table 8 Path analysis (riy) on relationships between root vigor, activity of key enzymes in NADP-dehydrogenase system (Xi) in roots at jointing stage and heading stage with grain yield (Y) in wheat

3 討論

3.1 不同生育時期小麥根中 NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性的變化及其相互關系

小麥根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶不僅是碳代謝過程中的關鍵酶，還參與逆境條件下防御應激反應[21,25]。本研究中，NADP-ME，NADP-ICDH 和（G6PDH+6PGDH）活性于返青前表現為減施氮肥（N4—N1）處理低于不施氮肥（N0）處理。前人于鹽脅迫條件下發現，隨著脅迫時間的增加，小麥根系中G6PDH表達量先增加后降低[26]。本研究結果顯示，根中（G6PDH+6PGDH）活性于返青后隨著施氮量的減少呈下降趨勢。除此之外，根中 NADP-ME和NADP-ICDH活性也于返青后表現出相同的變化趨勢。這可能是由于返青前溫度較低，較高的 NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性可以減緩氮肥減施對根系的影響，有利于小麥安全越冬；返青后，溫度回升，小麥地上部營養器官快速生長發育，這種受到氮肥減施影響的自身調節不能長時間維持。本試驗結果表明，于返青后，較常規施氮處理N5相比，N4處理中NADP-ICDH和 NADP-ME活性未達顯著性差異，（G6PDH+6PGDH）活性也僅次于N5處理。綜上所述，小麥根中 NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性于生育中、后期對氮肥施用水平反應較為靈敏，氮肥減施對返青后NADP-脫氫酶系統關鍵酶影響較大，但就本試驗條件而言，適當將氮肥由常規施氮225 kg·hm-2（N5）減至202.5 kg·hm-2（N4）水平，對NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性影響較小。

在逆境條件下（低溫脅迫，干旱脅迫，鹽脅迫），小麥中NADP-ME和G6PDH都會作出防御應答響應，以維持自身正常生長[26-27]。本研究表明，氮肥減施條件下，不同生育時期NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性變化規律基本一致，NADP-ICDH、NADP-ME與（G6PDH+6PGDH）三者相互之間均呈顯著或極顯著正相關。由此可知，在小麥生長發育過程中，NADP-ICDH、NADP-ME與（G6PDH+6PGDH）三者之間密切相關。

3.2 減施氮肥對小麥根系活力的影響

有研究表明，隨著施氮量增多，根系活力升高，表現為N225＞N120＞N0[28]。本試驗條件下，兩年度不同處理根系活力均為 N5（225 kg·hm-2）最高，N0（0 kg·hm-2）最低，且將施氮量由 225 kg·hm-2逐步減至 0 kg·hm-2過程中各氮肥處理（N4—N1）根系活力也呈逐步遞減趨勢。前人研究表明，根系主要分布在耕作層（0—20 cm）中，適宜的施氮量明顯促進根系生長，擴大根群，增加根量，而減施氮肥則大幅度降低0—20 cm土層中根質量密度[29-31]。由此可見，減施氮肥條件下0—20 cm土層中根質量密度下降，土壤中新生根系的量減少，單位面積下新老根比例減小，引起耕層土壤中根系活力降低。

3.3 小麥根系活力（改良TTC法），NADP-脫氫酶系統關鍵酶和產量的關系

有研究表明在小麥分蘗期、拔節期和孕穗期，較強根系活力顯著提高單株成穗數、穗粒數和千粒重[32]。本研究發現，N5、N4水平下，根系活力均維持在較高水平，籽粒產量也較高且兩處理間差異未達顯著水平，就整個生育期而言，拔節期—蠟熟期根系活力與產量達極顯著正相關（表7）。類似的研究發現，水稻和大麥根中脫氫酶活性于孕穗期與產量呈極顯著正相關關系[33]。本試驗條件下，NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性在拔節挑旗抽穗期與產量同樣呈顯著或極顯著正相關關系（表7），并且其與根系活力在小麥生育中、后期也達極顯著正相關（表5）。綜上所述，施肥量為N5、N4水平時，有利于小麥生育中、后期根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性增強，促進提高根系活力。較強的根系可以吸收更多的水分和養分并向地上部轉移，提高籽粒產量[17]。本文進一步分析結果又顯示，NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）對根系活力有較大的正向間接作用，使根系活力對產量的影響達顯著水平（表8）。綜合看來，NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性對籽粒產量的直接影響和通過作用于根系活力對產量的間接影響均較大，其中 NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性對產量和根系活力的影響更大（表8）。這可能與氮肥減施減弱了根中 NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性有關，而NADPH合成量減少影響到根系呼吸代謝活動。鑒于此，在小麥生產實踐中可以通過栽培措施和分子育種手段，促進 NADP-ME和戊糖磷酸途徑總脫氫酶（G6PDH+6PGDH）在根中的高表達以促進NADPH合成，進一步提高小麥根系活力。

