控釋尿素施用方式對(duì)玉米穗位葉氮代謝的影響

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

摘? ? 要：試驗(yàn)通過設(shè)置4種尿素施用方式，即控釋尿素側(cè)施5 cm（C5）和10 cm（C10），控釋尿素底施15 cm（CB），普通尿素側(cè)施5 cm（U5），研究其對(duì)玉米穗位葉可溶性蛋白和游離氨基酸含量，以及硝酸還原酶、內(nèi)肽酶和羧肽酶活性的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)尿素相比較，控釋尿素深施能夠顯著提高玉米灌漿中后期穗位葉可溶性蛋白和游離氨基酸含量，以及硝酸還原酶和蛋白水解酶活性;4個(gè)處理中以底施效果最優(yōu)，其次是側(cè)施10 cm。

關(guān)鍵詞：玉米;控釋尿素;氮代謝;內(nèi)肽酶;羧肽酶

中圖分類號(hào)：S513? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.01.007

Abstract：? The experiment was conducted to study the effects of different fertilizer placement techniques of controlled-released urea on ear leaf nitrogen metabolism， four fertilization methods were set up， which included the controlled-release urea side application of 5 cm （C5） and 10 cm （C10） depth， bottom dressing of controlled-release urea in 15 cm （CB） depth， and inter-row side dressing of normal urea in 5 cm （U5）depth;? soluble protein content， free amino acid content， nitrate reductase activity （NR）， endopeptidase activity （EP） and carboxypeptidase activity （CP） were evaluated. The results showed that compared with conventional urea， the application of controlled-released urea could significantly increase the content of soluble protein and free amino acid， as well as the activity of nitrate reductase and proteolytic enzyme in ear leaf of maize grout in the middle and late stage. In the four treatments， the treatment that bottom dressing of controlled-release urea in 15 cm （CB） was the best fertilizer placement techniques， the second was the controlled-release urea side application of 10 cm （C10）.

Key words： maize; controlled-released urea; nitrogen metabolism; endopeptidase; carboxypeptidase

近年來，玉米在生產(chǎn)中過量施用氮肥現(xiàn)象十分嚴(yán)重[1]，氮肥當(dāng)季利用率低[2]，因此，如何提高氮肥利用效率，以及氮肥對(duì)氮代謝的影響成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。相關(guān)研究表明，葉片衰老過程中蛋白質(zhì)含量的快速下降對(duì)葉片氮素營養(yǎng)的再利用起著重要作用[3]，而蛋白水解酶參與蛋白質(zhì)的降解，葉片衰老期間，內(nèi)肽酶活力顯著提高，在蛋白質(zhì)降解過程中，內(nèi)肽酶起著主要作用[4-5]。高玲等[5]研究認(rèn)為，在小麥葉片衰老過程中，蛋白質(zhì)分解速率提高，合成速率下降，導(dǎo)致游離氨基酸的濃度升高，進(jìn)而使小麥葉片內(nèi)肽酶活力提升。

