玉米碳氮代谢研究进展

对玉米的碳氮代谢研究进行了综述,重点阐述了碳氮代谢的特征及碳氮代谢之间的关系,并对该研究的前景进行了展望。     

氮对玉米碳氮代谢与粒重形成的影响

田间试验研究不同氮用量下2个玉米杂交种后期碳氮代谢与粒重形成的关系.结果表明,适宜的氮营养,可使玉米的收获指数与氮收获指数增加.适宜的氮用量有利于玉米营养体碳氮向籽粒运输.玉米杂交种龙单13和克单8的粒重形成所需氮素40.10%～59.88%来源于营养体的氮素再转移,40.12%～59.90%由后期根系供应.     

氮肥对不同烤烟品种碳氮代谢关键酶活性的影响

为探讨氮肥对不同烤烟品种碳氮代谢关键酶活性的影响,采用大田试验测定了红花大金元(H)和K326(K) 两个烤烟品种在施氮和不施氮条件下,不同生育期硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖合酶（SS）的活性变化。结果表明：对于同一品种,氮肥的使用在前期提高NR、GS活性,中期提高GDH活性;同时施氮提高前期SPS活性及后期SS活性。同一施氮处理情况下,K326的NR活性和SPS活性在前期高于红大,在碳代谢旺盛时期K326的GDH活性也要高于红大,在后期红大的GS酶活和SS活性高于K326。氮肥对不同品种烟株的氮代谢都起到促进作用;K326在前期利用氮素作用强于红大,后期氮素再利用作用却弱于后者,同时K326和红大在碳代谢过程中碳源向不同的碳水化合物分配的比例不同。因此在烤烟生长发育过程中,需根据不同品种氮素需求的特点,确保氮肥的供应充足。     

包膜尿素与普通尿素对夏玉米碳氮代谢的影响

以郑单958玉米为材料,连续2年比较了包膜尿素与普通尿素对夏玉米碳氮代谢影响的差异.结果表明:施氮提高叶片与茎鞘总糖含量,12叶展前以普通尿素处理效果较好,吐丝后以包膜尿素处理效果较好;施氮显著提高叶片与茎鞘全氮含量,以包膜尿素处理效果较好;施氮降低茎鞘C/N,降幅以包膜尿素处理较大;施氮使氮收获指数下降,包膜尿素处理降幅较普通尿素处理大;叶片与茎鞘碳转运发生于乳熟至成熟期,而叶片与茎鞘氮转运分别主要发生于乳熟至成熟期和吐丝至乳熟期,碳、氮转运量一般以包膜尿素处理较大,包膜尿素能改善夏玉米碳氮代谢状况.     

氮钾营养对春玉米后期碳氮代谢与粒重形成的影响

 采用田间试验与生化分析等方法研究不同氮钾用量下春玉米后期碳氮代谢与粒重形成的关系。结果表明,适宜氮钾用量下,玉米叶片可溶蛋白含量较高,RuBP羧化酶和PEP羧化酶活性较强,收获指数与氮收获指数较高。适宜的氮钾用量可促进玉米营养体碳氮向籽粒运输,同时提高生长后期叶片的光合能力及根系的氮素吸收。     