4 結論

與常規施氮水平N5（225 kg·hm-2）相比，減施氮肥至N4（202.5 kg·hm-2）水平，小麥根中NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性和根系活力影響較小；兩處理間穗數、穗粒數、千粒重差異均未達到顯著水平；籽粒產量較N5處理僅降低0.3%，未達顯著性差異。所以綜合考慮 NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性和根系活力變化及籽粒產量表現，氮肥施用量減至 N4水平是實現減氮不減產的最佳施氮量。NADP-脫氫酶系統關鍵酶活性與采用改良“TTC法”測定的根系活力密切相關，其中NADP-ME和G6PDH+6PGDH活性對根系活力的影響最大。在黃淮平原典型農田，氮肥用量由高產田目前的常規量 225 kg·hm-2減至 202.5 kg·hm-2甚至更低用量時，可通過分子育種手段和有效栽培措施實現NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）在根中的高表達以提高小麥根系活力，進而實現逐步減氮不減活性，促進植株正常發育和產量形成。

[1]巨曉棠, 谷保靜. 我國農田氮肥施用現狀、問題及趨勢. 植物營養與肥料學報, 2014, 20(4): 783-795.JU X T, GU B J. Status-quo, problem and trend of nitrogen fertilization in China.Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014,20(4): 783-795. (in Chinese)

[2]HE P, LI S T, JIN J Y, WANG H T, LI C J, WANG Y L, CUI R Z.Performance of an optimized nutrient management system for double-cropped wheat-maize rotations in North-Central China.Agronomy Journal, 2009, 101(6): 1489-1496.

[3]張麗娟, 馬友華, 王桂苓, 孫麗, 朱小紅, 汪麗婷. 農業面源污染中農田氮污染危害及其防治措施. 農業環境與發展, 2010, 27(4):48-52.ZHANG L J, MA Y H, WANG G L, SUN L, ZHU X H, WANG L T.Pollution of farmland nitrogen pollution in agricultural non-point source pollution and its control measures.Agro-Environment &Development, 2010, 27(4): 48-52. (in Chinese)

[4]張均. 不同施氮水平對不同品質類型小麥根系發育的影響及特殊根毛的研究[D]. 河南: 河南農業大學, 2008.ZHANG J. Effects of different nitrogen levels on root development of wheat with different quality traits and studies on special root hairs[D].Henan: Henan Agriculture University, 2008. (in Chinese)

[5]徐晴, 許甫超, 董靜, 秦丹丹, 李梅芳. 小麥氮素高效育種研究進展. 麥類作物學報, 2016, 36(1): 44-50.XU Q, XU F C, DONG J, QIN D D, LI M F. Research advances on nitrogen use efficiency (NUE) in wheat (Tritium aestivumL.) breeding.Journal of Triticeae Crops, 2016, 36(1): 44-50. (in Chinese)

[6]HUANG J, HUANG Z, JIA X, HU R, XIANG C. Long-term reduction of nitrogen fertilizer use through knowledge training in rice production in China.Agricultural Systems, 2015, 135: 105-111.

[7]馬元喜. 小麥的根. 北京: 中國農業出版社, 1999.MA Y X.The Root of Wheat. Beijing: China Agriculture Press, 1999.(in Chinese)

[8]劉小剛, 張富倉, 楊啟良, 李志軍. 玉米葉綠素、脯氛酸、根系活力對調虧灌溉和氮肥處理的響應. 華北農學報, 2009, 24(4):106-111.LIU X G, ZHANG F C, YANG Q L, LI Z J. Response of chlorophyll,proline and root activity of maize to regulated deficit irrigation and N fertilization treatment.Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2009, 24(4):106-111. (in Chinese)

[9]魏道智, 寧書菊, 林文雄. 小麥根系活力變化與葉片衰老的研究.應用生態學報, 2004, 15(9): 1565-1569.WEI D Z, NING S J, LIN W X. Relationship between wheat root activity and left senescence.Chinese Journal of Applied Ecology,2004, 15(9): 1565-1569. (in Chinese)

[10]王飛飛, 張善平, 邵立杰, 李耕, 陳曉璐, 劉鵬, 趙秉強, 董樹亭,張吉旺, 趙斌. 夏玉米不同土層根系對花后植株生長及產量形成的影響. 中國農業科學, 2013, 46(4): 4007-4017.WANG F F, ZHANG S P, SHAO L J, LI G, CHEN X L, LIU P, ZHAO B Q, DONG S T, ZHANG J W, ZHAO B. Effect of root in different soil layers on plant growth and yield formation after anthesis in summer maize.Scientia Agricultura Sinica,2013, 46(4): 4007-4017.(in Chinese)

