张超男1,赵会杰2﹡,王俊忠3,付晓记 2
张超男1,赵会杰2﹡,王俊忠3,付晓记 2
全 文 :收稿日期:!""#$"%$&% 接受日期:!""#$"’$!(
基金项目:国家粮食丰产科技工程项目(!""()*’!"*"+$!)资助。
作者简介:张超男(%,-&—),女,河南睢县人,硕士研究生,主要从事作物营养生理研究。./0:%&+,%(&%,,123450:678%"!(9%+&: 7;3
! 通讯作者 ./0:"%$+&’’’#,",123450:6<4;<=&"&9%+&: 7;3
不同施肥方式对夏玉米碳水化合物代谢
关键酶活性的影响
张超男%,赵会杰!!,王俊忠&,付晓记!
(%河南农业大学资源与环境学院,河南郑州 (’"""!;!河南农业大学生命科学学院,河南郑州 (’"""!;
& 河南省农学会,河南郑州 (’"""")
摘要:以郑单 ,’-为材料,研究了 (种不同施肥方式[种沟施肥(.%)、种沟施肥 >小口期追氮(.!)、种沟施肥 >拔节
期追氮 >大喇叭口期追氮(.&)、控释肥(.()]对夏玉米碳水化合物代谢中几种关键酶活性及产量性状的影响。结
果表明,在本试验所采用的施肥方式中,.&处理不仅有利于提高植株地上部干重、叶面积指数、叶片中蔗糖磷酸合
成酶活性,使源端保持较强的同化物供应能力;而且可以提高子粒蔗糖合成酶和酸性转化酶的活性,有利于库端保
持较高的同化物转化能力。该处理产量性状得到改善,获得较高的穗粒数、千粒重和单位面积产量。
关键词:夏玉米;施肥方式;碳水化合物代谢;产量
中图分类号:?’%&:"+ 文献标识码:* 文章编号:%""-$’"’@(!""-)"%$""’($"’
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640%)-$%:* M5/0N /OP/Q53/8R GS58J
UGJ0/ SR4J/(.!),M/QR505658J 58 S//N MGQQ;V > R;PNQ/SS58J 85RQ;J/8 4R =;58R58J SR4J/ > R;PNQ/SS58J 85RQ;J/8 4R U5J UGJ0/
SR4J/(.&)48N GS58J 7;8RQ;00/N2Q/0/4S/ M/QR5056/Q(.()Y . Q/SG0RS S<;V/N R<4R .& 8;R ;80T 587Q/4S/N S<;;R NQT V/5J
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7#3 8&)’0:SG33/Q 3456/;M/QR505658J 3/R<;NS;74QU;
增长提出了新的要求。尤其是目前我国农村劳动力
大量向城市转移,如何寻找既能保证高产,又能简化
田间操作的施肥方式,已成为研究者关注的问题。
玉米产量形成的物质基础,一方面取决于叶片的碳
水化合物供应能力,另一方面取决于子粒对碳水化
合物的转化与积累能力。有关施肥对玉米产量的影
响报道很多[%$!],认为施肥能显著提高玉米产量,但
多侧重于不同施肥量对玉米产量的影响,很少涉及
同一施肥量条件下不同施肥方式对其的影响。在叶
植物营养与肥料学报 !""-,%((%):’( $ ’-
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
\048R CGRQ5R5;8 48N K/QR5056/Q ?75/87/
肉细胞中,卡尔文循环产生的磷酸丙糖(!")有两种
