不同氮素利用效率型小麥品種的生理差異分析

李 寧 劉彤彤 楊進(jìn)文 史雨剛 王曙光 孫黛珍

（1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，030801，山西太谷；2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，030801，山西太谷）

氮素作為小麥生長(zhǎng)發(fā)育所需的大量元素之一，是保證小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要前提[1-2]。近年來(lái)，氮肥的過(guò)量施用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和土壤質(zhì)量下降，同時(shí)也增加了作物生產(chǎn)成本[3-4]。研究不同氮素利用效率型小麥品種的生理機(jī)制差異可為提高小麥氮素利用率提供理論依據(jù)。外源氮進(jìn)入植物體內(nèi)首先被轉(zhuǎn)化為NH4+后，才能將其同化為有機(jī)氮化合物[5]。氨的初始同化產(chǎn)物以谷氨酰胺（Gln）和谷氨酸（Glu）為主[6-7]。植物體內(nèi)的NH4+在谷氨酰胺合成酶（GS）的作用下與Glu結(jié)合形成Gln，Gln又在谷氨酸合成酶（GOGAT）的作用下形成Glu[8-9]。Glu在植物體內(nèi)通過(guò)氨基交換作用合成其他氨基酸和酰胺，最終形成植物可以直接利用的氮素化合物[10]。因此，GS和GOGAT是植物氮素吸收及同化過(guò)程中必不可少的關(guān)鍵酶[11]。此外，在小麥籽粒灌漿期間，葉片中較高的可溶性蛋白含量有利于保持葉片的旺盛生長(zhǎng)，延長(zhǎng)光合作用的時(shí)間，從而為籽粒碳氮化合物的積累奠定物質(zhì)基礎(chǔ)[12]。另外，可溶性蛋白質(zhì)在植物葉片中主要以參加各種代謝活動(dòng)酶的形式存在，其含量大小也反映了植株氮素代謝水平的高低[13]。小麥籽粒氮素很大一部分來(lái)自營(yíng)養(yǎng)體氮素的再轉(zhuǎn)運(yùn)，而營(yíng)養(yǎng)體中蛋白質(zhì)的降解又與蛋白水解酶活性有密切關(guān)系[14-15]。因此，蛋白水解酶是對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育后期氮素的再分配起關(guān)鍵作用的酶[16]。天冬氨酸激酶（AK）參與了植物運(yùn)輸?shù)弧於彼幔ˋsp）的代謝途徑[17]。因此研究不同小麥品種在氮素同化、運(yùn)輸及轉(zhuǎn)運(yùn)關(guān)鍵酶活性的差異，可從生理層面解析小麥氮素高效利用機(jī)制。

前人在小麥氮素吸收與同化方面進(jìn)行了許多研究，但缺乏對(duì)不同氮素利用型小麥品種在氮素同化、運(yùn)輸及分配方面的全面認(rèn)識(shí)。因此，綜合評(píng)價(jià)不同氮素利用型小麥品種在灌漿期生理指標(biāo)的差異及與氮素積累和產(chǎn)量的相關(guān)性，可為深入理解小麥生育后期氮素吸收與積累的生理機(jī)制提供參考。本研究利用課題組前期篩選的6個(gè)不同氮素利用效率型小麥品種，在灌溉及雨養(yǎng)2種水分條件下分析其花后不同時(shí)間點(diǎn)旗葉氮素同化、運(yùn)輸及轉(zhuǎn)運(yùn)關(guān)鍵酶的動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)分別在開(kāi)花期和成熟期測(cè)定氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)性狀，并與生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，揭示不同氮素利用效率型小麥品種的生理差異，明晰氮素高效利用機(jī)理，為氮高效小麥品種的選育提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