[11]胡敏, 賀德先. 小麥根系活力的晝夜變化及最佳取樣和測定時間.麥類作物學報, 2011, 31(6): 1094-1098.HU M, HE D X. Study on diurnal fluctuations of physiological activity of roots and the optimal time to sample and determine their activity in wheat (Triticum aestivumL.).Journal of Triticeae Crops,2011, 31(6): 1094-1098. (in Chinese)

[12]熊淑萍, 吳克遠, 王小純, 張捷, 杜盼, 吳懿鑫, 馬新明. 不同氮效率基因型小麥根系吸收特性與氮素利用差異的分析. 中國農業科學, 2016, 49(12): 2267-2279.XIONG S P, WU K Y, WANG X C, ZHANG J, DU P, WU Y X, MA X M. Analysis of root absorption characteristics and nitrogen utilization of wheat genotypes with different N efficiency.Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(12): 2267-2279. (in Chinese)

[13]左文博, 吳靜利, 楊奇, 張嘉楠, 劉桂茹. 干旱脅迫對小麥根系活力和可溶性糖含量的影響. 華北農學報, 2010, 25(6) :191-193.ZUO W B, WU J L, YANG Q, ZHANG J N, LIU G R. Study on the influence of root of different wheat varieties under drought stress.Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2010, 25(6): 191-193. (in Chinese)

[14]張素瑜, 王和洲, 楊明達, 王靜麗, 賀德先. 水分與玉米秸稈還田對小麥根系生長和水分利用效率的影響. 中國農業科學, 2016,49(13): 2484-2496.ZHANG S Y, WANG H Z, YANG M D, WANG J L, HE D X.Influence of returning corn stalks to field under different soil moisture contents on root growth and water use efficiency of wheat (Triticum aestivumL.).Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(13): 2484-2496.(in Chinese)

[15]熊明彪, 羅茂盛, 田應兵, 宋光煜, 曹叔尤. 小麥生長期土壤養分與根系活力變化及其相關性研究. 土壤通報, 2005(5): 700-703.XIONG M B, LUO M S, TIAN Y B, SONG G Y, CAO S Y.Dynamics of soil nutrition and wheat root activities during wheat growth.Chinese Journal of Soil Science, 2005(5): 700-703. (in Chinese)

[16]王秀波, 上官周平. 干旱脅迫下氮素對不同基因型小麥根系活力和生長的調控. 麥類作物學報, 2017, 37(6): 820-827.WANG X B, SHANG G Z P. Effect of nitrogen on root vigor and growth in different genotypes of wheat under drought stress.Journal of Triticeae Crops, 2017, 37(6): 820-827. (in Chinese)

[17]程乙, 王洪章, 劉鵬, 董樹亭, 趙久然, 王榮煥, 張吉旺, 趙斌, 李耕, 劉月娥. 品種和氮素供應對玉米根系特征及氮素吸收利用的影響. 中國農業科學, 2017, 50(12): 2259-2269.CHENG Y, WANG H Z, LIU P, DONG S T, ZHAO J R, WANG R H,ZHANG J W, ZHANG B, LI G, LIU Y E. Effect of different maize varieties and nitrogen supply on root characteristics and nitrogen uptake and utilization efficiency.Scientia Agricultura Sinica, 2017,50(12): 2259-2269. (in Chinese)

[18]黃國勤, 黃小洋, 張兆飛, 劉隆旺, 章秀福, 高旺盛. 免耕對水稻根系活力和產量性狀的影響. 中國農學通報, 2005, 21(5): 170-173.HUANG G Q, HUANG X Y, ZHANG Z F, LIU L W, ZHANG X F,GAO W S. Effect of no-tillage on the root activity and yield characters in rice.Chinese Agricultural Science Bulletin. 2005, 21(5): 170-173.(in Chinese)

[19]張雄. 用“TTC”法(紅四氮唑)測定小麥根和花粉的活力及其應用.植物生理學通訊, 1982(3): 48-50.ZHANG X. Determination and application of wheat roots and pollen by "TTC" method (Tetrazolium Red).Plant Physiology Communications,1982(3): 48-50. (in Chinese)

[20]BOUTHOUR D, KALAI T, CHAFFEI H C, GOUIA H, CORPAS F J.Differential response of NADP-dehydrogenases and carbon metabolism in leaves and roots of two durum wheat (Triticum durumDesf.) cultivars (Karim and Azizi) with different sensitivities to salt stress.Journal of Plant Physiology, 2015, 179: 56-63.

[21]GAJEWSKA E, NIEWIADOMSKA E, TOKARZ K, SLABA M,SKLODOWKA M. Nickel-induced changes in carbon metabolism in wheat shoots.Journal of Plant Physiology, 2013, 170(4): 369-377.

