不同小麥品種氮素利用效率特征差異的研究

張運紅，申其昆，杜 君，和愛玲，孫克剛，鄭春風(fēng)，楊煥煥，丁 華

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所/河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境重點實驗室，河南鄭州 450002； 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 河南鄭州 450002)

不同小麥品種氮素利用效率特征差異的研究

張運紅1，申其昆2，杜 君1，和愛玲1，孫克剛1，鄭春風(fēng)1，楊煥煥1，丁 華1

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所/河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境重點實驗室，河南鄭州 450002； 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 河南鄭州 450002)

為了給氮高效優(yōu)質(zhì)小麥品種的選育和栽培提供理論依據(jù)，采用盆栽試驗，研究了鄭麥0943、鄭麥0856和鄭麥7698三個中強筋小麥品種的氮素利用效率特征以及莖葉中氮組分、氮代謝酶活性的差異。結(jié)果顯示，施氮可顯著促進(jìn)小麥氮素的吸收和累積，不同小麥品種氮素利用效率特征存在明顯差異。3個小麥品種中，鄭麥0943氮素吸收量最大，氮素吸收效率和氮素利用效率均較高，氮素收獲指數(shù)也顯著高于其他兩個品種，且籽粒中氮素來源以后期根系氮素的吸收和轉(zhuǎn)移為主，前期地上部營養(yǎng)體的氮素轉(zhuǎn)移能力也明顯強于其他兩個品種；不施氮條件下，鄭麥0943開花期莖葉中具有較高的營養(yǎng)性氮含量和較低的結(jié)構(gòu)性氮和功能性氮含量，且施氮后功能性氮含量增幅最大，硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性也最高；不施氮條件下，鄭麥7698氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮素收獲指數(shù)均最低，鄭麥0856氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率最高，但氮素收獲指數(shù)低于鄭麥0943。綜合而言，鄭麥0943的氮肥生產(chǎn)效率最高，而鄭麥0856的氮素農(nóng)學(xué)利用效率最高，二者的氮素吸收效率和氮素表觀回收率均高于鄭麥7698。

小麥；氮素利用效率；特征；差異

小麥?zhǔn)俏覈匾纳唐芳Z和戰(zhàn)略性糧食儲備作物，常年播種面積和產(chǎn)量分別占全國糧食的1/4和1/5以上，其中，2016年全國小麥播種面積和產(chǎn)量分別為2 420萬公頃和12 858萬噸，這對保障我國糧食安全和小麥產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)增效與農(nóng)民增收起重要作用[1-2]。施用氮肥是保證小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的一項重要農(nóng)藝措施，合理的氮肥運籌可以保證小麥生長發(fā)育期間良好的氮素營養(yǎng)供應(yīng)，實現(xiàn)小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[3-4]。但目前，我國山東、河南、陜西等地區(qū)均存在氮肥過量施用問題，這不僅造成了肥料資源的極大浪費，還帶來一系列環(huán)境問題[5-7]，提高小麥的氮素利用效率是解決高產(chǎn)與環(huán)保這一矛盾的關(guān)鍵。篩選和培育氮高效型小麥品種是提高氮素利用效率的重要途徑之一，挖掘和利用作物自身高效吸收和利用氮素的遺傳潛力，已成為國內(nèi)外研究的熱點[8-10]。小麥對氮素的吸收、利用能力的差異，主要取決于氮素同化、轉(zhuǎn)運、再利用及分配能力的不同[11-13]。籽粒中氮素主要來自生育后期營養(yǎng)體中氮素的重新分配，較強的氮素轉(zhuǎn)移再分配能力對保證作物生育后期的氮素需要，實現(xiàn)作物高產(chǎn)至關(guān)重要[14-15]。氮在植物體內(nèi)以多種形態(tài)存在，根據(jù)其參與植株生理活性反應(yīng)的過程，分為營養(yǎng)性氮、功能性氮和結(jié)構(gòu)性氮3種形態(tài)[16]。氮素分配至各形態(tài)的量與植物氮利用效率密切相關(guān)。剛 爽等[17]報道，小麥莖稈和葉片中營養(yǎng)性氮含量與產(chǎn)量正相關(guān)(孕穗期除外)，籽粒中結(jié)構(gòu)性氮和功能性氮含量與產(chǎn)量正相關(guān)。硝酸還原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)是高等植物氮代謝中的主要酶類，其活性高低與植物體內(nèi)氮素形態(tài)轉(zhuǎn)化、氮素利用效率及產(chǎn)量密切相關(guān)[18]。