氮高效型小麥品種晉麥54和晉麥66、氮低效型小麥品種晉麥61和泰農(nóng)18以及中間型小麥品種晉麥73和泰麥269[18]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料分別于2017年9月24日和2018年9月26日種植在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站小麥試驗(yàn)田（112°25′E，37°25′N(xiāo)）。土壤 0～20cm 土層有機(jī)質(zhì)含量（2年平均值）0.83%、全氮5.15g/kg、速效磷7.59mg/kg、速效鉀122.00mg/kg，土壤為沙質(zhì)土。設(shè)雨養(yǎng)（R）與灌溉（I）2種水分處理，處理間設(shè)1.0m的隔離區(qū)，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，2行區(qū)，每行點(diǎn)播40粒，行距0.25m，行長(zhǎng)2.00m。雨養(yǎng)處理整個(gè)生育期間不澆水，2個(gè)年度整個(gè)生育期的降雨量分別為153和134mm。灌溉處理則分別在越冬期、返青期、拔節(jié)期和灌漿期進(jìn)行充分灌溉，以保證全生育期有足夠的水分供應(yīng)。施肥量為純N、P2O5和 KCl各 135kg/hm2。

在開(kāi)花期，各小麥品種選取開(kāi)花一致、發(fā)育正常和長(zhǎng)勢(shì)一致的5株連根拔起，剪掉根部，將葉片、莖稈和整穗分開(kāi)并分別裝入紙袋中，105℃烘箱中殺青15min，然后于80℃烘干至恒重，分別稱重后用于全氮含量的測(cè)定。從開(kāi)花當(dāng)日算起，分別在7、14、21、28和35d（第35天的樣本僅用于可溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定）選取每個(gè)品種旗葉2～3片，放入液氮中暫時(shí)保存，然后放在-80℃冰箱中保存，用于生理指標(biāo)的測(cè)定。各小麥品種在成熟期時(shí)另選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致的小麥連根拔起，按葉片、莖稈、穗軸和籽粒分裝后烘干至恒重，分別稱重后用于全氮含量的測(cè)定。每個(gè)品種每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取10株，連根拔起后晾干，10株小麥混合脫粒后，計(jì)算其均值即為單株產(chǎn)量（yield per plant，YPP），將2年度數(shù)據(jù)的平均值用于相關(guān)性狀的統(tǒng)計(jì)分析。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)指標(biāo) 利用全自動(dòng)間斷式化學(xué)分析儀Smartchem 140測(cè)定全氮含量。氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及貢獻(xiàn)率的計(jì)算方法[19]如下：

氮積累量（nitrogen accumulation，NA，mg/株）=氮含量×干重，植株氮素積累總量（amounts of accumulated nitrogen，NAA，mg/株）為單株小麥（葉、莖、穗和籽粒）成熟期氮素積累量總和，氮素籽粒生產(chǎn)效率（nitrogen utilization efficiency for grain production，NUEg，%）=（單株小麥籽粒產(chǎn)量/單株氮素積累總量）×100，氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率（nitrogen utilization efficiency for biomass production，NUEb，%）=單株小麥干物質(zhì)積累總量/單株氮素積累總量×100，花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量（nitrogen transport amount before flowering，NTAbf，mg/株）=開(kāi)花期植株氮積累量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮積累量，花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率（nitrogen transport efficiency before flowering，NTEbf，%）=（開(kāi)花期植株氮積累量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮積累量）/開(kāi)花期植株氮積累量×100，花前儲(chǔ)備氮對(duì)籽粒氮積累的貢獻(xiàn)率（contribution rate of grain nitrogen accumulation before flowering，CGNbf，%）=（開(kāi)花期植株氮積累量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮積累量）/成熟期籽粒氮積累量×100，花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量（nitrogen transport amount after flowering，NTAaf，mg/株）=成熟期植株氮積累量-開(kāi)花期氮積累量，花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率（nitrogen transport efficiency after flowering，NTEaf，%）=（成熟期植株氮積累量-開(kāi)花期氮積累量）/成熟期植株氮積累量×100，花后同化氮對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率（contribution rate of grain nitrogen accumulation after flowering，CGNaf，%）=（成熟期植株氮積累量-開(kāi)花期氮積累量）/成熟期籽粒氮積累量×100。