种植密度对夏玉米根系特性及氮肥吸收的影响

【目的】玉米是中国第一大粮食作物,在国家粮食安全中具有举足轻重的作用。选用耐密型品种,增加种植密度是现在玉米获得高产的主要措施之一。然而,高密度种植加剧了玉米生长空间的压力,导致单株生长受到抑制,单株产量降低。根系作为吸收土壤水分与养分的主要器官,其生长受密植条件抑制。研究夏玉米品种根系特性对密度响应的基因型差异,探明密植条件下耐密型夏玉米根系特性与氮素吸收、利用的关系,为耐密型夏玉米品种的根系改良及密植条件下养分与水分管理提供依据。【方法】试验于2014—2015年在山东农业大学黄淮海区域玉米技术创新中心进行,以耐密型品种郑单958(ZD958)和不耐密型品种鲁单981(LD981)为试验材料,采用土柱栽培与~(15)N标记技术相结合的技术手段,研究不同种植密度下(D1,52 500 plants/hm~2与D2,82 500 plants/hm~2),不同耐密型品种根系性状及氮素吸收利用情况对种植密度的响应。【结果】增加种植密度可显著提高夏玉米籽粒产量,但两品种单株籽粒产量均显著降低。两品种根系生物量、根长、根系表面积、根系活性吸收面积均随种植密度的增加而降低;D1条件下,LD981根系各项指标生育前期高于ZD958,乳熟期后均低于或显著低于ZD958。D2条件下,两品种根系各项指标生育前期差异不显著,而生育后期LD981显著低于ZD958;地上部单株绿叶面积与穗位叶净光合速率受基因型及密度影响,变化趋势与根系一致。两品种根冠质量比受密度增加影响差异不显著,但根冠活性面积比显著降低;增加种植密度两品种单株氮素积累量及氮利用效率显著降低,肥料氮回收率、氮肥偏生产力均显著提高,但肥料氮所占植株氮素积累量的比例不受密度变化影响;D2下ZD958植株肥料氮含量、肥料氮所占比例、肥料氮回收率及氮肥偏生产力显著高于LD981。【结论】耐密型品种ZD958根系受密度影响较小,高密度下,能够维持相对较高的根量、根长、根系吸收面积及根系活力,且高值持续期长,生育后期衰老缓慢,保证了植株对氮素吸收,有利于地上部进行光合生产、获得较高籽粒产量;高密度下ZD958籽粒库容较高、库调节能力较强,是其氮利用效率及氮肥偏生产力显著高于LD981的主要原因。     

不同施肥量对烤烟烟叶氮碳代谢的影响

 本试验利用沙基培养,通过对烟叶中总氮、烟碱、淀粉、可溶性糖含量及硝酸还原酶活性的测定,研究了烤烟K326品种在4种不同施肥量下烟叶中主要成分及生理活性的动态变化,烟株由氮代谢为主转入碳代谢为主的时间以及新陈代谢转化的时间与烟叶品质的关系。在4种施肥处理中,随着施肥量的增加,氮代谢水平依次升高,碳代谢水平依次降低,由氮代谢转入碳代谢的时间依次推迟。化学成分的分析表明株施氮量为7g的施肥量于沙培是比较合适的。     

不同供氮水平对芸豆碳氮代谢平衡的影响

采用盆栽土壤基施0、15、30 kg·hm^-2三个氮素水平试验,研究了芸豆荚果形成后不同氮素水平下叶片和荚果的碳、氮代谢主要酶活性以及抗氧化酶系活性的变化。结果表明,芸豆荚果形成后,随着土壤供氮水平的增加,荚果的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性、多酚氧化酶活性、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性逐渐增强;叶片的蔗糖合成酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性、硝酸还原酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性大于同一供氮水平荚果的活性;且荚果的总可溶性糖和可溶性蛋白含量高于叶片;叶片的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性与荚果的蔗糖磷酸合成酶和硝酸还原酶活性呈显著相关性。由此可以得出,源器官是芸豆植株的代谢活跃中心,而库器官成为植株的生长中心,且后者的碳、氮代谢过程主要受前者的调控。     

长期定位施肥对夏玉米氮代谢的影响

为探明在不同施肥条件下夏玉米氮代谢的变化,在基于30年的长期定位试验,研究了长期定位施肥对夏玉米氮代谢的影响.研究表明:随施肥量增加,氮代谢旺盛,吐丝后穗位叶NR活性高,其中M2N2处理NR活性平均比对照提高了4.0%,其次是M2N1、N2PK、M1N2,分别比对照提高了3.7%、3.4%、3.1%.穗位叶的游离氨基酸和蛋白质含量也表现为与NR活性类似的趋势.M2N2处理游离氨基酸和蛋白质含量与对照比较差异显著.分别比对照提高了19.6%和22.2%.其次M2N1、N2PK、M1N2处理.游离氨基酸含量分别比对照提高了17.9%、16.7%、和15.4%.蛋白质含量分别比对照提高了18.5%、18.4%和17.9%.有机肥氮肥配施处理,穗位叶NR活性在籽粒形成期间维持高活性时间长,穗位叶中的可溶性蛋白含量高.氮磷钾肥配施处理穗位叶NR活性、可溶性蛋白含量显著高于氮磷、氮钾处理.这一结果为夏玉米获得高产提供了理论依据.     

