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Effects of nitrogenous fertilizer strategies on sugar components in the stubbles of Zea mexicana

墨西哥玉米留茬中糖组分含量对氮素的响应



全 文 :书墨西哥玉米留茬中糖组分含量对氮素的响应
张晓艳1,2,刘锋1,王风云1,董树亭2
(1.山东省农业科学院科技信息工程技术研究中心,山东 济南250100;2.作物生物学
国家重点实验室 山东农业大学农学院,山东 泰安271018)
摘要:利用高效液相色谱(HPLC)技术测定了墨西哥玉米留茬中糖组分含量,分析了氮素对牧草留茬中糖组分含量
及再生草产量的影响。结果表明,墨西哥玉米留茬中含有水溶性多糖(WSP)、蔗糖、葡萄糖、果糖和甘露醇5种可
溶性糖组分,施肥后 WSP、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均低于对照N0,蔗糖和葡萄糖含量随施氮量的增加而降低,果
糖含量随施氮量的增加而升高。墨西哥玉米N0处理再生草干物质产量最低,低施氮量(300kg/hm2)一次性施用
(N1处理)、高施氮量(600kg/hm2)分次施用(N4处理)可获得较高的生物量。
关键词:墨西哥玉米;糖组分;氮素调控
中图分类号:S513.01;Q945.39  文献标识码:A  文章编号:10045759(2009)01018404
  墨西哥玉米(犣犲犪犿犲狓犻犮犪狀犪)又名大刍草(Teosinte),是遗传稳定的青饲料类玉米新品种,在我国因物候期不
同表现为多年生和一年生,它具有抗病虫、耐肥水、喜高温、分蘖和再生能力强、产量大、饲用价值高等优点[1]。一
般牧草的施氮量在0~450kg/hm2,氮素对牧草的产量、形态以及化学成分影响报道很多[2~14],氮素运筹对墨西
哥玉米留茬中糖组分影响的研究鲜见报道,因此本研究探讨墨西哥玉米留茬中糖组分含量对氮素的响应,以期为
墨西哥玉米的育种、栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验于2004-2005年在山东农业大学教学基地玉米科技园进行,供试材料为一年生墨西哥玉米。选取生产
上适宜密度为4万株/hm2,采用大田小区栽培,小区面积为18m2,设置5个处理(表1),3次重复,随机排列。土
壤基础肥力:有机质含量为1.64%,全氮含量为0.069%,碱解氮为103.44mg/kg,速效磷为35.61mg/kg,速效
钾为61.09mg/kg。从6月10日-10月10日共收获3次,当植株长到100cm时开始收获,每次留茬25cm。
取样部分为前2次留茬(即H1期和H2期,以地表开始记为0,取0~25cm的留茬部分,取样时间分别为8月2
日和9月1日)和后2次再生草(即R2和R3,除25cm留茬以上的茎和叶部分,指的是2次留茬所长成的再生
草,取样时间为9月1日和10月6日),样品于105℃杀青30min,75℃烘干后称重,粉碎后供室内分析用。
表1 不同处理氮肥用量和施肥时期
犜犪犫犾犲1 犇犻犳犳犲狉犲狀狋狀犻狋狉狅犵犲狀狉犪狋犲狊犪狀犱狀犻狋狉狅犵犲狀犪狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狊狋犪犵犲
处理Treatments 氮肥用量Nitrogenrate(kg/hm2) 施用时期Nitrogenapplicationstage
N0 0 不施肥料 (对照)Nonitrogenapplication(CK)
N1 300 底肥一次性施入Nitrogenwasappliedonetimebeforeplanting
N2 100+100+100 底肥+每次刈割后追施,平均3次施入(底肥∶追肥=1∶2)Nitrogenwasapplied
averagelybythreetimes(Base∶Dressing=1∶2)
N3 600 底肥一次性施入Nitrogenwasappliedonetimebeforeplanting
N4 200+200+200 底肥+每次刈割后追施,平均3次施入(底肥∶追肥=1∶2)Nitrogenwasapplied
averagelybythreetimes(Base∶Dressing=1∶2)
184-187
2009年2月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第18卷 第1期
Vol.18,No.1
 收稿日期:20080108;改回日期:20080410
基金项目:国家“十五”科技攻关项目(2002BA518A13)资助。
作者简介:张晓艳(1974),女,内蒙古通辽人,博士。Email:zxylf5367@163.com
通讯作者。Email:stdong@sdau.edu.cn
1.2 测定方法
用高效液相色谱(highperformanceliquidchromatography,HPLC)法测定植株留茬糖组分[1]。
1.3 统计分析
数据处理及作图采用MicrosoftExcel2000进行,用SPSS11.5对数据进行方差分析,多重比较采用Duncan
新复极差法。
2 结果与分析
2.1 氮素对牧草留茬可溶性糖含量的影响
图1 氮素对留茬可溶性糖含量的影响
犉犻犵.1 犈犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀狅狀狊狅犾狌犫犾犲狊狌犵犪狉
犮狅狀狋犲狀狋狅犳狋犺犲狊狋狌犫犫犾犲
   H1为第1次留茬;H2为第2次留茬;具有不同字母的柱体表示差
