呂小紅+付立東+宋玉婷+陳溫福

摘要：以2種不同株型水稻品種為試材，采用盆栽方式研究施氮處理對不同株型水稻葉片氮代謝相關(guān)生理特性的影響。結(jié)果表明，不同株型水稻葉片NO3-含量、NO2-含量及硝酸還原酶活性隨生育期的變化趨勢相似，保持先升后降再升的變化趨勢，且均在一定生育期內(nèi)隨外源氮素水平提高而呈上升趨勢，表明水稻生長初期硝酸還原酶活性較低，經(jīng)時(shí)間誘導(dǎo)逐步積累增加。因此，水稻生育初期吸收氮素離子速率較低，隨水稻生長發(fā)育及體內(nèi)硝酸還原酶活性提高，吸收速率加快。NH4+含量則表現(xiàn)為先降低再回升的趨勢。NH4+與NO3-之間存在此消彼長的作用，且這種現(xiàn)象在秋光上更為突出。

關(guān)鍵詞：施氮處理；株型；水稻；氮代謝；生理特性；葉片

中圖分類號(hào)： S511.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）07-0062-04

前人在水稻根系對氮素的吸收、利用及代謝方面做了大量研究[1-3]，筆者所在課題組從株型對水稻根系氮代謝的影響的角度進(jìn)行了深入研究，并且得出一些結(jié)論（另文詳述），而從不同株型角度對水稻葉片氮代謝及相關(guān)生理特性的研究尚鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)以緊湊型品種沈農(nóng)07425與松散型品種秋光為試材，研究了施氮處理下不同株型水稻根系氮代謝相關(guān)生理特性的影響，探討不同株型水稻間氮代謝差異，以期為科學(xué)施肥提供理論指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

以沈農(nóng)07425和秋光為試驗(yàn)材料。其中沈農(nóng)07425穗型直立，株型緊湊，耐肥抗倒，為典型的直立穗緊湊型品種；秋光穗型彎曲，株型較松散，耐肥抗倒性較差，為典型的彎曲穗松散型品種。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所基地進(jìn)行。采用盆栽方式，盆缽直徑30 cm、高26 cm，裝土13.25 kg/盆。土壤基本理化性質(zhì)為：全氮含量1.1 g/kg，全磷含量 2.8 g/kg，全鉀含量34 g/kg，水解氮84.5 mg/kg，有效磷 38.3 mg/kg，有效鉀138.7 mg/kg，有機(jī)質(zhì)29.8 g/kg，pH值 5.65。分別設(shè)5個(gè)氮肥水平：低氮（N1，0.10 g N/kg土壤）、中氮（N2，0.15 g N/kg土壤）、高氮（N3，0.20 g N/kg土壤）、完全不施肥（CK）、不施氮肥（PK，磷鉀肥正常施用），其中氮肥梯度參考毛達(dá)如的《植物營養(yǎng)研究法》[4]而設(shè)定。共10個(gè)處理組合，3次重復(fù)，完全隨機(jī)排列，氮肥為尿素。施用磷酸二銨300 kg/hm2（其中所含的氮已包括在總氮里），氯化鉀225 kg/hm2。氮肥分基肥、蘗肥、穗肥（按5 ∶3 ∶2比例）施入，其中以尿素作為基肥，硫酸銨作為蘗肥、穗粒肥追施，磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入。插秧前選取整齊一致的秧苗，3穴/盆，1株/穴。陰雨天氣采用遮雨棚防止雨水沖刷，其他栽培管理措施同大田生產(chǎn)。

1.3測定指標(biāo)及方法

分別于分蘗期（T1）、拔節(jié)期（T2）、齊穗期（T3）、灌漿 15 d（T4）、灌漿30 d（T5）和灌漿45 d（T6）取樣測定。參照段建軍等的方法[5]測定NO3-含量；參照劉輝等的方法[6]測定NO2-含量；運(yùn)用納氏試劑比色法[7]測定NH4+含量；參照郝建軍等的方法[8]測定硝酸還原酶活性。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用DPS軟件和Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1施氮條件下不同株型水稻品種葉片的NO3-含量