河南省是我國重要的糧食生產(chǎn)基地，其中小麥播種面積和總產(chǎn)約占全國的1/4，平均施氮量為234.6 kg·hm-2[19]。本試驗以漯麥18、濟麥22、小偃6號3個中筋小麥品種為對照，研究了中強筋小麥品種鄭麥0943、鄭麥0856和鄭麥7698的氮素吸收利用特征和莖葉中氮組分及相關(guān)酶活性的差異，以期進(jìn)一步揭示氮高效小麥品種氮素同化利用機制，為優(yōu)質(zhì)小麥高效氮肥管理和高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

6個供試小麥品種分別為鄭麥7698、鄭麥0856、鄭麥0943、漯麥18、小偃6號和濟麥22，品種來源及特性見表1，所有品種均由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所提供。

供試土壤為采自河南省鄭州市郊區(qū)的生土，土壤類型為潮土。土壤基本理化性質(zhì)為：有機質(zhì)3.5 g·kg-1，速效氮35.6 mg·kg-1，速效磷(P)2.7 mg·kg-1，速效鉀(K)102.6 mg·kg-1，pH 7.79。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2015年10月至2016年5月在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研園區(qū)進(jìn)行。采用土培盆栽試驗，選用聚乙烯塑料盆(直徑30 cm，高20 cm)，每盆裝過2 mm篩的土10 kg。設(shè)2個氮處理，分別為不施氮和施氮0.25 g·kg-1(參照田間習(xí)慣施氮水平設(shè)置)，氮肥50%基施，50%于拔節(jié)期追施。磷、鉀肥全部基施，用量分別為P2O50.12 g·kg-1，K2O 0.12 g·kg-1。其中，氮肥選用尿素(46.4%)，磷肥選用過磷酸鈣(10%)，鉀肥選用氯化鉀(60%)。每個處理5次重復(fù)，每桶6穴，每穴10粒，30 d后間苗至每穴6株，小麥生長期間通過稱重法維持盆中土壤水分含量在田間持水量的70%左右。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 氮含量的測定及氮素利用效率的計算

分別于開花期和成熟期取樣，并將成熟期植株樣品分為秸稈和籽粒兩部分，于105 ℃殺青0.5 h 后，70 ℃烘至恒重，測定干物質(zhì)重。采用H2O2-濃硫酸消化，半微量凱氏定氮法測定全氮含量。氮相關(guān)指標(biāo)按以下公式計算[16,20]：植株氮積累量=各器官氮含量×各器官干物質(zhì)重；氮素收獲指數(shù)=籽粒氮積累量/成熟期地上部氮積累總量×100%；氮素利用效率=籽粒產(chǎn)量/植株地上部氮積累量；氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率=植株干物質(zhì)總量/植株氮積累總量；氮素吸收效率=植株地上部氮素積累量/施氮量；營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量=開花期營養(yǎng)器官氮積累量-成熟期營養(yǎng)器官氮積累量；營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運率=營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量/開花期營養(yǎng)器官氮積累量×100%；氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒的貢獻(xiàn)率=氮素轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒氮積累量×100%；開花后根系氮素吸收及轉(zhuǎn)移量=籽粒氮積累量總量-氮轉(zhuǎn)移量；開花后根系氮素吸收及轉(zhuǎn)移量對籽粒的貢獻(xiàn)率=開花后根系氮素吸收及轉(zhuǎn)移量/成熟期籽粒氮積累量×100%；氮素表觀回收率=(施肥區(qū)作物氮積累量-空白區(qū)氮積累量)/施氮量×100%；氮素農(nóng)學(xué)利用率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量；氮肥生理利用率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)地上部氮積累量-不施氮區(qū)地上部氮積累量)；氮肥生產(chǎn)效率=籽粒產(chǎn)量/施氮量。

