施氮水平对不同小麦品种氮代谢相关指标及产量的影响

蔺世召，葛 伟，熊淑萍，马新明，张营武，杜少勇

(1.河南农业大学农学院 河南 郑州 450002;2.信阳市环保局环境科学研究所，河南 信阳 464000)

氮是影响小麦生长发育、产量和品质等的重要因素之一，合理的氮肥施用量不仅能使小麦产量大幅度提高，更能有效调节小麦子粒的品质.前人就施氮对小麦的影响进行了大量研究.如李建敏等［1］研究了不同蛋白质含量小麦品种子粒形成期旗叶、子粒氮代谢主要物质及相关酶活性变化特征，结果表明，不同类型品种小麦旗叶GS 活性在开花期最高，之后下降.王月福等［2］在大田条件下研究了不同施肥水平对在山东大面积种植的3个小麦品种子粒蛋白质和地上器官游离氨基酸含量的影响，结果表明，增施氮肥能够提高各地上器官中的游离氨基酸含量和子粒蛋白质含量，品种之间子粒蛋白质含量的差异，是由各地上营养器官向子粒运输氨基酸的综合作用所造成的.孙文鑫等［3］利用裂区试验研究了追肥时期和种植密度对小麦新品种豫农202 产量及其构成因素的影响.结果表明，适当推迟追肥期和180万～240万·hm-2的基本苗有利于发挥豫农202的产量优势.由此可见，前人对许多省份的主导小麦品种和新品种均有较多研究.随着优势品种的推广，高产小麦矮抗58和强筋小麦郑麦366 已经成为河南省内的主导品种.但关于施氮水平对这2个品种氮代谢相关指标及产量的影响尚报道较少.为此本研究以矮抗58和郑麦366为材料，研究了不同施氮水平对小麦花后叶片和子粒GS 活性、游离氨基酸含量、产量及子粒蛋白质含量的影响，旨在进一步了解小麦氮代谢生理特性，为河南小麦氮肥高效利用提供依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2009—2010年在河南农业大学科教园区进行.供试土壤为潮土，耕层养分:有机质8.31 g·kg-1，碱解氮65.40 mg·kg-1，速效磷16.32 mg·kg-1，速效钾80.36 mg·kg-1.供试小麦材料为河南大面积种植的高产品种矮抗58和强筋品种郑麦366.试验按施氮量设置4个处理:分别为N0(0 kg·hm-2)，N1(150 kg·hm-2)，N2(225 kg·hm-2)，N3(300 kg·hm-2).试验采用随机区组排列，重复3次，共24个小区，小区面积为2 m×5 m.所施氮肥品种为尿素，基追比为6∶4.磷肥(过磷酸钙)与钾肥(氯化钾)全部基施，施用量均为105 kg·hm-2.小麦于2009-10-15 播种，2010-03-16 追肥，2010-06-07 收获.其它栽培管理同一般高产麦田.

1.2 测定方法

1.2.1 GS 活性 按王小纯等［4］的方法测定粗酶提取液的GS 活性.1个GS 活性单位定义为1 min于25℃下催化1μmo1γ-谷氨酰异羟肟酸的产生所需要酶量.总GS 活性计算以15 min 内生成的产物γ-谷氨酰基氧肟酸在540 nm 处的吸光值表示酶活性.于开花期、花后7，14，21，28 d 取各处理倒1叶、倒2叶、倒3叶及子粒.

1.2.2 游离氨基酸含量 采用茚三酮法［5］.于开花期、花后7，14，21，28 d 取各处理倒1叶、倒2叶、倒3叶及子粒(花后7 d 开始取子粒，下同).

1.2.3 产量和产量构成因素 小麦成熟时，在各试验处理的每小区均选取2个1 m2代表性样点，单独收割，晾晒，脱粒测产.实测子粒产量按13%子粒含水量进行校正.同时，每小区选取具有代表性典型植株带回室内，进行常规考种.

1.2.4 子粒蛋白质含量 自然晾晒干的子粒粉碎后用半微量凯氏定氮法［6］测定全氮，子粒含氮量乘以系数5.7为子粒蛋白质含量.

2 结果与分析

2.1 施氮水平对矮抗58和郑麦366叶片及子粒GS 活性的影响

谷氨酰胺合成酶(GS)是处于氮代谢中心的关键酶，在氨基酸初步合成和植株体内储存氮素再利用起到了重要作用［7，8］.由表1可以看出，施氮水平对2个品种的GS 活性具有显著的调控效应.主要表现为2个品种叶片和子粒的GS 活性随着施氮量的增加而增加.当小于N2 时，施氮量对2个品种调控效应相近，均表现为N0 与N1 差异较大，而N1和N2 差异较小.当大于N2 时，施氮量对2个品种的调控效应表现出极大的差异，郑麦366 增加程度明显高于矮抗58.表明当施氮量大于N2时，能够显著提高郑麦366 同化或转移氮素能力.施氮量对不同时期GS 活性趋势调控效应不大，GS活性在开花后随着生育期的推进表现为先上升后下降趋势，并且花后14 d 达到最大.2个品种相比，郑麦366 各叶片和子粒GS 活性高于矮抗58;不同部位之间，不同处理GS 活性均表现为:倒1叶＞倒2叶＞倒3叶＞子粒.

