黃偉超 范宇博 顧萬榮

摘要 [目的]研究在不同氮素水平條件下，不同氮效率玉米品種的物質(zhì)積累及氮代謝相關(guān)酶活性的差異。[方法]采用水培方式，選用氮高效玉米品種鄭單958和氮低效玉米品種鑫鑫1號(hào)為供試品種，設(shè)置5個(gè)施氮濃度（N1～N5），分別為0.04、0.80、2.00、4.00和8.00 mmol/L，揭示不同品種氮效率差異的生理機(jī)制。[結(jié)果]隨著施氮量增加，玉米幼苗的干物質(zhì)積累不斷升高，葉面積、總根長(zhǎng)、根表面積和根體積逐漸增加，當(dāng)施氮量為4.00 mmol/L（N4）時(shí)，以上指標(biāo)達(dá)到最大。2個(gè)品種相比，氮高效品種鄭單958效果好于鑫鑫1號(hào)。施氮量為8.00 mmol/L（N5）時(shí)株高最高。隨著施氮量增加，硝酸還原酶（NR）和亞硝酸還原酶（NiR）活性逐漸升高，但N3、N4和N5 這3個(gè)處理相同品種的酶活性增加幅度較小。谷氨酸合成酶（GOGAT）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性先上升后下降，N3處理時(shí)，2個(gè)品種活性最高。[結(jié)論]氮高效品種鄭單958在不同的氮水平下有較高的氮代謝酶活性，這有利于氮肥的轉(zhuǎn)化吸收和利用，從而有利于植株生長(zhǎng)和物質(zhì)積累。

關(guān)鍵詞 玉米；物質(zhì)積累；氮效率；氮代謝酶

中圖分類號(hào) S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）34-0022-05

Abstract [Objective]To research the difference of dry matter accumulation and nitrogen metabolism enzyme activity of different nitrogen efficiency maize varieties in different nitrogen levels.[Method]Hydroponics was used in the research，high efficient nitrogen fertilizer cultivar （Zhengdan 958） and low efficient nitrogen fertilizer cultivar（Xinxin 1） were selected in the research and five nitrogen levels （N1～N5） were set（0.04，0.80，2.00，4.00 and 8.00 mmol/L）to uncover the physiological mechanism of different nitrogen efficiency in different maize varieties.[Result]With the increase of nitrogen application，dry weight accumulation was increased continuously and leaf area，total root length，root area and root volume were increased.The maximum value appeared in 4.00 mmol/L （N4）.Compared to Xinxin 1，Zhengdan 958 was better in above indicators.The biggest leaf area appeared in 8.00 mmol/L （N5）.With the increase of nitrogen application，NR and NiR activity were increased.The enzyme activity of same variety was less increase in N3，N4 and N5 treatments.GOGAT and GS activity showed first rising and then declining trend，and the highest activity of three varieties appeared in N3 treatment.[Conclusion] Zhengdan 958 shows higher nitrogen metabolism enzyme activity in different nitrogen efficiency maize varieties of different nitrogen levels，which is good for absorption，transformation and utilization of nitrogen as well as growth and matter accumulation of maize.

Key words Maize；Matter accumulation；Nitrogen use efficiency；Nitrogen metabolism enzyme

我國是玉米產(chǎn)量和播種面積僅次于美國的第二玉米生產(chǎn)國[1]。近些年，我國玉米種植面積迅速擴(kuò)大，在2008年位居第一，超過水稻種植面積。玉米是具有多種用途的作物，可作為糧食、飼料、能源等。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，玉米的地位越來越高，此外由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展等原因，玉米的需求量在我國持續(xù)增加，據(jù)估算，到2030年玉米單產(chǎn)至少增加30%～40%[2]。提高玉米總產(chǎn)量，保證糧食安全的重要途徑是實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)和超高產(chǎn)（≥12 000 kg/hm2）[3]。

