小麥根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性與根系活力和產(chǎn)量的關(guān)系分析

周燕，楊習(xí)文，周蘇玫，王言景，楊蕊，徐鳳丹，梅晶晶，申冠宇，李秋杰，賀德先

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/省部共建小麥玉米作物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450002；2鄭州師范學(xué)院，鄭州 450002）

0 引言

【研究意義】氮肥的施用使我國(guó)糧食產(chǎn)量得以大幅度提升，但在作物生產(chǎn)實(shí)踐中，由于缺乏對(duì)合理施肥的科學(xué)認(rèn)識(shí)，我國(guó)過(guò)量施氮肥農(nóng)田面積仍占33%[1]。過(guò)量及不合理施用氮肥，不僅導(dǎo)致諸多環(huán)境問(wèn)題[2-3]，還使小麥、玉米等作物表現(xiàn)出耐肥的特性，氮肥利用效率持續(xù)降低，目前只有 20%[1]。在保障國(guó)家糧食安全和不影響農(nóng)民收入的前提下，逐步減氮增效，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展已成為趨勢(shì)。根系是植物攝取氮素的主要器官，氮肥減施首先會(huì)顯著影響根系活力[4]，而根系活力與地上部發(fā)育和產(chǎn)量形成關(guān)系密切[5-7]。因此，探索影響根系活力強(qiáng)弱的機(jī)制，以其調(diào)控根系生理功能顯得尤為必要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】根系活力的強(qiáng)弱不僅反映根系新陳代謝的能力[8]，還與葉片光合速率呈極顯著正相關(guān)[9]，較強(qiáng)的根系活力有助于延緩地上部分衰老，促進(jìn)光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，提高產(chǎn)量[10]。量化根系活力的方法很多，目前普遍采用改良TTC法測(cè)量根系活力[11]。根系活力不僅取決于品種間基因型差異[12]，還受土壤水分[13-14]、肥力等條件制約[15]。合理施用氮肥可以提高根系活力，促進(jìn)地上部對(duì)氮素的吸收與積累[16]，有利于進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)，獲得更高的籽粒產(chǎn)量[17]。有研究表明，根系活力與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9以上[18]。近年來(lái)研究多集中于通過(guò)栽培措施調(diào)控根系活力[13-15]，而對(duì)于作物自身代謝調(diào)節(jié)研究甚少。另有研究認(rèn)為脫氫酶活性與根系活力關(guān)系密切，將琥珀酸脫氫酶作為衡量根系活力的指標(biāo)[19]。脫氫酶參與植物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)需要一類重要輔酶NADPH參與。NADPH脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶主要有 NADP-異檸檬酸脫氫酶（NADP-ICDH），NADP-蘋果酸酶（NADP-ME），葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PDH）和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶（6PGDH），其中G6PDH和6PGDH是戊糖磷酸途徑（pentose phosphate pathway，PPP）關(guān)鍵性的限速酶[20]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究NADPH脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶主要側(cè)重于植物地上部光合途徑和在逆境條件下酶的分子機(jī)制研究[20-23]，對(duì)于小麥全生育時(shí)期，其在根系中活性動(dòng)態(tài)變化和生理功能的研究甚少，尤其是關(guān)于根系活力與NADPH脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶的關(guān)系研究迄今尚未見(jiàn)報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在黃淮平原典型農(nóng)田，采用大田試驗(yàn)方法，探索小麥不同生育時(shí)期根中 NADP-ICDH，NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性變化及酶活性與根系活力（改良TTC法）和產(chǎn)量的關(guān)系，以期為提高根系活力提供理論支持。

1 材料與方法

試驗(yàn)于 2015—2016年度在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)教科園區(qū)（鄭州市惠濟(jì)區(qū)毛莊鎮(zhèn)）進(jìn)行，供試土壤為砂壤土，有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和有效鉀含量分別為17.8 g·kg-1，0.89 g·kg-1，57.9 mg·kg-1，24.4 mg·kg-1和154.8 mg·kg-1，pH 7.8；2016—2017 年度在河南省農(nóng)業(yè)高新科技園（鄭州市中牟縣官渡鎮(zhèn)）進(jìn)行，供試土壤為黏土，有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和有效鉀含量分別是 11.3 g·kg-1，0.75 g·kg-1，49.8 mg·kg-1，19.8 mg·kg-1和 134.5 mg·kg-1，pH 7.5。