表1 供試品種來源及特性Table 1 Source and characteristics of the tested wheat varieties

1.3.2 氮形態(tài)的測定

氮形態(tài)的測定參照楊鐵剛等[21]的方法進(jìn)行改進(jìn)。將樣品置于瓷研缽中，加30 mL 10%的氯化鈉溶液，研磨至勻漿。2 500 r·min-1離心3～5 min，收集上清液，重復(fù)3次。取10 mL上清液，經(jīng)1 mL 5%三氯乙酸沉淀、過濾、烘干硝化后測定沉淀物中的氮含量為功能性氮；另取10 mL上清液烘干硝化后測定的總氮為功能性氮和營養(yǎng)性氮的總和，減去功能性氮即為營養(yǎng)性氮；結(jié)構(gòu)氮含量則為鮮樣全氮含量減去功能氮與營養(yǎng)性氮。

1.3.3 氮同化相關(guān)酶活性的測定

于開花期采集小麥功能葉片測定氮同化關(guān)鍵酶活性，其中，NR活性采用磺胺比色法測定[22]，GS活性采用三氯化鐵比色法測定[23]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行處理，利用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析，并采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對不同小麥品種氮素吸收和轉(zhuǎn)移的影響

2.1.1 對氮素吸收的影響

表2顯示，施氮可顯著提高不同小麥品種氮含量，其中，花期秸稈氮含量增加1.82～3.21倍，以濟麥22增幅最大，其次是鄭麥0943，鄭麥7698和小偃6號增幅較??；成熟期秸稈氮含量增加1.15～2.57倍，以鄭麥0856增幅最大，鄭麥7698和濟麥22增幅較小；成熟期籽粒氮含量增加0.91～1.40倍，以鄭麥0856和鄭麥0943增幅最大，濟麥22增幅最小。不同小麥品種比較，不施氮條件下，鄭麥7698的花期秸稈氮含量、成熟期秸稈氮含量和籽粒氮含量均最高，鄭麥0943最低；施氮條件下，花期秸稈氮含量以濟麥22最高，漯麥18最低；成熟期秸稈氮含量以鄭麥0856最高，濟麥22和小偃6號最低；成熟期籽粒氮含量，以鄭麥7698最高，漯麥18和濟麥22最低。

施氮還可顯著提高不同小麥品種氮積累量，其中，花期秸稈氮積累量增加2.03～6.66倍，成熟期秸稈氮積累量增加1.53～6.06倍，二者均以鄭麥0943增幅最大，其次是鄭麥0856和漯麥18，小偃6號和鄭麥7698增幅最??；成熟期籽粒氮積累量增加4.78～10.03倍，總氮積累量增加3.60～8.32倍，二者均以鄭麥0856增幅最大，濟麥22和小偃6號增幅相對最小。不同小麥品種比較，不施氮條件下，花期秸稈氮積累量、成熟期秸稈氮積累量和總氮積累量均以鄭麥7698和小偃6號最高，籽粒氮積累量則以鄭麥0943、濟麥22和小偃6號最高，且三者間無顯著差異；施氮條件下，花期秸稈氮積累量、成熟期籽粒氮積累量和總積累量均以鄭麥0943最高，秸稈氮積累量以鄭麥0856最高。

表2還顯示，不施氮條件下，鄭麥0943和濟麥22的氮素利用效率最高，分別為0.623 kg·kg-1和0.593 kg·kg-1，鄭麥7698最低，為0.338 kg·kg-1；施氮條件下，濟麥22的氮素利用效率最高，為0.329 kg·kg-1，鄭麥0856和鄭麥7698最低，分別為0.248 kg·kg-1和0.249 kg·kg-1。不施氮條件下，鄭麥0856的氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率最高，為1.857 kg·kg-1，濟麥22最低，為1.588 kg·kg-1；施氮條件下，濟麥22的氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率最高，為0.701 kg·kg-1，其他品種間無顯著差異。該結(jié)果說明，施氮可顯著促進(jìn)小麥氮素的吸收和累積，不同小麥品種氮素利用效率及氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率存在明顯差異；3個中強筋小麥品種以鄭麥0943氮素利用效率較高，不施氮條件下，鄭麥0856氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率較高。

