藺世召，葛 偉，熊淑萍，馬新明，張營(yíng)武，杜少勇

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 河南 鄭州 450002;2.信陽(yáng)市環(huán)保局環(huán)境科學(xué)研究所，河南 信陽(yáng) 464000)

氮是影響小麥生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)等的重要因素之一，合理的氮肥施用量不僅能使小麥產(chǎn)量大幅度提高，更能有效調(diào)節(jié)小麥子粒的品質(zhì).前人就施氮對(duì)小麥的影響進(jìn)行了大量研究.如李建敏等［1］研究了不同蛋白質(zhì)含量小麥品種子粒形成期旗葉、子粒氮代謝主要物質(zhì)及相關(guān)酶活性變化特征，結(jié)果表明，不同類型品種小麥旗葉GS 活性在開花期最高，之后下降.王月福等［2］在大田條件下研究了不同施肥水平對(duì)在山東大面積種植的3個(gè)小麥品種子粒蛋白質(zhì)和地上器官游離氨基酸含量的影響，結(jié)果表明，增施氮肥能夠提高各地上器官中的游離氨基酸含量和子粒蛋白質(zhì)含量，品種之間子粒蛋白質(zhì)含量的差異，是由各地上營(yíng)養(yǎng)器官向子粒運(yùn)輸氨基酸的綜合作用所造成的.孫文鑫等［3］利用裂區(qū)試驗(yàn)研究了追肥時(shí)期和種植密度對(duì)小麥新品種豫農(nóng)202 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響.結(jié)果表明，適當(dāng)推遲追肥期和180萬(wàn)～240萬(wàn)·hm-2的基本苗有利于發(fā)揮豫農(nóng)202的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì).由此可見(jiàn)，前人對(duì)許多省份的主導(dǎo)小麥品種和新品種均有較多研究.隨著優(yōu)勢(shì)品種的推廣，高產(chǎn)小麥矮抗58和強(qiáng)筋小麥鄭麥366 已經(jīng)成為河南省內(nèi)的主導(dǎo)品種.但關(guān)于施氮水平對(duì)這2個(gè)品種氮代謝相關(guān)指標(biāo)及產(chǎn)量的影響尚報(bào)道較少.為此本研究以矮抗58和鄭麥366為材料，研究了不同施氮水平對(duì)小麥花后葉片和子粒GS 活性、游離氨基酸含量、產(chǎn)量及子粒蛋白質(zhì)含量的影響，旨在進(jìn)一步了解小麥氮代謝生理特性，為河南小麥氮肥高效利用提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2009—2010年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)進(jìn)行.供試土壤為潮土，耕層養(yǎng)分:有機(jī)質(zhì)8.31 g·kg-1，堿解氮65.40 mg·kg-1，速效磷16.32 mg·kg-1，速效鉀80.36 mg·kg-1.供試小麥材料為河南大面積種植的高產(chǎn)品種矮抗58和強(qiáng)筋品種鄭麥366.試驗(yàn)按施氮量設(shè)置4個(gè)處理:分別為N0(0 kg·hm-2)，N1(150 kg·hm-2)，N2(225 kg·hm-2)，N3(300 kg·hm-2).試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，共24個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為2 m×5 m.所施氮肥品種為尿素，基追比為6∶4.磷肥(過(guò)磷酸鈣)與鉀肥(氯化鉀)全部基施，施用量均為105 kg·hm-2.小麥于2009-10-15 播種，2010-03-16 追肥，2010-06-07 收獲.其它栽培管理同一般高產(chǎn)麥田.

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 GS 活性 按王小純等［4］的方法測(cè)定粗酶提取液的GS 活性.1個(gè)GS 活性單位定義為1 min于25℃下催化1μmo1γ-谷氨酰異羥肟酸的產(chǎn)生所需要酶量.總GS 活性計(jì)算以15 min 內(nèi)生成的產(chǎn)物γ-谷氨?；蹼克嵩?40 nm 處的吸光值表示酶活性.于開花期、花后7，14，21，28 d 取各處理倒1葉、倒2葉、倒3葉及子粒.