2.1.1施氮條件下不同株型水稻品種葉片的NO3-含量隨生育期的動(dòng)態(tài)變化由圖1可以看出，分蘗期2個(gè)株型水稻品種的葉片NO3-含量較低，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)水稻植株不斷生長發(fā)育，拔節(jié)期NO3-含量急劇增加，此時(shí)株型緊湊的沈農(nóng)07425各處理的葉片NO3-含量達(dá)最大值，齊穗期NO3-含量迅速降低，較低的NO3-含量一直維持至灌漿30 d，灌漿 45 d NO3-含量略有回升。而株型松散的秋光在拔節(jié)期達(dá)到較高的NO3-含量后，除N1處理的NO3-含量迅速降低外，其余處理的NO3-含量下降緩慢或略有增加，灌漿15d秋光各處理的NO3-含量降幅較大，保持較低的NO3-含量至灌漿 30 d，灌漿45 d NO3-含量略有增加。

除沈農(nóng)07425灌漿15 d葉片NO3-含量N2處理低于N1、秋光分蘗期和灌漿15 d葉片NO3-含量N2處理最大外，其他生育時(shí)期2個(gè)品種施肥處理的葉片NO3-含量均遵循 N3>N2>N1的關(guān)系，可見施氮一定程度上促進(jìn)了NO3-在葉片的積累。整個(gè)生育期沈農(nóng)07425、秋光葉片NO3-含量最大值出現(xiàn)在拔節(jié)期N3處理、齊穗期N3處理，分別為138.25、146.65 mg/g，秋光較沈農(nóng)07425略高6.08%。

2.1.2品種與施氮水平對葉片NO3-含量的交互作用由表1可知，品種與施氮水平對水稻葉片NO3-含量的交互作用分析表明，齊穗期、灌漿15 d葉片NO3-含量受品種影響分別達(dá)到了極顯著、顯著水平；灌漿45 d葉片NO3-含量受施氮水平影響達(dá)極顯著水平；整個(gè)生育期內(nèi)品種與施氮水平的交互作用對葉片NO3-含量影響均達(dá)到極顯著水平。說明葉片NO3-含量主要受品種與施氮水平的正交互作用影響，相對而言，葉片NO3-含量受施氮水平因素影響較小，而品種間差異較大。

2.2施氮條件下不同株型水稻品種葉片的NO2-含量

2.2.1施氮條件下不同株型水稻品種葉片的NO2-含量隨生育期的動(dòng)態(tài)變化各處理2個(gè)株型水稻品種葉片的NO2-含量的變化趨勢基本一致（圖2），分蘗期2個(gè)水稻品種的葉片NO2-含量較低，拔節(jié)期NO2-含量小幅增加，齊穗期NO2-含量略有下降，進(jìn)入灌漿期葉片NO2-積累迅速，NO2-含量不斷增加。灌漿15 d、灌漿30 d 2個(gè)品種N3、N2、N1處理的NO2-含量依次遞減，這在穗型直立的緊湊型水稻品種沈農(nóng)07425上表現(xiàn)更為突出。灌漿45 d 2個(gè)水稻品種的葉片NO2-含量達(dá)極值（N3處理），分別為43.799 1、35.451 3 μg NaNO2/g，沈農(nóng)07425的葉片NO2-含量較秋光高23.55%，2個(gè)品種間差異較大。

在一定范圍內(nèi)，增施氮肥可以明顯增加水稻的葉片NO2-含量，并且施氮處理對NO2-含量的影響要大于對照PK、CK對NO2-含量的影響。與穗型彎曲的松散型品種秋光相比，穗型直立的緊湊型水稻品種沈農(nóng)07425的葉片NO2-含量受施肥量的影響較大。

2.2.2品種與施氮水平對葉片NO2-含量的交互作用由表1可知，品種與施氮水平對水稻葉片NO2-含量的交互作用分析表明，拔節(jié)期、灌漿30 d、灌漿45 d品種對葉片NO2-含量的影響分別達(dá)到了極顯著、顯著、極顯著水平；分蘗期、拔節(jié)期、灌漿30 d、灌漿45 d葉片NO2-含量受施氮水平影響分別達(dá)顯著或極顯著水平；整個(gè)生育期除灌漿30 d外，品種與施氮水平的交互作用對葉片NO2-含量影響均達(dá)到顯著或極顯著水平。說明葉片NO2-含量主要受品種與施氮水平的正交互作用影響，相對而言，葉片NO2-含量受施氮水平因素影響較大。