1.1 供試材料

供試材料為黃淮平原區(qū)大面積推廣應(yīng)用的周麥27號(hào)（國(guó)審麥2011003）和矮抗58（國(guó)審麥2005008）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

大田試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為施氮水平，副區(qū)為品種。根據(jù)黃淮平原麥區(qū)高產(chǎn)田的氮肥施用現(xiàn)狀（一般225 kg·hm-2或以上），主處理設(shè)6個(gè)水平，分別為 0（N0），135（N1），157.5（N2），180（N3），202.5（N4），225（N5）kg·hm-2。副處理為品種周麥27號(hào)（A1）和矮抗58（A2）。試驗(yàn)共計(jì)12個(gè)處理組合，小區(qū)面積為12 m2（4 m×3 m）。氮肥為尿素，不同處理總氮量的50%作底肥，播前整地時(shí)施入，50%于拔節(jié)期追施；磷、鉀肥隨同底氮一次施入，其中氯化鉀 200 kg·hm-2、過(guò)磷酸鈣 1 125 kg·hm-2。于2015年10月13日，2016年10月15日適墑播種，基本苗為240×104/hm2，行距20 cm，12行區(qū)，重復(fù)4次。2016年5月30日，2017年5月29日收獲。為維持適宜土壤墑情，采用噴灌設(shè)施進(jìn)行灌溉，兩年度均于播種后灌溉，并在拔節(jié)期、孕穗期和灌漿期維持土壤相對(duì)含水量在70%—80%。其他栽培管理同一般高產(chǎn)田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 取樣方法 分別在越冬期、返青期、拔節(jié)期、挑旗抽穗期、灌漿期、蠟熟期進(jìn)行取樣，測(cè)定根系活力及NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性。試驗(yàn)選取有代表性、長(zhǎng)勢(shì)一致的麥行，以麥行為中心，向左右兩側(cè)（行間）各延伸10 cm，取長(zhǎng)20 cm，寬20 cm，深25 cm土層樣段，小心沖洗根部。將沖洗干凈的根樣裝入冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室，取一部分混合根樣（取樣后4—6 h）用于測(cè)定根系活力，另一部分用液氮冷凍，用以測(cè)定脫氫酶活性。

1.3.2 根系活力和 NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性測(cè)定方法 根系活力測(cè)定：采用改良TTC法[11]。NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性測(cè)定：選取0.5 g冷凍根樣置于研缽中，迅速加入液氮和少許石英砂，再加入3 mL 50 mmol·L-1Hepes-Tris緩沖液（pH 7.8，含 3 mmol·L-1MgCl2，1 mmol·L-1EDTA，1 mmol·L-1PMSF 和1 mmol·L-1DTT），研磨成糊狀，勻漿液在4℃和12 000 r/min條件下離心，上清液即為粗酶液，測(cè)定NADP-ICDH（EC 1.1.1.42），NADP-ME（EC 1.1.1.40），6PGDH（EC 1.1.1.44）和G6PDH（EC 1.1.1.49）酶活性[24]。1個(gè)酶活性單位為每分鐘催化產(chǎn)生 1 nm NADPH所需酶量，總酶活性以3 min內(nèi)生成的產(chǎn)物NADPH在340 nm處的吸光值表示。

1.3.3 測(cè)產(chǎn) 小麥成熟時(shí)每小區(qū)取1 m2植株，脫粒，風(fēng)干，稱重計(jì)產(chǎn)，重復(fù)3次。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、表格制作和繪圖，SPSS 21進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果

2.1 小麥不同生育時(shí)期 NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性的動(dòng)態(tài)變化

