吳雅薇，李強(qiáng)，豆攀，孔凡磊，馬曉君，程秋博，袁繼超

（農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，成都 611130）

低氮脅迫對不同耐低氮玉米品種苗期傷流液性狀及根系活力的影響

吳雅薇，李強(qiáng)，豆攀，孔凡磊，馬曉君，程秋博，袁繼超*

（農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，成都 611130）

【目的】研究了低氮脅迫對不同耐低氮性玉米品種苗期生長、傷流性狀及根系活力的影響，比較不同耐低氮性玉米品種對低氮脅迫響應(yīng)的差異，以期為西南丘陵地區(qū)耐低氮玉米品種的選育提供理論依據(jù)。 【方法】以兩個耐低氮品種‘正紅 311’、‘成單 30’和兩個低氮敏感品種‘先玉 508’、‘三北 2 號’為試驗(yàn)材料進(jìn)行水培試驗(yàn)，營養(yǎng)液設(shè)置 4 個氮水平:0、0.05、0.5、5 mmol/L。測定了苗期株高等形態(tài)指標(biāo)、干物質(zhì)積累量、根系活力，計算了根冠比、活躍吸收面積比、傷流液中可溶性蛋白等轉(zhuǎn)運(yùn)速度及氨基酸/硝態(tài)氮濃度的比值。 【結(jié)果】低氮脅迫下玉米苗期苗高、莖粗、葉面積、SPAD、單株干重、地上部干重、傷流強(qiáng)度，傷流液中可溶性蛋白和可溶性糖轉(zhuǎn)運(yùn)速度，氨基酸和硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)速度及濃度，根系活力，根系總吸收面積和根系活躍吸收面積均顯著下降，但耐低氮品種各指標(biāo)的降幅均低于低氮敏感品種。根冠比、傷流液中氨基酸/硝態(tài)氮濃度比值均顯著升高，可溶性蛋白和可溶性糖濃度隨脅迫時間的延長表現(xiàn)出先下降后升高的趨勢。耐低氮品種根冠比增幅低于低氮敏感品種，而可溶性蛋白濃度的增幅高于低氮敏感品種，且低氮脅迫下耐低氮品種根系活力、傷流液中可溶性蛋白和可溶性糖濃度顯著高于低氮敏感品種。 【結(jié)論】耐低氮品種在低氮脅迫下能夠保持較高的根系活力，進(jìn)而促進(jìn)了根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，提高了傷流液中各組分的濃度和轉(zhuǎn)運(yùn)速度，較好地維持了碳氮循環(huán)，從而有效地協(xié)調(diào)了植株地上、地下部養(yǎng)分和物質(zhì)的分配，控制了根冠比的增加，維持了地上部的生長。

玉米；低氮脅迫；生長；傷流性狀；根系活力

氮是植物體內(nèi)許多重要化合物的組成成分，包括氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素和一些植物激素，是作物生長發(fā)育需求量最大的營養(yǎng)元素[1]。為了提高產(chǎn)量，在過去 60 年里全世界用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氮肥用量提高了幾倍，而我國更是氮肥生產(chǎn)量和使用量最高的國家。然而，據(jù)統(tǒng)計超過一半的氮素通過農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)流失，嚴(yán)重污染環(huán)境[2]。因此急需提高作物的氮素吸收、利用效率以提高產(chǎn)量和減少環(huán)境污染。玉米是世界上種植最為廣泛的谷類作物，也是需求量最大的糧食作物[3]。前人研究表明[4-5]，不同玉米品種氮素吸收效率不同，耐低氮脅迫的能力差異顯著，推廣種植耐低氮能力強(qiáng)的品種是提高玉米產(chǎn)量、減少環(huán)境污染和提高氮素吸收效率的重要途徑。

