程乙，王洪章，劉鵬，董樹亭，趙久然，王榮煥，張吉旺，趙斌，李耕，劉月娥

（1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室，山東泰安271018；2北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心/玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室，北京 100097）

品種和氮素供應(yīng)對玉米根系特征及氮素吸收利用的影響

程乙1，王洪章1，劉鵬1，董樹亭1，趙久然2，王榮煥2，張吉旺1，趙斌1，李耕1，劉月娥2

（1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室，山東泰安271018；2北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心/玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室，北京 100097）

【目的】研究玉米根系特性與氮素吸收利用及其與地上部生物量和產(chǎn)量形成的關(guān)系，探明根系形態(tài)特征與氮素吸收能力對玉米高產(chǎn)性能的影響，為玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭囼炗?014—2015年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)黃淮海區(qū)域玉米技術(shù)創(chuàng)新中心（36°18′N，117°12′E）和作物生物學(xué)國家重點實驗室進行，以京科968（JK968）、鄭單958（ZD958）和先玉335（XY335）為試驗材料，采用土柱栽培，設(shè)置兩個氮素水平，施氮量分別為1.5 g/plant（LN）和4.5 g/plant（HN），在抽雄期（VT）和完熟期（R6）進行根系及植株取樣，測定根系相關(guān)指標（根系干重、根系長度、根系表面積、根系體積）,干物質(zhì)及氮素積累與分配規(guī)律，探究品種和氮素供應(yīng)對玉米根系特征及氮素吸收利用的影響?！窘Y(jié)果】兩個氮素水平下JK968單株籽粒產(chǎn)量、生物量、根系各指標和植株氮素積累量、氮轉(zhuǎn)運率、氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率均顯著高于XY335和ZD958（P＜0.05）。JK968單株生物量、籽粒產(chǎn)量、植株氮素積累量較XY335和ZD958在低氮水平下分別增加15.2%、17.7%、9.0%和31.6%、44.1%、31.4%，在高氮水平下分別增加5.4%、12.9%、8.9%和13.5%、26.8%、23.5%；高氮水平下JK968、XY335、ZD958的單株生物量、單株籽粒產(chǎn)量和植株氮素積累量較低氮水平下分別增加15.7%、10.2%、33.9%，26.5%、14.8%、34.0%和34.3%、25.1%、42.5%。抽雄期JK968根系干重、根系長度、根系表面積、根系體積較XY335和ZD958在低氮水平下分別增加41.8%、9.0%、47.1%、24.0%和63.2%、41.6%、60.4%、105.1%，在高氮水平下分別增加24.3%、6.0%、35.2%、19.7%和40.3%、30.0%、49.3%、78.7%；高氮水平下JK968、XY335、ZD958的根系干重、根系長度、根系表面積、根系體積較低氮水平下分別增加48.3%、37.3%、36.4%、12.7%，69.1%、41.3%、48.4%、16.7%和72.5%、49.7%、46.5%、29.3%。相關(guān)分析表明，吸氮量與根系干重、根系長度、根系表面積、根系體積呈顯著線性正相關(guān)，但品種的響應(yīng)程度不同。在抽雄前，JK968植株吸氮量對根系干重、根系長度、根系表面積、根系體積增長的響應(yīng)度要高于XY335和ZD958；而抽雄后的響應(yīng)度則低于XY335和ZD958?！窘Y(jié)論】JK968整個生育期的根系各項指標均顯著高于XY335和ZD958，且氮素吸收能力強，生物量大，低氮條件下優(yōu)勢更加明顯。JK968較發(fā)達的根系，保證了植株對氮素的吸收，具有較高的氮素轉(zhuǎn)運效率、貢獻率和氮素利用效率，有利于進行物質(zhì)生產(chǎn)，因而獲得更高的籽粒產(chǎn)量。