2.1.1 異檸檬酸脫氫酶（NADP-ICDH）活性的動(dòng)態(tài)變化表1可以看出，氮肥減施條件下，不同品種NADP- ICDH活性變化范圍為 0—180.06 nmol NADPH·min-1·g-1FW（均值為90.03 nmol NADPH·min-1·g-1FW）。隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，不同處理間NADP-ICDH活性均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，于返青期達(dá)最大值，挑旗抽穗后NADP-ICDH活性變化不明顯。不同生育時(shí)期，氮肥減施對(duì)NADP-ICDH活性有明顯調(diào)控效應(yīng)，從供試品種的平均值來(lái)看，隨著施氮量的逐步減少，NADP-ICDH活性變化規(guī)律不盡一致。越冬期，較常規(guī)施氮量水平 N5相比，減施氮至 N3水平，NADP-ICDH活性無(wú)明顯差異，N0水平NADP-ICDH活性卻顯著提高，平均增幅達(dá) 48.74%；返青期，NADP-ICDH活性表現(xiàn)為隨著施氮量的減少先下降后升高，與N5相比，N4—N0水平NADP-ICDH活性均顯著降低，下降幅度分別為 15.79%，40.78%，36.72%，24.68%，14.17%；拔節(jié)和挑旗抽穗期，NADP-ICDH活性均隨施氮量減少而降低，與N5相比，N4水平無(wú)顯著差異，N3—N0水平NADP-ICDH活性明顯降低，差異達(dá)顯著水平。由此可見(jiàn)，小麥生育中、后期，根中NADP-ICDH活性對(duì)氮肥施用量反應(yīng)較為敏感，但將常規(guī)施氮肥減至N4水平，仍能維持較高活性。

表1 不同施氮量下小麥根中NADP-ICDH活性Table 1 NADP-ICDH activity in wheat roots under different nitrogen application rates (nmol NADPH·min-1·g-1 FW)

2.1.2 NADP-蘋果酸酶（NADP-ME）活性的動(dòng)態(tài)變化表2可以看出，氮肥減施條件下，不同品種NADP-ME活性變化范圍為 0—267.91 nmol NADPH·min-1·g-1FW（均值為 133.96 nmol NADPH·min-1·g-1FW）。隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，NADP-ME活性呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，返青期達(dá)最大值，挑旗抽穗后NADP-ME活性變化不明顯。不考慮品種間的差異，氮肥減施對(duì)NADP-ME活性的影響達(dá)顯著水平。越冬期，與常規(guī)施氮水平 N5相比，2015—2016年度，減施氮至 N2水平，NADP-ME活性變化不明顯，N1、N0水平顯著升高；2016—2017年度，減施氮至N2水平，NADP-ME活性顯著降低，N1、N0水平未達(dá)顯著性差異。返青期，NADP-ICDH活性表現(xiàn)為隨著施氮量的減少先下降后升高，與N5相比，N4—N0水平NADP-ICDH活性均顯著降低，下降幅度分別為 13.66%，31.45%，31.30%，23.19%，19.24%。拔節(jié)和挑旗抽穗期，NADP-ME活性表現(xiàn)為隨著施氮量的減少而降低，與N5相比，減施氮至N3水平NADP-ME未達(dá)顯著性差異，N2—N0水平NADP-ME活性顯著降低。表明施用氮肥有效提高小麥生育中、后期NADP-ME活性，但氮肥由 N5水平逐步減施到 N3水平對(duì) NADP-ME活性影響較小。

表2 不同施氮量下小麥根中NADP-ME活性Table 2 NADP-ME activity in wheat roots under different nitrogen application rates (nmol NADPH·min-1·g-1 FW)