植物根系不僅是水分和養(yǎng)分吸收的主要器官，而且可以通過調(diào)節(jié)根系構(gòu)型、合成或分泌激素、有機(jī)酸和酶等物質(zhì)來適應(yīng)多變的土壤環(huán)境，調(diào)節(jié)根系對水分和養(yǎng)分的吸收、根系和地上植株的生長[6]。根系傷流是研究根系物質(zhì)合成和運(yùn)輸形式等生理指標(biāo)的重要材料，能準(zhǔn)確地反映根系的生理活性和地上部 生 長 的 盛 衰[7-8]。 將 根 系 傷 流 與 養(yǎng) 分 供 應(yīng) 聯(lián) 系 起來，通過分析傷流液的強(qiáng)度和成分，可以判斷植物根系活性的強(qiáng)弱，研究元素在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)積累以及與植株其他部位的關(guān)系，對于揭示植物營養(yǎng)特性 具 有 重 要 的 理 論 意 義[9-10]。 殷 春 淵 等[8]研 究 表 明 ，水稻傷流液中物質(zhì)含量的增加能夠提高籽粒的充實(shí)度。氮素形態(tài)影響植株的傷流強(qiáng)度，且供氮水平還會影響傷流液中氨基酸的種類和濃度[11]。陳范駿等[12]指出不同玉米品種傷流液中氨基酸和 NH4+-N/NO3

--N比值差異明顯。周秀杰等[13]研究表明，混合氮處理下的玉米植株傷流強(qiáng)度較單一硝態(tài)氮和單一銨態(tài)氮形態(tài)處理的高，混合氮提高了玉米地上部分的水分運(yùn)輸能力?？梢娗叭岁P(guān)于氮肥水平對玉米傷流強(qiáng)度及其成分的影響已有研究報道，但主要集中在北方地區(qū)，在西南丘陵區(qū)還十分鮮見，而關(guān)于低氮脅迫下不同耐低氮性玉米品種苗期傷流性狀的研究更是未見報道。本研究以前期篩選出的耐低氮和低氮敏感品種為材料，研究了低氮脅迫對不同耐低氮性玉米品種苗期生長、傷流性狀及根系活力的影響，以期為西南丘陵地區(qū)耐低氮玉米品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)材料為前期篩選的耐低氮玉米雜交種‘正紅 311’、‘成單 30’和低氮敏感品種‘先玉 508’、‘三北 2 號’[14]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

水培試驗(yàn)于 2013 年在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。培養(yǎng)液氮素水平設(shè)為 5、0.5、0.05和 0 mmol/L，依次記為 CK、N1、N2 和 N3。選取大小均勻、籽粒飽滿的玉米種子用體積比為 10% 的H2O2溶液消毒 40 min，用蒸餾水清洗 3 遍后浸泡在蒸餾水中 12 h。然后將種子放在墊有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中在室溫黑暗條件下催芽，待種子根長到大約 1 cm 時，將幼苗移到裝有珍珠巖的育苗盤中繼續(xù)培養(yǎng)。當(dāng)玉米幼苗長到兩片展開葉時，去除胚乳在蒸餾水中培養(yǎng) 1 d，再移入裝有 10 L 上述不同氮濃度的培養(yǎng)液的塑料盆中培養(yǎng) (每盆 20 株)，每處理 8 盆，共 128盆。人工氣候室晝夜時長為 14/10 h，溫度為 28/22℃。光照時玉米冠層高度的光量子通量密度為 250～300 mmol/(m2·s)。營養(yǎng)液每 3 天換一次，每次營養(yǎng)液用KOH 調(diào)節(jié) pH 為 6.0 ± 0.1，用充氣泵每天通氣 6 h。樣品隨機(jī)擺放，每次更換營養(yǎng)液相互交換位置。

1.3 測定指標(biāo)