玉米；品種；施氮量；根系；氮素吸收

0 引言

【研究意義】氮素是限制植物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的首要因素，增施氮肥已成為作物獲得高產(chǎn)的重要措施。但隨著施氮量的持續(xù)增加，出現(xiàn)報酬遞減現(xiàn)象，其增產(chǎn)效果和利用效率逐漸下降[1]，且土壤中大量盈余的氮素也會因氨揮發(fā)、淋洗而損失，造成資源浪費和環(huán)境污染[2]。玉米氮吸收效率、氮利用效率和氮效率具有明顯的基因型差異[3]。根系作為玉米吸收氮素的主要器官，其形態(tài)結(jié)構(gòu)以及在土壤中的時空分布是造成氮素吸收效率差異的重要因素[4]。因此，比較玉米對氮吸收利用能力的基因型差異，探明玉米根系特性與氮素吸收利用的關(guān)系，對玉米高產(chǎn)與資源高效利用具有重要意義。【前人研究進展】根系是作物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，其數(shù)量、活性與光合產(chǎn)物合成與運轉(zhuǎn)分配、籽粒結(jié)實、葉片衰老等密切相關(guān)[5]。根系發(fā)達和長時間保持高活力不僅是地上部生長發(fā)育、氮素吸收利用和產(chǎn)量形成的重要保證[6-7]，也是高產(chǎn)玉米品種的一個顯著特點[8-9]。根系生長發(fā)育不僅取決于品種[10]，還受土壤類型、質(zhì)地、肥力等土壤環(huán)境條件[11-12]，以及耕作、種植、施肥等農(nóng)業(yè)管理措施的制約[13-14]。研究表明，氮素供應(yīng)水平對根系的生長發(fā)育有明顯的調(diào)控效應(yīng)，對根系形態(tài)建成和氮素吸收利用產(chǎn)生間接或直接的影響[15]。增施氮肥能增加玉米根系干重、根長密度和表面積[16]，低氮有利于根系縱向伸長，而高氮有利于根系橫向伸展[17]?！颈狙芯壳腥朦c】前人針對玉米利用水培[6,18-19]、盆栽和田間種植[5,7-10]等多種方式對玉米根系與氮素吸收利用間的關(guān)系進行了較多的研究，但多數(shù)集中在生長發(fā)育前期根系的重量與形態(tài)指標上，而不同品種抽雄前、后根系特性與氮素吸收利用的關(guān)系及對不同氮素水平的響應(yīng)差異的研究相對較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究選用不同玉米品種，設(shè)置不同施氮量，研究高產(chǎn)玉米根系特征及其對氮素用量的響應(yīng)，從根系發(fā)育和功能方面闡明玉米氮素高效利用的生理機制，為提高玉米產(chǎn)量和氮素利用效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2014—2015年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)黃淮海區(qū)域玉米技術(shù)創(chuàng)新中心（36°18′N，117°12′E）和作物生物學(xué)國家重點實驗室進行。供試材料為京科968（JK968）、鄭單958（ZD958）和先玉335（XY335）。將高100 cm，直徑35 cm的PVC管，填埋于90 cm深的土坑中進行土柱試驗，設(shè)置兩個氮素水平（LN：1.5 g/plant；HN：4.5 g/plant），4次重復(fù)。按照表層土（50%）、砂子（40%）、蛭石（5%）、珍珠巖（5%）的比例混勻基質(zhì)后裝入柱中，沉實后在距土表10 cm處施肥?；|(zhì)中有機質(zhì)含量10.50 g·kg-1、全氮0.70 g·kg-1、堿解氮50.35 mg·kg-1、速效磷24.17 mg·kg-1、速效鉀108.20 mg·kg-1。2014—2015年玉米生長期內(nèi)降雨量分別為293.7 mm和279.4 mm。從出苗到小喇叭口期每隔一天澆200 mL水，小喇叭口期以后每天澆300 mL水。2014年6月7日播種，9月28日收獲；2015年6月10日播種，9月30日收獲。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 地上部生物量 分別于抽雄期（VT）、完熟期（R6）取樣，4次重復(fù)。按照莖稈（含雄穗和穗軸）、葉片（含苞葉）、籽粒分開，于105℃殺青30 min后80℃烘干后稱重。

1.2.2 根系形態(tài)測定 將完整的根系在低水壓下沖洗干凈后，低溫下保存，利用Epson PerfectionTM V700 Photo彩色圖像掃描儀掃描根系，采用 Win RHIZO2016根系分析系統(tǒng)分析得到根系長度（RL）、根系表面積（RSA）和根系體積（RV）。各指標測定完成后將根系放入烘箱80℃下烘至恒重，測定根系干重（RDW）。

1.2.3 植株樣品含氮量 植株樣品烘干磨碎后用Rapid N III 氮素分析儀（Elementar Analysensysteme，Germany）測定全氮含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