1.2.2 游離氨基酸含量 采用茚三酮法［5］.于開花期、花后7，14，21，28 d 取各處理倒1葉、倒2葉、倒3葉及子粒(花后7 d 開始取子粒，下同).

1.2.3 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素 小麥成熟時(shí)，在各試驗(yàn)處理的每小區(qū)均選取2個(gè)1 m2代表性樣點(diǎn)，單獨(dú)收割，晾曬，脫粒測(cè)產(chǎn).實(shí)測(cè)子粒產(chǎn)量按13%子粒含水量進(jìn)行校正.同時(shí)，每小區(qū)選取具有代表性典型植株帶回室內(nèi)，進(jìn)行常規(guī)考種.

1.2.4 子粒蛋白質(zhì)含量 自然晾曬干的子粒粉碎后用半微量凱氏定氮法［6］測(cè)定全氮，子粒含氮量乘以系數(shù)5.7為子粒蛋白質(zhì)含量.

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮水平對(duì)矮抗58和鄭麥366葉片及子粒GS 活性的影響

谷氨酰胺合成酶(GS)是處于氮代謝中心的關(guān)鍵酶，在氨基酸初步合成和植株體內(nèi)儲(chǔ)存氮素再利用起到了重要作用［7，8］.由表1可以看出，施氮水平對(duì)2個(gè)品種的GS 活性具有顯著的調(diào)控效應(yīng).主要表現(xiàn)為2個(gè)品種葉片和子粒的GS 活性隨著施氮量的增加而增加.當(dāng)小于N2 時(shí)，施氮量對(duì)2個(gè)品種調(diào)控效應(yīng)相近，均表現(xiàn)為N0 與N1 差異較大，而N1和N2 差異較小.當(dāng)大于N2 時(shí)，施氮量對(duì)2個(gè)品種的調(diào)控效應(yīng)表現(xiàn)出極大的差異，鄭麥366 增加程度明顯高于矮抗58.表明當(dāng)施氮量大于N2時(shí)，能夠顯著提高鄭麥366 同化或轉(zhuǎn)移氮素能力.施氮量對(duì)不同時(shí)期GS 活性趨勢(shì)調(diào)控效應(yīng)不大，GS活性在開花后隨著生育期的推進(jìn)表現(xiàn)為先上升后下降趨勢(shì)，并且花后14 d 達(dá)到最大.2個(gè)品種相比，鄭麥366 各葉片和子粒GS 活性高于矮抗58;不同部位之間，不同處理GS 活性均表現(xiàn)為:倒1葉＞倒2葉＞倒3葉＞子粒.

表1 施氮水平對(duì)矮抗58和鄭麥366葉片及子粒GS 活性的影響Table 1 Effect of different fertilizer treatments on GS activity OD 值·g -1·h -1

2.2 施氮水平對(duì)矮抗58和鄭麥366葉片及子粒游離氨基酸含量的影響

游離氨基酸是植株體內(nèi)氮化物的存在方式和主要運(yùn)輸形式，能夠反映子粒氮素同化物的供應(yīng)能力和蛋白質(zhì)的合成能力［9］.由表2可以看出，在不同氮肥調(diào)控條件下，葉片和子粒的游離氨基酸含量隨著施氮水平的提高而增加，開花后，葉片中的游離氨基酸含量逐漸升高，并在花后14 d 達(dá)到高峰，然后降低;子粒呈一直下降趨勢(shì).N0 在花后14 d后急劇下降，而其它處理在花后21 d 依然處于較高水平.說(shuō)明增加施氮量可以提高小麥植株體內(nèi)游離氨基酸含量水平.2個(gè)品種相比，鄭麥366的游離氨基酸含量高于矮抗58.當(dāng)施氮量大于N2 時(shí)，鄭麥366 增加程度明顯高于矮抗58.鄭麥366葉片在開花期、花后7 d、花后14 d、花后21 d和花后28 d 比矮抗58 增加的百分比分別為8.89%，22.21%，1.77%，0.55%和26.16%子粒增加的百分比分別為(除開花期)5.60%，8.92%，-5.27%和14.48%.不同部位之間、不同處理游離氨基酸含量均表現(xiàn)為:倒1葉＞倒2葉＞倒3葉＞子粒.

