氮素代謝對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

齊冰玉

（新鄉(xiāng)市種子管理站，河南 新鄉(xiāng) 453000）

氮肥運籌是小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培的重要內(nèi)容，氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素、輔酶等的基本元素之一，氮作為作物的“生命元素”，其營養(yǎng)效率的高低直接影響著作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。小麥生育期內(nèi)氮素的合理運籌關(guān)系到小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效。有學(xué)者指出，施用氮肥對調(diào)控作物的碳、氮代謝，冬小麥干物質(zhì)累積、光合作用和產(chǎn)量具有十分重要的作用。在一定用量范圍之內(nèi)，氮肥用量增加能夠提高小麥植株葉綠素、全氮含量，改善群體光合性能，進(jìn)而提高小麥產(chǎn)量。小麥植株中的氮素主要來自于土壤，并且在不同生育時期，植株對氮素的吸收呈動態(tài)變化。鑒于此，進(jìn)一步研究氮素代謝對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，對于合理施用氮肥，保證產(chǎn)量的基礎(chǔ)上改善小麥品質(zhì)具有重要意義。

1 氮肥施用不當(dāng)對小麥生長的影響

近年來，由于氮肥使用不當(dāng)，造成小麥倒伏，導(dǎo)致小麥減產(chǎn)的情況經(jīng)常發(fā)生，并且，減產(chǎn)發(fā)生面積有逐年上升的趨勢。氮肥能夠促進(jìn)小麥根、莖、葉的生長，增強(qiáng)小麥的光合作用，加速小麥營養(yǎng)物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)化。如果氮肥供應(yīng)不足，會造成小麥莖稈矮小、單株分蘗少、穗子小、穗數(shù)少，導(dǎo)致小麥產(chǎn)量降低，并且易誘發(fā)全蝕病、胞囊線蟲病、根腐病等病害；如果氮肥施用過量，也會產(chǎn)生分蘗量過大、莖葉瘋長、抗逆能力減弱、貪青晚熟等現(xiàn)象，植物體內(nèi)氮素與大量碳水化合物結(jié)合形成蛋白質(zhì)，剩下少量的碳水化合物用作構(gòu)成細(xì)胞壁的材料，從而使細(xì)胞壁變薄、植株抗病性減弱，葉片、莖稈等組織柔軟多汁，紋枯病、白粉病、銹病、赤霉病、葉枯病、穎枯病、細(xì)菌性條斑病、黑胚病等易發(fā)生。綜上，對氮肥進(jìn)行合理運籌，既要達(dá)到理想的豐產(chǎn)水平，又要盡可能減少氮肥對小麥生長的不利影響。

2 影響小麥氮肥吸收利用的因素

土壤肥力、施氮時期、氮肥底追比例、土壤水分狀況以及品種是影響小麥氮肥吸收利用的主要因素。有學(xué)者研究認(rèn)為，較高土壤肥力條件下，植株從土壤中吸收的氮素較多，從肥料中吸收的氮素較少，造成氮肥殘留和損失較多。在拔節(jié)期增加氮肥追施比例，能顯著提高小麥生育后期葉片葉綠素的含量和硝酸還原酶活性，降低抽穗后葉片丙二醛的含量，成熟時粒質(zhì)量較高，并以基肥∶追肥為3∶7進(jìn)行追氮效果最佳。相關(guān)研究表明，在田間設(shè)置遮雨棚的條件下，灌漿期灌水增加了植株各器官從肥料中吸收氮的比例，降低了從土壤中吸收氮的比例。改善土壤水分狀況可促進(jìn)氮素自營養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移，增加氮的積累量和生物產(chǎn)量。有學(xué)者研究了生產(chǎn)上常用的5個強(qiáng)筋小麥品種的產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素利用率的差異，結(jié)果表明，鄭麥9023和豫麥68均表現(xiàn)為高產(chǎn)和較高的氮素利用率。

3 氮素在小麥體內(nèi)的分配

植物體內(nèi)的氮素總是處于利用和再利用狀態(tài)。氨基酸是植物體內(nèi)氮化物的主要存在方式和運輸形式，不僅把器官中氮的吸收、同化與器官中的蛋白質(zhì)的合成、降解聯(lián)系在一起，其合成過程也是源庫之間實現(xiàn)氮素分配、轉(zhuǎn)移和再分配的主要方式。在營養(yǎng)生長階段，營養(yǎng)器官中合成的蛋白質(zhì)在蛋白水解酶的作用下降解，形成游離氨基酸，轉(zhuǎn)運到籽粒中重新合成蛋白質(zhì)。蛋白水解酶根據(jù)其水解肽鍵的部位不同分為內(nèi)肽酶和外肽酶，內(nèi)肽酶分解內(nèi)部肽鍵，外肽酶從碳端（羧肽酶）和氮端（氨肽酶）分解肽鍵。對葉片中蛋白質(zhì)降解起主要作用的是內(nèi)肽酶，其通常存在于液泡中，當(dāng)細(xì)胞衰老時，細(xì)胞內(nèi)的空間障礙被打破，內(nèi)肽酶與底物充分接觸，從而引起蛋白質(zhì)的大量降解，導(dǎo)致葉片快速死亡，蛋白質(zhì)降解生成的氨基酸被運往籽粒，合成儲存蛋白。