命运,其一是在叶绿体中形成淀粉,其二是通过磷酸
运转器进入细胞质合成蔗糖(#$%)[&]。将玉米 #"#
的 %’()转入番茄,转基因番茄叶片中 #"# 活性增
加 *倍,淀粉合成显著下降。可见通过提高 #"#活
性,可以明显改变淀粉和蔗糖之间的平衡,调节叶片
的蔗糖供应能力[+]。蔗糖由源叶运到库(胚乳)细胞
后,在那里转化为淀粉积累起来,其代谢途径已基本
清楚[,]。蔗糖在从韧皮部向胚乳细胞的运输期间并
不发生分解,到达胚乳细胞后,首先在细胞质中由蔗
糖合成酶(##)将其分解,形成果糖(-.$)和尿苷二磷
酸葡萄糖(/’"0),此步反应中虽然不排除转化酶的
作用,但相比之下其活性是较小的。/’"0在 /’"0
焦磷酸化酶(/’"0""123)的作用下转化为 45磷酸葡
萄糖(0 5 45")。0 5 45" 进入淀粉体后,在 )’"0
焦磷酸化酶()’"0""123)和淀粉合成酶的作用下,
形成淀粉。然而,关于不同施肥方式对高产夏玉米
碳水化合物代谢的调节效应研究较少,对不同施肥
方式的增产机理了解不够深入,致使在指导施肥中
还存在一定的盲目性。本试验研究了不同施肥方式
对高产夏玉米碳水化合物代谢中几种关键酶活性及
产量的影响,旨在为寻找既高产又高效的施肥方式
提供依据。
! 材料与方法
!"! 试验设计
田间试验于 677* 年在河南省温县祥云镇试验
田进行。土壤为中壤质潮土,耕层(7—67 %8)有机
质含量 49:79 ; < =;、碱解氮 464:>4 8; < =;、速效磷
&?:66 8; < =;、速效钾 >9:*? 8; < =;。供试夏玉米(!"#
$#%&)品种为郑单 9,>。
试验设 ,个处理:4)不施肥对照(@A);6)种沟
施肥,随播种开沟施入磷酸二铵 &77 =; < B86、氯化钾
&77 =; < B86和尿素 ?,7 =; < B86(!4);&)种沟施肥 C
小口期追氮,随播种开沟施入磷酸二铵 &77 =; < B86、
氯化钾 &77 =; < B86,小喇叭口期追施尿素 ?,7 =; < B86
(!6);+)种沟施肥 C 拔节期追氮 C 大喇叭口期追
氮,随播种开沟施入磷酸二铵 &77 =; < B86、氯化钾
&77 =; < B86,拔节期追施尿素 &77 =; < B86,大喇叭口
期追施尿素 +,7 =; < B86(!&);,)施控释肥,随播种开
沟施入 4&&& =; < B86 控释肥(( D "6E, D A6E F 66 D 9 D
9),尿素 6&6 =; < B86,氯化钾 477:7,=; < B86(!+)。除
对照外,每个处理的施肥量相同,均为 ( +77
=; < B86、"6E, 467 =; < B86、A6E 4>7 =; < B86。采用随即
区组排列,重复 +次。小区面积 64:+6 86,,行区,行
长 ? 8,行距 ?*:, %8(平均),株距 67 %8,种植密度
>+777株 < B86。
播种前拔除播种带麦茬,677*年 *月 &日开沟
均匀摆播,每穴 6粒,肥料随播种施入沟内(种子之
间),播种深度 ,!* %8。足墒下种,, 至 * 叶期定
苗。生长期内浇水两次。田间除草及植保措施等统
一按超高产管理要求进行。9月 4*日收获,生育期
47, G。
!"# 测定项目及方法
从播种后第 &, G起,每隔 47 G取样 4次,进行
相关生理指标测定。前期取最新完全展开叶,孕穗
后取穗位叶,授粉后取雌穗中部子粒作为样品。同