2.3 施氮水平對(duì)矮抗58和鄭麥366 產(chǎn)量和子粒蛋白質(zhì)含量的影響

由表3可以看出，2個(gè)品種產(chǎn)量均施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，并都在N2 達(dá)到最高產(chǎn)量，矮抗58和鄭麥366分別是8673.39和8359.60kg·hm-2.穗數(shù)都隨著施氮量的增加而增加，千粒重施氮量的增加而減少，穗粒數(shù)呈現(xiàn)向上升后下降趨勢(shì)，并都在N2 達(dá)到最大，子粒蛋白質(zhì)含量均隨著施氮量的增加而增加.2個(gè)品種相比，矮抗58 產(chǎn)量的提高主要在于千粒重較高，而鄭麥366 主要在于穗數(shù)較高.同一施肥量下，矮抗58 產(chǎn)量高于鄭麥366，矮抗58的子粒蛋白質(zhì)含量均低于鄭麥366(N0 除外)，說(shuō)明氮素水平對(duì)子粒蛋白質(zhì)含量的調(diào)控是鄭麥366 大于矮抗58.

表2 施氮水平對(duì)矮抗58和鄭麥366葉片及子粒游離氨基酸含量的影響Table 2 Effect of different fertilizer treatments on free amino acid content mg·g -1

表3 施氮水平對(duì)矮抗58和鄭麥366 產(chǎn)量和子粒蛋白質(zhì)含量的影響Table 3 Effect of different fertilizer treatments on yield and quality

3 結(jié)語(yǔ)與討論

適宜的施氮量能夠提高小麥的產(chǎn)量和子粒蛋白質(zhì)含量，王月福等［10］認(rèn)為，適當(dāng)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，促進(jìn)開花前暫貯于營(yíng)養(yǎng)器官中的同化物質(zhì)向子粒中運(yùn)轉(zhuǎn)，增加子粒中淀粉合成有關(guān)酶和氮素同化酶的活性，導(dǎo)致小麥子粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量同步增加.趙俊曄等［11］認(rèn)為子粒蛋白質(zhì)含量的提高主要來(lái)自子粒氮素積累能力的提高或營(yíng)養(yǎng)器官氮素向子粒供應(yīng)的增加.

GS 是氮同化和植株體內(nèi)氮素再利用的關(guān)鍵酶，它參與多種氮代謝的調(diào)節(jié)，是氮代謝中心的多功能酶［12，13］，游離氨基酸能夠反映子粒氮素同化物的供應(yīng)能力和蛋白質(zhì)的合成能力.本研究表明，開花后葉片GS 活性和游離氨基酸含量均呈現(xiàn)“低-高-低”趨勢(shì)，并在開花14 d 出現(xiàn)高峰.這與王小純等［4］和趙輝等［14］研究基本一致.不同部位之間呈現(xiàn)倒1葉＞倒2葉＞倒3葉，說(shuō)明旗葉對(duì)子粒的氮素供應(yīng)起到重要作用.施氮水平對(duì)矮抗58和鄭麥366的氮代謝均有顯著調(diào)控效應(yīng).增加施氮量可以提高各葉位和子粒的GS 活性和游離氨基酸含量，這與前人［10，15，16］研究一致.本研究表明，當(dāng)施氮量低于N2(225 kg·hm-2)時(shí)，2個(gè)品種子粒蛋白質(zhì)含量以及葉片和子粒的GS 活性、游離氨基酸含量都有明顯提高，但是當(dāng)施氮量高于225 kg·hm-2時(shí)，施氮量對(duì)鄭麥366的氮代謝調(diào)控效應(yīng)明顯高于矮抗58.

小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素主要有穗數(shù)、子粒數(shù)和千粒重.矮抗58 產(chǎn)量的提高主要在于千粒重較高，而鄭麥366 主要在于穗數(shù)較高.同一施肥量條件下，矮抗58 產(chǎn)量高于鄭麥366，而供應(yīng)氮素的游離氨基酸含量卻是矮抗58 低于鄭麥366，這說(shuō)明矮抗58在有較高產(chǎn)量的同時(shí)卻有較低的氮素供應(yīng)能力，導(dǎo)致矮抗58的子粒蛋白質(zhì)含量較低，鄭麥366 有較低的產(chǎn)量和較高的氮素供應(yīng)能力，導(dǎo)致鄭麥366 子粒蛋白質(zhì)含量較高.

