不同氮肥利用效率類型玉米自交系的源、庫特征及其篩選指標

常曉 王小博 代華龍 吳嫚 楊兆生 李健

摘要：在前期利用氮高效綜合評價值將47個玉米自交系劃分為4類不同氮肥利用效率類型的基礎上，通過測定不同氮肥利用效率類型玉米自交系的葉面積指數、凈同化率、單位葉面積小花數、單位葉面積庫容量等源、庫指標，研究不同氮肥利用效率類型玉米自交系源、庫指標的差異及篩選影響氮肥利用效率的主要源、庫指標。結果表明，吐絲期和成熟期葉面積指數及干物質積累量、灌漿結實期凈同化率、庫容量、單位葉面積小花數、單位葉面積庫容量均表現為低氮高效型>低氮中效型>低氮低效型>低氮敏感型。相關性分析結果表明，吐絲期和成熟期葉面積指數及干物質積累量、灌漿結實期凈同化率、庫容量、單位葉面積小花數、單位葉面積庫容量與氮高效綜合評價值均呈顯著正相關。多元逐步回歸分析和通徑分析結果表明，灌漿結實期凈同化率和成熟期葉面積指數對氮高效綜合評價值影響較大，因此這2個指標可作為評價氮高效型玉米材料的主要源、庫指標。

關鍵詞：玉米;自交系;氮肥利用效率;源;庫

中圖分類號：S513文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2020）05-1098-07

Abstract：This research was carried out on the basis of the early research which divided 47 maize inbred lines into four different types of nitrogen use efficiencies by comprehensive evaluation value of efficient nitrogen use （D value）. By measuring source and sink indices such as leaf area index （LAI）， net assimilation rate， panicles per unit leaf area and sink capacity per unit leaf area， the difference of source and sink indices was studied and the main indices of source and sink influencing nitrogen use efficiency were screened. The results showed that LAI and plant dry matter accumulation at silking stage and maturing stage， net assimilation rate， sink capacity， panicles per unit leaf area and sink capacity per unit leaf area at filling stage all presented as high efficient in low nitrogen > middle efficient in low nitrogen > low efficient in low nitrogen > sensitive in low nitrogen. The results of correlation analysis showed that LAI and dry matter accumulation at silking stage and maturing stage， net assimilation rate， sink capacity， panicles per unit leaf area and sink capacity per unit leaf area at filling stage had significant positive correlation with D value. The results of multiple stepwise regression analysis and path analysis showed that the net assimilation rate at filling stage and LAI at maturity stage had a great influence on the comprehensive evaluation value of efficient nitrogen use， so the two indices can be used as the main source and sink indices in evaluating the efficient nitrogen use maize materials.

Key words：maize;inbred line;nitrogen use efficiency;source;sink

氮是玉米生長發育所需的重要營養元素[1-4]。據統計，中國目前氮肥的當季利用率僅為30%～40%[5]，增施氮肥可以有效提高玉米產量，但生產中氮肥經常會過量施用，不僅造成玉米減產，氮肥利用效率降低，也造成了環境污染等一系列問題[6]。提高作物吸收利用氮素的潛力是提高氮素利用效率的最佳途徑[7]。有研究結果表明，不同類型玉米品種的氮素吸收量存在顯著差異，且氮高效型高產玉米品種在高氮和低氮條件下的氮肥利用效率均最高[8-9]，因此選育氮高效型高產玉米品種成為當下的研究熱點。氮高效指標的篩選是氮高效型品種選育及氮高效栽培管理的前提，在氮高效指標的選擇上，董魯明[10]研究發現在脅迫條件下玉米的籽粒產量是最重要的評價指標;李強等研究指出，葉面積、單株干物質質量、地上部干物質質量、氮積累量、根體積、根干物質質量、根冠比7個指標可作為苗期耐低氮水平的篩選指標[1]。盡管前人做了大量的研究，也從中篩選出了氮高效的指標，但篩選出的指標不統一，廣適性有待提升，主要原因可能與當地區域條件及研究選用的材料間差異不顯著有關。本團隊前期研究結果表明利用氮高效綜合評價值（D值）可以很好地評價玉米自交系的氮肥利用效率[11]，另外源庫關系作為作物產量形成的基礎理論之一，不同氮肥利用效率類型玉米自交系的源、庫表現出不同差異，因此本研究在利用氮高效綜合評價值將47個玉米自交系劃分為低氮高效型（Ⅰ類）、低氮中效型（Ⅱ類）、低氮低效型（Ⅲ類）和低氮敏感型（Ⅳ類）4類不同氮肥利用效率類型的基礎上，從源庫關系的角度研究低氮脅迫下不同氮肥利用效率類型玉米自交系源庫相關指標的差異，探索以源、庫相關指標作為氮肥利用效率篩選指標的可行性，為玉米氮肥利用效率遺傳改良及氮高效栽培管理提供理論基礎。

2.2.3單位葉面積庫容量的差異不同氮肥利用效率類型玉米自交系單位葉面積庫容量的變化與庫容量的變化規律一致（圖6）。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類玉米自交系單位葉面積庫容量分別為164.08 g/m2、157.93 g/m2、153.83 g/m2和145.77 g/m2，Ⅰ類比Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類分別高3.90%、6.67%和12.56%，Ⅰ類玉米自交系顯著高于Ⅳ類玉米類自交系。說明低氮高效型（Ⅰ類）玉米自交系單位葉面積庫容量較大。