1.3.2 生理指標(biāo) 采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[20]測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量；參照《食品化學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)》[21]測(cè)定蛋白水解酶活性；參照《現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南》[22]測(cè)定GS活性和谷氨酰胺轉(zhuǎn)化酶（GT）活性；參照鄭朝峰等[23]的方法測(cè)定GOGAT活性；參考Brennecke等[24]的方法測(cè)定AK活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進(jìn)行顯著性和相關(guān)性分析。利用Hemi 1.0.3.7繪制熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素利用效率型小麥品種氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)性狀的差異分析

從圖1可以看出，在灌溉及雨養(yǎng)條件下，氮高效型小麥品種的植株氮素積累總量極顯著高于其他4個(gè)品種，而中間型小麥品種與氮低效型小麥品種無(wú)明顯差異。在2種水分條件下，氮高效型小麥品種的氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率和花后同化氮對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率極顯著高于其他4個(gè)品種，而且中間型小麥品種的這些性狀又顯著高于氮低效型小麥品種。在2種水分條件下，氮高效型小麥品種的花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和花前儲(chǔ)備氮對(duì)籽粒氮積累的貢獻(xiàn)率顯著低于其他4個(gè)品種，而且中間型小麥品種的這些性狀又顯著低于氮低效型小麥品種。6個(gè)小麥品種的花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率之間無(wú)顯著差異。

圖1 不同小麥品種的氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)性狀Fig.1 Nitrogen accumulation and transport related traits of different wheat varieties

2.2 不同氮素利用效率型小麥品種單株產(chǎn)量的差異分析

從圖2可以看出，在灌溉及雨養(yǎng)條件下，氮高效型小麥品種的單株產(chǎn)量顯著高于其余4個(gè)品種，而中間型小麥品種顯著高于氮低效型小麥品種。

圖2 不同小麥品種的單株產(chǎn)量Fig.2 Yield per plant of different wheat varieties

2.3 不同氮素利用效率型小麥品種生理指標(biāo)的差異分析

2.3.1 可溶性蛋白含量 在灌溉及雨養(yǎng)條件下，隨著灌漿過(guò)程的推進(jìn)，不同氮素利用效率型小麥品種旗葉可溶性蛋白含量呈逐漸下降趨勢(shì)。在花后7～21d，6個(gè)品種可溶性蛋白含量均呈緩慢下降趨勢(shì)，品種間無(wú)明顯差異（圖3）；21d開(kāi)始，氮低效型品種可溶性蛋白含量開(kāi)始明顯下降；28d以后，晉麥61、泰農(nóng)18、晉麥73和泰麥269可溶性蛋白含量呈快速下降趨勢(shì)，且下降速率明顯快于氮高效品種。在整個(gè)灌漿期間，晉麥54和晉麥66旗葉同一時(shí)期可溶性蛋白含量都表現(xiàn)出較高水平，晉麥73和泰麥269處于中間位置，晉麥61和泰農(nóng)18較低，特別是泰農(nóng)18始終處于同期最低水平。在灌漿末期，氮高效型品種在灌溉條件下可溶性蛋白含量明顯高于雨養(yǎng)條件。

2.3.2 蛋白水解酶活性 2種水分條件下，從花后7d開(kāi)始，參試小麥品種旗葉蛋白水解酶活性呈逐漸上升的趨勢(shì)。整個(gè)灌漿期間，氮高效品種蛋白水解酶活性一直高于其余4個(gè)品種，特別是晉麥66，蛋白水解酶活性一直處于同期最高水平；花后7～21d，晉麥61、泰農(nóng)18、晉麥73和泰麥269旗葉蛋白水解酶活性差異并不明顯；21d后氮低效型品種旗葉蛋白水解酶活性上升趨緩，明顯低于其余4個(gè)品種（圖 3）。

2.3.3 GS活性 隨著灌漿過(guò)程的推進(jìn)，參試小麥品種旗葉GS活性在2種環(huán)境處理下均呈逐漸下降的趨勢(shì)（圖3）。花后7d，氮高效型品種GS活性明顯高于其他4個(gè)品種，特別是在灌溉條件下；這種差距隨著灌漿過(guò)程的推進(jìn)逐漸減小；在花后28d，6個(gè)品種間無(wú)明顯差異。整個(gè)灌漿期間，晉麥54和晉麥66各時(shí)期GS活性一直高于其他4個(gè)品種，并且在灌溉條件下灌漿初期的GS活性要明顯高于雨養(yǎng)條件下。

