施氮處理對不同株型水稻葉片氮代謝及相關(guān)生理特性的影響

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： S511.01文獻標志碼： A文章編號：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道。本試驗以緊湊型品種沈農(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，以期為科學施肥提供理論指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1試驗材料

以沈農(nóng)07425和秋光為試驗材料。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試驗設(shè)計

試驗于2014年在沈陽農(nóng)業(yè)大學水稻研究所基地進行。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，有機質(zhì)29.8 g/kg，pH值 5.65。分別設(shè)5個氮肥水平：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如的《植物營養(yǎng)研究法》[4]而設(shè)定。共10個處理組合，3次重復(fù)，完全隨機排列，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軟件進行統(tǒng)計分析。

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-含量隨生育期的動態(tài)變化由圖1可以看出，分蘗期2個株型水稻品種的葉片NO3-含量較低，隨著生育進程的推進水稻植株不斷生長發(fā)育，拔節(jié)期NO3-含量急劇增加，此時株型緊湊的沈農(nóng)07425各處理的葉片NO3-含量達最大值，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，其他生育時期2個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了NO3-在葉片的積累。整個生育期沈農(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極顯著水平；整個生育期內(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-含量隨生育期的動態(tài)變化各處理2個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個水稻品種的葉片NO2-含量達極值（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顯著或極顯著水平；整個生育期除灌漿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，其他時期基本均低于N3處理的葉片NH4+含量。齊穗期2個水稻品種的葉片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態(tài)變化由圖4可知，分蘗期2個株型水稻品種的葉片硝酸還原酶活性較低，隨著生育進程的推進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，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?？梢姡谝欢ǚ秶鷥?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到極顯著水平。

3討論

水稻可以吸收NO3--N、NH4+-N和NO2--N無機氮素，也可以吸收如氨基酸和尿素等小分子有機氮。艾紹英等試驗指出，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，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-含量在整個生育期的變化曲線中處于較高的水平，2個株型品種的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，進而影響到無機氮的利用率[13]。馮福生等研究表明，在小麥抽穗、揚花和灌漿3個時期，NR活性均隨施氮量升高而增強[14]。本研究結(jié)果是2個株型水稻品種的葉片硝酸還原酶活性隨著生育時期的變化，保持先升后降再升的變化趨勢，且進入灌漿期后隨著施氮量的增加而提高。比較2個株型品種的葉片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)上認為水稻是喜銨（NH4+）作物，因為在淹水條件下土壤硝化作用被強烈抑制，土壤溶液中的NH4+濃度會大大提高，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，一般都認為銨會很快地被同化[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+含量在整個生育期的變化曲線中處于較低的水平，2個株型品種的NH4+含量略有差異。

參考文獻：

[1]陳溫福，徐正進. 水稻超高產(chǎn)育種理論與方法[M]. 北京：科學出版社，2007：121-123.

[2]蔡昆爭，駱世明，段舜山. 水稻群體根系特征與地上部生長發(fā)育和產(chǎn)量的關(guān)系[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學學報，2005，26（2）：1-4.

[3]Kirk G J D，Kronzucker H J. The potential for nitrification and nitrate uptake in the photosphere of wetland plants： a modeling study[J]. Annals of Botany，2005，96：639-646.

[4]毛達如. 植物營養(yǎng)研究法[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2002：8-10.

[5]段建軍，周建斌，王國棟，等. NO3-N的水楊酸比色法快速測定[J]. 西北農(nóng)林科技大學學報（自然科學版），2002，30（3）：76-80.

[6]劉輝，田亞紅，勞旺梅，等. 鹽酸萘乙二胺比色法測定腌制食品中亞硝酸鹽的含量[J]. 中國釀造，2010（6）：157-160.

[7]閆修花，王桂珍，陳迪軍. 納氏試劑比色法測定海水中的氨氮[J]. 環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2003，15（3）：21-23.

[8]郝建軍，劉延吉. 植物生理學試驗技術(shù)[M]. 沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社，2001：64-181.

[9]艾紹英，唐拴虎，李生秀，等. 氮素供應(yīng)水平對蔬菜硝酸鹽累積與分布的影響[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學學報，2000，21（2）：14-17.

[10]萬書波，封海勝，左學青，等. 不同供氮水平花生的氮素利用效率[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學，2000（1）：31-33.

[11]王朝暉，田霄紅，李生秀. 硝態(tài)氮累積對蔬菜水分、有機氮的影響[J]. 中國環(huán)境科學，2000，20（6）：481-485.

[12]劉麗，甘志軍，王憲澤. 植物氮代謝硝酸還原酶水平調(diào)控機制的研究進展[J]. 西北植物學報，2004，24（7）：1355-1361.

[13]洪劍明，柴小清，曾曉光，等. 小麥硝酸還原酶活性與營養(yǎng)診斷和品種選育研究[J]. 作物學報，1996，22（5）：633-637.

[14]馮福生，陳文龍，李潔，等. 不同供氮水平下冬小麥葉片中RuBP羧化酶和硝酸還原酶的活性變化[J]. 植物生理學通訊，1986（6）：20-22.

[15]Radin J W，Parker L L. Water relations of cotton plants under nitrogen deficiency： Ⅱ. Environmental interactions on stomata [J]. Plant Physiol，1979，64（3）：499-501.