吕小红+付立东+宋玉婷+陈温福

摘要：以2种不同株型水稻品种为试材，采用盆栽方式研究施氮处理对不同株型水稻叶片氮代谢相关生理特性的影响。结果表明，不同株型水稻叶片NO3-含量、NO2-含量及硝酸还原酶活性随生育期的变化趋势相似，保持先升后降再升的变化趋势，且均在一定生育期内随外源氮素水平提高而呈上升趋势，表明水稻生长初期硝酸还原酶活性较低，经时间诱导逐步积累增加。因此，水稻生育初期吸收氮素离子速率较低，随水稻生长发育及体内硝酸还原酶活性提高，吸收速率加快。NH4+含量则表现为先降低再回升的趋势。NH4+与NO3-之间存在此消彼长的作用，且这种现象在秋光上更为突出。

关键词：施氮处理；株型；水稻；氮代谢；生理特性；叶片

中图分类号： S511.01文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）07-0062-04

前人在水稻根系对氮素的吸收、利用及代谢方面做了大量研究[1-3]，笔者所在课题组从株型对水稻根系氮代谢的影响的角度进行了深入研究，并且得出一些结论（另文详述），而从不同株型角度对水稻叶片氮代谢及相关生理特性的研究尚鲜见报道。本试验以紧凑型品种沈农07425与松散型品种秋光为试材，研究了施氮处理下不同株型水稻根系氮代谢相关生理特性的影响，探讨不同株型水稻间氮代谢差异，以期为科学施肥提供理论指导。

1材料与方法

1.1试验材料

以沈农07425和秋光为试验材料。其中沈农07425穗型直立，株型紧凑，耐肥抗倒，为典型的直立穗紧凑型品种；秋光穗型弯曲，株型较松散，耐肥抗倒性较差，为典型的弯曲穗松散型品种。

1.2试验设计

试验于2014年在沈阳农业大学水稻研究所基地进行。采用盆栽方式，盆钵直径30 cm、高26 cm，装土13.25 kg/盆。土壤基本理化性质为：全氮含量1.1 g/kg，全磷含量 2.8 g/kg，全钾含量34 g/kg，水解氮84.5 mg/kg，有效磷 38.3 mg/kg，有效钾138.7 mg/kg，有机质29.8 g/kg，pH值 5.65。分别设5个氮肥水平：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），其中氮肥梯度参考毛达如的《植物营养研究法》[4]而设定。共10个处理组合，3次重复，完全随机排列，氮肥为尿素。施用磷酸二铵300 kg/hm2（其中所含的氮已包括在总氮里），氯化钾225 kg/hm2。氮肥分基肥、蘖肥、穗肥（按5 ∶3 ∶2比例）施入，其中以尿素作为基肥，硫酸铵作为蘖肥、穗粒肥追施，磷肥和钾肥作为基肥一次性施入。插秧前选取整齐一致的秧苗，3穴/盆，1株/穴。阴雨天气采用遮雨棚防止雨水冲刷，其他栽培管理措施同大田生产。

1.3测定指标及方法

分别于分蘖期（T1）、拔节期（T2）、齐穗期（T3）、灌浆 15 d（T4）、灌浆30 d（T5）和灌浆45 d（T6）取样测定。参照段建军等的方法[5]测定NO3-含量；参照刘辉等的方法[6]测定NO2-含量；运用纳氏试剂比色法[7]测定NH4+含量；参照郝建军等的方法[8]测定硝酸还原酶活性。

1.4数据分析

采用DPS软件和Excel软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1施氮条件下不同株型水稻品种叶片的NO3-含量

2.1.1施氮条件下不同株型水稻品种叶片的NO3-含量随生育期的动态变化由图1可以看出，分蘖期2个株型水稻品种的叶片NO3-含量较低，随着生育进程的推进水稻植株不断生长发育，拔节期NO3-含量急剧增加，此时株型紧凑的沈农07425各处理的叶片NO3-含量达最大值，齐穗期NO3-含量迅速降低，较低的NO3-含量一直维持至灌浆30 d，灌浆 45 d NO3-含量略有回升。而株型松散的秋光在拔节期达到较高的NO3-含量后，除N1处理的NO3-含量迅速降低外，其余处理的NO3-含量下降缓慢或略有增加，灌浆15d秋光各处理的NO3-含量降幅较大，保持较低的NO3-含量至灌浆 30 d，灌浆45 d NO3-含量略有增加。

除沈农07425灌浆15 d叶片NO3-含量N2处理低于N1、秋光分蘖期和灌浆15 d叶片NO3-含量N2处理最大外，其他生育时期2个品种施肥处理的叶片NO3-含量均遵循 N3>N2>N1的关系，可见施氮一定程度上促进了NO3-在叶片的积累。整个生育期沈农07425、秋光叶片NO3-含量最大值出现在拔节期N3处理、齐穗期N3处理，分别为138.25、146.65 mg/g，秋光较沈农07425略高6.08%。