2.1.3 戊糖磷酸途徑總脫氫酶（G6PDH+6PGDH）活性的動(dòng)態(tài)變化 表3可以看出，氮肥減施條件下，不同品種戊糖磷酸途徑總脫氫酶活性變化范圍為 0—735.53 nmol NADPH·min-1·g-1FW（均值為 367.76 nmol NADPH·min-1·g-1FW）。隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，（G6PDH+6PGDH）不同處理間活性變化趨勢(shì)一致，越冬期—返青期迅速升高，返青期—拔節(jié)期維持較高水平，拔節(jié)后迅速降低，蠟熟后變化不明顯。N5—N2處理（G6PDH+6PGDH）活性于拔節(jié)期達(dá)最大值，N1、N0處理于返青期達(dá)最大值。越冬期，與N5相比，減施氮肥至 N4水平（G6PDH+6PGDH）活性變化不明顯，N1、N0水平酶活性顯著提高，平均增幅分別達(dá)54.25%，46.52%；返青期，不考慮品種間的差異，隨著施氮量的減少（G6PDH+6PGDH）活性先降低后升高，與N5相比，減施氮水平N4—N1下酶活性降低，N5水平顯著高于N3、N2水平；拔節(jié)—挑旗抽穗，與N5相比，N4—N1（G6PDH+6PGDH）活性顯著降低，其中N4處理僅次于N5處理，平均降幅為11.46%；挑旗抽穗后，氮肥對(duì)（G6PDH+6PGDH）活性影響較小。由此說(shuō)明，不論常規(guī)施氮還是減量施氮，在小麥生育前、中期，根中（G6PDH+6PGDH）活性均維持在較高水平；在生育后期，減施氮肥顯著降低（G6PDH+6PGDH）活性，但N4水平降低幅度最小。

2.2 小麥不同生育時(shí)期根系活力（改良TTC法）的動(dòng)態(tài)變化

由圖1可以看出，氮肥減施條件下，不同品種根系活力變化范圍為 0—350.70 μg TTC·g-1FW·h-1。隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，根系活力均呈“高-低-高-低”變化，于越冬期和拔節(jié)期達(dá)較高水平。不同生育時(shí)期兩品種間根系活力的變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為隨著施氮量的減少而降低。氮肥減施對(duì)不同生育時(shí)期的影響程度存在較大差異，挑旗抽穗后不同氮肥處理對(duì)根系活力的影響均小于挑旗抽穗以前；越冬和拔節(jié)期不同處理間根系活力下降幅度明顯高于返青和抽穗期，與 N5相比，越冬期和拔節(jié)期N4—N0水平根系活力平均下降幅度為8.07%，16.88%，36.42%，39.37%，61.73%。由此可見(jiàn)，氮肥對(duì)根系活力調(diào)控較大，與常規(guī)施氮（N5）相比，減施氮到 N4水平根系活力減幅較小，N3—N0水平根系活力明顯降低。

2.3 不同施氮量下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化

表4可以看出，氮肥減施對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素具有明顯的調(diào)控效應(yīng)。與常規(guī)施氮量N5相比，兩年度減施氮水平單位面積穗數(shù)變化不盡一致，2015—2016年度，減施氮至N1水平穗數(shù)未達(dá)顯著性差異，N0水平穗數(shù)顯著降低，降低幅度為30.86%；2016—2017年度，減施氮至N4水平對(duì)穗數(shù)影響不明顯，N3—N0水平穗數(shù)顯著降低，降低幅度分別為10.34%，11.99%，14.03%，28.14%。與N5相比，氮肥減施至N2水平對(duì)穗粒數(shù)影響較小，N1、N0水平穗粒數(shù)顯著降低，降低幅度分別達(dá)9.43%，12.69%。與N5相比，減施氮至N1水平千粒重?zé)o明顯差異，N0水平千粒重顯著增加，平均增加3.8 g。施氮水平N5—N1較不施氮水平N0籽粒產(chǎn)量有不同程度的提高，平均增產(chǎn)幅度為42.98%。進(jìn)一步分析兩年平均值可知，N5處理下籽粒產(chǎn)量最高，達(dá)9 238.02 kg·hm-2，N4處理次之，較N5處理降低0.3%。

表3 不同施氮量下小麥根中（G6PDH+6PGDH）活性Table 3 (G6PDH+6PGDH) activity in wheat roots under different nitrogen application rates (nmol NADPH·min-1·g-1 FW)