目前，關(guān)于側(cè)施控釋尿素的用量對(duì)氮素利用和作物產(chǎn)量的影響[6-8]已有較多報(bào)道，但有關(guān)控釋肥側(cè)施深度對(duì)玉米氮代謝的影響研究鮮見報(bào)道。本研究以鄭單958為供試材料，分析控釋尿素不同施用方式對(duì)玉米籽粒灌漿期間穗位葉氮代謝酶活性的影響，旨在選擇最優(yōu)的控釋尿素施用方式，為玉米高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站（36°10′19″N， 117°9′03″E），該地屬于溫帶半濕潤大陸性氣候，玉米生育期內(nèi)降水量為500 mm左右，其中，2012、2013年玉米生育期內(nèi)降水量分別為337.0，490.5 mm，該地土壤類型為棕壤土，2012年試驗(yàn)前0～20 cm土層土壤pH值為6.56，有機(jī)質(zhì)12.8 g·kg-1、全氮1.0 g·kg-1、堿解氮89.6 mg·kg-1、速效磷51.5 mg·kg-1、速效鉀88.7 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為鄭單958。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共4個(gè)處理，分別為C5（用控釋尿素在種植行同一側(cè)10 cm處開溝5 cm施肥），C10（用控釋尿素在種植行同一側(cè)10 cm處開溝10 cm施肥），CB（用控釋尿素在種植行正下方開溝15 cm施肥），U5（用普通尿素在種植行同一側(cè)10 cm處開溝5 cm施肥）。施氮量為225 kg·hm-2，控釋尿素為樹脂包膜尿素， N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43.4%。2年試驗(yàn)均于6月21日播種，10月8日收獲。每個(gè)小區(qū)長25 m，寬4 m（畦寬3.6 m），種植6行玉米，3次重復(fù)，行距60 cm，株距25 cm，播種深度3～5 cm，播種前進(jìn)行旋茬處理。磷鉀肥施用量均為150 kg·hm-2，全部基施。其他田間管理同常規(guī)大田生產(chǎn)。

1.4 樣品采集、測定項(xiàng)目及方法

玉米開花時(shí)分別將同一天開花的植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，在開花及花后每10 d將標(biāo)記的玉米穗位葉中部葉片取下，用液氮固定后置于-80 ℃冰箱保存，用來測定相關(guān)酶活性。

酶液的提取參照王東等[9]的方法進(jìn)行。可溶性蛋白含量測定按MARION[10]的方法進(jìn)行;游離氨基酸含量采用茚三酮法[11]進(jìn)行測定;葉片內(nèi)硝酸還原酶（NR）活性測定采用活體法進(jìn)行;內(nèi)肽酶（EP）與羧肽酶（CP）活性測定參照VERNON[12]和吳光南等[13]的方法進(jìn)行。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

通過DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析，顯著性檢驗(yàn)和多重比較采用最小顯著極差法（LSD 0.05）進(jìn)行，運(yùn)用Sigma Plot 10.0軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式對(duì)玉米穗位葉可溶性蛋白含量的影響

由圖1可以看出，穗位葉可溶性蛋白含量隨著生育進(jìn)程的推移不斷降低。無論是2012年還是2013年，3個(gè)控釋尿素處理的可溶性蛋白含量均表現(xiàn)為：CB>C10>C5;而普通尿素處理U5的可溶性蛋白含量在2012年始花期介于CB和C10處理之間，在開花10，20 d和2013年始花期介于C10和C5處理之間，其他時(shí)間均低于3個(gè)控釋尿素處理。由此可見，控釋尿素處理玉米穗位葉在初花至收獲期間可溶性蛋白含量的下降幅度均低于普通尿素（U5）處理，表明控釋尿素的緩慢釋放可以減緩玉米生長后期穗位葉可溶性蛋白含量的降低，其中以CB處理效果最好，在玉米收獲期時(shí)，其2012年可溶性蛋白含量比C5和C10分別高出50.5%和21.0%，其次是C10 處理，表明深施控釋尿素可以提高穗位葉中可溶性蛋白的含量，底施更有利于維持玉米中后期穗位葉中較高的可溶性蛋白含量。