2.2.4單位干物質庫容量的差異由圖7可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類玉米自交系單位干物質庫容量分別為0.948、0.979、0.977和0.990，各玉米自交系間無顯著差異。說明單位干物質庫容量受氮肥利用效率影響較小，在低氮高效型（Ⅰ類）、低氮中效型（Ⅱ類）、低氮低效型（Ⅲ類）和低氮敏感型（Ⅳ類）玉米自交系間無差異。

2.2.5單位氮素庫容量的差異由圖8可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類玉米自交系單位氮素庫容量分別為56.67、56.42、59.16和60.93，各玉米自交系間無顯著差異。說明單位氮素庫容量不受氮肥利用效率的影響，在低氮高效型（Ⅰ類）、低氮中效型（Ⅱ類）、低氮低效型（Ⅲ類）和低氮敏感型（Ⅳ類）玉米自交系間無差異。

2.3影響氮肥利用效率綜合評價值的主要源、庫指標

相關性分析結果表明，氮高效綜合評價值（D值）與吐絲期和成熟期葉面積指數、吐絲期和成熟期干物質質量、灌漿結實期凈同化率、庫容量、單位葉面積小花數、單位葉面積庫容量均呈顯著正相關關系（表3），隨著吐絲期和成熟期葉面積指數、吐絲期和成熟期干物質質量、灌漿結實期凈同化率、庫容量、單位葉面積小花數、單位葉面積庫容量的增大，氮高效綜合評價值顯著升高。

為確定影響氮肥利用效率的主要源、庫指標，對各源、庫指標與氮高效綜合評價值進行多元逐步回歸分析。結果表明，灌漿結實期凈同化率（x1）、單位干物質庫容量（x2）、成熟期葉面積指數（x3）和單位氮素庫容量（x4）對氮高效綜合評價值有顯著影響（Y=-0.543+0.471x1-0.540x2+0.309x3-0.002x4，R2=0.908）。由表4可知，灌漿結實期凈同化率和成熟期葉面積指數對氮高效綜合評價值的直接通徑系數較大，而其他指標的直接通徑系數較小，說明灌漿結實期凈同化率和成熟期葉面積指數對氮高效綜合評價值影響較大，因此灌漿結實期凈同化率和成熟期葉面積指數可以作為評價玉米氮肥利用效率的主要源、庫指標。

3討論

源庫關系是作物產量研究中的熱點之一[12]。源代表植株器官對光能的吸收利用，庫代表植株潛在的產量形成，源和庫兩類器官的協調程度對作物產量的形成至關重要[13-15]。對不同氮肥利用效率類型玉米自交系葉面積指數的分析結果表明，低氮高效型玉米自交系在吐絲期和成熟期葉面積指數均高于低氮中效型、低氮低效型和低氮敏感型，且顯著高于低氮敏感型。葉片是玉米植株截獲光能并將光能轉化為化學能的重要器官，是冠層結構最重要的組成部分，其光合同化產物是產量形成的物質基礎[16]，生育后期低氮低效型玉米自交系的總葉面積降低幅度大，而低氮高效型玉米自交系的總葉面積降低幅度小，因此生育后期低氮高效型玉米自交系的葉片光合作用要高于低氮低效型玉米自交系。對干物質積累量和凈同化率而言，低氮高效型玉米自交系在吐絲期和成熟期均有較高的干物質積累量和凈同化率，保證了低氮高效型玉米自交系可以有豐富的源供應。

玉米的產量形成一方面取決于葉源碳水化合物的供應能力，另一方面取決于籽粒庫容量對碳水化合物的轉化與積累能力[17-19]。本研究結果表明，低氮高效型玉米自交系在庫容量、單位面積小花數和單位葉面積庫容量上高于低氮低效型玉米自交系，說明低氮高效型玉米自交系具有庫容量大的特點，利于碳水化合物的轉化與積累，這與單玉華等[20]的研究結果一致，即單位面積庫容量大的品種擁有較高的氮素籽粒生產效率。

本研究對源、庫指標與氮高效綜合評價值進行相關分析和通徑分析的結果表明，氮高效綜合評價值與吐絲期和成熟期葉面積指數、吐絲期和成熟期干物質質量、灌漿結實期凈同化率、庫容量、單位葉面積小花數、單位葉面積庫容量均呈顯著正相關關系，灌漿結實期凈同化率和成熟期葉面積指數對氮高效綜合評價值的直接通徑系數均較大，由此可以推斷灌漿結實期凈同化率和成熟期葉面積指數可以作為評價玉米氮肥利用效率的主要源、庫指標。前人研究結果表明，源和庫對玉米產量的限制作用與種植密度和玉米品種有關，低密度下庫大于源，高密度下源大于庫[21]。本試驗的種植密度較大，可能是源類指標對氮高效綜合評價值影響較大的原因。源和庫誰為限制產量的因素因玉米品種而存在差異[22-24]，不同玉米品種有各自的庫源關系特點，應根據玉米品種確定相應的栽培措施， 以達到庫大源足，實現高產高效[25]。

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（責任編輯：陳海霞）