1.3.1 植株形態(tài)指標(biāo)及干物質(zhì)積累量的測定 分別于處理后 7 d 和 14 d，每次取 3 盆混勻后分 3 個重復(fù)，每重復(fù) 20 株，10 株用于形態(tài)指標(biāo)測定，10 株用于根系活力測定。苗高為莖基部到葉片最高點(diǎn)的高度；葉面積采用長寬系數(shù)法測定，葉面積 = 長 × 寬 × 0.75；莖粗用游標(biāo)卡尺測定，統(tǒng)一測定距莖基部2 cm 處；葉綠素含量采用 SPAD-502 型便攜式葉綠素儀于取樣前測定，每處理測定 15 株。形態(tài)指標(biāo)測定完后將樣品分為地上部和地下部裝入牛皮紙袋中，于 105℃ 下殺青 30 min，80℃ 烘干至恒重后稱量，并計算根冠比。

1.3.2 根系活力的測定 取樣方法同 1.3.1，采用 TTC法[15]測定根系活力，根系吸收總面積和活躍吸收面積用亞甲基藍(lán)吸附法[16]。

1.3.3 傷流液的收集及組分的測定 傷流強(qiáng)度采用稱重法[15]測定，每處理測定 15 株。將脫脂棉塞入去蓋離心管并稱重 (m1)，在處理后 7 d 和 14 d 玉米苗莖基部離地面約 2 cm 處用刀片切去地上部分，用離心管收集傷流并用封口膜封口，24 h 后取下并稱重 (m2)，采用差減法計算傷流液流量。

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法[15]測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法[15]測定；游離氨基酸含量采用茚三酮比色法[15]測定；硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度法[15]測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

傷流強(qiáng)度 (g/d) = (m2- m1)/t，t 為傷流液收集的時間。傷流成分轉(zhuǎn)運(yùn)速度 (μg/d) = 傷流強(qiáng)度 × 成分濃度采用 Excel 2007 和 DPS 7.05 分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低氮脅迫對不同耐低氮性玉米品種苗期生長的影響

2.1.1 對玉米植株形態(tài)和葉綠素含量的影響 低氮脅迫下，玉米苗期莖粗、苗高、葉面積和相對葉綠素含量均顯著降低 (表 1)。且隨著氮濃度的降低和脅迫時間的延長，各指標(biāo)的降幅加大。

低氮脅迫下不同耐低氮性玉米品種莖粗、苗高、葉面積和 SPAD 降幅差異明顯 (表 1)。處理后7 d，N1 處理與 CK 相比，兩個耐低氮品種的平均莖粗、苗高、葉面積和 SPAD 分別下降了 7.1%、7.5%、 28.1% 和 23.7%，而低氮敏感品種分別下降了11.9%、18.4%、36.0% 和 41.1%；N2 處理，耐低氮品種分別下降了 10.4%、11.5%、37.1% 和 34.0%，低氮敏感品種分別下降了 15.1%、24.0%、40.4% 和48.1%；N3 處 理 下 耐 低 氮 品 種 下 降 了 13.3%、15.6%、 44.4% 和 43.0%， 低 氮 敏 感 品 種 下 降 了21.4%、28.0%、47.5% 和 52.8%。低氮敏感品種的下降幅度均高于耐低氮品種，且隨脅迫時間和程度的加劇兩類品種降幅差異加大。

2.1.2 對生物量的影響 低氮脅迫下玉米苗期地上部干重和單株干重顯著降低，根系干重在輕度脅迫(N1) 下與對照差異不顯著，重度脅迫 (N3) 下有所降低特別是處理后 14 d，但降低的幅度遠(yuǎn)小于地上部干重，導(dǎo)致根冠比顯著升高 (表 2)。低氮脅迫下不同耐低氮性玉米品種地上部、地下部和單株干物質(zhì)及根冠比變幅差異顯著。處理后 7 d 和 14 d 平均，N1、N2 和 N3 處理與 CK 相比，耐低氮品種地上部干重分別下降了 27.2%、34.5% 和 42.7%；低氮敏感品種下降了 30.1%、41.1% 和 49.8%；耐低氮品種單株干重分別下降了 23.1%、27.2% 和 34.1%，低氮敏感品種下降了 23.2%、32.0% 和 39.1%；耐低氮品種根冠比分別升高了 19.7%、44.2% 和 62.1%，低氮敏感品種升高了 33.8%、57.4% 和 81.7%；耐低氮品種根系干重的N1處理降低了 5.4%，N2 和 N3 處理分別升高了 4.0% 和 2.5%，低氮敏感品種 N1、N2 和 N3 根系干重分別升高了 2.5%、2.1% 和 0.9%。低氮脅迫下低氮敏感品種地上部干重和單株干重的降幅及根冠比的增幅均高于耐低氮品種；且耐低氮品種根系干重在低氮脅迫下表現(xiàn)為先降低后增加，而低氮敏感品種表現(xiàn)為增加，隨脅迫程度加劇增幅降低。