2.2 不同處理對(duì)穗位葉游離氨基酸含量的影響

由圖2可知，2年總體趨勢基本一致，各處理游離氨基酸含量均表現(xiàn)出先降低后升高，然后再降低的趨勢，除C5處理在2012年于花后10 d下降至最低值后上升外，其他處理均于花后20 d下降到最低點(diǎn)后又開始升高，且所有處理均在花后30 d達(dá)到一個(gè)階段性高點(diǎn)，然后一直下降，至花后50 d達(dá)到最低值。2012年，始花期玉米穗位葉游離氨基酸含量表現(xiàn)為C10>CB>U5>C5，花后10 d表現(xiàn)為CB>C10>U5>C5，花后20 d表現(xiàn)為C10>C5>CB>U5，花后30 d表現(xiàn)為CB>C5>C10>U5，花后40 d表現(xiàn)為CB>C10>U5>C5，花后50 d表現(xiàn)為CB>C10>C5>U5;2013年，始花期玉米穗位葉游離氨基酸含量表現(xiàn)為C10>U5>CB>C5，花后10 d表現(xiàn)為CB>C10>U5>C5，花后20，30，40，50 d均表現(xiàn)為CB>C10>C5>U5。以花后50 d時(shí)玉米穗位葉游離氨基酸含量計(jì)，與普通尿素相比，控釋尿素深施能提高玉米灌漿中后期穗位葉游離氨基酸含量，以底施效果最優(yōu)。

2.3 不同處理對(duì)穗位葉硝酸還原酶活性的影響

各處理玉米穗位葉中的硝酸還原酶（NR）活性表現(xiàn)出單峰變化趨勢，2012和2013年均在花后20 d時(shí)達(dá)到峰值（圖3），且2年處理的變化趨勢基本一致，以2012年數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。在花后10 d，施用控釋尿素處理的NR活性低于常規(guī)尿素;但開花20 d及以后，控釋尿素處理的NR活性均顯著高于常規(guī)尿素處理，表明施用控釋尿素有利于玉米生長發(fā)育中后期維持較高的NR活性;在NR活性達(dá)到峰值時(shí)（花后20 d），控釋尿素的3種施用方式表現(xiàn)為CB>C10>C5，其中CB與C5之間差異顯著，開花30，40，50 d雖然也表現(xiàn)出這種趨勢，但三者之間差異均不顯著。綜上所述，底施、深施控釋尿素均有利于提高土壤NR活性。

2.4 不同處理對(duì)玉米蛋白水解酶活性的影響

不同處理玉米內(nèi)肽酶（EP）活性呈現(xiàn)出單峰變化趨勢，2012，2013年均在花后30 d達(dá)到峰值，2年趨勢表現(xiàn)基本一致（圖4A、4B），以2012年數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。在始花期，各處理EP活性表現(xiàn)為C10>CB>U5>C5，處理間差異顯著;花后10 d，表現(xiàn)為CB>C10>U5>C5，前二者間差異不顯著，其他處理間差異均顯著;花后20，30 d，表現(xiàn)為C10>CB>C5>U5，除峰值時(shí)C10和CB處理之間差異不顯著外，各處理間差異均顯著;花后40，50 d時(shí)，表現(xiàn)為CB>C10>C5>U5，處理間差異均顯著。綜合而言，與普通尿素相比，控釋尿素能顯著提高玉米灌漿中后期穗位葉EP活性，以底施控釋尿素效果最好。

由圖4-C，D可知，從始花期至花后20 d，U5羧肽酶（CP）活性不斷降低，C10和CB表現(xiàn)為先升高后降低，在花后10 d達(dá)到峰值，C5在2012年表現(xiàn)為先降低后升高，而2013年表現(xiàn)為降低趨勢;從花后30 d開始，各處理CP活性均呈降低趨勢，且U5處理的CP活性均低于3個(gè)控釋尿素處理，除2013年花后50 d時(shí)差異不顯著，其他均達(dá)顯著水平;花后50 d時(shí)，CP活性表現(xiàn)為：CB>C10>C5>U5，其中，C5和C10之間差異不顯著，其他處理之間差異均顯著。綜合而言，控釋尿素能提高玉米生長發(fā)育中后期穗位葉羧肽酶（CP）活性，以底施控釋尿素效果最好。

2.5 指標(biāo)相關(guān)性分析

由表1可知，玉米穗位葉各指標(biāo)之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系，其中可溶性蛋白含量與硝酸還原酶（NR）和羧肽酶（CP）活性以及游離氨基酸含量均極顯著正相關(guān);NR又與內(nèi)肽酶（EP）和CP活性極顯著正相關(guān)，與游離氨基酸含量顯著正相關(guān);游離氨基酸含量亦與EP活性極顯著正相關(guān)，與CP活性顯著正相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