在作物生產(chǎn)中，氮素有十分重要的作用。它是作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的大量元素之一，也是作物提質(zhì)增產(chǎn)的重要元素。世界氮肥的平均利用率為50%，而我國氮肥的平均利用率僅為30%左右，遠(yuǎn)低于世界平均水平[4]。我國每年因此原因損失的氮素約1 000萬t，這使得氮素資源嚴(yán)重流失，并且給生態(tài)環(huán)境造成威脅[5]。因此，當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的重要問題是如何提高氮肥利用效率，減少氮肥用量。

近些年，玉米的氮效率問題引起了許多科技工作者的重視，并做了大量工作。但由于玉米氮肥利用率受施氮時(shí)期與施氮量等因素的綜合影響，玉米的氮效率研究仍具有一定難度。目前對(duì)玉米氮代謝的研究主要集中在氮素對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)量的影響上，對(duì)于玉米氮效率基因型差異的生理生化基礎(chǔ)、選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)和改良途徑等方面的研究還很少，因此玉米氮效率差異的研究對(duì)保持玉米的持續(xù)高產(chǎn)高效生產(chǎn)仍有重大意義。在前人研究的基礎(chǔ)上，該試驗(yàn)選用氮效率不同的2個(gè)品種，研究不同氮素水平下2個(gè)品種在物質(zhì)積累和氮代謝關(guān)鍵酶活性上的差異，從而揭示氮利用效率與氮代謝關(guān)鍵酶活性間的關(guān)系，為不同氮效率的玉米在生理層面上的差異研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 供試品種為鄭單958（氮高效型）、鑫鑫1號(hào)（氮低效型）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2016年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。水培試驗(yàn)播種前將挑選好的種子在恒溫25 ℃下浸泡24 h，依據(jù)玉米田間生長(zhǎng)的時(shí)期，將種子播種在放有蛭石的直徑為0.5 m、深度為7 cm的圓盤中，每盤80粒種子，之后在種子上覆蛭石2～3 cm，每天視情況澆水。出苗后移入生長(zhǎng)室內(nèi)，待長(zhǎng)到2葉1心時(shí)，精選生長(zhǎng)整齊的幼苗，去掉胚乳后，移入裝有1 L 1/2濃度營養(yǎng)液的桶中，每桶20株幼苗，營養(yǎng)液pH為6.1，3 d后換成完全營養(yǎng)液，前14 d每隔2 d更換1次營養(yǎng)液，之后每天進(jìn)行更換。幼苗生長(zhǎng)在晝夜溫度為26 ℃/18 ℃的生長(zhǎng)室中，光照強(qiáng)度為300 μmol/（m2·S）。轉(zhuǎn)入營養(yǎng)液中生長(zhǎng)20 d后的09：00取樣測(cè)定。取整株幼苗保存待測(cè)形態(tài)及干重指標(biāo)，取由上至下的第2片全展葉，用錫紙包樣，-80 ℃保存待測(cè)生理及酶活指標(biāo)。

營養(yǎng)液組成為CaCl2（2 mmol/L），K2SO4（0.75 mmol/L），KCl（0.1 mmol/L），KH2PO4（0.25 mmol/L），EDTA-Fe（0.15 mmol/L），H3BO3（1.0×10-3 mmol/L），MnSO4·H2O（1.0×10-3 mmol/L），ZnSO4·7H2O（1.0×10-3 mmol/L），CuSO4·5H2O（1.0×10-4 mmol/L），（NH4）6MO7O24·4H2O（5.0×10-6 mmol/L）。氮以Ca（NO3）2形態(tài)供給，向營養(yǎng)液中加入一定質(zhì)量的Ca（NO3）2，使其在營養(yǎng)液中分別達(dá)到5個(gè)N水平（N1～N5），即0.04、0.80、2.00、4.00和8.00 mmol/L，并以2 mmol/L的CaCl2補(bǔ)充不足的Ca2+。每個(gè)N水平為1個(gè)處理，共5個(gè)處理，每個(gè)處理20株幼苗。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 株高。隨機(jī)選取5株植株，用刻度為1 mm的直尺測(cè)量從幼苗底部到自然垂直的最高點(diǎn)距離，求5株平均值。