圖1 小麥全生育期根系活力（改良TTC法）的動(dòng)態(tài)變化Fig. 1 Dynamics of wheat root vigor (by improved TTC method) during the growing period

表4 不同施氮量下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化Table 4 Changes of wheat yield and its components under different nitrogen application rates

2.4 小麥根系活力（改良TTC法）、NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性與產(chǎn)量的關(guān)系分析

2.4.1 根系活力與 NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性的相關(guān)性 由表5可知，兩年度均表現(xiàn)為小麥根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性在越冬期與根系活力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，返青—灌漿期與根系活力呈正相關(guān)關(guān)系。生育中后期（拔節(jié)期和挑旗抽穗期）NADP-ICDH，NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性均與根系活力呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；挑旗抽穗以后 NADP-ICDH，NADP-ME活性不明顯；灌漿期（G6PDH+6PGDH）活性與根系活力呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。表6表明在小麥越冬—挑旗抽穗，NADP-ICDH，NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明在小麥生長(zhǎng)發(fā)育期間，NADPH再生系統(tǒng)中NADP-ICDH，NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）之間密切相關(guān)。

表5 小麥不同生育時(shí)期根系活力與根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性的相關(guān)關(guān)系Table 5 Correlation between root vigor and activity of key enzymes in NADP-dehydrogenase system in wheat roots at different growth stages

表6 小麥不同生育時(shí)期根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性間的相關(guān)關(guān)系（r）Table 6 Correlation between activity of key enzymes in NADP-dehydrogenase system in wheat roots at different growth stages (r)

2.4.2 根系活力和根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性與產(chǎn)量的相關(guān)分析 由表7可知，兩年度根系活力均與產(chǎn)量在不同生育時(shí)期之間呈正相關(guān)關(guān)系，拔節(jié)—蠟熟期達(dá)極顯著正相關(guān)。NADP-ICDH，NADP-ME，（G6PDH+6PGDH）活性與產(chǎn)量在越冬—返青期間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，返青以后呈正相關(guān)關(guān)系。2015—2016年度NADP-ICDH，NADP-ME，（G6PDH+6PGDH）在越冬期與產(chǎn)量達(dá)極顯著負(fù)相關(guān)；于拔節(jié)和挑旗抽穗期達(dá)極顯著正相關(guān)。

表7 小麥不同生育時(shí)期根系活力和根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系（r）Table 7 Correlation between root vigor, activity of key enzymes in NADP-dehydrogenase system in wheat roots at different growth stages with grain yield (r)

2.4.3 根系活力和根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性與產(chǎn)量的通徑分析 為了進(jìn)一步明確小麥根中 NADP-脫氫酶系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶 NADP-ME，（G6PDH+6PGDH），NADP-ICDH和根系活力對(duì)產(chǎn)量的作用方式和影響程度，在拔節(jié)期和挑旗抽穗期，對(duì) NADPME，（G6PDH+6PGDH），NADP-ICDH 和根系活力與產(chǎn)量進(jìn)行通徑分析（表8）。兩年度NADP-ICDH在拔節(jié)期對(duì)產(chǎn)量有較大的（0.62，0.25）正向直接作用，對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)極顯著水平（0.51**，0.64**）；挑旗抽穗期（G6PDH+6PGDH）對(duì)產(chǎn)量有較大的（0.18，0.62）正向直接作用，對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)極顯著水平（0.45**，0.67**）。氮肥減施條件下，兩年度拔節(jié)期小麥根中 NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性和根系活力與產(chǎn)量的關(guān)系不盡一致。2015—2016年度，根系活力對(duì)產(chǎn)量具有較大的正向直接作用（0.55），雖然通過(guò)戊糖磷酸途徑脫氫酶（G6PDH+ 6PGDH）有較大的負(fù)向間接作用（-0.39），但被NADP-ICDH較大的正向間接（0.46）作用所抵消，使根系活力對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)極顯著水平（0.58**）；2016—2017年度，根系活力對(duì)產(chǎn)量具有較大的負(fù)向直接作用（-0.26），但被NADP-ME，（G6PDH+ 6PGDH），NADP-ICDH較大的正向間接作用（0.20，0.13，0.45）所抵消，并且使根系活力對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)極顯著水平（0.50**）。挑旗抽穗期根系活力對(duì)產(chǎn)量均具有較小的直接作用（-0.01，0.04），但是被 NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）較大的正向間接作用（0.21，0.12；0.39）所增強(qiáng)（除第二年度，NADP-ME對(duì)產(chǎn)量間接作用較?。?0.02）），使根系活力對(duì)產(chǎn)量的影響增強(qiáng)或達(dá)顯著水平（0.32，0.46**）。可見(jiàn)，小麥根系中NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性對(duì)根系活力影響較大。