不同氮肥水平对烤烟质体色素和碳氮代谢及品质的影响

通过田间试验,研究了不同氮肥水平对烤烟质体色素和碳氮代谢关键酶活性及品质的影响,结果表明,随着施氮量的增加,烟叶质体色素含量及其碳氮代谢关键酶活性升高,其中,低氮处理的硝酸还原酶活性下降时间提前,烟株以氮代谢为主转向以碳代谢为主时间前移;高氮处理的硝酸还原酶活性下降时间推迟,阻碍了烟叶碳氮代谢的适时转化,不利于烟叶成熟落黄;中氮处理的烟株碳氮代谢协调.从烤后烟叶品质来说,随着施氮量的增加,含氮化合物含量升高,而碳水化合物含量则随之下降.总体来说,中氮处理各成分含量适宜、比例协调,利于生产优质烟叶.     

大气CO2浓度升高与氮肥互作对玉米花后碳氮代谢及产量的影响

[目的]研究大气CO2浓度升高(eCO2)及氮肥施用对夏玉米开花吐丝后不同组分碳氮代谢物含量及动态和产量的影响,为全球气候变化下玉米生理过程及产量形成的变化提供理论支撑,同时为玉米作物模型调参提供实证数据.[方法]利用自由大气CO2富集(FACE)平台,以夏玉米品种农大108为试验材料开展田间试验.在常规大气CO2浓度...     

不同施肥模式对烟草耕层土壤碳氮组分的影响(英文)

[目的]探讨贵州省烟叶主产区植烟土壤碳氮变化规律及其培肥途径。[方法]采用盆栽方式研究了有机和常规施肥模式(以不施肥作对照)下烟草耕层土壤中可溶性有机碳氮、总有机碳氮及其比值的变化规律。[结果](1)常规施肥模式土壤中的DOC、DON、TOC、TON含量均随生育期的推进呈降低趋势;而有机施肥模式土壤中的DOC、TOC含量呈先增加后降低(以旺长期含量最高)趋势,DON、TON含量呈先降低后增加趋势(以旺长期含量最低)。(2)有机施肥模式显著提高了烟草生长各期土壤中TOC含量及生长中后期(旺长期和采收期)土壤中DOC含量,在团棵期和旺长期常规施肥模式土壤中的DON、TON含量显著高于有机施肥模式和对照,在采收期,常规和有机两种施肥模式土壤中的DOC、DON、TOC、TON含量均显著高于对照。(3)常规施肥模式土壤中DOC/DON、TOC/TON的比值随生育期的推进呈逐渐增加趋势,而有机施肥模式和对照则均呈先增加后降低的趋势(旺长期碳氮比达最大值)。在团棵期、旺长期和采收期,土壤中DOC/DON、TOC/TON的比值均表现为YJCKCG。[结论]有机施肥模式显著提高了烟株生长中后期土壤中活性碳氮、总有机碳氮含量和土壤的碳氮比,有助于烟株生长中后期营养的均衡持续供应和培肥地力。     

夏玉米施用不同缓释化处理氮肥的效果及氮肥去向

【目的】研究不同缓释化处理氮肥对夏玉米的产量、氮肥去向及氮素平衡的影响,为提高夏玉米一次性施肥的氮肥利用率并降低氮肥的环境影响提供理论依据。【方法】试验于2014-2015年以郑单958为供试品种,在华北地区中低产田连续两年进行大田试验,共设置6个处理,分别为：不施氮（CK）、尿素（CU）、树脂包膜尿素（CRF）、控失尿素（LCU）、凝胶尿素（CLP）和脲甲醛（UF）。在玉米成熟期采集植物和土壤样品,用于测定植物含氮量和土壤无机氮含量,并计算作物吸氮量、氮肥利用率、土壤无机氮积累量、氮肥损失量等。【结果】（1）氮肥缓释化处理能够明显提高夏玉米的产量,促进氮素吸收。与尿素相比,脲甲醛、凝胶尿素、树脂包膜尿素和控失尿素可分别提高夏玉米产量18.9%、16.8%、13.7%和13.6%,同时氮肥农学利用效率分别提高6.5、4.8、4.0和3.7 kg·kg^-1。（2）不同氮肥处理的作物吸收肥料氮以及肥料氮在0-100 cm土层残留量之间存在显著性差异。脲甲醛、凝胶尿素、树脂包膜尿素、控失尿素和尿素的氮肥表观回收率分别为54.9%、42.4%、38.3%、38.3%和22.0%,肥料氮在0-100 cm土层残留量分别占施氮量的28.3%、43.8%、39.2%、46.2%和46.6%。此外,与尿素相比,氮肥缓释化处理能够显著降低肥料氮的损失,凝胶尿素、控失尿素、脲甲醛和树脂包膜尿素分别降低了47.6%、43.1%、40.8%和26.7%。（3）综合分析不同氮肥处理的农田氮素平衡,脲甲醛处理的夏玉米吸氮量最高,为245.0 kg·hm^-2,其次是凝胶尿素,为222.5 kg·hm^-2。脲甲醛的0-100 cm土层残留量在缓释化氮肥中最低,为153.4 kg·hm^-2,树脂包膜尿素、凝胶尿素和控失尿素分别为173.1、181.5和185.7 kg·hm^-2。凝胶尿素处理的氮表观损失量最低,为35.6 kg·hm^-2,控失尿素、脲甲醛和树脂包膜尿素的氮表观损失量分别为38.8、41.2和51.3 kg·hm^-2。【结论】在华北地区中低产田土壤上,氮肥缓释化处理能够显著促进夏玉米对氮素的吸收、减少氮素损失。脲甲醛和凝胶尿素的效果相对较好。     

