花后高温干旱胁迫下氮素对冬小麦氮积累与代谢酶、蛋白质含量及水氮利用效率的影响

作者：汝晨; 胡笑涛^*; 吕梦薇; 陈滇豫; 王文娥; 宋天媛

来源：中国农业科学, 2022, 55(17): 3303-3320.

• 氮肥管理
• 高温和干旱胁迫
• 氮积累
• 蛋白质含量
• 产量
• 水氮利用效率

【目的】本研究基于气候室模拟温度日变化特征，旨在探讨氮素对高温、干旱及复合胁迫下冬小麦地上干物质重、氮积累与分配、氮代谢相关酶活性、蛋白质含量、产量及水氮利用效率的影响。【方法】基于人工气候室开展冬小麦盆栽试验，以小偃22号为试验材料，采用裂-裂区随机完全区组设计，以2个温度处理(高温：H；适宜温度：S)为主区，以2个水分水平(干旱：D；充分供水：F)为裂区，3个施氮水平(低氮：N1；中氮：N2；高氮：N3)为裂-裂区，研究冬小麦生长生理特性、产量及水氮利用效率对高温干旱胁迫及各施氮量的响应特征。【结果】高温、干旱及复合胁迫导致地上总干物质重(ADW)和氮积累量(ANA)降低。在成熟期，高温干旱复合胁迫(HD)和干旱胁迫(SD)下N3处理ANA分别较N1处理增加7.26%和6.82%。高温、干旱及复合胁迫提高小麦花前氮素对籽粒贡献率(NRR),HD胁迫各施氮处理NRR均值较对照(SF)增加达38.21%，施氮量的增加扩大这种增加效应。高温、干旱及复合胁迫导致成熟期穗氮分配率降低，特别是复合胁迫。暴露于高温、干旱及复合胁迫下籽粒蛋白质产量(PY)降低，干旱胁迫(7.37%)各施氮处理PY均值较高温胁迫(3.94%)降低更多，无论单一或复合胁迫下籽粒PY均在N2处理下显著增加。此外，单一的干旱和高温胁迫下降低的谷氨酰胺合成酶(GS)和硝酸还原酶(NR)活性在N2处理下显著增加，复合胁迫N1处理NR和GS活性分别较N3处理提高23.81%和23.07%。与对照相比，干旱胁迫各施氮处理穗粒数、千粒重和产量均值的降幅均高于高温胁迫，N2处理对高温和干旱胁迫下这些参数存在明显正向调控，产量水分利用效率(WUEg)和生物量水分利用效率(WUEb)在N2处理下得到明显改善。充分供水+N2处理籽粒(NUEg)分别较低干旱和复合胁迫N3处理提高19.09%和19.44%，表明在水分充足条件下中氮能有效地缓解干旱和高温胁迫下籽粒氮利用效率的降低。NUEg和NUEb的提高可能归因于合理氮肥调控下增加的GS和NR活性。主成分分析表明胁迫条件下小麦千粒重和ADW与产量的关系更紧密。【结论】高温和干旱胁迫的综合效应比单一胁迫对小麦危害更大。在单一高温和干旱胁迫下，适量增加氮输入能增加氮代谢酶活性并维持更高氮代谢能力，提高籽粒氮积累量及蛋白质产量，将更有利于提高产量及水氮利用效率。然而在花后遭遇高温干旱复合胁迫时，相比低施氮量，增加施氮对小麦产量形成及水氮的吸收利用均产生一定抑制作用，应适当减少氮肥用量。

• 单位
  西北农林科技大学