玉米氮素高效利用的研究進展

郭戰備，丁振海，衛曉軼，孫佩，張學舜

（新鄉市農業科學院，河南 新鄉 453003）

玉米是我國第一大糧食作物，需氮量較多，然而氮肥的不合理施用帶來了一系列的環境問題。目前我國氮肥的利用率僅為30%～40%，氮肥不足，造成玉米生長期氮素營養缺乏，產量降低，因此，如何提高玉米氮素的利用效率，培育出氮素高效利用品種已成為人們普遍關注的熱點，同時也是生態農業發展的需求。

1 玉米氮素高效利用的含義

玉米氮效率由氮素的吸收效率和利用效率共同決定。氮素的吸收效率主要與土壤氮的有效性及根系對土壤的吸收緊密度相關；而氮素的利用效率與氮素在產量形成過程中所起的作用緊密相關。

有學者將氮素利用效率定義為單位氮肥（包括土壤中的氮和增施的氮）所獲得的產量，這里的氮肥利用率包括吸收效率和同化效率兩個部分。并且發現在缺氮條件下，氮素的利用效率對產量起主導作用，而在高氮條件下氮素的吸收效率起主導作用。

2 國內外研究進展

關于玉米氮素效率的利用截至目前已有很多報道。Moll等用八個基因型不同的玉米雜交種為材料，分析了氮素的利用效率問題。李文娟等通過田間小區試驗，采用兩個不同氮效率玉米品種（氮高效品種先玉335和低效品種吉單535），對兩個氮素供應水平下干物質形成與氮素營養特性的差異進行了分析。張書萍等用五個玉米品種做試驗，在四種氮素水平處理下，對株高、穗位高、穗部性狀等農藝性狀及生理性狀進行了研究，比較不同品種對氮素利用率的差異，并從中篩選出氮素利用率較高的玉米品種。張瑞珍等對六個玉米品種氮素營養效率差異進行了研究，分別測定了雜交種的籽粒產量、生物產量、吸氮量、葉片硝酸還原酶活力。這些報道說明了玉米氮效率基因型差異是普遍存在的現象，并且具有很大的遺傳改良潛力。

3 玉米氮素高效利用的基因型改良

不同基因型玉米對氮脅迫反應存在著明顯的差異，當前玉米氮營養的基因型差異研究越來越受到重視，并在實際生產中已取得了初步成效。向春陽等用七個玉米雜交種做材料分析了其對氮脅迫的反應，研究表明，在缺氮條件下，地上部干重、籽粒產量和吸氮量都呈下降趨勢，但敏感基因型玉米下降幅度更大，且試驗還鑒定出京科132和農大108不僅耐低氮能力強，并且在缺氮和正常供氮條件下，地上部干重和籽粒產量都較高，說明京科132和農大108可以作為研究玉米氮脅迫遺傳育種的良好材料。孫世友等采用不同氮效率的玉米基因型，研究了氮脅迫條件下生理特性的差異。

4 次級指標的選擇

玉米對氮素比較敏感，施用氮肥對玉米產量及其構成因素有顯著影響，但過量施氮不利于玉米產量的提高及其產量構成因素的改善。米國華等研究表明：在田間條件下，作物的吸氮量受產量潛力或生物量潛力控制，所以吸氮量與產量（或生物量）之間常呈正相關。而在氮素供應受限制時，作物對氮素的吸收能力則成為限制作物產量（生物量）高低的主要因素。張福鎖等多年來從營養的角度研究表明氮素的吸收與利用最終與產量直接相關。

在植物所需要的大量元素中，氮素對植物的生長發育起重要作用，缺乏氮素不僅嚴重影響根系的生長發育，而且影響葉綠素含量、硝酸還原酶和谷氨酸合成酶活性等一系列性狀的變化，進而影響植株的光合效率，最終導致產量的降低。硝酸還原酶是氮代謝過程中的第一酶，也是硝態氮同化過程中的限速酶。玉米基因型間硝酸還原酶活性（NRA）遺傳差異已有許多報道，Chevalier等認為不同基因型玉米體內硝態氮及還原態氮積累量與NRA相關。劉宗華等人在氮脅迫條件下定位了玉米株高的QTL（數量性狀基因座），旨在揭示不同氮素處理水平下株高變化的遺傳基礎，為玉米高產品種選育提供參考依據。谷氨酰胺合成酶是高等植物氮代謝中十分重要的酶，是氨同化的關鍵酶，王兵等研究表明，不同施氮水平對谷氨酰胺合成酶含量的影響也不同，且籽粒谷氨酰胺合成酶活性與籽粒產量呈正相關。

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