控釋尿素與保水劑互作對玉米糖類代謝的影響

聶良鵬　郭利偉　寧堂原　郭慧玲　呂玉虎　郭曉彥　陳雪青　史鵬飛　張麗霞　張琳　潘茲亮

摘要 設(shè)置施肥方式和保水劑2個因素，研究控釋尿素施用方式與保水劑互作對玉米穗位葉上蔗糖含量、蔗糖合成酶活性、磷酸蔗糖合成酶活性和籽粒中直鏈淀粉與支鏈淀粉含量的影響。結(jié)果表明，控釋尿素施肥方式與保水劑互作對玉米糖類代謝影響顯著，花后30 d是改良玉米籽粒品質(zhì)的關(guān)鍵時期。與普通尿素相比，包膜控釋尿素底施和深施能提高穗位葉的磷酸蔗糖酶活性，促進葉片內(nèi)蔗糖的合成，使葉片內(nèi)蔗糖含量維持較高的水平，保水劑降低了葉片內(nèi)蔗糖合成酶活性。普通尿素與保水劑耦合后能提高籽粒內(nèi)淀粉含量，并且能顯著提高支鏈淀粉的含量。

關(guān)鍵詞 控釋尿素；保水劑；施肥方式；玉米；蔗糖代謝；酶活性

中圖分類號 S153 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）20-0008-04

Abstract Effect of interaction of controlled release urea and water retaining agent on sucrose content，sucrose synthase activity，sucrose phosphate synthase activity，amylose content and amylopectin content in maize ear leaves were studied.The results showed that interaction between fertilization ways of controlled-release urea and water retaining agent significantly affected on sugar metabolism，30 d after flowering is the key period for improving grain quality of maize.Compared with ordinary urea，the membrane controlled release urea and deep application can improve the activity of sucrose in the ear of maize leaf，promote the synthesis of sucrose in the leaves，so that the content of sucrose in the leaves is maintained at a high level，and the water retenting agent can reduce the activity of sucrose synthase in the leaves.Coupling between ordinary urea and water retention agent can improve the grain starch content，and significant improve the branched chain starch content.

Key words controlled release urea；water retaining agent；fertilization way；maize；sucrose metabolism；enzyme activity

玉米需肥較多，選擇合理的氮肥類型與施肥方式對提高玉米氮素利用效率尤其重要[1-3]。與普通尿素相比，包膜控釋尿素既可以顯著提高作物產(chǎn)量，又能提高氮素利用率，還能減少環(huán)境污染[4]。不同的施氮方式提供的氮素量不同，適宜的施氮方式可以促進氮素的吸收和利用，為葉片供給充足的養(yǎng)分含量，延長光合作用時間[5-9]。保水劑對水肥具有調(diào)控作用，其與氮肥配施可以促進作物生長，提高作物產(chǎn)量[10]。淀粉是玉米籽粒的主要成分，其原料來源于淀粉降解產(chǎn)生的蔗糖或葉片合成[11]，葉片中SS、SPS是參與蔗糖合成與降解的主要酶，其活性與葉片提供底物的數(shù)量有直接關(guān)系，從而影響淀粉的合成[12]。本試驗以玉米品種鄭單958為試驗材料，研究控釋尿素與保水劑互作對玉米糖類代謝的影響，旨在為玉米產(chǎn)量提高及籽粒品質(zhì)改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實驗站進行，地處東經(jīng)117°09′03″，北緯36°10′19″，屬溫帶半濕潤大陸性氣候，土壤為棕壤土，0～20 cm土層有機質(zhì)、全氮含量分別為12.9、1.0 g/kg；堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為89.8、52.6、88.9 mg/kg。當?shù)?月中旬至10月上旬（玉米生育期間）多年平均降水量為512 mm。

1.2 試驗材料

供試作物：玉米，品種為鄭單958。供試肥料：樹脂包膜尿素，N質(zhì)量分數(shù)為43.4%。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采取裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為保水劑措施，副區(qū)為施肥方式，主區(qū)分為不施保水劑（W0）和施保水劑（W1）2個水平，保水劑用量45 kg/hm2；副區(qū)分為CB（控釋尿素底施，在玉米種植行正下方開溝，溝深15 cm，先將肥料施入，填土至溝深3～5 cm，然后在溝內(nèi)播種玉米，再蓋土、平整地面）、U5（普通尿素側(cè)施，在玉米種植行一側(cè)10 cm處開溝施肥，溝深5 cm）、U10（普通尿素側(cè)施，在玉米種植行一側(cè)10 cm處開溝施肥，溝深10 cm）、C5（控釋尿素側(cè)施，在玉米種植行一側(cè)10 cm處開溝施肥，溝深5 cm）、C10（控釋尿素側(cè)施，在玉米種植行一側(cè)10 cm處開溝施肥，溝深10 cm）5個水平。