时测定各处理的叶面积指数和植株地上部干重。
4:6:4 蔗糖合成酶(##)、蔗糖磷酸合成酶(#"#)活
性 参照於新建[*]的方法并稍加改进。酶液提取:
取 4 ;左右预冷的玉米子粒(#"#取 7:, ;左右预冷
剪碎的去主叶脉的玉米叶片),加 + 8H缓冲液 )(,7
88IJ < H !.K2 5 L@J,ML ?:7、47 88IJ < H N;@J6、6 88IJ <
H O’!) 5 (16、67 88IJ < H巯基乙醇、6P乙二醇)于预
冷的研钵中冰浴快速研磨成糊状,倒入离心管中,在
低温冷冻离心机上 +Q 47777 . < 8KR离心 &7 8KR,所
得上清液用于酶活性测定。
##活性的测定:在总体积 7:4, 8H的反应介质
(含 ,7 88IJ < H !.K2 5 L@H,ML?:7、47 88IJ < H N;@J6、
47 88IJ < H果糖、& 88IJ < H /’"0)中,加入 477!H酶
液,&7Q水浴中反应 47 8KR,加入 6 8IJ < H (1EL 7:7,
8H,沸水煮 47 8KR,流水冷却。再加入 4:, 8H浓盐
酸和 7:, 8H 7:4P的间苯二酚,摇匀后置于 >7Q水
浴保温 47 8KR,冷却后于 +>7 R8处比色测定蔗糖的
生成。活性单位以[蔗糖 R8IJ <(;·8KR),-S]表示。
#"#活性的测定:在蔗糖合成酶反应体系中用
47 88IJ < H果糖 5 *5磷酸取代 47 88IJ < H果糖,其余
均按蔗糖合成酶的方法。活性单位以[蔗糖!8IJ <(;
·B),-S]表示。
4:6:6 子粒酸性转化酶()T)活性测定 参照赵智
中的方法[?]并稍加改进。酶液提取:取 &粒玉米子
粒,用预冷的蒸馏水在冰浴中研磨成匀浆,定容至
477 8H,在冰箱中浸提 & B,+Q下 +777 . < 8KR离心 4,
8KR,上清液即为酶的粗提液。吸酶液 6 8H,放入试
管中(以煮沸酶液 47 8KR钝化酶的试管作对照),加
入 ML*:7 的磷酸缓冲液 , 8H 及 47P 蔗糖溶液 4
8H,在 &?Q水浴中保温 &7 8KR,取出后立即吸取 6
8H加入 4:, 8H &,,U二硝基水杨酸试剂,沸水浴中
,,4期 张超男,等:不同施肥方式对夏玉米碳水化合物代谢关键酶活性的影响
煮沸 ! "#$,冷却定容至 %& "’,测定 !(& $"波长下
的 )*值。活性单位以[葡萄糖 $"+, -(.·"#$),/0]
表示。
以上所有测定均重复 1次。数据处理采用 234
52’和 *67数据处理系统,并用 ’7*法进行方差分
析和多重比较。
! 结果与分析
!"# 不同施肥方式对夏玉米地上部干重的影响
各个处理夏玉米地上部干重均随着生育进程不
断增加,其中播后 (!!8! 9增加较快。不同处理间
有差异,各施肥处理均是 :1最高,其次为 :(。方差
分析表明,播后 1!、(!和 ;! 9施肥处理均显著高于
对照(表 <)。而播后 1! 9 :< = :%,这可能是由于播
后 1! 9 :%处理还没有施氮肥所致。
表 # 不同施肥方式对夏玉米地上部干重的影响
$%&’( # )**(+, -* ./**(0(1, *(0,/’/2%,/-1 3(,4-.5 -1 54--, .06 7(/84, -* 5933(0 3%/2(
处理 播种后天数 *>?@ >ABCD @+E#$.(9)
:DC>B F 1! (! !! ;! 8! G!
