不同氮素营养水平下春玉米碳氮代谢机理的研究
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摘要
氮素营养对玉米产质量影响较大，其营养水平的高低直接影响玉米碳氮代谢的进程。
但以往在玉米碳氮代谢研究方面，主要侧重在氮素对玉米生长发育和产量的影响，而且
大多以普通玉米为研究对象。关于玉米碳氮代谢机理、碳氮代谢生理指标与产质量的关
系报道较少，特别是关于甜玉米、粘玉米和高淀粉玉米的碳氮代谢机理的研究报道更少。
本研究首次将甜玉米、粘玉米、高淀粉玉米为试材，系统研究不同品质类型春玉米碳氮
代谢机理，明确春玉米碳氮代谢基本规律，并在酶水平上探讨不同品质类型春玉米碳氮
代谢的差异，揭示氮肥施用量对碳氮代谢及产质量的调控效应，为春玉米品质改良和高
产、优质、高效栽培提供理论依据。本研究的主要结论如下：
1、氮代谢生理指标随氮素用量不同而发生变化。氮代谢生理指标在整个生育期内呈
单峰曲线变化，但不同品种不同施氮水平表现不一致。各品种氮代谢关键酶活性与氮素
营养水平在各个生育时期均呈极显著正相关关系。可溶性蛋白含量与氮素营养水平的关
系因品种而异。
2、碳代谢生理指标在整个生育期内呈单峰曲线变化。高峰出现的时间因品种和氮素
营养水平而异。叶绿素a／b的比值在拔节期略有上升，随生育进程的推进逐渐降低，成熟
期下降到最低点。氮素营养水平对其比值影响没能呈现出规律性。
3、氮素营养水平与碳代谢生理指标相关程度不同，且相关系数高值出现的时间也有
差异。
4、春玉米穗位叶的蔗糖含量、光合速率、蔗糖磷酸合成酶活性吐丝后呈逐渐降低的
趋势，蔗糖合成酶活性呈单峰曲线变化。不同品种不同氮素营养水平表现不一致。玉米
穗位叶SS活性、SPS活性及光合速率与穗位叶蔗糖的关系密切。
5、自吐丝后7～49天之内，籽粒中蔗糖含量、SS分解活性呈单峰曲线变化，但峰值
出现的时间因品种和氮素营养水平而异。
6、春玉米籽粒淀粉组分吐丝后呈单峰曲线变化。随氮素营养水平提高，淀粉含量也
表现增加趋势，但氮素用量达到一定程度后，淀粉含量反而下降。氮素营养水平越高，
淀粉积累速率高峰出现越晚。随氮素用量增加，淀粉支／直比例下降，在一定程度上说明
增加氮素营养，不利于支链淀粉的积累。玉米吐丝后14天籽粒蛋白质积累速率较低，之
后增加，达到高峰后逐渐下降。积累高峰因品种和氮素营养水平而异。
7、春玉米籽粒灌浆期间ADPG焦磷酸化酶活性呈单峰曲线变化，不同氮肥处理峰值
出现的时间不同。ADPG焦磷酸化酶、SS分解活性、光合速率与淀粉含量关系密切。
8、经产量和产量构成因子分析，东甜4号和东农早粘以N100处理最佳，东农248
和四单19以N200处理最为适宜。碳代谢生理指标与产量的关系更为密切，各生育时期
均与产量呈正相关关系，除谷氨酸脱氢酶外，其它氮代谢生理指标与产量均呈阶段性相
关。
9、淀粉含量和淀粉产量以四单19最高。不同施氮水平存在较大差异，东甜4号和
东农早粘以N100最高，东农248和四单19以N200最佳。蛋白质含量均以N200处理最
高，蛋白产量甜玉米和粘玉米则以N100最高。
中文摘要
10、光合碳量、碳转移量、营养体氮素再分配及对籽粒的贡献率东甜4一号和东农一早
粘以NIOO处理最高，东农248和四单19以N200最高。表明氮肥施用适量，既可促进
营养休向籽粒运输，又可保持生长后期叶片高的光合效率，使叶片生产更多的同化物质
供应给籽粒。玉米生育后期氮素转运量及其对籽粒氮的贡献受氮素施用量的影响11分显
著。
N nutrition played an important role in maize yield and quality, directly regulating the process of C and N metabolism. Past study often mainly concentrated on the effect of N nutrition on the growth and development and yield of common maize, while the study of physiological indexes of C and N metabolism had seldom been released. It was the first time that special utilization spring maize varieties such as sweet maize, waxy maize, high starch maize etc., were introduced as experiment materials to study C and N metabolism. The study showed the basic principle of C and N metabolism of spring maize, and indicated the enzyme differences of C and N metabolism of different spring maize varieties, and proposed the regulation effect of different N nutrition levels on C and N metabolism and the yield and quality of spring maize. The study contributed a lot to the improvement of quality and culture with higher yield and better quality of spring maize. The main experiment results are as follows:
1. The results showed that the physiological indexes of N metabolism changed with different N application rate, presenting a single peak curve at the whole growth stage with different spring maize varieties or N nutrition levels having different appearances. It also confirmed that the key enzyme activity of N metabolism of all varieties extremely significantly positively correlated with N nutrition levels. Another result was that different spring maize varieties influenced on the relation between soluble protein content and N nutrition levels.
