玉米氮素高效利用的研究進展

郭戰(zhàn)備，丁振海，衛(wèi)曉軼，孫佩，張學舜

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

玉米是我國第一大糧食作物，需氮量較多，然而氮肥的不合理施用帶來了一系列的環(huán)境問題。目前我國氮肥的利用率僅為30%～40%，氮肥不足，造成玉米生長期氮素營養(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注的熱點，同時也是生態(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土壤的吸收緊密度相關；而氮素的利用效率與氮素在產(chǎn)量形成過程中所起的作用緊密相關。

有學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部分。并且發(fā)現(xiàn)在缺氮條件下，氮素的利用效率對產(chǎn)量起主導作用，而在高氮條件下氮素的吸收效率起主導作用。

2 國內外研究進展

關于玉米氮素效率的利用截至目前已有很多報道。Moll等用八個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題。李文娟等通過田間小區(qū)試驗，采用兩個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），對兩個氮素供應水平下干物質形成與氮素營養(yǎng)特性的差異進行了分析。張書萍等用五個玉米品種做試驗，在四種氮素水平處理下，對株高、穗位高、穗部性狀等農(nóng)藝性狀及生理性狀進行了研究，比較不同品種對氮素利用率的差異，并從中篩選出氮素利用率較高的玉米品種。張瑞珍等對六個玉米品種氮素營養(yǎng)效率差異進行了研究，分別測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。這些報道說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

不同基因型玉米對氮脅迫反應存在著明顯的差異，當前玉米氮營養(yǎng)的基因型差異研究越來越受到重視，并在實際生產(chǎn)中已取得了初步成效。向春陽等用七個玉米雜交種做材料分析了其對氮脅迫的反應，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，但敏感基因型玉米下降幅度更大，且試驗還鑒定出京科132和農(nóng)大108不僅耐低氮能力強，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 次級指標的選擇

玉米對氮素比較敏感，施用氮肥對玉米產(chǎn)量及其構成因素有顯著影響，但過量施氮不利于玉米產(chǎn)量的提高及其產(chǎn)量構成因素的改善。米國華等研究表明：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。而在氮素供應受限制時，作物對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。張福鎖等多年來從營養(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。

在植物所需要的大量元素中，氮素對植物的生長發(fā)育起重要作用，缺乏氮素不僅嚴重影響根系的生長發(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，進而影響植株的光合效率，最終導致產(chǎn)量的降低。硝酸還原酶是氮代謝過程中的第一酶，也是硝態(tài)氮同化過程中的限速酶。玉米基因型間硝酸還原酶活性（NRA）遺傳差異已有許多報道，Chevalier等認為不同基因型玉米體內硝態(tài)氮及還原態(tài)氮積累量與NRA相關。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，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，是氨同化的關鍵酶，王兵等研究表明，不同施氮水平對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。

［1］朱洪勛，張翔.長期施肥對小麥、玉米的增產(chǎn)效應及其對土壤養(yǎng)分的影響［J］.土壤通報，1997（04）：160－163.

［2］孫彭力，王慧君.氮素化肥的環(huán)境污染［J］.環(huán)境污染與防治，1995（01）：38－41.

［3］關義新，林葆，凌碧瑩.光、氮及其互作對玉米幼苗葉片光合和碳、氮代謝的影響［J］.作物學報，2000（06）：806－812.

［4］黃高寶，張恩和，胡恒覺.不同玉米品種氮素營養(yǎng)效率差異的生態(tài)生理機制［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2001（03）：293－297.

［5］張維理，田哲旭，張寧，等.我國北方農(nóng)用氮肥造成地下水硝酸鹽污染的調查［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，1995 0280－87.

［6］張福鎖，米國華，劉建安.玉米氮效率遺傳改良與應用［J］.農(nóng)業(yè)生物技術學報，1997（02）：112－117.

［7］Moll R H，Kamprath E J，Jackoon W A.Analysis and interpretation of factors which contribute to efficiency of nitrogen utilization［J］.Agronomy Journal，1982，74：562－568.

［8］李文娟，何萍，高強，等.不同氮效率玉米干物質形成及氮素營養(yǎng)特性差異研究［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2010（01）：51－57.

［9］張書萍，常程，劉晶，等.不同玉米品種氮素利用率差異性的研究［J］.遼寧農(nóng)業(yè)科學，2009（04）：8－11.

［10］GALLAIS A，COQUE M.Genetic vafiation and selection for nitrogen use efficiency in maize：a synthesis［J］.Maydica，2005，50：531－574.

［11］徐祥玉，張敏敏，翟丙年，等.夏玉米氮效率基因型差異研究［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2006（04）：495－499.

［12］向春陽，常強，馬興林，等.玉米不同基因型對氮營養(yǎng)脅迫的反應［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2002（04）：5－7.

［13］孫世友，張國印，王麗英，等.氮脅迫下不同效率玉米基因型的生理特性［J］.河北農(nóng)業(yè)科學，2006（01）：26－28.

［14］張瑞珍，張恩和，孫長占.不同基因型玉米品種氮素營養(yǎng)效率差異的研究［J］.吉林農(nóng)業(yè)大學學報，2003（02）：183－186.

［15］王友華，許海濤，許波，等.施用氮肥對玉米產(chǎn)量構成因素及其根系生長的影響［J］.中國土壤與肥料，2010（03）：55－57.

［16］米國華，劉建安，張福鎖.玉米雜交種的氮農(nóng)學效率及其構成因素剖析［J］.中國農(nóng)業(yè)大學學報，1998（S4）：97－104.

［17］春亮，陳范駿，張福鎖，等.不同氮效率玉米雜交種的根系生長氮素吸收與產(chǎn)量形成［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2005（11）：615－619.

［18］劉宗華，謝惠玲，王春麗，等.氮脅迫和非脅迫條件下玉米不同時期葉綠素含量的QTL分析［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2008（05）：845－851.

［19］劉宗華，湯繼華，王春麗，等.氮脅迫與非脅迫條件下玉米不同時期株高的動態(tài)QTL定位［J］.作物學報，2007（05）：782－789.

［20］李常健，林清華，張楚富.高等植物谷氨酰胺合成酶研究進展［J］.生物學雜志，2001（04）：13.

［21］王兵，楊亮，魏湜.氮素用量對玉米籽粒谷氨酰胺合成酶活性及產(chǎn)量的影響.東北農(nóng)業(yè)大學學報［J］.2008（06）：14－16.