2.3施氮條件下不同株型水稻品種葉片的NH4+含量

2.3.1施氮條件下不同株型水稻品種葉片的NH4+含量隨生育期的動(dòng)態(tài)變化由圖3可知，株型緊湊的沈農(nóng)07425拔節(jié)期葉片的NH4+含量較高，齊穗期小幅度增加達(dá)到最大值，灌漿15 d迅速降至最小值，灌漿30 d至灌漿45 d NH4+含量緩慢回升。株型松散的秋光葉片的NH4+含量拔節(jié)期（除N1、N3外）最大，之后迅速下降，除N1處理于灌漿30 d葉片的NH4+含量最小外，其他處理于齊穗期達(dá)最小值，灌漿15 d至灌漿45 d NH4+含量不同程度回升。

除沈農(nóng)07425灌漿15 d和秋光拔節(jié)期、齊穗期外，2個(gè)品種施肥處理的葉片NH4+含量均遵循N3>N2>N1的關(guān)系，而對照CK的葉片NH4+含量除在拔節(jié)—齊穗期略高于施氮處理外，其他時(shí)期基本均低于N3處理的葉片NH4+含量。齊穗期2個(gè)水稻品種的葉片NH4+含量略有差異。在一定范圍內(nèi)，增施氮肥可明顯增加水稻葉片NH4+含量，并且與松散型品種秋光相比，緊湊型水稻品種沈農(nóng)07425的葉片NH4+含量受施肥量的影響較大。

2.3.2品種與施氮水平對水稻葉片NH4+含量的交互作用由表1可知，品種與施氮水平對水稻葉片NH4+含量的交互分析表明，齊穗期、灌漿15 d葉片NH4+含量受品種的影響達(dá)到極顯著水平；拔節(jié)期、灌漿30 d葉片NH4+含量受施氮水平影響分別達(dá)極顯著、顯著水平；自拔節(jié)期至灌漿45 d，品種與施氮水平的交互作用對葉片NH4+含量影響均達(dá)到極顯著水平。

2.4施氮條件下不同株型水稻品種葉片硝酸還原酶活性

2.4.1施氮條件下不同株型水稻品種葉片硝酸還原酶活性隨生育期的動(dòng)態(tài)變化由圖4可知，分蘗期2個(gè)株型水稻品種的葉片硝酸還原酶活性較低，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)水稻植株不斷生長發(fā)育，拔節(jié)期硝酸還原酶活性增加至較高水平，齊穗期硝酸還原酶活性迅速降低，至灌漿15 d 2個(gè)水稻品種葉片硝酸還原酶活性差異明顯。株型緊湊的沈農(nóng)07425除灌漿15 d葉片硝酸還原酶活性對照CK略有增幅外，其余各處理的葉片硝酸還原酶活性持續(xù)降低；而株型松散的秋光N2、N3處理的葉片硝酸還原酶活性開始增大，其余處理葉片硝酸還原酶活性保持下降趨勢。灌漿30 d 2個(gè)水稻品種的葉片硝酸還原酶活性表現(xiàn)一致，呈現(xiàn)不同程度的增長，至灌漿45 d仍保持較高的硝酸還原酶活性。整個(gè)生育期內(nèi)沈農(nóng)07425、秋光的葉片硝酸還原酶活性最大值均為灌漿45 d N3處理，分別為27.19、25.96 μg/（g·h）。除沈農(nóng)07425齊穗期外，2個(gè)品種施肥處理的葉片硝酸還原酶活性隨施氮量增大而增強(qiáng)，且除沈農(nóng)07425灌漿15 d外，N3處理的葉片硝酸還原酶活性大于PK、CK的葉片硝酸還原酶活性?？梢?，在一定范圍內(nèi)，增加氮肥施用可以明顯提高水稻的葉片硝酸還原酶活性，并且與穗型彎曲的松散型品種秋光相比，穗型直立的緊湊型水稻品種沈農(nóng)07425的葉片硝酸還原酶活性受施肥量的影響較大。