2.2 低氮脅迫對不同耐低氮性玉米品種幼苗根系活力的影響

根系吸收面積和根系 TTC 還原量，是根系生理特性的重要指標(biāo)[17]。由表 3 可知，低氮脅迫主要影響根系的活力，對根系總吸收面積的影響較小。與 CK相比，N1、N2 和 N3 處理后 7 d 和 14 d，玉米苗平均根系活力分別下降了 26.8%、41.5%、49.9% 和 38.6%、49.6%、55.3%。低氮脅迫對不同類型品種根系活力的影響程度有較大差異，耐低氮品種根系活力高于低氮敏感品種。N1、N2 和 N3 處理后 7 d 根系活力分別高出 39.9%、26.4% 和 27.9%；處理后 14 d 根系活力高出 62.8%、63.3% 和 79.0%。耐低氮品種在低氮脅迫下仍能保持較高的根系活力和總吸收面積。

低氮脅迫下玉米根系的活躍吸收面積顯著降低，活躍吸收面積比卻有所增加。低氮脅迫下不同耐低氮性玉米品種根系活躍吸收面積比變幅差異不明顯，但耐低氮品種根系活躍吸收面積降幅顯著低于低氮敏感品種。N1、N2 和 N3 處理后 7 d 分別低了13.5%、11.2% 和 13.4%，處理后 14 d 分別低了18.8%、16.5% 和 19.7%。

表1 低氮脅迫對不同耐低氮性玉米品種苗期生長的影響Table 1 Effects of the low nitrogen stress on growth of different maize cultivars at the seedling stage

2.3 低氮脅迫對不同耐低氮性玉米品種苗期傷流性狀的影響

2.3.1 對根系傷流強(qiáng)度的影響 圖 1 結(jié)果表明，低氮脅迫下玉米苗期根系傷流強(qiáng)度顯著下降，4 品種平均處理后 7 d，N1、N2 和 N3 處理分別下降了 60.7%、66.3% 和 72.5%；處理后 14 d，分別下降了 77.4%、83.4% 和 86.4%，隨脅迫時間和強(qiáng)度的加劇，傷流強(qiáng)度的降幅增大。正常氮處理下 (CK)，耐低氮品種傷流強(qiáng)度較低氮敏感品種并無明顯優(yōu)勢，但低氮脅迫下耐低氮品種傷流強(qiáng)度降幅明顯低于低氮敏感品種。處理后 7 d，N1、N2 和 N3 處理與 CK 相比，耐低氮品種的傷流強(qiáng)度的降幅較低氮敏感品種分別低6.4%、3.9% 和 6.7%；處理后 14 d 的降幅分別低5.8%、3.6% 和 3.4%。

2.3.2 對傷流液組分的影響 傷流液組分濃度的差異是根系對養(yǎng)分吸收和轉(zhuǎn)化的結(jié)果[18]，低氮脅迫對玉米苗期傷流液中可溶性蛋白、可溶性糖、游離氨基酸和硝態(tài)氮濃度有重要的影響。表 4 結(jié)果表明，低氮脅迫后 7 d 傷流液中可溶性蛋白、可溶性糖、游離氨基酸和硝態(tài)氮濃度均顯著下降，4 品種 3 低氮處理平均分別下降了 16.5%、30.2%、56.2% 和 98.3%；而處理后 14 d 則表現(xiàn)為可溶性蛋白和可溶性糖濃度分別升高 30.3% 和 227.0%，游離氨基酸和硝態(tài)氮濃度分別下降 75.2% 和 95.6%。表明低氮脅迫對玉米苗期傷流液中硝態(tài)氮濃度的影響最大，而氮代謝受損后會引起傷流液中可溶性糖的急劇增加。

