良好的根系生长及空间分布有利于植株吸收土壤水分、养分等资源。玉米植株进入生殖生长阶段后,根系的加速衰老影响吐丝后养分吸收。吐丝后营养器官中养分活化及向籽粒转移,不仅影响玉米的养分利用效率,也影叶片响光合作用、碳同化物向籽粒运输及产量。本论文以我国生产中不同年代推广的玉米品种及一个美国玉米杂交种为材料,通过多年田间试验,比较了不同年代玉米根系空间分布差异及与土壤速效养分吸收的关系,以及根系生长和养分吸收的冠根关系；运用15N同位素示踪技术,研究了玉米吐丝后不同阶段氮素吸收与分配及营养器官中氮素活化与转移的动态特征,及对光合作用和产量的影响；通过不同供氮量、特别是吐丝后追氮处理实验,明确了过量及吐丝后供氮对玉米氮素吸收和产量的影响；测定了叶片和雌穗中碳／氮比值、碳水化合物及氨基酸等含氮化合物含量的变化,研究了植株碳／氮比值变化对玉米产量的影响；通过分析不同供氮处理的玉米吐丝期及灌浆期穗位叶解剖结构的差异及蔗糖、淀粉代谢相关基因表达的昼夜变化,研究了缺氮对碳水化合物由源到库运输的影响。主要结果如下：(1)玉米根系干重和根长主要分布在0-30 cm土层。与地上部生物量和产量较高一致,新品种具有较大根系生物量。不同年代玉米的根系在吐丝期总根长及纵向分布差异不大,但成熟期新品种的根系总长度更长,并且在30-60 cm土层中根系较多。土壤剖面中、尤其是0-20cm土层中无机氮浓度的空间变异远大于速效磷和速效钾,且土壤残留无机氮的浓度与根长密度呈负相关。(2)吐丝期套穗处理显著增加了玉米根系生物量和根冠比,但降低了植株总生物量和氮磷钾吸收量。与套穗相比,去穗处理对上述指标的影响更大。由于新品种吐丝后的植株干重和氮磷钾吸收量占总量的比重高于老品种,所以套穗和去穗处理对新品种干物质积累和氮磷钾吸收的影响更大。与老品种相比,吐丝后新品种叶片、尤其是下部叶的氮转移量较多,但营养器官的氮总转移率较低。(3)在适量供氮基础上,吐丝期和吐丝后3周追施氮肥对玉米整株生物量、吸氮量、产量或籽粒氮含量及浓度、叶片衰老及光合速率等无明显影响。营养器官中氮素的再活化和转移主要发生在吐丝后0-30天,超过氮素转移总量的60%。吐丝前吸收的氮素在整个灌浆期的转移率为58%-60%,对籽粒氮的贡献率为53%-61%。低氮处理玉米在吐丝后不同阶段(0-15、15-30、30-46、46-60天)吸收且分配到籽粒中的氮素占吸收量的比例分别为45%、56%、70%、96%,适量供氮玉米的这一比例相对稳定(43%-50%)。低氮与适量供氮的玉米吐丝后吸收的氮在吐丝后60或65天分别有76%和70%分配到籽粒中。(4)与适量供氮相比,低氮处理导致成熟期籽粒干重下降14%-44%,籽粒总氮含量下降29%-67%,C/N比值明显增加。籽粒中碳、氮累积速率呈显著正相关。不同供氮处理对玉米雌穗上、下部籽粒碳水化合物浓度、可溶性蛋白质浓度的影响较小。与适量供氮相比,缺氮玉米穗位叶淀粉浓度显著增加,可溶性蛋白浓度、总游离氨基酸浓度显著下降,尤其是谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸、天冬酰胺等在缺氮玉米穗位叶中浓度明显较低。(5)与适量供氮相比,缺氮明显影响玉米穗位叶光合速率、地上部生物量和产量。尽管如此,缺氮玉米穗位叶的维管束鞘细胞中淀粉粒较大、叶绿体内的淀粉粒数目较多,导致穗位叶中淀粉积累。缺氮玉米穗位叶中蔗糖输出的共质体途径畅通,但蔗糖韧皮部装载相关基因的表达下调。无论在吐丝期还是吐丝后20天,缺氮玉米上部穗轴中淀粉积累明显增加。综上,与老品种相比,玉米新品种在吐丝后根系衰老较慢,成熟期在30-60cm土层中分布较多,有利于吐丝后的养分吸收。根系生长与养分吸收的调节机制不同,根系生长依赖于地上部的碳供应,养分吸收决定于地上部需求。与适量供氮相比,吐丝后追加氮肥施用量并不能增加玉米吸氮量和籽粒产量,反而降低氮肥利用效率。玉米营养器官氮素转移主要发生在吐丝后0-30天；吐丝后不同阶段吸收的氮素在缺氮条件下向籽粒分配比例高于适量供氮处理。玉米籽粒碳、氮累积速率线性正相关。由于缺氮玉米叶片中氨基酸、可溶性蛋白浓度显著低于适量供氮处理,源中氮素供应不足可能是导致缺氮玉米减产的原因之一。