2.4.2品種與施氮水平對葉片硝酸還原酶活性的交互作用由表1可知，品種與施氮水平對水稻葉片硝酸還原酶活性的交互影響分析表明，灌漿30 d、灌漿45 d葉片硝酸還原酶活性受品種的影響達(dá)到顯著水平；分蘗期、拔節(jié)期、齊穗期、灌漿30 d和灌漿45 d葉片硝酸還原酶活性受施氮水平影響達(dá)顯著或極顯著水平；分蘗期、拔節(jié)期、灌漿15 d和灌漿45 d品種與施氮水平對葉片硝酸還原酶活性的互作影響均達(dá)到極顯著水平。

3討論

水稻可以吸收NO3--N、NH4+-N和NO2--N無機(jī)氮素，也可以吸收如氨基酸和尿素等小分子有機(jī)氮。艾紹英等試驗(yàn)指出，4種蔬菜的硝酸鹽含量與氮素供應(yīng)水平有關(guān)，隨著營養(yǎng)液中氮素濃度的提高，硝酸鹽含量明顯增加[9]。萬書波等研究表明，花生植株含氮總量隨供氮水平的提高而增加[10]。王朝暉等報(bào)道，增加氮肥用量，蔬菜的生長量隨之提高，過量施氮，生長受到抑制，但蔬菜硝態(tài)氮含量卻隨施氮量的不斷增加而增加，二者呈顯著正相關(guān)[11]。本研究也得出類似的結(jié)論，無論是緊湊型沈農(nóng)07425還是松散型秋光，二者的葉片NO3-含量、NO2-含量隨著生育期的推進(jìn)，保持先升后降再升的變化趨勢，除秋光分蘗期和灌漿15 d的N2處理葉片NO3-含量較高外，最大值均為N3處理。值得注意的是，沈農(nóng)07425齊穗期的NO3-含量在整個(gè)生育期的變化曲線中處于較低的水平，而秋光齊穗期的NO3-含量在整個(gè)生育期的變化曲線中處于較高的水平，2個(gè)株型品種的NO3-含量差異較大。這說明，與秋光相比，緊湊型沈農(nóng)07425齊穗期氮代謝更旺盛，利用更多的NO3-來合成所需的含氮化合物，因此NO3-積累較少。

在植物體內(nèi)，硝態(tài)氮既可以在根部還原，也可以在葉片中被還原。在此過程中，硝酸還原酶發(fā)揮著重要作用。硝酸還原酶活性與作物吸收和利用的氮肥有關(guān)[12]。洪劍明等認(rèn)為，功能葉NR活性可以代表水稻體內(nèi)硝酸還原酶活性水平，進(jìn)而影響到無機(jī)氮的利用率[13]。馮福生等研究表明，在小麥抽穗、揚(yáng)花和灌漿3個(gè)時(shí)期，NR活性均隨施氮量升高而增強(qiáng)[14]。本研究結(jié)果是2個(gè)株型水稻品種的葉片硝酸還原酶活性隨著生育時(shí)期的變化，保持先升后降再升的變化趨勢，且進(jìn)入灌漿期后隨著施氮量的增加而提高。比較2個(gè)株型品種的葉片NO3-含量、NO2-含量及硝酸還原酶活性發(fā)現(xiàn)，三者隨時(shí)期的變化一致，說明水稻生長初期缺少NR，只有在NO3-溶液中經(jīng)過一段時(shí)間的誘導(dǎo)才能逐步形成。因此，水稻生育初期吸收NO3-速率較低，隨著生長發(fā)育和體內(nèi)NR活性的提高，吸收NO3-的速率加快。

傳統(tǒng)上認(rèn)為水稻是喜銨（NH4+）作物，因?yàn)樵谘退畻l件下土壤硝化作用被強(qiáng)烈抑制，土壤溶液中的NH4+濃度會(huì)大大提高，NH4+是主要存在形態(tài)。由于銨對植物的有毒性及對氮固定酶合成的抑制，一般都認(rèn)為銨會(huì)很快地被同化[15]。但是本研究結(jié)果表明，銨態(tài)氮在作物體內(nèi)有一定積累，除沈農(nóng)07425灌漿15 d和秋光拔節(jié)期、齊穗期外，隨著外源氮素水平的升高，2個(gè)品種葉片累積的NH4+含量均呈上升趨勢。值得注意的是，沈農(nóng)07425齊穗期的NH4+含量在整個(gè)生育期的變化曲線中處于較高的水平，而秋光齊穗期的NH4+含量在整個(gè)生育期的變化曲線中處于較低的水平，2個(gè)株型品種的NH4+含量略有差異。

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