低氮脅迫下不同耐低氮性玉米品種苗期傷流液中可溶性蛋白和可溶性糖變幅差異明顯。與 CK 相比，處理后 14 d 耐低氮品種 N1、N2 和 N3 處理可溶性蛋白濃度分別升高了 26.6%、42.5% 和 45.5%，低氮敏感品種分別升高了 17.2%、24.3% 和 27.0%；而處理后 7 d，耐低氮品種 N1、N2 和 N3 處理可溶性糖濃度較低氮敏感品種分別高 80.4%、85.2% 和118.2%，處理后 14 d 分別高 17.8%、54.4% 和 10.6%。低氮脅迫下耐低氮品種傷流液中可溶性蛋白濃度增幅和可溶性糖濃度均顯著高于低氮敏感品種。

表2 低氮脅迫下不同氮敏感型玉米品種根系和地上部干重 (g/plant, DW) 及根冠比Table 2 Root and shoot dry biomass and root-shoot ratios of different maize cultivars under low nitrogen stress

根系傷流液中氨基酸與硝態(tài)氮比值的大小可以直接反映根部活性的高低和植株對硝態(tài)氮吸收、利用的能力[19]。低氮脅迫下傷流液中氨基酸與硝態(tài)氮比值顯著升高 (表 4)。處理后 7 d 氨基酸/硝態(tài)氮增幅顯著高于處理后 14 d。處理后 7 d，耐低氮品種氨基酸/硝態(tài)氮在 N1、N2 和 N3 處理下較低氮敏感品種分別高 36.5%、14.4% 和 16.3%；而處理后 14 d，耐低氮 品 種 較 低 氮 敏 感 品 種 分 別 低2.5% 、11.9% 和10.3%。低氮脅迫下耐低氮品種氨基酸/硝態(tài)氮早期增幅高，后期降幅大，表明耐低氮品種較低氮敏感品種根系早期能更早對低氮脅迫做出反映，后期能維持更高的根系活力和硝態(tài)氮的吸收、利用能力。

低氮脅迫下玉米苗期傷流液可溶性蛋白、可溶性糖、氨基酸和硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)運(yùn)速度均顯著下降 (表 5)。處理后 14 d，低氮脅迫下傷流液中可溶性蛋白和可溶性糖濃度均顯著升高，但轉(zhuǎn)運(yùn)速度顯著降低，表明傷流強(qiáng)度對傷流成分轉(zhuǎn)運(yùn)速度的影響較濃度的影響更大。與 CK 相比，處理后 7 d 各低氮處理，耐低氮品種可溶性蛋白、可溶性糖、氨基酸和硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)速度平均分別下降了 68.6%、72.4%、83.8% 和99.4%，低氮敏感品種各處理分別下降了 73.9%、80.0%、86.0% 和 99.5%；處理后 14 d，耐低氮品種各 處 理 分 別 下 降 了 72.9%、47.5%、92.9% 和99.0%，低氮敏感品種下降了 81.0%、48.3%、96.9%和 99.4%。耐低氮品種傷流液各組分轉(zhuǎn)運(yùn)速度下降幅度均低于低氮敏感品種。

表3 低氮脅迫下不同玉米品種根系活力和吸收面積Table 3 Root activities and absorbing areas of different maize cultivars under low nitrogen stress

圖1 低氮脅迫對不同玉米品種根系傷流強(qiáng)度的影響Fig. 1 Effects of the low nitrogen stress on root bleeding intensity of different maize cultivars[注（Note）:柱上不同小寫字母表示同一品種不同氮水平間差異達(dá) 5% 顯著水平Different small letters above the bars are significantly different among different N levels for a cultivar at the 5% level.]