表1 施氮水平对矮抗58和郑麦366叶片及子粒GS 活性的影响Table 1 Effect of different fertilizer treatments on GS activity OD 值·g -1·h -1

2.2 施氮水平对矮抗58和郑麦366叶片及子粒游离氨基酸含量的影响

游离氨基酸是植株体内氮化物的存在方式和主要运输形式，能够反映子粒氮素同化物的供应能力和蛋白质的合成能力［9］.由表2可以看出，在不同氮肥调控条件下，叶片和子粒的游离氨基酸含量随着施氮水平的提高而增加，开花后，叶片中的游离氨基酸含量逐渐升高，并在花后14 d 达到高峰，然后降低;子粒呈一直下降趋势.N0 在花后14 d后急剧下降，而其它处理在花后21 d 依然处于较高水平.说明增加施氮量可以提高小麦植株体内游离氨基酸含量水平.2个品种相比，郑麦366的游离氨基酸含量高于矮抗58.当施氮量大于N2 时，郑麦366 增加程度明显高于矮抗58.郑麦366叶片在开花期、花后7 d、花后14 d、花后21 d和花后28 d 比矮抗58 增加的百分比分别为8.89%，22.21%，1.77%，0.55%和26.16%子粒增加的百分比分别为(除开花期)5.60%，8.92%，-5.27%和14.48%.不同部位之间、不同处理游离氨基酸含量均表现为:倒1叶＞倒2叶＞倒3叶＞子粒.

2.3 施氮水平对矮抗58和郑麦366 产量和子粒蛋白质含量的影响

由表3可以看出，2个品种产量均施氮量的增加呈现先增加后减少的趋势，并都在N2 达到最高产量，矮抗58和郑麦366分别是8673.39和8359.60kg·hm-2.穗数都随着施氮量的增加而增加，千粒重施氮量的增加而减少，穗粒数呈现向上升后下降趋势，并都在N2 达到最大，子粒蛋白质含量均随着施氮量的增加而增加.2个品种相比，矮抗58 产量的提高主要在于千粒重较高，而郑麦366 主要在于穗数较高.同一施肥量下，矮抗58 产量高于郑麦366，矮抗58的子粒蛋白质含量均低于郑麦366(N0 除外)，说明氮素水平对子粒蛋白质含量的调控是郑麦366 大于矮抗58.

表2 施氮水平对矮抗58和郑麦366叶片及子粒游离氨基酸含量的影响Table 2 Effect of different fertilizer treatments on free amino acid content mg·g -1

表3 施氮水平对矮抗58和郑麦366 产量和子粒蛋白质含量的影响Table 3 Effect of different fertilizer treatments on yield and quality

3 结语与讨论

适宜的施氮量能够提高小麦的产量和子粒蛋白质含量，王月福等［10］认为，适当提高氮素水平可以提高源器官碳素同化能力和氮素同化能力，促进开花前暂贮于营养器官中的同化物质向子粒中运转，增加子粒中淀粉合成有关酶和氮素同化酶的活性，导致小麦子粒产量和蛋白质含量同步增加.赵俊晔等［11］认为子粒蛋白质含量的提高主要来自子粒氮素积累能力的提高或营养器官氮素向子粒供应的增加.

GS 是氮同化和植株体内氮素再利用的关键酶，它参与多种氮代谢的调节，是氮代谢中心的多功能酶［12，13］，游离氨基酸能够反映子粒氮素同化物的供应能力和蛋白质的合成能力.本研究表明，开花后叶片GS 活性和游离氨基酸含量均呈现“低-高-低”趋势，并在开花14 d 出现高峰.这与王小纯等［4］和赵辉等［14］研究基本一致.不同部位之间呈现倒1叶＞倒2叶＞倒3叶，说明旗叶对子粒的氮素供应起到重要作用.施氮水平对矮抗58和郑麦366的氮代谢均有显著调控效应.增加施氮量可以提高各叶位和子粒的GS 活性和游离氨基酸含量，这与前人［10，15，16］研究一致.本研究表明，当施氮量低于N2(225 kg·hm-2)时，2个品种子粒蛋白质含量以及叶片和子粒的GS 活性、游离氨基酸含量都有明显提高，但是当施氮量高于225 kg·hm-2时，施氮量对郑麦366的氮代谢调控效应明显高于矮抗58.

小麦产量构成因素主要有穗数、子粒数和千粒重.矮抗58 产量的提高主要在于千粒重较高，而郑麦366 主要在于穗数较高.同一施肥量条件下，矮抗58 产量高于郑麦366，而供应氮素的游离氨基酸含量却是矮抗58 低于郑麦366，这说明矮抗58在有较高产量的同时却有较低的氮素供应能力，导致矮抗58的子粒蛋白质含量较低，郑麦366 有较低的产量和较高的氮素供应能力，导致郑麦366 子粒蛋白质含量较高.

综上所述，合理施氮能够促进小麦GS 活性、游离氨基酸含量的提高，能够增加产量和子粒蛋白质含量.在本试验范围内，矮抗58 在N2(225 kg·hm-2)处理下，能够达到产量最高，子粒蛋白质含量较优，是矮抗58的最佳施氮水平.而郑麦366 若以产量为目标时施氮水平应该在N2(225 kg·hm-2)，当以子粒蛋白质含量为目标时，施氮水平应该在N3(300 kg·hm-2)较为适宜.

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