2.1.2 對氮素轉(zhuǎn)移的影響

氮收獲指數(shù)(NHI)是衡量植物體內(nèi)氮素向籽粒轉(zhuǎn)移的重要參數(shù)，反應(yīng)氮素在植株體內(nèi)的分配情況[16]。表3顯示，施氮后小麥NHI增加2.59%～56.79%，以鄭麥7698增幅最大，鄭麥0943增幅最小。不同小麥品種比較，不施氮條件下，濟麥22和鄭麥0943的NHI最高，鄭麥7698最低；施氮條件下，濟麥22和小偃6號的NHI最高，鄭麥0856最低。施氮還可提高小麥地上部氮轉(zhuǎn)運量2.80～8.16倍，其中，以鄭麥0943和鄭麥0856增幅最大，小偃6號增幅最小。不同小麥品種比較，不施氮條件下，小偃6號轉(zhuǎn)運量最大，其余品種無顯著差異；施氮條件下，鄭麥0943和小偃6號轉(zhuǎn)運量最大，漯麥18轉(zhuǎn)運量最小。不管是施氮還是不施氮條件下，均以小偃6號的轉(zhuǎn)運率最高，其次是濟麥22和鄭麥0943，鄭麥7698、漯麥18和鄭麥0856相對較低。不施氮條件下，以小偃6號的地上部營養(yǎng)體氮對籽粒的貢獻(xiàn)率最高，鄭麥0943和濟麥22最低；施氮條件下，以小偃6號最高，鄭麥0856和漯麥18最低。

表3還顯示，施氮可提高小麥花后氮素吸收量4.46～10.50倍，其中以鄭麥0856增幅最大，濟麥22增幅最小；不同小麥品種比較，不施氮條件下，鄭麥0943和濟麥22的花后氮素吸收量最大，其余品種無顯著差異；施氮條件下，鄭麥0943和鄭麥0856的花后氮素吸收量最大，小偃6號最小?；ê蟮匚樟繉ψ蚜５呢暙I(xiàn)率，不施氮條件下，以鄭麥0943和濟麥22最高，小偃6號最低；施氮條件下，漯麥18最高，其次是鄭麥0943和鄭麥7698，小偃6號最低。該結(jié)果說明，3個中強筋小麥品種中，鄭麥0943吸收的氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移的能力較強，且籽粒的氮素來源以生育后期根系吸收氮素的轉(zhuǎn)移為主，前期地上部營養(yǎng)體的氮素轉(zhuǎn)移能力也明顯強于其他兩個中強筋小麥品種。

2.2 施氮對開花期不同小麥品種莖葉氮組分含量的影響

表4顯示，施氮可顯著提高不同小麥品種莖葉中營養(yǎng)性氮、功能性氮和結(jié)構(gòu)性氮的含量，其中，營養(yǎng)性氮含量增加1.31～3.44倍，以小偃6號和鄭麥0856增幅最大，鄭麥0943增幅最?。徊煌←溒贩N比較，不施氮條件下，鄭麥0943營養(yǎng)性氮含量最高，其次是鄭麥7698和小偃6號，濟麥22和鄭麥0856最低；施氮條件下，小偃6號最高，其次是漯麥18和鄭麥7698，濟麥22和鄭麥0856最低。施氮后小麥莖葉中功能性氮含量增加0.60～3.00倍，其中，以鄭麥0943和鄭麥7698增幅最大，濟麥22增幅最??；不同小麥品種比較，不施氮條件下，漯麥18和濟麥22功能性氮含量最高，鄭麥0943最低；施氮條件下，鄭麥7698最高，其次是鄭麥0943和漯麥18，鄭麥0856和濟麥22最低。施氮后小麥莖葉中結(jié)構(gòu)性氮含量增加1.36～3.42倍，其中，以濟麥22增幅最大，其次是漯麥18和鄭麥0856，鄭麥7698增幅最??；不同小麥品種比較，不施氮條件下，鄭麥7698結(jié)構(gòu)性氮含量最高，漯麥18最低；施氮條件下，鄭麥0856、濟麥22和鄭麥0943最高，其次是鄭麥7698，漯麥18最低。該結(jié)果說明，施氮可提高小麥莖葉中不同氮組分含量，3個中強筋小麥品種中，鄭麥0943功能性氮含量增幅最大，且不施氮條件下營養(yǎng)性氮含量最高，結(jié)構(gòu)性氮和功能性氮含量較低；鄭麥0856營養(yǎng)性氮含量增幅最大，且不施氮條件下其含量最低。