表8 小麥拔節(jié)和挑旗抽穗期根系活力和根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性（Xi）與產(chǎn)量（Y）關(guān)系的通徑分析（riy）Table 8 Path analysis (riy) on relationships between root vigor, activity of key enzymes in NADP-dehydrogenase system (Xi) in roots at jointing stage and heading stage with grain yield (Y) in wheat

3 討論

3.1 不同生育時(shí)期小麥根中 NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性的變化及其相互關(guān)系

小麥根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶不僅是碳代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶，還參與逆境條件下防御應(yīng)激反應(yīng)[21,25]。本研究中，NADP-ME，NADP-ICDH 和（G6PDH+6PGDH）活性于返青前表現(xiàn)為減施氮肥（N4—N1）處理低于不施氮肥（N0）處理。前人于鹽脅迫條件下發(fā)現(xiàn)，隨著脅迫時(shí)間的增加，小麥根系中G6PDH表達(dá)量先增加后降低[26]。本研究結(jié)果顯示，根中（G6PDH+6PGDH）活性于返青后隨著施氮量的減少呈下降趨勢(shì)。除此之外，根中 NADP-ME和NADP-ICDH活性也于返青后表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)。這可能是由于返青前溫度較低，較高的 NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性可以減緩氮肥減施對(duì)根系的影響，有利于小麥安全越冬；返青后，溫度回升，小麥地上部營(yíng)養(yǎng)器官快速生長(zhǎng)發(fā)育，這種受到氮肥減施影響的自身調(diào)節(jié)不能長(zhǎng)時(shí)間維持。本試驗(yàn)結(jié)果表明，于返青后，較常規(guī)施氮處理N5相比，N4處理中NADP-ICDH和 NADP-ME活性未達(dá)顯著性差異，（G6PDH+6PGDH）活性也僅次于N5處理。綜上所述，小麥根中 NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性于生育中、后期對(duì)氮肥施用水平反應(yīng)較為靈敏，氮肥減施對(duì)返青后NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶影響較大，但就本試驗(yàn)條件而言，適當(dāng)將氮肥由常規(guī)施氮225 kg·hm-2（N5）減至202.5 kg·hm-2（N4）水平，對(duì)NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性影響較小。

在逆境條件下（低溫脅迫，干旱脅迫，鹽脅迫），小麥中NADP-ME和G6PDH都會(huì)作出防御應(yīng)答響應(yīng)，以維持自身正常生長(zhǎng)[26-27]。本研究表明，氮肥減施條件下，不同生育時(shí)期NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性變化規(guī)律基本一致，NADP-ICDH、NADP-ME與（G6PDH+6PGDH）三者相互之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)。由此可知，在小麥生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，NADP-ICDH、NADP-ME與（G6PDH+6PGDH）三者之間密切相關(guān)。