小麥籽粒中氮素的來源主要有兩方面：一是開花后直接吸收同化的氮素，二是前期營養(yǎng)器官貯存氮素的再分配，后者占籽粒中氮素儲存量的53．0%～80．5%。因此，提高氮素向籽粒的再運轉(zhuǎn)是提高籽粒蛋白質(zhì)含量的重要途徑。開花時，營養(yǎng)器官的含氮量與籽粒含氮量呈正相關(guān)，葉片含氮量隨冠層層次降低而降低，垂直梯度分明，不同品種、不同生育時期梯度大小不同。普通小麥灌漿期冠層中下部含氮量形成較大梯度，利于其品質(zhì)的改善；優(yōu)質(zhì)小麥灌漿期上部層次葉片、中下部層次莖鞘含氮量高，利于其籽粒蛋白質(zhì)的積累。普通小麥葉片氮素對籽粒品質(zhì)的形成作用明顯，優(yōu)質(zhì)小麥葉片和莖鞘氮素對籽粒品質(zhì)的形成具有同等重要的作用。

4 氮素代謝對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

4.1 對小麥產(chǎn)量的影響

氮肥運籌是調(diào)控小麥生長發(fā)育、提高產(chǎn)量的重要手段，在小麥生長發(fā)育期間，適期、適量追施氮肥對小麥穗粒數(shù)和粒質(zhì)量有顯著促進(jìn)作用。隨施氮量的增加，穗粒數(shù)增加。穗粒數(shù)不僅受施氮量影響，也受施用時期的制約。拔節(jié)期追施氮肥，每穗結(jié)實粒數(shù)比苗期追施氮肥增加10%，產(chǎn)量提高13．8%。小麥小穗、小花的分化數(shù)明顯受到氮代謝的促進(jìn)，小花發(fā)育則主要受到碳代謝的調(diào)節(jié)。一般來說，高氮促進(jìn)營養(yǎng)生長和小花分化，低氮有利于提高結(jié)實率，二者協(xié)調(diào)統(tǒng)一才能增加每穗粒數(shù)。小花分化數(shù)量與拔節(jié)期間氮素水平呈顯著正相關(guān)，此時適量追施氮肥，能促進(jìn)小花發(fā)育、減少退化，提高結(jié)實粒數(shù)和粒質(zhì)量?？茖W(xué)施用氮肥可延緩小麥后期葉片衰老過程，提高粒質(zhì)量。不同氮肥施用量與粒質(zhì)量的關(guān)系為二次曲線，當(dāng)?shù)靥澣睍r，粒質(zhì)量降低，而氮素過多時，粒質(zhì)量亦低。過量施氮造成千粒質(zhì)量減少的原因在于，氮代謝過旺嚴(yán)重影響了碳代謝，減少了糖的積累。高產(chǎn)小麥返青期追施氮肥，易導(dǎo)致孕穗期后葉片含氮量過高，碳氮比值降低，阻礙葉部氮素向穗部轉(zhuǎn)運；而拔節(jié)前后追氮肥，既可促進(jìn)上部葉片生長，又有利于后期干物質(zhì)的積累，但應(yīng)控制氮肥施用量，以維持碳、氮代謝平衡，加快灌漿進(jìn)度，增加粒質(zhì)量。在葉齡余數(shù)小于2．5以后，適量追施氮肥能增加光合葉面積，提高葉片氮素及葉綠素含量，延長功能期，增加花后干物質(zhì)積累，提高粒質(zhì)量。施氮量對穗粒數(shù)和粒質(zhì)量的影響達(dá)顯著水平，對穗數(shù)的影響各處理間差異較小。適量增施氮肥可有效促進(jìn)籽粒產(chǎn)量、單位面積有效穗數(shù)和粒質(zhì)量的提高，而穗粒數(shù)隨施氮量增加一直呈顯著增加趨勢。

4.2 對小麥品質(zhì)的影響

小麥籽粒蛋白質(zhì)的形成與氮素的吸收、運轉(zhuǎn)密不可分。不同施氮水平和不同施氮時期對小麥籽粒品質(zhì)均有不同程度的影響。多數(shù)情況下，增施氮肥可以提高小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量，并改善蛋白質(zhì)的組分比例，然而小麥籽粒蛋白質(zhì)含量與籽粒產(chǎn)量常呈負(fù)相關(guān)。合理的氮肥調(diào)控技術(shù)可以協(xié)調(diào)產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系，使二者達(dá)到同步兼優(yōu)。當(dāng)施氮量處于較低水平時，隨施氮量的增加，籽粒蛋白質(zhì)含量保持在低水平，有時甚至因增產(chǎn)而稍有降低；隨施氮量的繼續(xù)增加，蛋白質(zhì)含量也逐漸提高，但由于醇溶蛋白的大量增加，谷氨酸、苯丙氨酸和脯氨酸含量明顯提高，使得賴氨酸和蛋氨酸等所占比例下降，因此，蛋白質(zhì)含量提高的同時品質(zhì)卻下降。施氮量也影響著面粉的加工品質(zhì)，其中，中等以下肥力條件下，氮素對小麥品質(zhì)的影響最大，單施氮和氮、磷配合施用對強(qiáng)筋麥的蛋白質(zhì)品質(zhì)和面團(tuán)穩(wěn)定時間均有提高效應(yīng)，尤其對提高穩(wěn)定時間的效應(yīng)最為顯著；后期施氮可增加面粉強(qiáng)度，提高面筋含量，改善烘烤品質(zhì)。大量研究表明，分期施肥、“前氮后移”對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)都具有明顯的調(diào)節(jié)作用。