2.3 施氮對開花期不同小麥品種氮同化關(guān)鍵酶活性的影響

圖1顯示，施氮可顯著提高開花期不同小麥品種功能葉片NR和GS活性，其中，不施氮條件下NR活性為1.88～3.22 μg·h-1·g-1FW，施氮條件下為5.31～7.89 μg·h-1·g-1FW，以濟麥22增幅最大，施氮處理為不施氮處理的3.31倍，小偃6號增幅最小，施氮處理為不施氮處理的1.76倍。不同小麥品種比較，不施氮處理下，以鄭麥0856和鄭麥0943的NR活性最高，濟麥22和漯麥18的NR活性最低；施氮條件下，以鄭麥0943和鄭麥0856的NR活性最高，小偃6號NR活性最低。不施氮條件下GS活性為1.41～3.44 A540·h-1·g-1FW，施氮條件下為7.49～13.84 A540·h-1·g-1FW，以鄭麥0856的 GS活性增幅最大，施氮處理為不施氮處理的9.16倍，鄭麥7698增幅最小，施氮處理為不施氮處理的2.47倍。不同小麥品種比較，不施氮條件下，以鄭麥7698和鄭麥0943的GS活性最高，其次是漯麥18和濟麥22，鄭麥0856和小偃6號GS活性最低；施氮條件下，以鄭麥0943和鄭麥0856的GS活性最高，濟麥22活性最低。該結(jié)果說明，施氮可提高小麥氮同化關(guān)鍵酶活性，加快氮代謝進(jìn)程；且不同小麥品種氮代謝酶活性對氮素的反應(yīng)存在差異，鄭麥0943氮同化酶活性相對較高。

表2 不同小麥品種氮素吸收的差異Table 2 Differences in nitrogen absorption of different wheat varieties

同列數(shù)字后不同小寫字母表示品種間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different letters following data in the same column indicate significant difference among different wheat varieties(P<0.05).The same in other tables.

表4 開花期不同小麥品種莖葉氮組分含量的差異Table 4 Differences of nitrogen content in stem and leaf in different wheat varieties at flowering stage

圖柱上不同小寫字母表示品種間差異在0.05水平上顯著。

Different small letters above the columns mean significant difference among different wheat varieties at 0.05 level.

圖1開花期不同小麥品種氮同化關(guān)鍵酶活性的差異

Fig.1Differencesoftheactivitiesofkeyenzymesinnitrogenassimilationindifferentwheatvarietiesatfloweringstage

2.4 不同小麥品種氮素利用效率的差異

表5顯示，鄭麥0856和鄭麥0943的氮素吸收效率最高，分別為51.66 kg·kg-1和50.53 kg·kg-1，其次是鄭麥7698，濟麥22最低；氮素表觀回收率也以鄭麥0856和鄭麥0943最高，分別為46.11 kg·kg-1和43.90 kg·kg-1，其次是鄭麥7698和漯麥18，濟麥22最低；氮素農(nóng)學(xué)利用率以鄭麥0856最高，為10.01 kg·kg-1，其次是鄭麥0943，小偃6號最低；氮肥生理利用率以濟麥22最高，為0.270 kg·kg-1，其次是漯麥18和鄭麥7698，其余品種無顯著差異；氮肥生產(chǎn)效率以鄭麥0943最高，為13.59 kg·kg-1，其次是鄭麥0856和濟麥22，小偃6號最低。該結(jié)果說明，不同小麥品種氮素利用效率存在差異；3個中強筋小麥品種中，鄭麥0943的氮肥生產(chǎn)效率最高，而鄭麥0856的氮素農(nóng)學(xué)利用效率最高，二者的氮素吸收效率和氮素表觀利用率均高于鄭麥7698。

