不同氮肥条件下丛枝菌根真菌对玉米粒重、养分吸收和籽粒品质的影响

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为明确丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)对玉米生长的作用,设置了两个盆栽试验,研究不同氮肥条件下接种AMF对玉米营养生长期养分吸收和灌浆期粒重、养分吸收和籽粒品质的影响。试验1为夏玉米营养生长期试验,于2020年设置氮肥用量处理:180 kg N·hm-2(N1)、270 kg N·hm-2(N2),丛枝菌根真菌处理:不接种AMF(M-)、接种AMF(M+)双因素试验,分为五次取样,分别在四叶期(V4)、六叶期(V6)、八叶期(V8)、十叶期(V10)、十二叶期(V12)取样。测定玉米根系侵染率、各器官生物量、氮、磷、钾含量及其累积量、根系活力、根系性状等参数;试验2为夏玉米灌浆期试验,于2020年分别在郑州与商丘试验点同时开展试验,试验处理与试验1处理相同,分为五次取样,分别在吐丝后10天(10d)、20天(20d)、30天(30d)、40天(40d)、50天(50d)取样。测定玉米根系侵染率、各器官生物量、氮、磷、钾含量及其累积量、籽粒酶活性及酶基因表达量、籽粒品质、根系性状等参数。通过两个试验结果得出最优的氮肥用量与AMF的配比,尤其是为提高玉米籽粒灌浆期粒重、养分吸收和改善籽粒品质提供理论依据。主要研究结果如下:营养生长期试验氮肥与AMF互作能够显著提高玉米生物量,尤其在高氮条件下对生物量的影响更为显著。玉米各器官氮素累积量随生育期呈逐渐增加趋势,与M-相比,M+处理的根、茎和叶氮素累积量在N1条件下平均增加7.1%、1.0%和17.6%,N2条件下平均增加30.0%、11.6%和10.1%;各器官磷素累积量随生育期呈逐渐增加趋势,与M-相比,M+处理的根、茎和叶磷素累积量在N1条件下平均增加7.8%、28.1%和7.3%,N2条件下平均增加60.4%、36.9%和10.0%;各器官钾素累积量随生育期呈逐渐增加趋势,与M-相比,M+处理的茎和叶钾素累积量在N1条件下平均增加5.1%和12.1%,N2条件下根、茎和叶平均增加16.0%、4.7%和7.0%。灌浆期试验中玉米生物量和籽粒粒重随玉米灌浆期呈逐渐增加趋势。在不同氮肥条件下AMF均能够提高两个试验点的玉米生物量和籽粒粒重,其中在低氮条件下AMF对玉米生物量和籽粒粒重的影响更为显著,两个试验点玉米籽粒粒重与M-相比平均增加14.4%;籽粒氮素累积量呈逐渐升高趋势,根、茎、叶和其他器官呈先升高后降低趋势,与M-相比,M+处理的籽粒、根、茎、叶和其他器官氮素累积量在N1条件下两个试验点平均增加14.5%、9.6%、8.2%、5.7%和15.6%,N2条件下平均增加13.1%、9.5%、15.0%、7.7%和14.7%;籽粒磷素累积量呈逐渐升高趋势,根、茎、叶和其他器官呈先升高后降低趋势,与M-相比,M+处理的籽粒、根、茎、叶和其他器官磷素累积量在N1条件下两个试验点平均增加24.7%、21.1%、11.0%、7.3%和17.4%,N2条件下郑州试验点平均增加19.5%、10.5%、7.1%、11.0%和10.4%;籽粒和根部钾素累积量随灌浆期呈先上升后下降趋势,茎钾累积量呈逐渐增加趋势,叶和其他器官钾累积量呈逐渐降低趋势。与M-相比,M+处理的籽粒、根、茎、叶和其他器官钾素累积量在N1条件下两个试验点平均增加35.7%、11.7%、12.3%、20.5%和9.5%,N2条件下郑州试验点平均增加25.2%、15.3%、9.7%、14.0%和25.5%。玉米灌浆期籽粒氮代谢相关酶活性硝酸还原酶(Nitrate reductase,NR)、亚硝酸还原酶(Nitrite reductase,Ni R)、谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase,GS)和谷氨酸合成酶(Glutamate synthase,GOGAT)在不同氮肥条件下接种AMF在两个试验点均显著提高,其酶基因表达量也显著提高。两个试验点籽粒粗蛋白和赖氨酸随灌浆期呈逐渐下降趋势,粗淀粉呈逐渐增加趋势,粗脂肪呈先上升后下降趋势。与M-相比,M+处理的籽粒粗蛋白、粗脂肪和赖氨酸在N1条件下两个试验点平均增加11.3%、5.2%和11.3%,N2条件下平均增加11.3%、5.1%和10.3%。相关性分析结果表明:玉米各器官生物量及其氮磷钾累积量(除茎磷累积量)均与籽粒氮代谢相关酶活性和根系性状均呈显著正相关。籽粒粗蛋白均与氮代谢相关酶活性、根系性状、根系侵染率、叶面积系数(LAI)和SPAD值均呈显著正相关。这些结果表明,在不同氮肥条件下接种AMF均能够显著提高玉米不同时期的生物量、籽粒粒重、氮磷钾累积量,提高灌浆期籽粒氮代谢相关酶活性并显著上调相关酶基因表达量,改善玉米籽粒品质。其中在营养生长期高氮条件下AMF对玉米生长方面的作用更好,在灌浆期低氮条件下AMF对玉米生长具有更好的效果。综合考虑试验目的,本试验中为了提高玉米养分吸收、籽粒品质和籽粒粒重,认为应在180kg N·hm-2条件下接种AMF是实现增产、增加养分吸收和改善品质的最佳配施方案。
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