5H (I;& J &I&8 > !8IGK J
:< ;I(1 J &I<( L G;I81 J
:% !I!& J &I<( M K1I;8 J L 1<1I&; J 1I8K L (L (;KI(& J <LM
:1 GI&K J &I%; C <<:( ;IK% J &I%% 9 <&%I8G J 1I!K 9 %(KI%8 J
!"! 不同施肥方式对夏玉米叶面积指数的影响
表 %表明,除播后 1! 9,叶面积指数(’ST):< =
:%外,其他时期各处理叶面积指数均表现出基本一
致的变化趋势,即::1 = :( = :% = :< = 5H。从整个
生育期来看,叶面积指数前期随着生育进程不断增
加,当进入吐丝期(播后 ;! 9)叶面积指数达最大。
其中 :1 处理 ’ST 值最大,为 8I&K,其次 :( 处理为
;IG1。随后又开始下降,整个生育期叶面积指数的
变化呈单峰曲线。播后 1! 9,:< = :%,说明施氮可以
增加叶面积指数。同一生育期,各施肥处理的叶面
积指数均高于对照,其中 :1处理显著高于对照(播
后 ;! 9除外)。
表 ! 不同施肥方式对夏玉米叶面积指数的影响
$%&’( ! )**(+, -* ./**(0(1, *(0,/’/2%,/-1 3(,4-.5 -1 ’(%* %0(% /1.(: -* 5933(0 3%/2(
处理 播种后天数 *>?@ >ABCD @+E#$.(9)
:DC>B F 1! (! !! ;! 8! G!
5H &I8% J &I&( M %I( J &I<8 L (I&1 J &I11 L ;I !I%K J &I;K L 1I8K J &I%8 L
:< &IG; J &I&; LM %I!( J &I<< L (I1K J &I!< >L ;I18 J &I!8 > ;I<8 J &I1< >L !I&K J &I!% >
:% &IG1 J &I&1 LM %IG J &I%< >L (I;< J &I(K >L ;I;G J &I(< > ;I1! J &I!! >L !I<( J &I1& >
:1 1I%1 J &I
:( &IK! J &I&8 >L 1I&( J &I<; > (I;G J &I(G >L ;IG1 J &I%( > ;I(; J &I!( >L !I1! J &I(< >
!"; 不同施肥方式对夏玉米叶片蔗糖磷酸合成酶
(<=<)活性的影响
如图 < 所示,767 活性在整个生育期内持续下
降,授粉后 !!%! 9下降缓慢,之后快速下降。经统
计分析表明,除授粉后 处理的 767 活性均显著高于对照。同一时期,767
活性大小为 :1 = :( = :% = :< = 5H。授粉后 与 :<、:% 达到了显著差异水平,授粉后 %! 9,:1 与
:<、:%和 :(均差异显著。
!"> 不同施肥方式对夏玉米子粒蔗糖合成酶(<<)
和酸性转化酶(?@)活性的影响
授粉后 高,并维持较高水平,之后持续下降,且前期急剧下
降,1! 9后下降缓慢(图 %S)。经统计分析看出,除
授粉后 (! 9外,其他时期 :1处理的子粒 77活性均
与对照达到了显著差异水平。授粉后 和 :(处理的活性显著高于对照。授粉后 (! 9各个
处理差异不显著,但从 77活性的绝对值看,以 :1处
;! 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 <(卷
图 ! 不同施肥方式对夏玉米叶片 "#"活性的影响
$%&’! ())*+, -) .%))*/*0, )*/,%1%23,%-0 4*,5-.6 -0
"#" 3+,%7%,8 -) 6944*/ 43%2* 1*37*6
理的最大。从图 !"可以看出,授粉后子粒的酸性转
化酶(#$)活性一直呈下降趋势,授粉后 %& ’降至最
低。经统计分析知,除授粉后 %& ’ 外,其他时期各
施肥处理的 #$活性均与对照达到了显著差异水平。
授粉后 (& ’,)(处理显著高于 )*处理。
:;< 不同施肥方式对夏玉米产量性状的影响
各施肥处理中,)( 处理的穗行数、行粒数和产
量均显著高于 )*、)!和 )%处理,但是 )%处理的千
粒重显著高于 )*、)!和 )(处理。各处理产量高低
依次为 )( + )% + )! + )* + ,-,其中 )(处理显著高
于其他处理,)!和 )*差异不显著(表 ()。
图 : 不同施肥方式对夏玉米子粒蔗糖合成酶(=)和酸性转化酶(>)活性的影响
$%&’: ())*+,6 -) .%))*/*0, )*/,%1%23,%-0 4*,5-.6 -0 ""(=)30. =?(>)3+,%7%,%*6 %0 &/3%06 -) 6944*/ 43%2*
表 @ 不同施肥方式对玉米产量及产量构成因素的影响
A3B1* @ ())*+, -) .%))*/*0, )*/,%1%23,%-0 4*,5-.6 -0 8%*1.