1.3.2 葉面積。采用SHY-150型便攜式葉面積儀測(cè)定。

1.3.3 根系掃描。

采用加拿大Regent公司生產(chǎn)的根系掃描儀，經(jīng)數(shù)字化軟件（WinRHIZO-2004a）分析后獲得根系形態(tài)數(shù)據(jù)。

1.3.4 幼苗干重。

隨機(jī)選擇5株幼苗，將幼苗放入鐵盤內(nèi)，放入烘箱105 ℃殺青30 min，之后80 ℃烘干至恒重，稱重為幼苗干重。

1.3.5 根冠比。

根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.3.6 硝酸還原酶（NR）活性測(cè)定。取樣品約0.5 g，分別裝入50 mL錐形瓶中（對(duì)照加1 mL 20%的三氯乙酸），加入5%乙酸乙酯50 μL。內(nèi)源和外源基質(zhì)下的錐形瓶中各加入9 mL pH=7.5的35 mmol/L的磷酸緩沖溶液，再加入25 mmol/L的KNO3在外源條件下的錐形瓶中。反復(fù)抽真空，之后將三角瓶放置在25 ℃黑暗中保溫30 min，取出后將1 mL 20%三氯乙酸加入測(cè)試管中終止反應(yīng)。將2 mL反應(yīng)液加入2 mL 1%磺胺、2 mL 0.02% α-萘基乙烯二胺鹽酸，室溫下靜置20 min顯色，540 nm處比色記錄吸光值。

1.3.7 谷氨酰胺合成酶（GS）活性測(cè)定。

取1 g樣品研磨，之后每一樣品中加入2 mL咪唑-鹽酸（0.05 mmol/L）提取緩沖液，研磨成均勻的黏糊狀后，靜置30 min，12 000 r/min離心20 min，取上清液用于酶活性測(cè)定，調(diào)節(jié)pH至7.2，以上提取過程均保持在4 ℃下進(jìn)行。

GS的測(cè)定：依次取1 mL咪唑-鹽酸緩沖液、0.2 mL的0.5 mol/L MgCl2·6H2O、0.2 mL的50 mmol/L EDTA-Na2、0.2 mL的1.00 mol/L Glu-Na2、0.2 mL的0.498 mol/L鹽酸羥胺和0.2 mL的180 mmol/L ATP-Na2放入試管中，再迅速加入1 mL粗酶液混勻，于30 ℃水浴上反應(yīng)15 min，然后立即取出，加入1 mL終止顯色液（0.37 mol/L FeCl3、0.67 mol/L三氯乙酸、0.2 mol/L HCl）終止反應(yīng)，在5 000 r/min下離心10 min，取上清液測(cè)540 nm處吸光值。

1.3.8 亞硝酸還原酶（NiR）活性測(cè)定。

將1 g 葉片（或根）樣品于3 mL 提取液（內(nèi)含50 mmol/L pH 7.9 Tris-HCl、5 mmol/L 半胱氨酸和2 mmol/L EDTA）研缽中研磨，勻漿于14 000 r/min下離心20 min，上清液用于活性測(cè)定，以上過程均在4 ℃環(huán)境下進(jìn)行。反應(yīng)體系包含 50 mmol/L pH 7.5 Tris-HCl、0.5 mmol/L NaNO2和1 mmol/L 甲基紫精（methyl viologen，MV），加50 μL提取液定容到0.9 mL。加入100 μL溶于0.2 mol/L NaHCO3溶液中的0.12 mol/L Na2S2O4（連二亞硫酸鈉），30 ℃水浴60 min，開始反應(yīng)。然后通過劇烈渦旋直到甲基紫精的顏色完全褪去終止反應(yīng)。再加入100 μL 1 mol/L Zn（CH3COO）2，于14 000 r/min下離心10 min。上清液中NO2-殘留量測(cè)定，通過吸取500 μL上清液加入250 μL 1% 磺胺儲(chǔ)備液（內(nèi)含1.5 mol/L HCl）和250 μL 0.02% α-萘基乙烯二胺鹽酸，540 nm下測(cè)定殘留于上清液中的NO2-吸光值，計(jì)算NO2-消耗量，每一處理3次重復(fù)，并設(shè)1個(gè)對(duì)照，對(duì)照在反應(yīng)進(jìn)行前先加1%磺胺和0.02% α-萘基乙烯二胺鹽酸，其余步驟與測(cè)試管相同。