播前對田塊進行旋茬處理。6月21日播種，播種深度3～5 cm，行距60 cm，株距約25 cm。播前對種子進行精選，以保證純度和出苗整齊。10月8日收獲。每個小區(qū)寬4 m（畦寬3.6 m），長25 m，種6行玉米，3次重復(fù)。各處理施氮量為225 kg/hm2，磷、鉀肥全部基施，施用量均為150 kg/hm2。

1.4 測定指標與方法

開花時分別將同一天開花的植株進行掛牌標記?；ê竺扛?0 d取一次樣品，將玉米穗位葉中部葉片、玉米穗中部籽粒取下用液氮固定后放在-80℃冰箱保存待測。

1.4.1 蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性。取預(yù)冷的玉米籽粒1g左右（SPS活性測定可取預(yù)冷剪碎的去主葉脈的葉片0.5 g左右），加入4 mL緩沖液A（50 mmol/L Tris-HCl，2 mmol/L EDTA-Na2、pH值為7.0的10 mmol/ LMgCl2、2%乙二醇、20 mmol/L巰基乙醇），冰浴快速研磨成糊狀，轉(zhuǎn)移到離心管中，在4 ℃ 10 000×g低溫冷凍離心機上離心30 min，取上清液測定酶活性。

在反應(yīng)介質(zhì)中（總體積0.15 mL，含50 mmol/L Tris-HCl，10 mmol/L果糖、3 mmol/L UDPG、pH值為7.0的10 mmol/L MgCl2），加入酶液100 μL，水浴中（30 ℃）反應(yīng)10 min，加入2 mol/L NaOH 0.05 mL，沸水浴放置10 min，流水冷卻。再加入0.5 mL 0.1%的間苯二酚和1.5 mL濃鹽酸，搖勻后在80 ℃水浴中保溫10 min，拿出冷卻后，在480 nm波長下比色測定蔗糖的含量。

在SS反應(yīng)體系中用10 mmol/L果糖-6-磷酸代替10 mmol/L果糖，其余均按SS活性測定的方法測定SPS活性。

1.4.2 蔗糖含量測定。在0.2 mL 80%乙醇提取液中加入200 μL 2 mol/L NaOH，混勻后沸水浴10 min，以分解掉葡萄糖、果糖等還原糖；再加入2 mL 30% HCl混勻，80 ℃水浴中保溫10 min，之后加入1 mL 1%間苯二酚，混勻后80 ℃水浴中保溫10 min，拿出冷卻后，在480 nm波長下比色測定蔗糖含量。

1.4.3 籽粒淀粉含量測定。采用雙波長法測定籽粒淀粉含量，用UV-2450型紫外分光光度計測定吸光值。

2 結(jié)果與分析

2.1 尿素施用方式與保水劑互作對玉米蔗糖含量的影響

由圖1可知，不同處理對玉米穗位葉蔗糖含量影響顯著，無論保水劑施用與否，各施肥處理玉米穗位葉內(nèi)蔗糖含量均呈現(xiàn)出單峰變化曲線，在花后30 d達到峰值；在開花30 d至收獲期，各處理蔗糖含量均表現(xiàn)為CB最大，U5最低，其中C10>C5，U10>U5，C5>U5，C10>U10，表明同一尿素類型下深施肥料更能提高玉米穗位葉片內(nèi)的蔗糖含量，同一施肥深度下控釋尿素處理比普通尿素處理更能提高蔗糖含量。與W0相比，W1條件下，從花后30 d開始，W1各處理蔗糖含量明顯高于W0，越是后期越顯著，處理U5、U10在花后50 d時分別提高了14.75%和14.49%。

2.2 尿素施用方式與保水劑耦合對玉米穗位葉磷酸蔗糖合成酶（SPS）活性的影響

由圖2可知，不同施肥處理對玉米穗位葉葉片內(nèi)SPS活性影響不同，無論施用保水劑與否，各處理葉片內(nèi)SPS活性表現(xiàn)為單峰變化曲線，在花后30 d左右時達到峰值；5種處理葉片的SPS活性在花后10～30 d表現(xiàn)為CB>C10>C5>U10>U5，花后40～50 d也表現(xiàn)為這種趨勢，但差異不明顯，表明施用控釋尿素能提高玉米花后穗位葉SPS活性。W0條件下，花后30 d以后，各處理葉片內(nèi)SPS活性差異逐步縮小，到花后50 d時，U5和U10處理差異不顯著，而C5和C10差異顯著；W1條件下，表現(xiàn)出同樣的變化趨勢，表明控釋尿素深施可以顯著改善玉米生長發(fā)育后期穗位葉SPS活性。W1條件下，各施肥處理花后30～50 d葉片內(nèi)的SPS活性均顯著高于無保水劑處理，表明施用保水劑可以顯著改善玉米生長發(fā)育后期穗位葉SPS活性。