綜上所述，合理施氮能夠促進(jìn)小麥GS 活性、游離氨基酸含量的提高，能夠增加產(chǎn)量和子粒蛋白質(zhì)含量.在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，矮抗58 在N2(225 kg·hm-2)處理下，能夠達(dá)到產(chǎn)量最高，子粒蛋白質(zhì)含量較優(yōu)，是矮抗58的最佳施氮水平.而鄭麥366 若以產(chǎn)量為目標(biāo)時(shí)施氮水平應(yīng)該在N2(225 kg·hm-2)，當(dāng)以子粒蛋白質(zhì)含量為目標(biāo)時(shí)，施氮水平應(yīng)該在N3(300 kg·hm-2)較為適宜.

［1］李建敏，王振林.不同蛋白質(zhì)含量小麥品種子粒形成期氮代謝及相關(guān)酶活性的比較［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，42(9):3078-3086.

［2］王月福，于振文，李尚霞，等.不同施肥水平對(duì)不同品種小麥子粒蛋白質(zhì)和地上器官游離氨基酸含量的影響［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2003，23(3):417-421.

［3］孫文鑫，馬彩艷，朱有朋，等.追肥時(shí)期和種植密度對(duì)小麥新品種豫農(nóng)202 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，45(1):28-32.

［4］王小純，熊淑萍，馬新明，等.不同形態(tài)氮素對(duì)專用型小麥花后氮代謝關(guān)鍵酶活性及子粒蛋白質(zhì)含量的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25(4):802-807.

［5］李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［6］南京農(nóng)業(yè)大學(xué).土壤農(nóng)化分析［M］.北京:農(nóng)業(yè)出版社，1986.

［7］李常健，林清華，張楚富.高等植物谷氨酰胺合成酶研究進(jìn)展［J］.生物學(xué)雜志，2001，18(4):1-3.

［8］MIFLIN B J，HABASH D Z.The role of glutamine synthetase and glutamate dehydrogenase in nitrogen assimilation and possibilities for improvement in the nitrogen utilization of crops［J］.Journal of Experimental Botany，2002，53(370):979-987.

［9］郭鵬旭，熊淑萍，杜少勇，等.氮素形態(tài)對(duì)豫麥34 地上器官游離氨基酸和子粒蛋白質(zhì)含量的影響［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2010，30 (2):326-329.

［10］王月福，姜 東，于振文，等.氮素水平對(duì)小麥子粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的影響及其生理基礎(chǔ)［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36(5):513-520.

［11］趙俊曄，于振文.施氮量對(duì)小麥強(qiáng)勢(shì)和弱勢(shì)子粒氮素代謝及蛋白質(zhì)合成的影響［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38(8):1547-1554.

［12］張 軍，許 軻，張洪程，等.稻麥套種對(duì)小麥花后地上部游離氨基酸含量及子粒品質(zhì)的影響［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2006，26 (2):109-112.

［13］趙 春，焦念元，寧堂原，等.不同環(huán)境條件下小麥氮代謝關(guān)鍵酶活性及子粒品質(zhì)［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17(10):1866-1870.

［14］趙 輝，荊 奇，戴廷波，等.花后高溫和水分逆境對(duì)小麥子粒蛋白質(zhì)形成及其關(guān)鍵酶活性的影響［J］.作物學(xué)報(bào)，2007，33(12):2021-2027.

［15］馬東輝，王月福，趙長(zhǎng)星，等.施氮量和花后土壤含水量對(duì)小麥氮代謝特性和子粒蛋白質(zhì)含量的影響［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2008，14(6):1035-1041.

［16］王月福，于振文，李尚霞，等.土壤肥力對(duì)小麥開花后各器官游離氨基酸和子粒蛋白質(zhì)含量變化的影響［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2003，23 (1):41- 43.