异显著(犘<0.05)H1,H2meansthefirstandsecondofthestubble
respectively.Barswithdifferentlettersaresignificantat0.05level
墨西哥玉米在2次留茬中,相同施氮量可溶性糖
含量均是一次性施肥处理显著高于对照,高于分次施
肥处理(图1);施氮量不同时,随着施氮量的增加可溶
性糖含量降低。表明一次性施肥处理利于留茬中可溶
性糖含量的积累。
2.2 氮素对牧草留茬糖组分含量的影响
通过试验可知,墨西哥玉米留茬中含有水溶性多
糖(WSP)、蔗糖、葡萄糖、果糖和甘露醇5种可溶性糖
组分,各处理中糖组分类型没有差异,糖组分含量存在
差异。
2.2.1 水溶性多糖(WSP)含量 果聚糖是牧草碳水
化合物的主要贮藏形式之一。墨西哥玉米留茬中对照
N0处理 WSP含量最高,一次性施肥处理 N1和 N3
显著低于分次施肥处理N2和N4,N2<N4,说明分次
施肥处理施氮量增加,WSP含量降低(表1)。2次留茬中 WSP含量的变化趋势基本一致。
2.2.2 蔗糖含量 蔗糖是植物体内碳水化合物运输的主要形式。墨西哥玉米各处理2次留茬中蔗糖含量的变
化规律一致,对照N0蔗糖含量最高,施氮处理蔗糖含量显著低于对照,且随施氮量的增加,蔗糖含量降低,表明
氮素不利于墨西哥玉米留茬蔗糖含量的积累(表1)。
表1 氮素处理对留茬糖组分含量的影响
犜犪犫犾犲1 犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋狅狀狊狌犵犪狉犮狅狀狋犲狀狋犻狀狋犺犲狊狋狌犫犫犾犲狊 mg/g
糖组分
Sugarcomponents
留茬
Stubble
氮素处理Nitrogentreatments
N0 N1 N2 N3 N4
水溶性多糖 H1 45.00a 27.63e 42.50b 29.14d 37.71c
WSP H2 34.19a 23.33c 34.46a 24.31c 32.89b
蔗糖 H1 7.99a 4.46b 4.97b 2.27c 3.09c
Sucrose H2 6.67a 3.84c 6.18b 2.13d 3.72c
葡萄糖 H1 29.72a 10.00c 12.81b 7.53d 8.21d
Glucose H2 33.46a 24.87b 25.15b 20.00c 18.00d
果糖 H1 33.55a 13.86e 18.76c 17.37d 25.00b
Fructose H2 31.24a 21.48c 30.52ab 29.71b 30.00b
甘露醇 H1 23.89b 20.85c 17.84e 24.40a 20.03d
Mannitol H2 22.94a 14.86b 7.59d 13.36c 23.42a
 注:不同字母表示差异显著(犘<0.05)。
 Note:Valuesfolowedbydifferentletterswithineachcolumnaresignificantdifferenceat犘<0.05level.
581第18卷第1期 草业学报2009年
2.2.3 葡萄糖含量 葡萄糖是具有还原性质的单糖。墨西哥玉米留茬中对照葡萄糖含量显著高于氮素处理,施
氮处理葡萄糖含量变化与蔗糖的变化规律相同,增加施氮量葡萄糖含量降低,表明增施氮肥不利于墨西哥玉米葡
萄糖含量的积累。H2期含量高于H1期(表1)。
2.2.4 果糖含量 墨西哥玉米在2次留茬中对照果糖含量最高,N1<N3,说明一次性施肥处理随施氮量的增
加,果糖含量升高(表1)。
2.2.5 甘露醇含量 甘露醇是重要的糖醇类物质,也是植物光合作用最初产物之一。墨西哥玉米第1次留茬的
甘露醇含量高于第2次留茬,H1期2种施肥方式下,随施氮量的增加甘露醇含量升高,在 H2期低施氮量一次性
施用,高施氮量分次施用,有利于甘露醇的积累(表1)。
总体上,WSP、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均是对照处理含量最高,蔗糖和葡萄糖含量随施氮量的增加而降低,
果糖含量随施氮量的增加而升高。
2.3 氮素对再生草干物质产量的影响
图2 氮素对再生草干物质产量的影响
犉犻犵.2 犈犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀狅狀犱狉狔犿犪狋狋犲狉狔犻犲犾犱狅犳
狋犺犲狉犲犵狉狅狑狋犺犵狉犪狊狊
   R2为第2茬再生草;R3为第3茬再生草;具有不同字母的柱体表示
差异显著R2,R3meansthesecondandthirdregrowthgrassrespective
ly.Barswithdifferentlettersaresignificantat0.05level
墨西哥玉米第3(R3)次收获草干物质产量高于第
2(R2)次收获草,2次再生草中对照干物质产量最低,
N1处理显著高于其他处理,低施氮量一次性施肥处
理,高施氮量分次施肥处理获得的生物量较高,即N1
>N2、N4>N3(图2)。H1期一次性施肥处理蔗糖含
量与R2次收获草干物质产量变化趋势相同,分次施
肥处理与甘露醇含量变化趋势相同,因此在生产中,
H1留茬中根据施肥方式,可利用蔗糖和甘露醇含量
来预测其再生草产量情况。H2期施氮处理甘露醇含
量与R3次收获草干物质量变化趋势相同,所以H2期
甘露醇含量可用来预测R3次收获草干物质产量。
3 讨论
糖不仅是植物生命活动的基础物质,同时还具有
其他的生理功能,如可作为信号分子与激素、氮等信号联成网络,通过复杂的信号转导机制调节植物生长发育与
基因表达[15~17]。在草原生态系统中,碳水化合物是构成草地初级生产力的物质基础,无论是刈牧后牧草的恢复