1.3.9 谷氨酸合成酶（GOGAT）活性測(cè)定。

取1 g葉或塊根，使用預(yù)冷的研缽和研杵，加入2 mL 酶提取緩沖液[100 mmol/L KH2PO4， pH 7.5，0.5 mmol/L 乙二胺四乙酸（EDTA），100 mmol/L KCl，0.5%（v/v）Triton X-100（聚乙二醇辛基苯基醚），0.1%（v/v）巰基乙醇]、1 g 石英砂和0.3 g Dowex 1，1X2-400（平衡提取緩沖液）干冰上進(jìn)行研磨。然后再加入4 mL 提取緩沖液（調(diào)節(jié)提取液pH 為7.4～7.7），4 ℃ 20 000 r/min 下離心 20 min，采用凝膠過濾法，取2 mL 上清液，使用前用反應(yīng)緩沖液（500 mmol/L KH2PO4/KOH，pH 7.5，0.1% （v/v）巰基乙醇平衡的4 cm/4 mL Sephadex G-25除去低分子量物質(zhì)，上清液可直接用于酶活性測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析工具

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值表示，采用DPS進(jìn)行方差分析，Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較（α=0.05），Microsoft Excel 2010軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮水平對(duì)不同基因型玉米干重的影響

由表1可知，隨著氮水平的升高，2個(gè)品種地上部分干重呈先上升后下降的趨勢(shì)，2個(gè)品種均在N4水平時(shí)，地上部分干重最大，N5水平時(shí)地上部分干重下降，但鄭單958的N4處理與N5處理差異不顯著，而鑫鑫1號(hào)差異顯著。這表明在極高氮水平下，鑫鑫1號(hào)對(duì)多余氮的利用和轉(zhuǎn)化能力弱于鄭單958，且地上部分干重受不良影響較大。當(dāng)供氮水平由N1升高到N2時(shí)，鄭單958的地上部分干重有明顯的升高，升高幅度為35.34%，鑫鑫1號(hào)的增加幅度為11.86%，但差異不顯著。2個(gè)品種相比，鄭單958地上部分干重在每一個(gè)供氮水平下都高于鑫鑫1號(hào)，且差異顯著。

2個(gè)玉米品種根系干重的趨勢(shì)與地上部分干重趨勢(shì)相同，即隨著氮水平的升高，根系干重逐漸升高，N4水平時(shí)達(dá)到最大，之后下降。鄭單958和鑫鑫1號(hào)的N4處理與N5處理間均差異顯著，N5處理較N4處理根系干重分別下降了8.51%和11.11%。這表明氮供應(yīng)過量的條件下，鑫鑫1號(hào)的根系干重受到的不良影響大于鄭單958，鑫鑫1號(hào)對(duì)多余氮的利用和轉(zhuǎn)化能力較鄭單958差。當(dāng)供氮水平由N1升高到N4時(shí)，鄭單958根系干重升高37.40%，鑫鑫1號(hào)升高55.17%，均差異顯著。這表明，最佳的供氮水平對(duì)于氮低效品種根系干重的增加更為重要。

隨著氮水平的提高，總干重同樣呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，2個(gè)玉米品種均在N4水平時(shí)總干重最大。2個(gè)品種的根冠比隨著氮水平的升高出現(xiàn)不同的趨勢(shì)，鄭單958根冠比一直呈下降的趨勢(shì)，這表明氮水平升高能促進(jìn)鄭單958的地上部分生長(zhǎng)。當(dāng)?shù)接蒒1升高到N2時(shí)，鑫鑫1號(hào)的根冠比升高，氮水平為N2～N4時(shí)，根冠比降低，N4～N5時(shí)根冠比升高。這表明氮水平極高或者極低不利于鑫鑫1號(hào)地上部分干重積累。不同氮水平對(duì)鄭單958地上部分干重積累的促進(jìn)作用大于根系干重的積累，而對(duì)鑫鑫1號(hào)的影響則是根據(jù)氮水平的不同而出現(xiàn)差異。