2.3.4 GT活性 整個(gè)灌漿期間，6個(gè)小麥品種旗葉GT活性均呈逐漸下降的趨勢(shì)。氮高效型品種晉麥54和晉麥66各時(shí)期GT活性一直高于其余4個(gè)品種，而且晉麥66 GT活性在灌漿前期明顯高于晉麥54。后期旗葉GT活性在品種間的差異逐漸變小。在2個(gè)中間型品種中，晉麥73的各時(shí)期GT活性均高于泰麥269。在灌溉條件下，氮低效型的泰農(nóng)18各時(shí)期GT活性均處于最低水平（圖3）。

圖3 不同小麥品種的生理性狀分析Fig.3 Analysis of physiological traits of different wheat varieties

2.3.5 GOGAT活性 灌溉及雨養(yǎng)條件下，隨著灌漿過(guò)程的推進(jìn)，參試小麥品種旗葉GOGAT活性呈逐漸下降的趨勢(shì)，并且都是前期下降較快，后期下降緩慢。整個(gè)灌漿期間，氮高效型品種各時(shí)期GOGAT活性一直高于其他4個(gè)品種，而中間型品種旗葉GOGAT活性一直高于氮低效型品種，不同類型品種間的差異前期較大，后期逐漸變小（圖 3）。

2.3.6 AK活性 隨著灌漿過(guò)程的推進(jìn)，參試小麥品種旗葉AK活性在2種環(huán)境條件下呈逐漸下降的趨勢(shì)，但基本都經(jīng)歷了先快后慢的過(guò)程。氮高效型品種各時(shí)期AK活性一直高于其他4個(gè)品種；灌漿前期泰農(nóng)18 AK活性明顯低于其他參試品種，灌漿后期與晉麥61、晉麥73和泰麥269酶活性的差異變小（圖3）。

結(jié)合不同類型品種間主要氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)性狀的差異分析的結(jié)果表明，氮高效型小麥品種在具有較高酶活性的同時(shí)，自身可以增加花后氮素的積累，特別是提高籽粒氮素積累量。

2.4 生理指標(biāo)與氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)指標(biāo)和單株產(chǎn)量的相關(guān)性分析

將各生理指標(biāo)和氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)性狀和單株產(chǎn)量進(jìn)行了相關(guān)性分析。從表1-表3可以看出，在灌溉及雨養(yǎng)條件下，參試小麥品種花后大部分時(shí)期各項(xiàng)生理生化指標(biāo)均與植株氮素積累總量、氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率和花后對(duì)籽粒氮積累的貢獻(xiàn)率呈顯著或極顯著正相關(guān)；與花前對(duì)籽粒氮積累的貢獻(xiàn)率呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；與花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率無(wú)顯著相關(guān)性。結(jié)果表明，在灌漿期間，小麥旗葉各項(xiàng)生理指標(biāo)的大小與籽粒氮素的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)和單株產(chǎn)量存在顯著相關(guān)性，這說(shuō)明上述酶活性對(duì)于小麥生育后期籽粒氮素的積累起到至關(guān)重要的作用。

表1 不同環(huán)境處理氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)指標(biāo)與可溶性蛋白含量及蛋白水解酶活性的相關(guān)性分析Table 1 The correlation analysis of the nitrogen accumulation and transport related traits with soluble protein content and proteolytic enzyme activity

表2 氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)性狀與谷氨酰胺合成酶及谷氨酰胺轉(zhuǎn)化酶活性的相關(guān)性分析Table 2 The correlation analysis of the nitrogen accumulation and transport related traits with GS and GT activities

表3 氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)性狀與谷氨酸合成酶及天冬氨酸激酶活性的相關(guān)性分析Table 3 The correlation analysis of the nitrogen accumulation and transport related traits with the GOGAT and AK activities