2.3 尿素施用方式與保水劑耦合對玉米穗位葉蔗糖合成酶（SS）活性的影響

由圖3可知，不同尿素施用方式與保水劑耦合顯著影響著玉米穗位葉內(nèi)SS的活性，保水劑施用與否，各處理花后葉片內(nèi)SS活性呈先升高后降低的趨勢，在花后30 d時達到最大值。W0條件下，SS活性在玉米花后呈現(xiàn)緩慢上升（花后10～20 d）—快速上升（花后20～30 d）—快速下降（花后30～50 d）的趨勢，玉米生長發(fā)育后期（花后30～50 d）葉片內(nèi)SS的活性均表現(xiàn)為U5顯著低于其他4種處理。W1條件下，各處理在玉米花后呈現(xiàn)快速上升（花后10～30 d）—緩慢下降（花后30～40 d）—快速下降（花后40～50 d）的趨勢，各處理花后10 d葉片內(nèi)SS活性顯著低于W0，而開花40 d以后表現(xiàn)相反，表明增施保水劑能提高玉米生長發(fā)育后期葉片內(nèi)SS活性。與W0處理相比，W1條件下，開花50 d時，普通尿素處理的SS活性顯著提高，表明普通尿素與保水劑耦合能顯著提高玉米穗位葉葉片內(nèi)SS活性。

2.4 尿素施用方式與保水劑耦合對玉米籽粒直鏈淀粉含量的影響

由圖4可知，隨著玉米生長發(fā)育，玉米籽粒內(nèi)直鏈淀粉的含量增加表現(xiàn)出由快到慢的趨勢，其中花后10～30 d快速增加，30～50 d緩慢增加。W0條件下，開花10 d左右，表現(xiàn)為普通尿素處理優(yōu)于控釋尿素處理，U10大于U5。從開花20 d開始，直鏈淀粉含量表現(xiàn)為控釋尿素處理優(yōu)于普通尿素處理，在開花50 d時，表現(xiàn)為CB處理最高，U5處理最低，與其他處理差異顯著，其他3個處理之間差異不顯著。增施保水劑以后，在玉米生長發(fā)育的中后期，保水劑提高了普通尿素處理籽粒的直鏈淀粉含量；在開花50 d時，與W0處理相比，U10和U5分別提高了籽粒內(nèi)直鏈淀粉含量5.68%和6.72%，而W1條件下控釋尿素處理增加效果卻不顯著，表明普通尿素與保水劑耦合能顯著提高玉米籽粒內(nèi)直鏈淀粉含量。

2.5 尿素施用方式與保水劑耦合對玉米籽粒支鏈淀粉含量的影響

由圖5可知，無論施用保水劑與否，各處理支鏈淀粉含量表現(xiàn)為花后10～30 d快速增加，30～50 d緩慢增加的趨勢。W0條件下，玉米生長發(fā)育中后期（開花后30～50 d），控釋尿素處理的籽粒直鏈淀粉顯著高于普通尿素處理；在花后50 d時，處理CB分別高出C10、C5、U10和U5處理0.74%、4.75%、12.93%和21.41%。表明在提高支鏈淀粉含量上，底施處理優(yōu)于施肥深度10 cm，施肥深度10 cm優(yōu)于施肥深度5 cm。增施保水劑以后，玉米生長發(fā)育中后期（開花后30～50 d），普通尿素處理的支鏈淀粉含量顯著升高，在開花50 d時，U10和U5處理分別高出W0條件下8.02%和14.87%，表明普通尿素與保水劑耦合能顯著提高玉米籽粒支鏈淀粉含量。W1條件下，花后50 d時，CB處理分別高出C10、C5、U10和U5處理1.72%、6.26%、6.71%和8.47%，表明控釋尿素底施或者側(cè)深施處理較普通尿素淺施更能提高籽粒內(nèi)支鏈淀粉含量。