生长,还是越冬牧草的萌发生长都与植株碳水化合物的贮存水平密切相关[18,19],碳水化合物中的葡萄糖、蔗糖、
果糖、低聚合度果聚糖、高聚合度果聚糖与刈割强度的关系均已有报道[20~23],留茬中碳水化合物是牧草再生的基
础物质,糖组分含量的多少直接影响到再生的速度。
本试验设置了2个氮素水平(为了获得较明显的效果,设计的2个氮素水平差异较大,分别为300和600
kg/hm2)和2种施肥方式及1个对照,分析了墨西哥玉米留茬中糖组分含量对氮素的响应。结果表明,墨西哥玉
米留茬可溶性糖含量是一次性施肥处理显著高于对照,高于分次施肥处理,且随着施氮量的增加含量降低,表明
一次性施肥处理利于留茬可溶性糖含量的积累。从再生草干物质产量(图3)看出,墨西哥玉米2次再生草中对
照干物质产量最低,低施氮量一次性施用,高施氮量分次施用可获得较高的生物量。通过试验可知,墨西哥玉米
留茬中含有水溶性多糖(WSP)、蔗糖、葡萄糖、果糖和甘露醇5种可溶性糖组分,氮素处理后,WSP、蔗糖、葡萄糖
和果糖含量均低于对照,蔗糖和葡萄糖含量随施氮量的增加而降低,果糖含量随施氮量的增加而升高。牧草留茬
中某些糖组分对施氮量的响应在H1和H2时期表现出不同的变化规律,这究竟是受牧草生长物候期的影响,还
是和土壤中速效氮含量的变化关系更密切,有待于进一步探讨。
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犈犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀狅狌狊犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狊狋狉犪狋犲犵犻犲狊狅狀狊狌犵犪狉犮狅犿狆狅狀犲狀狋狊犻狀
狋犺犲狊狋狌犫犫犾犲狊狅犳犣犲犪犿犲狓犻犮犪狀犪
ZHANGXiaoyan1,2,LIUFeng1,WANGFengyun1,DONGShuting2
(1.S&TInformationEngineeringResearchCenterofShandongAcademyofAgriculturalScience,
Ji’nan250100,China;2.NationalKeyLaboratoryforCropBiology,AgronomyColege,
ShandongAgriculturalUniversity,Tai’an271018,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Highperformanceliquidchromatography(HPLC)technologywasusedtomeasuresugarcontentin
thestubblesof犣犲犪犿犲狓犻犮犪狀犪.Theeffectofnitrogenonsugarcontentandtherelationshipbetweensugarcon
tentandregenerationinthestubbleswasanalyzedandshowedthatthesolublesugarcontentof犣.犿犲狓犻犮犪狀犪.
FolowingonenitrogenapplicationwassignificantlyhigherthanthatoftheCK,whichwashigherthanthatof
thethreenitrogenapplicationstreatment.Thesugarcontentdecreasedastheamountofnitrogenincreased.
Therewerefivesolublesugars(WSP,sucrose,glucose,fructoseandmannitol)inthestubblesof犣.犿犲狓犻犮犪
狀犪,andafternitrogenapplication,thecontentsofWSP,sucrose,glucoseandfructosewaslowerthanthatof
theCK.Thesucroseandglucosecontentdecreasedwithanincreaseofnitrogenbutthefructosecontentin
creased.Regressionanalysisshowedthatsucrose,fructoseandmannitolweretheprincipalfactorsthataffected
theregenerationof犣.犿犲狓犻犮犪狀犪.Thesucroseandmannitolcontentdecreasedwhilefructoseroseduringthe
H1periodbutsucrosecontentrosewhilefructoseandmannitolcontentsdecreasedduringtheH2periodand
werefavorableforregrowth.TheCKdrymatteryieldoftheregrowthwasthelowestofthetreatmentsandthe
highestbiomasswasobtainedusingalownitrogenquantity(300kg/hm2)appliedonceorahighnitrogenquan
tity(600kg/hm2)appliedthreetimes.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犣犲犪犿犲狓犻犮犪狀犪;sugarcomponents;nitrogenousfertilizerstrategy
781第18卷第1期 草业学报2009年