品种和氮素供应对玉米根系特征及氮素吸收利用的影响

【目的】研究玉米根系特性与氮素吸收利用及其与地上部生物量和产量形成的关系,探明根系形态特征与氮素吸收能力对玉米高产性能的影响,为玉米高产高效生产提供理论依据。【方法】试验于2014—2015年在山东农业大学黄淮海区域玉米技术创新中心(36°18′N,117°12′E)和作物生物学国家重点实验室进行,以京科968(JK968)、郑单958(ZD958)和先玉335(XY335)为试验材料,采用土柱栽培,设置两个氮素水平,施氮量分别为1.5 g/plant(LN)和4.5 g/plant(HN),在抽雄期(VT)和完熟期(R6)进行根系及植株取样,测定根系相关指标(根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积),干物质及氮素积累与分配规律,探究品种和氮素供应对玉米根系特征及氮素吸收利用的影响。【结果】两个氮素水平下JK968单株籽粒产量、生物量、根系各指标和植株氮素积累量、氮转运率、氮素收获指数、氮素利用效率均显著高于XY335和ZD958(P0.05)。JK968单株生物量、籽粒产量、植株氮素积累量较XY335和ZD958在低氮水平下分别增加15.2%、17.7%、9.0%和31.6%、44.1%、31.4%,在高氮水平下分别增加5.4%、12.9%、8.9%和13.5%、26.8%、23.5%;高氮水平下JK968、XY335、ZD958的单株生物量、单株籽粒产量和植株氮素积累量较低氮水平下分别增加15.7%、10.2%、33.9%,26.5%、14.8%、34.0%和34.3%、25.1%、42.5%。抽雄期JK968根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积较XY335和ZD958在低氮水平下分别增加41.8%、9.0%、47.1%、24.0%和63.2%、41.6%、60.4%、105.1%,在高氮水平下分别增加24.3%、6.0%、35.2%、19.7%和40.3%、30.0%、49.3%、78.7%;高氮水平下JK968、XY335、ZD958的根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积较低氮水平下分别增加48.3%、37.3%、36.4%、12.7%,69.1%、41.3%、48.4%、16.7%和72.5%、49.7%、46.5%、29.3%。相关分析表明,吸氮量与根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积呈显著线性正相关,但品种的响应程度不同。在抽雄前,JK968植株吸氮量对根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积增长的响应度要高于XY335和ZD958;而抽雄后的响应度则低于XY335和ZD958。【结论】JK968整个生育期的根系各项指标均显著高于XY335和ZD958,且氮素吸收能力强,生物量大,低氮条件下优势更加明显。JK968较发达的根系,保证了植株对氮素的吸收,具有较高的氮素转运效率、贡献率和氮素利用效率,有利于进行物质生产,因而获得更高的籽粒产量。     

氮素营养水平对春玉米叶片碳代谢的影响（摘要）

[目的]研究供氮水平对春玉米叶片碳代谢的影响。[方法]采用田间试验和室内分析相结合的方法,按春玉米生育期采样,探讨不同供氮水平对春玉米叶片中叶绿素含量及RuBP羧化酶和PEP羧化酶活性的影响。[结果]适宜的供氮水平能使春玉米在各生育期叶片中叶绿素含量及RuBP羧化酶和PEP羧化酶活性均保持最高水平,供氮不足或过量（施N量大于400kg/hm^2）均对春玉米叶片碳代谢产生不良影响。[结论]该试验条件下,施N量300kg/hm^2,春玉米各生育期叶片中叶绿素含量及碳代谢关键酶的活性均最高,对增强叶片光合能力、促进产量形成、延缓叶片衰老具有重要意义。