2.1.2品种与施氮水平对叶片NO3-含量的交互作用由表1可知，品种与施氮水平对水稻叶片NO3-含量的交互作用分析表明，齐穗期、灌浆15 d叶片NO3-含量受品种影响分别达到了极显著、显著水平；灌浆45 d叶片NO3-含量受施氮水平影响达极显著水平；整个生育期内品种与施氮水平的交互作用对叶片NO3-含量影响均达到极显著水平。说明叶片NO3-含量主要受品种与施氮水平的正交互作用影响，相对而言，叶片NO3-含量受施氮水平因素影响较小，而品种间差异较大。

2.2施氮条件下不同株型水稻品种叶片的NO2-含量

2.2.1施氮条件下不同株型水稻品种叶片的NO2-含量随生育期的动态变化各处理2个株型水稻品种叶片的NO2-含量的变化趋势基本一致（图2），分蘖期2个水稻品种的叶片NO2-含量较低，拔节期NO2-含量小幅增加，齐穗期NO2-含量略有下降，进入灌浆期叶片NO2-积累迅速，NO2-含量不断增加。灌浆15 d、灌浆30 d 2个品种N3、N2、N1处理的NO2-含量依次递减，这在穗型直立的紧凑型水稻品种沈农07425上表现更为突出。灌浆45 d 2个水稻品种的叶片NO2-含量达极值（N3处理），分别为43.799 1、35.451 3 μg NaNO2/g，沈农07425的叶片NO2-含量较秋光高23.55%，2个品种间差异较大。

在一定范围内，增施氮肥可以明显增加水稻的叶片NO2-含量，并且施氮处理对NO2-含量的影响要大于对照PK、CK对NO2-含量的影响。与穗型弯曲的松散型品种秋光相比，穗型直立的紧凑型水稻品种沈农07425的叶片NO2-含量受施肥量的影响较大。

2.2.2品种与施氮水平对叶片NO2-含量的交互作用由表1可知，品种与施氮水平对水稻叶片NO2-含量的交互作用分析表明，拔节期、灌浆30 d、灌浆45 d品种对叶片NO2-含量的影响分别达到了极显著、显著、极显著水平；分蘖期、拔节期、灌浆30 d、灌浆45 d叶片NO2-含量受施氮水平影响分别达显著或极显著水平；整个生育期除灌浆30 d外，品种与施氮水平的交互作用对叶片NO2-含量影响均达到显著或极显著水平。说明叶片NO2-含量主要受品种与施氮水平的正交互作用影响，相对而言，叶片NO2-含量受施氮水平因素影响较大。

2.3施氮条件下不同株型水稻品种叶片的NH4+含量

2.3.1施氮条件下不同株型水稻品种叶片的NH4+含量随生育期的动态变化由图3可知，株型紧凑的沈农07425拔节期叶片的NH4+含量较高，齐穗期小幅度增加达到最大值，灌浆15 d迅速降至最小值，灌浆30 d至灌浆45 d NH4+含量缓慢回升。株型松散的秋光叶片的NH4+含量拔节期（除N1、N3外）最大，之后迅速下降，除N1处理于灌浆30 d叶片的NH4+含量最小外，其他处理于齐穗期达最小值，灌浆15 d至灌浆45 d NH4+含量不同程度回升。

除沈农07425灌浆15 d和秋光拔节期、齐穗期外，2个品种施肥处理的叶片NH4+含量均遵循N3>N2>N1的关系，而对照CK的叶片NH4+含量除在拔节—齐穗期略高于施氮处理外，其他时期基本均低于N3处理的叶片NH4+含量。齐穗期2个水稻品种的叶片NH4+含量略有差异。在一定范围内，增施氮肥可明显增加水稻叶片NH4+含量，并且与松散型品种秋光相比，紧凑型水稻品种沈农07425的叶片NH4+含量受施肥量的影响较大。

2.3.2品种与施氮水平对水稻叶片NH4+含量的交互作用由表1可知，品种与施氮水平对水稻叶片NH4+含量的交互分析表明，齐穗期、灌浆15 d叶片NH4+含量受品种的影响达到极显著水平；拔节期、灌浆30 d叶片NH4+含量受施氮水平影响分别达极显著、显著水平；自拔节期至灌浆45 d，品种与施氮水平的交互作用对叶片NH4+含量影响均达到极显著水平。