30. %,6 +-4C-0*0,6 -) 6944*/ 43%2*
处理
)./01 2
穗行数
3456
7/. /0.
(842)
行粒数
9.0:;6
7/. .45
(842)
千粒重
*<<<=
>.0:; 512
(>)
产量
?:/@’
(A> B CD!)
,- *(EF 0 (!E(< 0 !G!EF( 0 G%&GEH! 0
)* *%EFG I (&E*( I (<
)( *&EG( / (GEH( / (*!E(( ’ *(%F%E&H ’
)% *&E<< K’ (FE&G K’ (!
蔗糖是植物体内碳水化合物的主要运输形式,
因而,在叶片中将光合作用的直接产物尽快转化为
蔗糖,并输送出去,将有利于库端(如子粒)物质的积
累。蔗糖的合成主要依靠 LML B LNKOF =M06/(蔗糖磷
酸酯酶)系统,而 LL主要是将输入子粒的蔗糖降解
为尿苷二磷酸葡萄糖(PQM9)去合成淀粉[J=H]。LML
是一种糖基转移酶,它以 PQM9为供体,以 F=磷酸
果糖为受体,催化合成蔗糖磷酸,后者在蔗糖磷酸脂
酶的作用下脱去磷酸,形成蔗糖。由于 LML调节着
叶片中光合产物在淀粉和蔗糖之间的分配,其活性
高低直接影响源叶中的可溶性糖含量和对库端的供
应能力[*<=**]。本试验看出,LML活性的大小依次为
)( + )% + )! + )* + ,- ,说明 )(处理的施肥方式更
有利于叶片中蔗糖的积累,增大了源的同化物供应
能力,为高产奠定了基础。
从叶片运往子粒的蔗糖,首先由蔗糖合成酶
(LL)和酸性转化酶(#$)将其分解,形成果糖(R.N)和
尿苷二磷酸葡萄糖(PQM9),才能进一步合成淀粉积
累起来,促进子粒生长发育。因而,有人认为,库器
官中 LL和 #$活性可作为库强的指标[*!=*(]。本试验
表明,不同处理间 LL活性和 #$ 活性变化规律一致,
均是 )(相对较高,其次是 )%。
在本试验采用的施肥方式中,由于 )(处理(随
G&*期 张超男,等:不同施肥方式对夏玉米碳水化合物代谢关键酶活性的影响
播种开沟施入磷酸二铵 !"" #$ % &’(、氯化钾 !""
#$ % &’(,拔节期追施尿素 !"" #$ % &’(,大喇叭口期追
施尿素 )*" #$ % &’()有利于提高叶片中 +,+ 及子粒
中 ++和 -.的活性,从而促进碳氮代谢,因此产量性
状得到明显改善,穗行数、行粒数、千粒重和子粒产
量显著提高。
参 考 文 献:
[/] 郑若良,宋志荣 0施肥对玉米产量及品质的影响研究[1]0 杂粮
作物,(""!,(!()):(!23()/0
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[//] O5@$5A c 70 J96=A9B EFA=@=@96@6$ F6? 5YE9A= 9;
&@$&5A EBF6=[1]0 P9= 0 OFC0,/2L2,/)":)(/3()UV
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U* 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 /)卷