3.2 減施氮肥對(duì)小麥根系活力的影響

有研究表明，隨著施氮量增多，根系活力升高，表現(xiàn)為N225＞N120＞N0[28]。本試驗(yàn)條件下，兩年度不同處理根系活力均為 N5（225 kg·hm-2）最高，N0（0 kg·hm-2）最低，且將施氮量由 225 kg·hm-2逐步減至 0 kg·hm-2過(guò)程中各氮肥處理（N4—N1）根系活力也呈逐步遞減趨勢(shì)。前人研究表明，根系主要分布在耕作層（0—20 cm）中，適宜的施氮量明顯促進(jìn)根系生長(zhǎng)，擴(kuò)大根群，增加根量，而減施氮肥則大幅度降低0—20 cm土層中根質(zhì)量密度[29-31]。由此可見(jiàn)，減施氮肥條件下0—20 cm土層中根質(zhì)量密度下降，土壤中新生根系的量減少，單位面積下新老根比例減小，引起耕層土壤中根系活力降低。

3.3 小麥根系活力（改良TTC法），NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶和產(chǎn)量的關(guān)系

有研究表明在小麥分蘗期、拔節(jié)期和孕穗期，較強(qiáng)根系活力顯著提高單株成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重[32]。本研究發(fā)現(xiàn)，N5、N4水平下，根系活力均維持在較高水平，籽粒產(chǎn)量也較高且兩處理間差異未達(dá)顯著水平，就整個(gè)生育期而言，拔節(jié)期—蠟熟期根系活力與產(chǎn)量達(dá)極顯著正相關(guān)（表7）。類似的研究發(fā)現(xiàn)，水稻和大麥根中脫氫酶活性于孕穗期與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系[33]。本試驗(yàn)條件下，NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性在拔節(jié)挑旗抽穗期與產(chǎn)量同樣呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系（表7），并且其與根系活力在小麥生育中、后期也達(dá)極顯著正相關(guān)（表5）。綜上所述，施肥量為N5、N4水平時(shí)，有利于小麥生育中、后期根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性增強(qiáng)，促進(jìn)提高根系活力。較強(qiáng)的根系可以吸收更多的水分和養(yǎng)分并向地上部轉(zhuǎn)移，提高籽粒產(chǎn)量[17]。本文進(jìn)一步分析結(jié)果又顯示，NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）對(duì)根系活力有較大的正向間接作用，使根系活力對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)顯著水平（表8）。綜合看來(lái)，NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性對(duì)籽粒產(chǎn)量的直接影響和通過(guò)作用于根系活力對(duì)產(chǎn)量的間接影響均較大，其中 NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性對(duì)產(chǎn)量和根系活力的影響更大（表8）。這可能與氮肥減施減弱了根中 NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性有關(guān)，而NADPH合成量減少影響到根系呼吸代謝活動(dòng)。鑒于此，在小麥生產(chǎn)實(shí)踐中可以通過(guò)栽培措施和分子育種手段，促進(jìn) NADP-ME和戊糖磷酸途徑總脫氫酶（G6PDH+6PGDH）在根中的高表達(dá)以促進(jìn)NADPH合成，進(jìn)一步提高小麥根系活力。

4 結(jié)論

與常規(guī)施氮水平N5（225 kg·hm-2）相比，減施氮肥至N4（202.5 kg·hm-2）水平，小麥根中NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性和根系活力影響較?。粌商幚黹g穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重差異均未達(dá)到顯著水平；籽粒產(chǎn)量較N5處理僅降低0.3%，未達(dá)顯著性差異。所以綜合考慮 NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性和根系活力變化及籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)，氮肥施用量減至 N4水平是實(shí)現(xiàn)減氮不減產(chǎn)的最佳施氮量。NADP-脫氫酶系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性與采用改良“TTC法”測(cè)定的根系活力密切相關(guān)，其中NADP-ME和G6PDH+6PGDH活性對(duì)根系活力的影響最大。在黃淮平原典型農(nóng)田，氮肥用量由高產(chǎn)田目前的常規(guī)量 225 kg·hm-2減至 202.5 kg·hm-2甚至更低用量時(shí)，可通過(guò)分子育種手段和有效栽培措施實(shí)現(xiàn)NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）在根中的高表達(dá)以提高小麥根系活力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)逐步減氮不減活性，促進(jìn)植株正常發(fā)育和產(chǎn)量形成。

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