2.4施氮条件下不同株型水稻品种叶片硝酸还原酶活性

2.4.1施氮条件下不同株型水稻品种叶片硝酸还原酶活性随生育期的动态变化由图4可知，分蘖期2个株型水稻品种的叶片硝酸还原酶活性较低，随着生育进程的推进水稻植株不断生长发育，拔节期硝酸还原酶活性增加至较高水平，齐穗期硝酸还原酶活性迅速降低，至灌浆15 d 2个水稻品种叶片硝酸还原酶活性差异明显。株型紧凑的沈农07425除灌浆15 d叶片硝酸还原酶活性对照CK略有增幅外，其余各处理的叶片硝酸还原酶活性持续降低；而株型松散的秋光N2、N3处理的叶片硝酸还原酶活性开始增大，其余处理叶片硝酸还原酶活性保持下降趋势。灌浆30 d 2个水稻品种的叶片硝酸还原酶活性表现一致，呈现不同程度的增长，至灌浆45 d仍保持较高的硝酸还原酶活性。整个生育期内沈农07425、秋光的葉片硝酸还原酶活性最大值均为灌浆45 d N3处理，分别为27.19、25.96 μg/（g·h）。除沈农07425齐穗期外，2个品种施肥处理的叶片硝酸还原酶活性随施氮量增大而增强，且除沈农07425灌浆15 d外，N3处理的叶片硝酸还原酶活性大于PK、CK的叶片硝酸还原酶活性。可见，在一定范围内，增加氮肥施用可以明显提高水稻的叶片硝酸还原酶活性，并且与穗型弯曲的松散型品种秋光相比，穗型直立的紧凑型水稻品种沈农07425的叶片硝酸还原酶活性受施肥量的影响较大。

2.4.2品种与施氮水平对叶片硝酸还原酶活性的交互作用由表1可知，品种与施氮水平对水稻叶片硝酸还原酶活性的交互影响分析表明，灌浆30 d、灌浆45 d叶片硝酸还原酶活性受品种的影响达到显著水平；分蘖期、拔节期、齐穗期、灌浆30 d和灌浆45 d叶片硝酸还原酶活性受施氮水平影响达显著或极显著水平；分蘖期、拔节期、灌浆15 d和灌浆45 d品种与施氮水平对叶片硝酸还原酶活性的互作影响均达到极显著水平。

3讨论

水稻可以吸收NO3--N、NH4+-N和NO2--N无机氮素，也可以吸收如氨基酸和尿素等小分子有机氮。艾绍英等试验指出，4种蔬菜的硝酸盐含量与氮素供应水平有关，随着营养液中氮素浓度的提高，硝酸盐含量明显增加[9]。万书波等研究表明，花生植株含氮总量随供氮水平的提高而增加[10]。王朝晖等报道，增加氮肥用量，蔬菜的生长量随之提高，过量施氮，生长受到抑制，但蔬菜硝态氮含量却随施氮量的不断增加而增加，二者呈显著正相关[11]。本研究也得出类似的结论，无论是紧凑型沈农07425还是松散型秋光，二者的叶片NO3-含量、NO2-含量随着生育期的推进，保持先升后降再升的变化趋势，除秋光分蘖期和灌浆15 d的N2处理叶片NO3-含量较高外，最大值均为N3处理。值得注意的是，沈农07425齐穗期的NO3-含量在整个生育期的变化曲线中处于较低的水平，而秋光齐穗期的NO3-含量在整个生育期的变化曲线中处于较高的水平，2个株型品种的NO3-含量差异较大。这说明，与秋光相比，紧凑型沈农07425齐穗期氮代谢更旺盛，利用更多的NO3-来合成所需的含氮化合物，因此NO3-积累较少。

在植物体内，硝态氮既可以在根部还原，也可以在叶片中被还原。在此过程中，硝酸还原酶发挥着重要作用。硝酸还原酶活性与作物吸收和利用的氮肥有关[12]。洪剑明等认为，功能叶NR活性可以代表水稻体内硝酸还原酶活性水平，进而影响到无机氮的利用率[13]。冯福生等研究表明，在小麦抽穗、扬花和灌浆3个时期，NR活性均随施氮量升高而增强[14]。本研究结果是2个株型水稻品种的叶片硝酸还原酶活性随着生育时期的变化，保持先升后降再升的变化趋势，且进入灌浆期后随着施氮量的增加而提高。比较2个株型品种的叶片NO3-含量、NO2-含量及硝酸还原酶活性发现，三者随时期的变化一致，说明水稻生长初期缺少NR，只有在NO3-溶液中经过一段时间的诱导才能逐步形成。因此，水稻生育初期吸收NO3-速率较低，随着生长发育和体内NR活性的提高，吸收NO3-的速率加快。

传统上认为水稻是喜铵（NH4+）作物，因为在淹水条件下土壤硝化作用被强烈抑制，土壤溶液中的NH4+浓度会大大提高，NH4+是主要存在形态。由于铵对植物的有毒性及对氮固定酶合成的抑制，一般都认为铵会很快地被同化[15]。但是本研究结果表明，铵态氮在作物体内有一定积累，除沈农07425灌浆15 d和秋光拔节期、齐穗期外，随着外源氮素水平的升高，2个品种叶片累积的NH4+含量均呈上升趋势。值得注意的是，沈农07425齐穗期的NH4+含量在整个生育期的变化曲线中处于较高的水平，而秋光齐穗期的NH4+含量在整个生育期的变化曲线中处于较低的水平，2个株型品种的NH4+含量略有差异。

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