[22]DRINCOVICH M F, CASATI P, ANDREO C S. NADP-malic enzyme from plants: A ubiquitous enzyme involved in different metabolic pathways.FEBS Letters, 2001, 490(1/2): 1-6.

[23]羅璇, 郭彤, 胡銀崗. 小麥和谷子 C4光合途徑關鍵酶活性及其與光合和蒸騰的關系. 麥類作物學報, 2014, 34(8): 1083-1091.LUO X, GUO T, HU Y G. Comparative study on the activities of the key enzymes involved in C4 photosynthesis pathway and their correlations with photosynthetic and transpiration rate in wheat and foxtail millet.Journal of Triticeae Crops, 2014, 34(8): 1083-1091. (in Chinese)

[24]FU Z Y, ZHANG Z B, LIU Z H, HU X J , XU P. The effects of abiotic stresses on the NADP-dependent malic enzyme in the leaves of the hexaploid wheat.Biologia Plantarum, 2011, 55(1): 196-200.

[25]劉增輝, 邵宏波, 初立業, 張正斌. 干旱、鹽、溫度對植物體NADP-蘋果酸酶的影響和機理. 生態學報, 2010, 30(12): 3334-3339.LIU Z H, SHAO H B, CHU L Y, ZHANG Z B. The effect and the mechanism of drought, salt and temperature on NADP-malic enzymes in plants.Acta Ecologica Sinica,2010, 30(12): 3334-3339. (in Chinese)

[26]NEMOTO Y, SASAKUMA T. Specific expression of glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) gene by salt stress in wheat(Triticum aestivumL.).Plant Science, 2000, 158(1/2): 53-60.

[27]劉增輝. 小麥 NADP-蘋果酸酶與逆境關系的初步研究[D]. 山東:青島科技大學, 2010.LIU Z H. Preliminary study on the relation of NADP-malic enzyme and stresses[D]. Shandong: Qingdao University of Science &Technology, 2010. (in Chinese)

[28]熊淑萍, 王靜, 王小純, 丁世杰, 馬新明. 耕作方式及施氮量對砂姜黑土區小麥氮代謝及籽粒產量和蛋白質含量的影響. 植物生態學報, 2014, 38(7): 767-775.XIONG S P, WANG J, WANG X C, DING S J, MA X M. Effects of tillage and nitrogen addition rate on nitrogen metabolism, grain yield and protein content in wheat in lime concretion black soil region.Chinese Journal of Plant Ecology, 2014, 38(7): 767-775. (in Chinese)

[29]苗果園, 高志強, 張云亭, 尹鈞, 張愛良. 水肥對小麥根系整體影響及其與地上部相關的研究. 作物學報, 2002, 28(4): 445-450.MIAO G Y, GAO Z Q, ZHANG Y T, YIN J, ZHANG A L. Effect of water and fertilizer to root system and its correlation with tops in wheat.Acta Agronomica Sinica, 2002, 28(4): 445-450. (in Chinese)

[30]董桂春, 陳琛, 袁秋梅, 羊彬, 朱正康, 曹文雅, 仲軍, 周娟, 羅剛,王熠, 黃建曄, 王余龍. 氮肥處理對氮素高效吸收水稻根系性狀及氮肥利用率的影響. 生態學報, 2016, 36(3): 642-651.DONG G C, CHEN C, YUAN Q M, YANG B, ZHU Z K, CAO W Y,ZHONG J, ZHOU J, LUO G, WANG Y, HUANG J Y, WANG Y L.The effect of nitrogen fertilizer treatments on root traits and nitrogen use efficiency inindicarice varieties with high nitrogen absorption efficiency.Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(3): 642-651.(in Chinese)

[31]邱喜陽, 王晨陽, 王彥麗, 朱云集, 郭天財. 施氮量對冬小麥根系生長分布及產量的影響. 西北農業學報, 2012, 21(1): 53-58.QIU X Y, WANG C Y, WANG Y L, ZHU Y J, GUO T C. Effects of nitrogen application rate on root system distribution and grain yield of winter wheat cultivars.Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica,2012, 21(1): 53-58. (in Chinese)

[32]周廣生, 梅芳竹, 陳艷華. 冬小麥根系活力與產量性狀關系的研究.華中農業大學學報, 2001, 20(6): 531-534.ZHOU G S, MEI F Z, CHEN Y H. Studies on relations between root vigor of winter wheat and its yield characters.Journal of Huazhong Agricultural University, 2001, 20(6): 531-534. (in Chinese)

[33]何念祖, 倪吾鐘. 作物根系脫氫酶活性與作物生長的關系. 土壤通報, 1995, 26(7): 55-56.HE N Z, NI W Z. Relationship between crop root dehydrogenase activity and crop growth.Chinese Journal of Soil Science, 1995, 26(7):55-56. (in Chinese)