2.4 玉米苗單株干重與形態(tài)、生理指標(biāo)的關(guān)系

單株干重是玉米苗期生長狀況的具體表現(xiàn)，其與主要形態(tài)和生理指標(biāo)存在不同程度相關(guān)性 (表 6)。在形態(tài)指標(biāo)中，單株干重與莖粗、苗高、葉面積、根系總吸收面積和活躍吸收面積呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)都達(dá)到了顯著或極顯著水平，與根系活躍吸收面積比呈負(fù)相關(guān)，處理后 14 d 相關(guān)系數(shù)達(dá)極顯著水平，無論是處理后 7 d 還是 14 d，對單株干重貢獻(xiàn)最大的都是地上部的葉面積和根系的吸收面積；在生理指標(biāo)中，除處理后 14 d 根系傷流的可溶性蛋白和可溶糖濃度與單株干重呈負(fù)相關(guān)外，其余各時期和各指標(biāo)與單株干重均呈正相關(guān)，大多達(dá)到了顯著或極顯著水平，處理后 7 d 以傷流強(qiáng)度和傷流中游離氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)速度對單株干重的貢獻(xiàn)最大，即單株干重主要受根系吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)養(yǎng)分能力的影響，而處理后14 d 則以傷流中可溶性蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)速度對單株干重的貢獻(xiàn)最大，其次為傷流中硝態(tài)氮濃度，即單株干重主要受根系吸收、同化氮素能力的影響。

表4 低氮脅迫不同玉米品種傷流液各組分濃度 (μg/mL)Table 4 The component contents in bleeding sap of different maize cultivars exposure to low nitrogen stress

3 討論

3.1 低氮脅迫對不同耐低氮性玉米品種幼苗根系活力的影響

根系活力是反映根系發(fā)育狀況的一個重要指標(biāo)，根系活力越強(qiáng)，植株吸收養(yǎng)分的能力越強(qiáng)；而根系吸收面積是根系活性指標(biāo)之一，根系吸收面積越大，說明活性越強(qiáng)、吸收能力越大[20-21]。王彥榮等[22]研究指出低氮脅迫下植物的根系活力和根系吸收面積均有不同程度的下降。本試驗(yàn)結(jié)果表明，低氮脅迫下玉米苗期根系活力降低，總吸收面積和活躍吸收面積也有所下降，但降幅遠(yuǎn)小于根系活力，而活躍吸收面積比有所增加，表明低氮脅迫主要影響的是根系活力，對根系形態(tài)的影響相對較小。不同耐低氮性玉米品種根系活躍吸收面積比變幅差異不明顯，但耐低氮品種總吸收面積和活躍吸收面積降幅均低于低氮敏感品種，表明低氮脅迫下耐低氮品種在保持與低氮敏感品種相同的活躍吸收面積比的同時，有效地降低了活躍吸收面積的降幅從而提高了其在低氮條件下的根系吸收能力。

3.2 低氮脅迫對不同耐低氮性玉米品種苗期傷流性狀的影響

由于低氮脅迫降低了根系活力和吸收面積，相應(yīng)地降低了玉米幼苗的傷流強(qiáng)度，根系活力和傷流強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，處理后 7 d 和 14 d 的相關(guān)系數(shù)分別為 0.7288**和 0.8645**(n = 16)。不過不同類型品種根系傷流強(qiáng)度受低氮脅迫影響的程度有較大差異，耐低氮品種在低氮脅迫下根系傷流量的降幅較低氮敏感品種更低，這與謝孟林等[23]的研究結(jié)果一致。

表5 低氮脅迫對不同玉米品種傷流液組分轉(zhuǎn)運(yùn)速度的影響 (μg/d)Table 5 The component transport speeds in bleeding sap of different maize cultivars exposure to low nitrogen stress