2.Physiological indexes of C metabolism showed a single curve at the whole growth stage with peak values appeared at different periods, and peak value periods influenced by different varieties and N nutrition levels. The ratio of chlorophyll a to b content didn't show orderly changes.
3.Physiological indexes of C metabolism were correlated with N nutrition levels, and peak coefficient values appeared at different periods.
4. Sucrose content, photosynthetic rate (PR), SPS activity in the leaf located near the ear fell gradually after silking, and SPS showed a single peak curve with different varieties and different N nutrition levels appearing differently. In general, the SS, SPS activity and PR were significantly or extremely positively correlated with sucrose content in the leaf located near the ear with the higher coefficient appearing in accordance to different varieties.
5. Sucrose content in grains presented a single peak curve in the period from the 7lh day to 49lh day after silking, and the peak value appeared in different periods according to different varieties and N nutrition levels.
6. Spring maize grain starch content changed as a single peak curve after silking. With N nutrition increasing in certain range, starch content increased, but decreased when N nutrition excess certain application rate. As a result, a tendency was that the higher N nutrition level was, the later peak rate of starch accumulation came. With the increasing of N application rate, the ratio of amylopectin to amylose decreased, which indicated that higher N nutrition was disadvantageous to amylopectin accumulation. The rate of protein accumulation in grains was relatively lower in the 14th day after silking, then went up from 21st day after silking, and then fell gradually after peak accumulation rate, with peak accumulation rate appearing at different periods according to different varieties and N nutrition levels.
7. ADPGPase activity in spring maize grains changed as a single peak curve at filling stage, and the peak value of ADPG activity at different periods according to different N nutrition levels. ADPGPase and SS activity, PR were correlated significantly with starch content in grains, the coefficient peak values occurring in different time.
8. Yield under different N application rate differed from each other extremely significantly. In the point of harvest yield, the optimal N application rate were NEAUS4 and NEAUEW at N100, NEAU248 and SIDAN19 at N200. In a word, the correlation
但以往在玉米碳氮代谢研究方面，主要侧重在氮素对玉米生长发育和产量的影响，而且
大多以普通玉米为研究对象。关于玉米碳氮代谢机理、碳氮代谢生理指标与产质量的关
系报道较少，特别是关于甜玉米、粘玉米和高淀粉玉米的碳氮代谢机理的研究报道更少。
本研究首次将甜玉米、粘玉米、高淀粉玉米为试材，系统研究不同品质类型春玉米碳氮
代谢机理，明确春玉米碳氮代谢基本规律，并在酶水平上探讨不同品质类型春玉米碳氮
代谢的差异，揭示氮肥施用量对碳氮代谢及产质量的调控效应，为春玉米品质改良和高
产、优质、高效栽培提供理论依据。本研究的主要结论如下：
1、氮代谢生理指标随氮素用量不同而发生变化。氮代谢生理指标在整个生育期内呈
单峰曲线变化，但不同品种不同施氮水平表现不一致。各品种氮代谢关键酶活性与氮素
营养水平在各个生育时期均呈极显著正相关关系。可溶性蛋白含量与氮素营养水平的关
系因品种而异。
2、碳代谢生理指标在整个生育期内呈单峰曲线变化。高峰出现的时间因品种和氮素
营养水平而异。叶绿素a／b的比值在拔节期略有上升，随生育进程的推进逐渐降低，成熟
期下降到最低点。氮素营养水平对其比值影响没能呈现出规律性。
3、氮素营养水平与碳代谢生理指标相关程度不同，且相关系数高值出现的时间也有
差异。
4、春玉米穗位叶的蔗糖含量、光合速率、蔗糖磷酸合成酶活性吐丝后呈逐渐降低的
趋势，蔗糖合成酶活性呈单峰曲线变化。不同品种不同氮素营养水平表现不一致。玉米
穗位叶SS活性、SPS活性及光合速率与穗位叶蔗糖的关系密切。
5、自吐丝后7～49天之内，籽粒中蔗糖含量、SS分解活性呈单峰曲线变化，但峰值
出现的时间因品种和氮素营养水平而异。
6、春玉米籽粒淀粉组分吐丝后呈单峰曲线变化。随氮素营养水平提高，淀粉含量也
表现增加趋势，但氮素用量达到一定程度后，淀粉含量反而下降。氮素营养水平越高，
淀粉积累速率高峰出现越晚。随氮素用量增加，淀粉支／直比例下降，在一定程度上说明
增加氮素营养，不利于支链淀粉的积累。玉米吐丝后14天籽粒蛋白质积累速率较低，之
后增加，达到高峰后逐渐下降。积累高峰因品种和氮素营养水平而异。
7、春玉米籽粒灌浆期间ADPG焦磷酸化酶活性呈单峰曲线变化，不同氮肥处理峰值
出现的时间不同。ADPG焦磷酸化酶、SS分解活性、光合速率与淀粉含量关系密切。
8、经产量和产量构成因子分析，东甜4号和东农早粘以N100处理最佳，东农248
和四单19以N200处理最为适宜。碳代谢生理指标与产量的关系更为密切，各生育时期
均与产量呈正相关关系，除谷氨酸脱氢酶外，其它氮代谢生理指标与产量均呈阶段性相
关。
9、淀粉含量和淀粉产量以四单19最高。不同施氮水平存在较大差异，东甜4号和
东农早粘以N100最高，东农248和四单19以N200最佳。蛋白质含量均以N200处理最
高，蛋白产量甜玉米和粘玉米则以N100最高。
中文摘要
10、光合碳量、碳转移量、营养体氮素再分配及对籽粒的贡献率东甜4一号和东农一早
粘以NIOO处理最高，东农248和四单19以N200最高。表明氮肥施用适量，既可促进
营养休向籽粒运输，又可保持生长后期叶片高的光合效率，使叶片生产更多的同化物质
供应给籽粒。玉米生育后期氮素转运量及其对籽粒氮的贡献受氮素施用量的影响11分显
著。