3 結(jié)論與討論

施用保水劑可以顯著提高植株養(yǎng)分含量和積累量，有利于提高肥料利用率，且隨著保水劑施用量的增加，其養(yǎng)分利用率提高[13]。茍春林等[10]研究表明，保水劑和尿素、碳酸氫銨配合施用能顯著提高玉米生物學(xué)產(chǎn)量、根系干重和水肥利用效率。本研究表明，施用保水劑可以顯著改善玉米生長發(fā)育后期穗位葉SPS活性，普通尿素與保水劑耦合能顯著提高玉米穗位葉葉片內(nèi)SS活性、顯著提高玉米籽粒內(nèi)直鏈淀粉和支鏈淀粉含量。有學(xué)者提出，肥料深施增加了玉米根系向深層的延伸，增加了肥料的吸收[14]。邵 蕾等[15]研究表明，草莓生產(chǎn)上底施包膜控釋尿素效果更好。本研究表明，同一尿素類型下，深施肥料更能提高玉米穗位葉片內(nèi)的蔗糖含量；同一施肥深度下，控釋尿素比普通尿素更能提高蔗糖含量?？蒯屇蛩厣钍┛梢燥@著改善玉米生長發(fā)育后期穗位葉SPS活性，控釋尿素底施或者側(cè)深施較普通尿素淺施更能提高籽粒內(nèi)支鏈淀粉含量。其原因可能是底施肥料更容易被根系獲取，同時誘導(dǎo)根系下扎，提高氮肥利用率，促進淀粉的生成[16]?；ê?0 d左右出現(xiàn)SPS、SS活性最高值和玉米籽粒灌漿速率峰值，表明花后30 d左右是淀粉合成的關(guān)鍵時期，抓住這個關(guān)鍵時期進行調(diào)控，可以較好地改善玉米品質(zhì)。

4 參考文獻

[1] 趙斌，董樹亭，王空軍，等.控釋肥對夏玉米產(chǎn)量及田間氨揮發(fā)和氮素利用率的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2009，20（11）：2678-2684.

[2] 李廣浩，趙斌，董樹亭，等.控釋尿素水氮耦合對夏玉米產(chǎn)量和光合特性的影響[J].作物學(xué)報，2015，41（9）：1406-1415.

[3] 趙斌，董樹亭，張吉旺，等.控釋肥對夏玉米產(chǎn)量和氮素積累與分配的影響[J].作物學(xué)報，2010（36）：1760-1768.

[4] OGOLA J B O，WHEELER T R，HARRIS P M.Effects of nitrogen and irrigation on water use of maize crops[J].Field Crops Research，2002，78：105-117.

[5] 漆棟良，吳雪，胡田田.施氮方式對玉米根系生長、產(chǎn)量和氮素利用的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，47（14）：2804-2813.

[6] 劉波，魯劍巍，李小坤，等.不同栽培模式及施氮方式對油菜產(chǎn)量和氮肥利用率的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（18）：3551-3560.

[7] 劉瑞顯，郭文琦，陳兵林，等.干旱條件下花鈴期棉花對氮素的生理響應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2008，19（7）：1475-1482.

[8] 李廷亮，謝英荷，洪堅平，等.施氮量對晉南旱地冬小麥光合特性、產(chǎn)量及氮素利用的影響[J].作物學(xué)報，2013，39（4）：704.

[9] BOSQUET L C，ALBRIZIO R，ARAUS J L，et al.Photosynthetic capacity of field-grown durum wheat under different N availabilities：a comparative study from leaf to canopy[J].Environ Exp Bot.，2009，67：145-152.

[10] 茍春林，王新愛，李永勝，等.保水劑與氮肥的相互影響及節(jié)水保肥效果[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44（19）：4015-4021.

[11] BOYER J S.Differing sensitivity of photosynthesis to low water potential in corn and s oybean[J].Plant Physiol，1970，46：236-239.

[12] EVANS L T.Crop Physiology-Somecase Histone[M].England：Cambridge University Press，1975.

[13] 侯賢清，李榮，何文壽，等.保水劑施用量對旱作土壤理化性質(zhì)及馬鈴薯生長的影響[J].水土保持學(xué)報，2015，29（5）：325-330.

[14] ZENG S C，SUN Z Y，CHEN B G，et al.Nitrogen and phosphorus runoff losses from orchard soils in south China as affected by fertilization depths and rates[J].Pedosphere，2008，18：45-53.

[15] 邵蕾，張民，王麗霞.不同控釋肥類型及施肥方式對肥料利用率和氮素平衡的影響[J].水土保持學(xué)報，2006，20（6）：115-119.

[16] 蘇琳，董志新，邵國慶，等.控釋尿素施用方式及用量對夏玉米氮肥效率和產(chǎn)量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010，21（4）：915-920.