全 文 ：第 11卷 第 3期
2 0 0 3年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
v01．11 NO．3
July， 2003
氮对不同基因型玉米根系形态变化的影响研究
王 艳 米 国华 张 福锁
(山西农业大学资源与环境学院 太谷 030801)(中国农业大学植物营养系 北京 100094)
摘 要 选用对 N反应有典型差异的玉米 自交系“478”、“CA170”研究其根 系生长和形 态对 N水平反 应的动态变
化结果表明，随培 养 时 间的延长 ，玉米 地上 部生 物量 随 N 水平 的提 高而 增加，且 2个 N 水 平下 “478”均 高于
“CA170”。低 N 水平 下 “478”根 系 生 物 量 显 著 大 于“CA170”，高 N 水 平 下 二 者 根 系 干 物 质 量 的基 因型 差 异 减 小 。
低 N 有利 于根 系纵 向伸 长 ，表 现 为 总 根 长 、平 均 根 长 显 著 增 加 ，且 “478”总 根 长 、平 均 根 长 及 侧 根 密 度 均 大 于
“CA170”，但 生长 初 期 (7d)时这 种基 因型变 化差 异 并 不 显 著 。高 N 有 利 于 根 系横 向伸 展 ，表 现 为 1级 侧根 密度 的
增加，而平均根长缩短，2个基 因型平均根长无显著差异。在 N素胁迫下“478”较大的根系优势有利于其高效吸收
N 素。
关键 词 玉米 基 因型 硝 酸 盐 根 系
Effect of nitrate levels on dynamic changes of root morphology in different maize inbred lines．WANG Yan(College of
Resource and Environmental Sciences，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801)，MI Guo-Hua，ZHANG Fu—Suo
(Department of Plant Nutrition，China Agricultural University，Beiing 100094)，CJEA ，2003，11(3)：69～71
Abstract Dynamic changes of root morphology affected by nitrate levels in different maize inbred lines (“478”、
“CA170”)are studied in this paper．The results show that increasing the nitrate application level can enhance the shot
biomass as the planting time passes．whereas‘478’is higher than“CA170”at two nitrate concentrations．Co mpared with
“CA170”，the variety of“478”has a longer total ro t length，average ro t length and density of laterals to obtain more
nitrogen at N deficiency，but this tendency is not SO significant at the very beginning of the sampling time(7d)．At high
nitrate supply，the density of laterals increases for the two varieties，ro t average length however，becomes short，and the
genotypic difference of the two varieties does not exist．Therefore，A larger root system of“478’is useful tO extract much
more N especially at low N condition．
Key words M aize，Genotype，Nitrate，Root
土壤缺 N 是 玉米获 得高产 的主要 限制 因子之 一 ，选育 N 高效 品种在 生产 中有重要 意 义。作 物对 N 素
的吸收和利用具有显著的遗传差异已多见报道 。在土壤 N有效性较低状况下 N的吸收效率显得尤为重
要 。Sattelmacher B．等认为根系形态是影响养分吸收效率的重要因子 。增加 N水平能降低干物质 向根
系分配的比例，导致根冠 比降低 ¨ 。 目前有关不同 N效率作物 品种根系形态对硝酸盐反应的报道较少，
而 N素调控根 系的生理机制 尚不 明晰。本研究利用 N 效率具有 显著差异的 2份 玉米 自交 系 (“478”、
“CA170”)，比较 它们在不 同 N水平 下根系形态 的动态变化 以及对 N的反应 。
1 试验材料与方法
选用高效基因型“478”和低效基因型“CA170”2份玉米 自交系，玉米种子经 100g／kg H 02表面消毒
20min后于饱和 CASK) 溶液 中浸泡 6h，转移至用该溶液浸透的纱布上覆以黑色塑料薄膜并置 25℃培养箱中
催芽 1昼夜 ，待种子露 白后播种到湿润石英砂中，于室温下暗处萌发 3d，出苗后移人生长室。两叶一心时精
选 出苗整齐的幼苗 ，去掉胚乳后移入 1L pH为 6．1(±0．1)的 1／2浓度营养液盆钵 中，每盆播种 3株幼苗，幼
苗生长于 白天温度为 26℃、夜晚温度为 18℃的室 中，光照强度 为 200／~E／m S。营养液 pH用 lmol／L的
NaOH调节至所要求的值 ，3d后换成完 全营养液，以后每隔 2d更 换 1次营养液，用 电动气泵连续通气。
营养液组成为K2SO4 0．75mmol／L，KC1 0．1mmol／L，KH2PO4 0．25mmol／L，MgSO 4·7H2O 0．65mmol／L，
*国家 自然科学基金项目(39770438)和山西省归国留学人员项 目(98061)共同资助
收稿 日期 ：2002·10—30 改回日期 ：2002—1l_29
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70 中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
EDTA—Fe 100~mol／L，H3 B03 10／~mol／L，MnSO4·H2 O 1／~mol／L，ZnSO4·7H2 O 1／~mol／L，CuSO4·5H2 O 0．1
~mol／L，(NH4)6MOTo24·4H2O 0．005~mol／L，氮 以 (NO3)2·4H2O供 给。设 0．04mmol／L(低 N)、4mmol／L