N nutrition played an important role in maize yield and quality, directly regulating the process of C and N metabolism. Past study often mainly concentrated on the effect of N nutrition on the growth and development and yield of common maize, while the study of physiological indexes of C and N metabolism had seldom been released. It was the first time that special utilization spring maize varieties such as sweet maize, waxy maize, high starch maize etc., were introduced as experiment materials to study C and N metabolism. The study showed the basic principle of C and N metabolism of spring maize, and indicated the enzyme differences of C and N metabolism of different spring maize varieties, and proposed the regulation effect of different N nutrition levels on C and N metabolism and the yield and quality of spring maize. The study contributed a lot to the improvement of quality and culture with higher yield and better quality of spring maize. The main experiment results are as follows:
1. The results showed that the physiological indexes of N metabolism changed with different N application rate, presenting a single peak curve at the whole growth stage with different spring maize varieties or N nutrition levels having different appearances. It also confirmed that the key enzyme activity of N metabolism of all varieties extremely significantly positively correlated with N nutrition levels. Another result was that different spring maize varieties influenced on the relation between soluble protein content and N nutrition levels.
2.Physiological indexes of C metabolism showed a single curve at the whole growth stage with peak values appeared at different periods, and peak value periods influenced by different varieties and N nutrition levels. The ratio of chlorophyll a to b content didn't show orderly changes.
3.Physiological indexes of C metabolism were correlated with N nutrition levels, and peak coefficient values appeared at different periods.
4. Sucrose content, photosynthetic rate (PR), SPS activity in the leaf located near the ear fell gradually after silking, and SPS showed a single peak curve with different varieties and different N nutrition levels appearing differently. In general, the SS, SPS activity and PR were significantly or extremely positively correlated with sucrose content in the leaf located near the ear with the higher coefficient appearing in accordance to different varieties.
5. Sucrose content in grains presented a single peak curve in the period from the 7lh day to 49lh day after silking, and the peak value appeared in different periods according to different varieties and N nutrition levels.
6. Spring maize grain starch content changed as a single peak curve after silking. With N nutrition increasing in certain range, starch content increased, but decreased when N nutrition excess certain application rate. As a result, a tendency was that the higher N nutrition level was, the later peak rate of starch accumulation came. With the increasing of N application rate, the ratio of amylopectin to amylose decreased, which indicated that higher N nutrition was disadvantageous to amylopectin accumulation. The rate of protein accumulation in grains was relatively lower in the 14th day after silking, then went up from 21st day after silking, and then fell gradually after peak accumulation rate, with peak accumulation rate appearing at different periods according to different varieties and N nutrition levels.
7. ADPGPase activity in spring maize grains changed as a single peak curve at filling stage, and the peak value of ADPG activity at different periods according to different N nutrition levels. ADPGPase and SS activity, PR were correlated significantly with starch content in grains, the coefficient peak values occurring in different time.
8. Yield under different N application rate differed from each other extremely significantly. In the point of harvest yield, the optimal N application rate were NEAUS4 and NEAUEW at N100, NEAU248 and SIDAN19 at N200. In a word, the correlation
引文
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