2.2 氮水平對(duì)不同基因型玉米葉面積的影響

由圖1可知，在不同的氮水平下，2個(gè)玉米品種葉面積的變化規(guī)律為隨著氮水平的升高，葉面積呈上升的趨勢(shì)，N4水平時(shí)葉面積最大，N5水平時(shí)葉面積下降。與N1相比，鄭單958的N4處理葉面積增加了71.36%，鑫鑫1號(hào)的葉面積增加了47.53%。氮水平由N1升高到N4時(shí)，鄭單958葉面積增加量高于鑫鑫1號(hào)，這表明鄭單958對(duì)氮吸收同化的效果好于鑫鑫1號(hào)。當(dāng)?shù)接蒒4升高到N5時(shí)，鄭單958葉面積下降了7.84%，差異不顯著，鑫鑫1號(hào)葉面積下降了12%，差異顯著。這表明，鄭單958比鑫鑫1號(hào)有更好的耐氮能力。

2.3 氮水平對(duì)不同基因型玉米株高的影響

氮素具有促進(jìn)作物生長(zhǎng)的作用，缺氮時(shí)植株表現(xiàn)為生長(zhǎng)緩慢，植株矮小。從圖2可以看出，隨氮水平的提高，株高總體表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)，但氮素供應(yīng)水平超過N3后，株高增加緩慢。不同氮效率基因型株高的規(guī)律為鄭單958大于鑫鑫1號(hào)，不同氮效率基因型之間的株高差異達(dá)到顯著水平。

2.4 氮水平對(duì)不同基因型玉米根長(zhǎng)的影響

由圖3可知，隨著氮水平的提高，2個(gè)玉米品種的根長(zhǎng)呈先升高后下降的趨勢(shì)，在N4水平時(shí)根長(zhǎng)最大。與N1處理相比，鄭單958和鑫鑫1號(hào)的N4處理根長(zhǎng)分別增加了81.02%和58.07%，且差異顯著。這表明，鄭單958對(duì)氮吸收效率更高，施用氮肥時(shí)，對(duì)根長(zhǎng)生長(zhǎng)的促進(jìn)作用大于鑫鑫1號(hào)。鄭單958根長(zhǎng)為N1～N4處理時(shí)，均有顯著升高，鑫鑫1號(hào)根長(zhǎng)在N1～N3處理時(shí)有明顯增加。當(dāng)?shù)接蒒4升高到N5時(shí)，鄭單958根長(zhǎng)沒有明顯的下降，而鑫鑫1號(hào)根長(zhǎng)出現(xiàn)明顯下降，分別下降了5.75%和9.56%。

2.5 氮水平對(duì)不同基因型玉米根表面積的影響 由圖4可知，隨著氮水平的提高，根系表面積呈先升高后降低的趨勢(shì)，在N4水平時(shí)2個(gè)品種的根系表面積達(dá)到最大。與N1相比，鄭單958的N4處理根表面積升高了83.44%，鑫鑫1號(hào)升高了66.35%，在一定供氮水平范圍，鄭單958的氮吸收轉(zhuǎn)化能力好于鑫鑫1號(hào)。

2.6 氮水平對(duì)不同基因型玉米根體積的影響

由圖5可知，隨著氮水平的不斷升高，2個(gè)玉米品種的根體積呈先升后降的趨勢(shì)，在N4水平時(shí)根體積達(dá)到最大，之后下降。與N1水平相比，鄭單958的N4水平根體積增加了67.03%，鑫鑫1號(hào)增加了47.76%。鄭單958在N1、N2和N3水平下根體積快速增長(zhǎng)，3個(gè)氮水平的根體積間差異顯著，當(dāng)?shù)降絅4時(shí)，根體積增長(zhǎng)緩慢，且與N3水平差異不顯著。鑫鑫1號(hào)在N1和N2的氮水平下根體積快速增長(zhǎng)，且差異顯著，N3和N4水平根體積增加緩慢。