(高 N)2个供 N水平 ，3次重复 ，于 7d、14d、21d、28d采集地上部及根系样品。将根系放入封 口袋后置于 4℃
冰箱中以备根系形态指标的测定，总根长采用网格交叉法测定，平均根长指种子根与不定根长度之和与根条
数的比值 ，侧根密度指单位主根长侧根的数量 ，同时将植株地上部与根系鲜样杀青 (100℃ ，30rain)后温度降
至 70℃烘至恒重称 重。
2 结果与分析
2．1 供 N水平对玉米地上部与根系干物质量的影响
由图 1可知 ，随培养 时 间 的延长 ，2个 玉米 自交 系地 上 部生 物量 呈 增加 趋 势 ，且 高 N>低 N水 平 。但
霉
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箍
鼋
采样时间／d 采样时间／d
图 1 供 N水 平 对玉 米 自交系地 上 部生 物 量的 影 响
Fig．1 Effect of nitrate levels on the shoot bioma~ in maize inbred lines
2个 自交 系地 上 部 的 生 长 。
培养初期 (7d)2个供 N水 平
“478”、“CA70”根 系 生 物 量
均无 差 异 ，与 地上 部 生 物 量
的变化一 致(见图 2)，但 随培
养 时间 的延 长 ，低 N水 平 下
2个 品种 根 系 生物 量 的基 因
型差 异 远 大 于 地 上 部 ，高 N
水平下 根系 干物质 量的基 因
型差 异减 小 ，表 明高 N 对 2
个 品种 根 系生物量 的影 响不
如低 N 明显 。
霉
H-
l2
10
08
06
04
采样时间／d
霉
H-
l0
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04
“478”与“CA170”的变化 有较
大基 因型差异 ，低 N水平下 2
个 自交 系培 养初 期 (7d)无 显
著差异 ，培养时间越长 ，二者
地 上 部 生 物 量 差 异 越 显 著 ，
28d时“478”地 上部 生物 量 显
著高于“CA170”。高 N水平
下 “478”与“CA170”地 上部 干
物质量的变化趋势类似低 N
表现 ，但二者差异小于低 N，
故增加供 N水平可显著促进
采样时间／d
图 2 供 N水 平对 玉 米 自交 系根 系生物 量 的影 响
Fig．2 Effect of nitrate levels on the ro t biomass in maize inbred lines
2．2 供 N水平对玉米总根长、侧根密度及平均根长的影响
高 N对根系 的生长 抑制作用表 现在总根长有 所降低 ，而 “478”的降幅 大于“CA170”(见 图 3)，低 N水平
下 “478”总根长大于 “CA170”，且 随培养 时间的延长 其差 异加 大 ，根系 干物 质量 的变化 与 总根长 变化 密切相
采样时间，d 采样时间，d
图 3 供 N水平 对 玉米 自交系 总根 长的 影 响
Fig．3 Effect of nitrate levels on the total ro t length in maize inbred lines
关 。高 N 水平 下 “478”总 根
长 略 高 于 “CA170”。且 这 种
趋势并 不 随生长进 程 的延 长
而加大。提高供 N水平能增
加玉米 1级侧根密度 (见图
4)，当 N浓度由 0．04mmol／L
提高到 4mmol／L时，“478”1
级 侧 根 密 度 由 2．92条／cm
增 至 3．96条／cm，“CA170”
则 由 1．92条／cm 增 至 2．45
条 ／cm ，2个 供 N水 平 下
4 2 0 8 6 4 2 0
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第 3期 王 艳 等 ：氮 对不 同基 因型玉 米根 系 形 态变 化 的影 响研 究 71
“478”均有较高的侧根密度。增
加供 N水平可降低 2个基因型
平均根长(见图 5)，但“478”降幅
较 大 ，低 N 水 平 下 “478”为
“CA170”的 1．32倍 ，而高 N 水
平下 二 者 无 明显 差 异 ，“478”高
侧根密度和较长根长增加 了其
对 N胁迫下 N素的吸收。
3 小结与讨论
No 主要 通 过 质 流 的方 式
迁移至根系表面，但当土壤溶液
NO；浓 度 很 低 时 ，扩 散 则 会 成
基 因型
图4 供 N水平对玉米自交系侧根密度的影响
Fig．4 Efect of nitrate levels on the density
of laterals in maize inbred lines
50
— 40
鬈
5 30
骥 20
羁
l0
基因型
图5 供 N水平对玉米自交系平均根长的影响
Fig．5 Effect of nitrate levels on the average
root length of maize inbred lines
为根系吸收 N素的限制因子 ，根系形态特征如根长、根表面积等对 N的吸收则显得极为重要⋯。已有研究
表明 ，增 加 N 的供应对 根系生 长的影响可能表现 为促进 、抑 制作 用 。本试 验表 明 N 对地 上部 生长 的促进
作用远大于根系，高 N对根系生长的抑制作用表现为平均根长及根系生物量的降低 ，但 2个基因型平均根
长不存在 基因型差 异 。Mackay和 Barber(1986)研 究 2个 供 N 水平 下 “B73×Mo17”(强 响 应型 )及“Pioneer
3732”(弱响应型)玉米杂交种根系生长发现，施 N后对“Pioneer 3732”根表面积及根长无明显影响，但显著促
进 “B73×Mo17”的根系生长 ，“B73×Mo17”根 系较大是获 得较 高产 量 的原 因 ，这 与本 试验 “478”根 系形态 对
N素反应的结果相似。土壤 N素缺乏 ，作物主根往往增长，而延缓侧根的形成。供 N水平较低时植物则将
更多的光合产物分配至根系形成相对较大的根系，增加对养分的吸收。本试验低 N水平下 2个品种平均根
长较长证明了这点。高 N有利于根系的横向发育，表现为侧根密度的增加，但“478”显著高于“CA170”，这
为该品种对 N的更多获取提供了有利条件。
参 考 文 献
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Agron．J．，1993，85：147～ 152
7 Bettina Seith，Eckhard George，M arschner H ，et a1．Effect of varied soil nitrogen supply on Norway spruce．Plant So il，1996，184：291
5 4 3 2 0
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