根系傷流液中可溶性蛋白和可溶性糖含量可分別反映植株氮和碳代謝情況，因此二者與植株的氮代謝和碳代謝密切相關(guān)[24-25]。傷流液中的養(yǎng)分是根系吸收轉(zhuǎn)化的結(jié)果，營養(yǎng)元素的供給水平對植株傷流成分有很大的影響[26]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，低氮脅迫下玉米苗期根系傷流液中可溶性蛋白、可溶性糖、游離氨基酸和硝態(tài)氮的運(yùn)轉(zhuǎn)速度及游離氨基酸和硝態(tài)氮濃度均顯著下降，而可溶性蛋白和可溶性糖濃度隨脅迫時間的延長表現(xiàn)出先下降后升高的趨勢。耐低氮品種各指標(biāo)降幅均低于低氮敏感品種，而處理14 d 可溶性蛋白和可溶性糖濃度增幅較低氮敏感品種更高，且在低氮脅迫下耐低氮程度均高于低氮敏感品種。表明低氮脅迫下耐低氮品種根系不僅吸收養(yǎng)分能力較低氮敏感品種強(qiáng)，而且向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)養(yǎng)分的能力也高于低氮敏感品種，表明其適應(yīng)低氮環(huán)境的能力更高。

傷流液中氨基酸/硝態(tài)氮濃度的比值變化是根系中氮循環(huán)的結(jié)果，能夠很好的反映植株氮素代謝的整體適應(yīng)性[12]。李俊霞[27]研究表明，隨氮濃度的降低傷流液中氨基酸和硝態(tài)氮濃度均呈下降的趨勢，而硝態(tài)氮的降幅遠(yuǎn)大于氨基酸，因此低氮脅迫下氨基酸/硝態(tài)氮濃度的比值顯著升高。本試驗(yàn)不僅印證了這一結(jié)果，還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)不同類型品種傷流液中氨基酸/硝態(tài)氮的比值受低氮脅迫影響的程度也有較大差異，耐低氮品種氨基酸/硝態(tài)氮比值較低氮敏感品種的低，低氮脅迫下該比值提高的幅度較低氮敏感品種大，進(jìn)一步表明耐低氮品種在低氮脅迫條件下吸收、利用氮素的能力較低氮敏感品種更強(qiáng)，這是其耐低氮能力強(qiáng)的重要生理機(jī)制。

表6 單株干重與形態(tài)、生理指標(biāo)的相關(guān)和通徑系數(shù)Table 6 Correlation coefficients and direct path between plant dry biomass and morphological and physiological indices

3.3 低氮脅迫對不同耐低氮性玉米品種苗期生長的影響

低氮脅迫影響了玉米幼苗根系的活力及其吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和同化、利用養(yǎng)分的能力，進(jìn)而影響植株的生長，導(dǎo)致苗高、莖粗、葉面積和干物質(zhì)積累量的降低，脅迫時間越長、脅迫程度越高，影響的程度越大，其中地上部受影響的程度大于地下部，導(dǎo)致 根 冠 比 上 升[28-29]， 這 是 玉 米 苗 適 應(yīng) 低 氮 脅 迫 的 表現(xiàn)。在影響植株生長 (單株干物質(zhì)積累量) 的因子中，在形態(tài)指標(biāo)中最主要的是地下根系的吸收面積和地上部的葉面積；在生理指標(biāo)中，低氮脅迫的早期 (處理后 7 d) 主要是影響傷流強(qiáng)度和游離氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)速度，即根系的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)營養(yǎng)物質(zhì)能力，而后期 (處理后 14 d) 則主要是影響傷流中硝態(tài)氮含量和可溶蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)速度，即根系的吸收和同化能力。不同類型品種幼苗生長受低氮脅迫影響的程度有較大差異，總體而言，耐低氮品種受影響的程度相對較小，在低氮脅迫下苗高、莖粗、葉面積和干物質(zhì)積累量下降的幅度及根冠比上升的幅度較低氮敏感品種低，這是其適應(yīng)低氮環(huán)境能力強(qiáng)的具體表現(xiàn)。