2.7 氮水平對(duì)不同基因型玉米葉片硝酸還原酶（NR）活性的影響

硝酸還原酶在氮代謝中的作用是將NO3-轉(zhuǎn)換成NO2-，供植株進(jìn)一步使用。如圖6所示，隨著氮水平的增加，2個(gè)品種出現(xiàn)了不同的變化規(guī)律，鄭單958的NR活性持續(xù)上升，最高活性出現(xiàn)在N5水平時(shí)，與N1處理相比，N5的酶活性升高了64.24%。鑫鑫1號(hào)的NR活性先升高后降低，在N4處理時(shí)達(dá)到最大，N5時(shí)酶活性降低，與N1相比，N4的活性升高了18.72%。

2.8 氮水平對(duì)不同基因型玉米葉片亞硝酸還原酶（NiR）活性的影響

NiR在氮代謝中的作用主要是將NO2-轉(zhuǎn)換成為NH4+，從而進(jìn)一步被植物使用。由圖7可知，鄭單958的NiR活性隨著氮水平的升高呈上升的趨勢(shì)，在N1～N2時(shí)，NiR活性呈快速上升的趨勢(shì)，N2～N5時(shí)，活性升高緩慢，且N3、N4和N5三者之間差異不顯著。鑫鑫1號(hào)的NiR活性在N1～N2水平時(shí)呈現(xiàn)快速升高趨勢(shì)，之后NiR的活性幾乎不變，在N5的供氮水平時(shí)活性下降。當(dāng)?shù)接蒒1升高到N2時(shí)，鄭單958的NiR活性升高了139.95%，鑫鑫1號(hào)升高了191.96%。

2.9 氮水平對(duì)不同基因型玉米葉片谷氨酸合成酶（GOGAT）活性的影響

谷氨酸合成酶（GOGAT）是氮代謝過程中重要的酶，它在谷氨酸的合成循環(huán)中主要是催化谷氨酰胺與α-酮戊二酸生成谷氨酸。由圖8可知，隨著供氮水平的升高，2個(gè)玉米品種的GOGAT活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在N3水平時(shí)，GOGAT活性最高。與N1相比，鄭單958的N3水平的GOGAT活性升高了47.83%，鑫鑫1號(hào)升高了48.94%。

2.10 氮水平對(duì)不同基因型玉米葉片谷氨酰胺合成酶（GS）活性的影響

谷氨酰胺合成酶（GS）是植物氮代謝的關(guān)鍵酶，它在谷氨酸合成循環(huán)中催化谷氨酸與NH3形成谷氨酰胺，參與植物含氮化合物的新陳代謝。由圖9可知，隨著供氮水平的提高，2個(gè)品種的GS活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在N3水平的氮供應(yīng)量上，2個(gè)玉米品種的GS活性達(dá)到最大，之后下降。與N1處理相比，鄭單958 N3處理的GS活性升高了60.01%，鑫鑫1號(hào)升高了57.32%。

3 討論

3.1 不同氮素水平對(duì)玉米幼苗物質(zhì)積累的影響

氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需養(yǎng)分，是植物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物如酶、氨基酸、核酸、部分激素的組成成分之一[6]。適量的氮素供應(yīng)可增強(qiáng)植物有機(jī)物質(zhì)的合成，該試驗(yàn)中，氮素促進(jìn)植物生長(zhǎng)，且葉面積的增加進(jìn)一步促進(jìn)了光合同化物的合成。該研究中，在一定的范圍內(nèi)，隨氮素供應(yīng)量的增加，幼苗的株高、葉面積、生物量（植株干重）也不斷增加，進(jìn)一步增加氮素供應(yīng)量，其對(duì)植株地上部生長(zhǎng)的促進(jìn)作用逐漸變小。根系是植物吸收水分和養(yǎng)料的器官，且是植物適應(yīng)環(huán)境的重要器官之一，大多數(shù)生活在土里，構(gòu)成植物的地下部分[7]。LADHA等[8]研究認(rèn)為，氮素高效吸收型水稻通過發(fā)育較好的根系形態(tài)來提高其對(duì)氮素的吸收和利用能力。該研究中，隨著氮素濃度的增加，供試品種的根總長(zhǎng)、根表面積和根體積總體呈先升后降的趨勢(shì)，表明低濃度的氮素供應(yīng)可以促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，進(jìn)而增強(qiáng)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用能力，氮素濃度繼續(xù)升高對(duì)根系形態(tài)的影響較小，這與姜琳琳等[9]對(duì)玉米的研究結(jié)果一致。低量供氮時(shí)玉米根系主要通過伸長(zhǎng)變纖細(xì)來增加根系對(duì)氮素的接觸面積，在適量供氮時(shí)玉米根系變粗，體積增加。