植株總氮素積累量（TNAA，g/plant）=完熟期單株干重×完熟期單株含氮量（%）；

營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量（NTA，g/plant）=抽雄期營養(yǎng)器官氮素積累量-完熟期營養(yǎng)器官氮素積累量；

抽雄后氮素同化量（AANAT，g/plant）=完熟期籽粒氮素積累量-營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量；

氮素轉(zhuǎn)運效率（NTE，%）=營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量/抽雄期營養(yǎng)器官氮素積累量×100；

氮素轉(zhuǎn)運對籽粒的貢獻率（NTCP，%）=營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量/完熟期籽粒氮素積累量×100；

氮素同化對籽粒的貢獻率（NACP，%）=抽雄后氮素同化量/完熟期籽粒氮素積累量×100；

氮素收獲指數(shù)（NHI，kg·kg-1）=籽粒氮素積累總量/植株氮素積累總量；

氮素利用效率（NUE，kg·kg-1）=籽粒產(chǎn)量/植株氮素積累總量。

采用 DPS 11.0 統(tǒng)計軟件 LSD 法進行統(tǒng)計分析（ɑ= 0.05），Sigmaplot 10.0 作圖。

2 結(jié)果

2.1 單株產(chǎn)量、生物量及收獲指數(shù)

由表1可見，在兩氮素水平下，JK968的單株生物量和籽粒產(chǎn)量均顯著高于XY335和ZD958（P＜0.05），收獲指數(shù)也較高。在低氮水平下，JK968的單株生物量和籽粒產(chǎn)量較XY335、ZD958分別提高了15.2%和17.7%、31.6%和44.1%，而在高氮水平分別增加5.4%和12.9%、13.5%和26.8%。施氮顯著提高了各品種的單株生物量和籽粒產(chǎn)量（P＜0.05）；高氮水平下JK968、XY335、ZD958的單株生物量和單株籽粒產(chǎn)量較低氮水平下分別增加15.7%和10.2%、26.5%和14.8%、34.3%和25.1%。

除氮肥水平與基因型互作對玉米生物量及收獲指數(shù)的影響分別為顯著水平（P＜0.01）和無顯著影響（P＞0.05）之外，氮肥水平、基因型、氮肥水平與基因型互作對玉米單株生物量、產(chǎn)量及收獲指數(shù)的影響均達到極顯著水平（P＜0.001）。

2.2 根系特性

2.2.1 根系干重 由圖1可知，在兩個氮素水平下，VT和R6期各品種的根系干重（RDW）間差異均達到顯著水平，表現(xiàn)為JK968＞XY335＞ZD958（P＜0.05）。與VT期相比，各品種在R6期的RDW均有所降低，其中低氮水平下JK968、XY335、ZD958的降幅分別為16.9%、17.4%和20.3%，在高氮水平下分別為17.4%、21.5%和25.6%。在低氮水平下，VT期JK968的RDW較XY335和ZD958分別提高了41.8%和63.2%，而在高氮水平分別增加24.3%和40.3%。施氮顯著提高了各品種的RDW（P＜0.05），與低氮水

平相比，高氮水平下VT期JK968、XY335和ZD958的RDW分別增加48.3%、69.1%和72.5%。

表1 施氮水平對不同品種玉米單株生物量、產(chǎn)量及收獲指數(shù)的影響Table 1 Effect of N application rates on grain yield and harvest index of different maize varieties

圖1 施氮水平對不同品種玉米根系干重的影響Fig. 1 Effect of N application rates on root dry weight of different maize varieties

2.2.2 根系形態(tài) 由表2可知，在兩個氮素水平下，VT和R6期各品種的根系長度（RL）、根系表面積（RSA）和根系體積（RV）間差異均達到顯著水平，表現(xiàn)為JK968＞XY335＞ZD958（P＜0.05）。低氮水平下，VT期JK968的RL、RSA和RV較XY335和ZD958分別增加9.0%、47.1%、24.0%和41.6%、60.4%、105.1%，而在高氮水平分別增加6.0%、35.2%、19.7%和30.0%、49.3%、78.7%。施氮顯著提高了各品種的RL、RSA和RV（P＜0.05），與低氮水平相比，高氮水平下VT期JK968、XY335、ZD958的RL和RSA分別增加37.3%和36.4%、41.3%和48.4%、49.7%和 46.5%，而RV分別增加12.7%、16.7%和29.3%。