3 討論

3.1 不同氮效率型小麥品種的生理差異

植物體內(nèi)的NH4+在GS的作用下與Glu結(jié)合形成氨初始同化的重要產(chǎn)物之一——Gln。GS同時(shí)也是聯(lián)系氮素同化代謝與無(wú)機(jī)代謝的關(guān)鍵酶之一。李科等[25]研究表明，提高GS活性可使植株氮代謝途徑運(yùn)轉(zhuǎn)能力增強(qiáng)，進(jìn)而提高氨基酸的合成和轉(zhuǎn)化速率。楊延兵等[26]研究認(rèn)為，GS活性在籽粒發(fā)育過(guò)程中總體呈下降趨勢(shì)，籽粒蛋白質(zhì)含量較高的品種，GS活性較高，反之較低。王月福等[27]研究表明，小麥各生育時(shí)期功能葉片的GS活性在拔節(jié)期較高，在挑旗期略有降低，至開(kāi)花期達(dá)最大值，之后呈逐漸下降的趨勢(shì)；同時(shí)，各生育時(shí)期均表現(xiàn)為增加施氮量，葉片GS活性提高。GT作為GS的同工酶，同樣在氮素吸收同化過(guò)程中，與葉片中全氮含量呈顯著正相關(guān)[28]。榮湘民等[29]和陳靜彬[30]研究表明，水稻齊穗期噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可明顯提高灌漿前期和中期功能葉GT活性，促進(jìn)功能葉中的氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，從而可顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量。李科等[25]研究認(rèn)為，用羧甲基殼聚糖處理水稻葉片，對(duì)提高GT活性的效果非常顯著，而且作用持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，在籽粒灌漿的各時(shí)期都高于對(duì)照。GOGAT是氮素同化過(guò)程中谷氨酸合成途徑的關(guān)鍵酶，是氮素同化過(guò)程中另外一個(gè)關(guān)鍵酶。王小純等[31]研究認(rèn)為，小麥籽粒中GOGAT活性與蛋白質(zhì)含量呈顯著或極顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果表明，在2種水分條件下，氮高效型（晉麥54和晉麥66）、低效型（晉麥61和泰農(nóng)18）和中間類型（晉麥73和泰麥269）品種旗葉的GS、GT和GOGAT活性在小麥花后的整個(gè)灌漿期間均呈下降趨勢(shì)。而且氮高效型品種各時(shí)期酶活性一直高于其他4個(gè)品種，中間型品種多數(shù)酶活性又高于低效型品種，說(shuō)明氮高效型品種可以在小麥灌漿期間保持相對(duì)較高水平的GS、GT和GOGAT活性來(lái)促進(jìn)氮素的吸收以及同化，以保證籽粒氮素的供應(yīng)。

植物葉片中可溶性蛋白含量的高低反映植株氮素代謝的水平，同時(shí)可溶性蛋白含量下降也是葉片衰老的重要特征之一[12-13]。在小麥籽粒灌漿期，旗葉較高含量的可溶性蛋白有利于維持旗葉生長(zhǎng)，延長(zhǎng)光合功能期，從而為籽粒碳氮化合物的積累奠定物質(zhì)基礎(chǔ)[12]。因此植物體內(nèi)可溶性蛋白含量是反映植物體總代謝水平的一個(gè)重要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，在2種水分條件下，隨著灌漿過(guò)程的推進(jìn)，參試小麥品種旗葉可溶性蛋白含量呈逐步下降的趨勢(shì)。灌漿后期中間型及氮低效型品種旗葉可溶性蛋白含量下降速率明顯快于氮高效品種。在整個(gè)灌漿期間晉麥54和晉麥66可溶性蛋白含量都維持在一個(gè)較高水平。