4 結(jié)論

低氮脅迫下玉米苗期苗高、莖粗、葉面積、SPAD、單株干重、地上部干重、傷流強(qiáng)度，傷流液中可溶性蛋白和可溶性糖轉(zhuǎn)運(yùn)速度、氨基酸和硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)速度及濃度、根系活力、根系總吸收面積和根系活躍吸收面積均顯著下降，且耐低氮品種這些指標(biāo)的降幅均低于低氮敏感品種。根冠比、傷流液中氨基酸/硝態(tài)氮濃度比值均顯著升高，而傷流液中可溶性蛋白和可溶性糖濃度則隨脅迫時間表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢。耐低氮品種的根冠比、可溶性蛋白濃度和氨基酸與硝態(tài)氮濃度比值的增幅和可溶性糖濃度均低于低氮敏感品種，且耐低氮品種低氮脅迫下根系活力、傷流液中可溶性蛋白和可溶性糖濃度均顯著高于低氮敏感品種，氨基酸/硝態(tài)氮濃度比值均低于低氮敏感品種。表明玉米苗能夠通過改善物質(zhì)分配來適應(yīng)低氮脅迫，與低氮敏感品種相比，耐低氮品種通過保持較強(qiáng)的根系活力和較大的吸收面積，從而提高根系吸收、合成和轉(zhuǎn)動營養(yǎng)物質(zhì)的能力來適應(yīng)缺氮環(huán)境。

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Effect of low nitrogen stress on bleeding sap characters and root activity of maize cultivars with different low N tolerance

WU Ya-wei, LI Qiang, DOU Pan, KONG Fan-lei, MA Xiao-jun, CHENG Qiu-bo, YUAN Ji-chao*
( Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming Systems in Southwest China, Ministry of Agriculture / College of Agronomy, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China )

【Objectives】 Insufficient nitrogen(N) supply impacts the growth and root activities of crops. Comparison of the bleeding characteristic responses of different low N tolerance maize cultivars will provide a theoretical basis for breeding of low N tolerant maize cultivars. 【Methods】Two low N tolerant cultivars (‘ZH311’ and ‘CD30’) and two low N sensitive cultivars (‘XY508’ and ‘SB2’) were used as tested materials, and a hydroponic experiment with four N supply levels of 0, 0.05, 0.5 and 5 mmol/L was conducted. The plant height, dry matter accumulation, and root activity were investigated at seedling stage of maize. 【Results】The stem diameters, plant heights, leaf areas, SPAD values, dry biomass of seedlings were decreased with the decreased N supply levels. The bleeding sap intensity, transport speeds of free amino acid, nitrate N, soluble protein and soluble sugar were declined, and the concentrations of free amino acid, nitrate N in bleeding, and the total absorbing areas, actively absorbing areas and root activities were decreased in all the four tested cultivars.However, the decreased ranges of the above indices of the low N tolerant maize cultivars were much lower than those of the low N sensitive ones. With the increase of treating time, the concentrations of soluble protein and soluble sugar showed trends of increasing first and then decreasing. The increased ranges of the root-shoot ratios of the low N tolerant maize cultivars were much lower than those of low N sensitive cultivars, while the increased ranges of concentrations of soluble protein were much higher. The root activities, concentrations of soluble protein and soluble sugar of the low N tolerant maize cultivars were much higher than low N sensitive ones.【Conclusions】Low N tolerant cultivars can keep higher root activities, further promote absorptive capacity and transformation capacity of N. The low N tolerant cultivars can keep stronger carbon and N cycles to coordinate the nutrients and substances distribution of underground part and aboveground part and control the increase of the root-shoot ratio.

maize; low nitrogen stress; growth; bleeding sap character; root activity

2016-03-17 接受日期：2016-09-08

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)（201503127）；國家“十二五”科技支撐計劃項(xiàng)目（2012BAD04B13）；四川省科技支撐計劃項(xiàng)目（2014NZ0040）；四川省玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位專家項(xiàng)目資助。

吳雅薇（1993—），女，福建南平人，碩士，主要從事植物逆境生理方面的研究。E-mail:wyw6140@163.com

* 通信作者 E-mail:yuanjichao5@163.com