表5 不同小麥品種氮素利用效率的差異Table 5 Differences of nitrogen utilization efficiency in different wheat varieties

3 討 論

氮高效型小麥的選育和栽培是提高小麥氮肥利用效率的主要措施之一，也是減少農(nóng)業(yè)產(chǎn)生面源污染的重要途徑，而小麥氮素吸收利用的基因型差異是選育氮高效型品種的基礎(chǔ)[24-25]。作物的氮效率可以分解為氮素吸收效率和氮素利用效率兩個方面[26]。趙滿興等[27]認(rèn)為，氮高效基因型應(yīng)同時具有較高的氮素吸收能力和再轉(zhuǎn)運能力。本研究中，3個中強筋小麥品種氮素吸收利用存在明顯差異，不施氮條件下，鄭麥7698氮積累量高于鄭麥0943和鄭麥0856，但NHI、氮素利用效率和氮素干物質(zhì)產(chǎn)生率均最低，可能與其具有較高的生物量和較低的收獲指數(shù)有關(guān)[3]；鄭麥0856不施氮條件下氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率最高，但NHI低于鄭麥0943；鄭麥0943的NHI不管是施氮條件下還是不施氮條件下均最高，氮素利用效率和氮肥生產(chǎn)效率也高于其他兩個品種，初步說明鄭麥0943具有氮素高效利用特征，這與大田試驗結(jié)果相一致[28]。樊高瓊等[29]研究表明，籽粒氮素的積累主要來自于花前積累氮素的再分配，但花后植株具有較強的氮素吸收合成能力是產(chǎn)量提高的保障。張錫洲等[12]研究發(fā)現(xiàn)，氮素生產(chǎn)效率高的小麥品種具有抽穗前期氮素利用能力強、抽穗期-成熟期氮素吸收與再利用能力強等特點。本研究中，鄭麥0943具有較高的花前吸收氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運量和花后氮素吸收量，共同促進(jìn)了籽粒中氮積累量和NHI的增加，這可能是其氮素利用效率較高的主要原因。作物根系吸收的無機氮在根、葉片和籽粒中被同化為氨基酸或酰胺，這些無機氮和氨基酸組成了營養(yǎng)性氮，營養(yǎng)性氮又被進(jìn)一步合成為各種酶和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組成成分，故營養(yǎng)性氮是細(xì)胞合成各種功能性氮和結(jié)構(gòu)性氮的“原料”，功能性氮和結(jié)構(gòu)性氮是氮素同化的最終產(chǎn)物[16]。本研究顯示，不施氮條件下，鄭麥0943具有較高的營養(yǎng)性氮含量和較低的結(jié)構(gòu)性氮和功能性氮含量，說明花后莖葉營養(yǎng)性氮含量的升高是籽粒對莖葉輸出氮素需求增加所致，從而導(dǎo)致莖葉中結(jié)構(gòu)性氮的分解轉(zhuǎn)運，這是其具有較高的從營養(yǎng)器官獲取氮素能力的重要原因。NR是植物氮代謝的關(guān)鍵酶，而且是催化NO3-轉(zhuǎn)化為氨基酸的第一步反應(yīng)，同時也是植物體內(nèi)氮素同化中的限速酶，而GS是處于氮代謝中心的多功能酶，參與植物中多種氮代謝的調(diào)節(jié)，其活性提高可促進(jìn)氮代謝運轉(zhuǎn)增強，促進(jìn)氨基酸的合成和轉(zhuǎn)化[24，30]。有研究顯示，不同氮效率小麥品種在氮代謝關(guān)鍵酶活性上存在著明顯的遺傳差異[24]。本試驗中，鄭麥0943具有較高的NR和GS活性，且施氮后莖葉中功能性氮增幅最大，其氮素吸收效率也較高，這為其較強的氮素轉(zhuǎn)運提供了“源動力”。我們先前的研究顯示[3]，3個中強筋小麥品種中，鄭麥0943產(chǎn)量最高，且不施氮減產(chǎn)幅度較小，可能與其較高的氮素利用效率有關(guān)。在作物氮素吸收利用的基因型評價中，多以籽粒氮素利用效率作為評價指標(biāo)，關(guān)注的是籽粒對氮素的高效利用，試圖通過單位氮肥投入獲得更高的作物籽粒產(chǎn)量[31]。然而，從農(nóng)業(yè)面源污染治理角度，選用高氮吸收能力的作物品種，可減少農(nóng)田氮素?fù)p失。隨著秸稈還田的普及，小麥籽粒高氮積累量不僅是其品質(zhì)的保障，其品種推廣也是降低農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險的重要途徑。本研究中鄭麥0943籽粒氮積累量、NHI及氮素利用效率均最高，且產(chǎn)量顯著高于其他兩個中強筋小麥品種，在當(dāng)前集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，選擇這類高產(chǎn)及高氮吸收能力的品種有助于維護(hù)糧食安全，減輕作物生產(chǎn)造成的面源污染。