小麥開(kāi)花后籽粒中氮的積累更多來(lái)自葉片氮的再利用。灌漿期儲(chǔ)藏在葉片中的氮素會(huì)轉(zhuǎn)移到穗中再利用[32]。蛋白水解酶屬于酰胺酶類，是蛋白質(zhì)分解代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶。在灌漿過(guò)程中，功能葉片中的氮素向籽粒內(nèi)轉(zhuǎn)移與蛋白水解酶活性密切相關(guān)，蛋白水解酶活性會(huì)隨著葉片的衰老而呈逐漸增加的趨勢(shì)，在灌漿過(guò)程中，蛋白水解酶活性的變化反映葉片的衰老情況[33]。本研究結(jié)果表明，在2種水分條件下，氮高效型、低效型和中間型小麥品種旗葉的蛋白水解酶活性從花后的整個(gè)灌漿期呈上升趨勢(shì)。而且氮高效型品種各時(shí)期蛋白水解酶活性一直高于其他4個(gè)品種，說(shuō)明氮高效型品種可以在小麥葉片衰老的過(guò)程中通過(guò)增加蛋白水解酶的活性來(lái)顯著增加籽粒中氮素的供應(yīng)，可提高氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率和籽粒蛋白質(zhì)含量。

氨的初始同化產(chǎn)物Gln和Glu一部分經(jīng)轉(zhuǎn)氨酶的作用，利用相應(yīng)碳架合成各種氨基酸后，直接用于代謝過(guò)程中蛋白質(zhì)的合成，其余一部分作為運(yùn)輸?shù)\(yùn)往其他代謝部位后被利用。根系吸收的NH4+大部分通過(guò)木質(zhì)部和韌皮部輸導(dǎo)組織輸送到地上部，供莖、葉、花和果實(shí)的需要。韌皮部運(yùn)輸?shù)暮衔镏饕訥ln、Glu和Asp為主[34]。AK是獲得天冬氨酸族氨基酸的關(guān)鍵酶之一[17]。目前還沒(méi)有關(guān)于小麥灌漿期間AK活性與氮素利用的相關(guān)性報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)，2種水分條件下隨著灌漿過(guò)程的推進(jìn)，參試小麥品種旗葉AK活性呈逐漸下降的趨勢(shì)，氮高效型品種各時(shí)期酶活性一直高于中間型和氮低效型品種。這表明，氮高效型品種不僅具有較高水平的氮素同化能力，同時(shí)在氮素的運(yùn)輸水平上也顯著高于其他品種。

3.2 小麥氮素高效利用的生理機(jī)制解析

從總體來(lái)看，在雨養(yǎng)條件下各種酶活性的變化趨勢(shì)總體上與灌溉條件下差異不大，只是品種間各時(shí)期酶活性的差距大小有所不同，這也反映了不同小麥品種的酶活性對(duì)水分的敏感程度的差異。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，2種水分條件下參試小麥灌漿期間的關(guān)鍵酶活性與氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率、花后對(duì)籽粒氮積累的貢獻(xiàn)率及單株產(chǎn)量皆呈顯著或極顯著正相關(guān)，與花前對(duì)籽粒氮積累的貢獻(xiàn)率和花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)合灌漿期間各種氮吸收關(guān)鍵酶活性的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)及在不同類型品種間的差異性分析，氮高效型小麥品種在灌漿期間可以維持較高水平的氮同化關(guān)鍵酶活性以及較高的可溶性蛋白含量和AK活性，進(jìn)而促進(jìn)氮素同化、運(yùn)輸以及氮素的再利用（圖4），最終獲得較高的籽粒氮素含量及籽粒產(chǎn)量。本研究結(jié)果可為探明氮素高效利用基因型小麥對(duì)氮素的吸收、積累、分配和轉(zhuǎn)運(yùn)特性及提高小麥氮素利用效率提供理論依據(jù)。

圖4 擬定的小麥氮素高效利用的生理機(jī)制方案Fig.4 Scheme of the proposed physiological mechanisms of high nitrogen use efficiency in wheat

4 結(jié)論

氮高效型小麥品種在灌漿期間可以維持較高水平的谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)化酶、谷氨酸合成酶活性以及較高的可溶性蛋白含量和天冬氨酸激酶活性。并且灌漿期間多數(shù)酶活性與氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率、花后對(duì)籽粒氮積累的貢獻(xiàn)率和單株產(chǎn)量皆呈顯著或極顯著的正相關(guān)，與花前對(duì)籽粒氮積累的貢獻(xiàn)率和花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。綜上所述，氮高效型小麥品種在灌漿期間具有更高的氮素同化、運(yùn)輸以及再利用能力，從而獲得較高的籽粒氮素積累量和籽粒產(chǎn)量。