3.2 不同氮素水平對(duì)玉米幼苗葉片氮代謝相關(guān)酶活性的影響

硝態(tài)氮是植物重要的氮來源，硝態(tài)氮進(jìn)入植物體后需要還原為氨態(tài)氮，才能進(jìn)一步合成氨基酸和蛋白質(zhì)。NR是氮素同化的起始酶和限速酶，NiR是控制酶，二者活性與植物同化NO3-的能力密切相關(guān)，直接影響植物對(duì)無機(jī)氮的利用[10-13]。在甜菜及小麥中的研究表明，NR、NiR活性隨著硝態(tài)氮水平的增加而提高，而該試驗(yàn)中，NR和 NiR活性隨著硝態(tài)氮水平的增加而提高，說明NO3-增加能誘導(dǎo)葉片的 NR和NiR活性升高，進(jìn)而為合成氨基酸和形成蛋白質(zhì)提供較充足的氨，但當(dāng)?shù)獫舛瘸^一定水平時(shí)，氮低效品種鑫鑫1號(hào)的NR和NiR活性下降，可能是因?yàn)镹O3- 濃度過高而對(duì)植物產(chǎn)生毒害所致。在適氮水平，NR和NiR活性在品種間存在差異：鄭單958的NR和NiR活性高于鑫鑫1號(hào)，說明NR和NiR活性大小除受氮素供應(yīng)量的影響外，還受品種本身遺傳特性的影響。

植物體內(nèi)氮素的同化與再利用的關(guān)鍵酶是谷氨酰胺合成酶（GS），它是氮代謝系統(tǒng)中心的有多種功能的酶，許多氮代謝的調(diào)節(jié)都有GS 的參與，植物對(duì)氮素同化能力的高低可用GS 活性來衡量。在氨的同化過程中，GS有著中心作用，其具有2種酶的活性：合成酶和轉(zhuǎn)化酶，植物氨同化和氮素轉(zhuǎn)運(yùn)與GS活性密切相關(guān)。在同化NH4+時(shí)，GS和GOGAT同時(shí)起作用，形成GS/GOGAT 循環(huán)。GS/GOGAT循環(huán)是植物NH4+代謝的主要同化途徑，占氨同化的95%以上[14-18]。該試驗(yàn)中，GS、GOGAT活性隨氮素施用量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，這表明氨同化過程受氮供應(yīng)水平的影響。

4 結(jié)論

隨著施氮量增加，玉米幼苗的干物質(zhì)積累不斷升高，葉面積、總根長(zhǎng)、根表面積和根體積逐漸增加，當(dāng)施氮量為4.00 mmol/L（N4）時(shí)，以上指標(biāo)達(dá)到最大。2個(gè)品種相比，氮高效品種鄭單958效果好于鑫鑫1號(hào)。施氮量為8.00 mmol/L（N5）時(shí)株高最高。隨著施氮量增加，硝酸還原酶（NR）和亞硝酸還原酶（NiR）活性逐漸升高，但N3、N4和N5這3個(gè)處理相同品種的酶活性增加幅度較小。谷氨酸合成酶（GOGAT）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性先上升后下降，N3處理時(shí)，2個(gè)品種活性最高。氮高效品種鄭單958在不同的氮水平下有較高的氮代謝酶活性，這有利于氮肥的轉(zhuǎn)化吸收和利用，從而有利于植株生長(zhǎng)和物質(zhì)積累。

參考文獻(xiàn)