有研究表明，不同的氮肥類型對(duì)作物的氮素吸收利用影響不同[7， 14]，控釋尿素處理的玉米吸氮量高于常規(guī)尿素處理[15-16]，同一氮素水平條件下，控釋尿素底施的優(yōu)勢顯著高于側(cè)施[14]，控釋尿素不但可以提高氮素利用效率，而且對(duì)環(huán)境的污染較小[17]。然而，控釋尿素雖具有較多優(yōu)點(diǎn)，但要發(fā)揮其最大功效還需與相應(yīng)的種植和田間管理技術(shù)相結(jié)合[18]。本試驗(yàn)中，在開花前期控釋尿素對(duì)玉米穗位葉可溶性蛋白和游離氨基酸含量以及硝酸還原酶、內(nèi)肽酶和羧肽酶活性并沒有表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，但玉米灌漿中后期效果顯著優(yōu)于普通尿素的各指標(biāo)，這與前人研究結(jié)果基本一致[19-20]，說明控釋尿素處理的氮代謝旺盛;4種處理中以底施（CB）效果最好，這與邵蕾等[14]的研究結(jié)果基本一致，說明底施控釋尿素更能發(fā)揮其優(yōu)勢，原因可能是底施控釋尿素，根系的正下方就是肥料，不但這些氮素更容易被根系獲取，而且氮肥可以誘導(dǎo)根系下扎，從而提高氮肥吸收利用[8]。

硝酸還原酶活性可作為作物產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量的篩選指標(biāo)，其與作物產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量相關(guān)性分析呈正相關(guān)[21]。本試驗(yàn)中，玉米穗位葉硝酸還原酶活性與可溶性蛋白含量極顯著正相關(guān)，可能是由于硝酸還原酶活性影響氨基酸吸收，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)合成[22]。王月福等[23]研究發(fā)現(xiàn)，小麥旗葉衰老過程中可溶性蛋白質(zhì)含量逐漸下降，充足的氮素營養(yǎng)可以提高旗葉可溶性蛋白質(zhì)含量。也有研究表明，鉀素有利于提高灌漿前期和中期小麥旗葉中可溶性蛋白質(zhì)的含量[24]。本試驗(yàn)中，深施（C10）控釋尿素可以提高穗位葉可溶性蛋白含量，底施（CB）更有利于維持玉米中后期較高的可溶性蛋白含量。

葉片中氮的調(diào)運(yùn)主要受蛋白水解酶調(diào)節(jié)，內(nèi)肽酶是玉米籽粒灌漿過程中最主要的蛋白水解酶[4]，其活性變化與蛋白質(zhì)降解密切相關(guān)[22]。高玲等[5]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)肽酶活性可用來反映旗葉中蛋白質(zhì)降解能力的強(qiáng)弱。本試驗(yàn)中，玉米穗位葉內(nèi)肽酶（EP）活性顯著高于羧肽酶（CP），且與游離氨基酸呈極顯著正相關(guān)，這與焦念元等[25]在玉米功能葉蛋白水解酶相關(guān)研究結(jié)果一致。

綜上所述，與常規(guī)尿素處理相比較，控釋尿素能夠顯著提高玉米灌漿中后期穗位葉可溶性蛋白和游離氨基酸含量，以及硝酸還原酶和蛋白水解酶活性，其中底施效果優(yōu)于側(cè)施5，10 cm。

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收稿日期：2018-07-20

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)（201503121-05）;山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目（2017）;信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研項(xiàng)目（2018）

作者簡介：聶良鵬（1988—），男，河南信陽人，研究實(shí)習(xí)員，碩士，主要從事土壤肥料與植物營養(yǎng)研究。

通訊作者簡介：潘茲亮（1964—），男，河南光山人，研究員，主要從事土壤肥料與植物營養(yǎng)方面的研究。