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DifferencesintheCharacteristicsofNitrogenUtilizationEfficiencyofDifferentWheatVarieties

ZHANGYunhong1,SHENQikun2,DUJun1,HEAiling1,SUNKegang1,ZHENGChunfeng1,YANGHuanhuan1,DINGHua1

(1.Institute of Plant Nutrition,Agricultural Resources and Environmental Science,Henan Academy of Agricultural Sciences/Henan Key Laboratory of Agricultural Eco-Environment,Zhengzhou,Henan 450002,China; 2.College of Resources and Environment,Henan Agricultural University,Zhengzhou,Henan 450002,China)

In order to provide theoretical basis for the breeding and cultivation of wheat varieties with high yield and nitrogen(N) efficiency,pot experiments were used to study the characteristics of N utilization efficiency of three wheat(TriticumaestivumL.) varieties(Zhengmai 0943,Zhengmai 0856 and Zhengmai 7698) with medium and strong gluten and their differences in N fractions and enzyme activity involved in N metabolism.Results showed that applying N fertilizer improved N absorption and accumulation in wheat,and there were differences in N utilization efficiency among different wheat varieties.Zhengmai 0943 had the highest N accumulation and higher N uptake and utilization efficiency.N harvest index(NHI) of Zhengmai 0943 was also significantly higher than that of the other two wheat varieties.N in grains of Zhengmai 0943 came mainly from the transfer of N absorbed by the root at the late growth stage,and the transferring ability of N from aboveground vegetative organs to grains at the early growth stage was stronger than the other two wheat varieties.Under the condition of no N application,Zhengmai 0943 had higher assimilable N content but lower structural and functional N content in stalk and leaves at flowering stage,with the maximum increase in functional N content after N application,and it had the highest activity of nitrate reductase and glutamine synthetase.Under the condition of no N application,Zhengmai 7698 had the lowest N dry matter production efficiency(NDMPE) and NHI; Zhengmai 0856 had the highest NDMPE and lower NHI than those of Zhengmai 0943.Overall,Zhengmai 0943 had the highest N fertilizer production efficiency,while Zhengmai 0856 had the highest agronomic N utilization efficiency,and their N uptake efficiency and N recovery efficiency were higher than those of Zhengmai 7698.

Wheat(TriticumaestivumL.); Nitrogen utilization efficiency; Characteristics; Differences

時間：2017-11-14

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20171114.1028.026.html

2017-02-16

2017-07-17

2017年度河南省科技開放合作項目(172106000044)；“十二五”國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B07，2015BAD23B0208)

E-mail：snowgirl23@126.com

孫克剛(E-mail:kgsun@ipni.ac.cn)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)11-1503-09