與VT期相比，各品種在R6期的RL、RSA和RV均有所降低，其中JK968、XY335、ZD958的RL降幅在低氮水平下分別為14.7%、26.9%和11.2%，在高氮水平下分別為20.5%、33.0%和22.7%；RSA降幅在低氮水平下分別為7.4%、3.2%和5.6%，在高氮水平下分別為16.5%、23.6%和19.9%；而RV降幅在低氮水平下分別為40.2%、42.0%和28.3%，在高氮水平下分別為23.6%、42.4%和24.3%。

氮肥水平、基因型對RL、RSA和RV的影響均達到極顯著水平（P＜0.001），而氮肥水平與基因型互作對RL和RSA無顯著影響（P＞0.05），對RV的影響達到顯著水平（P＜0.01）。

表2 不同品種玉米根系形態(tài)特征Table 2 Root morphological characteristics of different maize varieties

2.3 植株氮素吸收與利用

2.3.1 氮素積累量 由表3可知，在兩個氮素水平下JK968氮素積累量均顯著高于XY335和ZD958（P＜0.05）。在低氮水平下，JK968的氮素積累量較XY335和ZD958分別提高了9.0%和31.4%，而在高氮水平分別增加8.9%和23.5%。施氮顯著提高了各品種的氮素積累量（P＜0.05），高氮水平下JK968、XY335和ZD958的氮素積累量較低氮水平下分別增加33.9%、34.0%和42.5%。從抽雄前、后氮素積累所占比例可知，氮素大部分是在抽雄期前吸收的，其所占比例在（61.76±3.77）%；JK968抽雄前氮素吸收所占比例高于XY335和ZD958。

表3 施氮水平對不同品種玉米植株氮積累量的影響Table 3 Effect of N application rates on nitrogen accumulation amount of different maize varieties

2.3.2 氮素轉(zhuǎn)運 由表4可以看出，在兩個氮素水平下JK968籽粒氮素總積累量均顯著高于XY335和ZD958（P＜0.05）。在低氮水平下，JK968的籽粒氮素總積累量較XY335和ZD958分別提高了16.6%和33.3%，而在高氮水平分別增加13.7%和28.3%。各處理間氮素轉(zhuǎn)運量和同化量差異均達到顯著水平（P＜0.05）。JK968的氮素轉(zhuǎn)運率最高，其氮素轉(zhuǎn)運量均顯著高于XY335和ZD958（P＜0.05），而氮素同化量在高、低氮素水平下較XY335和ZD958分別增加了4.9%和15.4%、6.7%和33.1%。從氮素轉(zhuǎn)運和同化對籽粒的貢獻率可知，JK968的氮素轉(zhuǎn)運對籽粒的貢獻率顯著高于XY335和ZD958（P＜0.05），而氮素同化貢獻率則顯著低于XY335和ZD958（P＜0.05）。

表4 施氮水平對不同品種玉米植株抽雄后氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)移和氮素同化對籽粒貢獻的影響Table 4 Effect of N application rates on nitrogen translocation and assimilation amount to grains after tasseling of different maize varieties

2.3.3 氮素利用效率 由圖2可知，在兩個氮素水平下，JK968的氮素收獲指數(shù)（NHI）和利用效率（NUE）均顯著高于XY335和ZD958（P＞0.05）。與低氮水平相比，高氮水平下JK968、ZD958和XY335的NHI和NUE均顯著下降（P＜0.05）。

2.4 根系指標與植株吸氮量之間的關(guān)系

由圖3可知，抽雄前、后，JK968、XY335和ZD958植株吸氮量與RDW、RL、RSA、RV均呈顯著線性正相關(guān)，且相關(guān)性系數(shù)較大，但品種的響應(yīng)程度不同。在抽雄前回歸系數(shù)JK968＞XY335＞ZD958，抽雄后回歸系數(shù)JK968＜XY335＜ZD958。與XY335和ZD958相比，JK968植株吸氮量在抽雄前能保持對RDW、RL、RSA、RV增長高的響應(yīng)度，而在抽雄后卻能對RDW、RL、RSA、RV的降低保持較低響應(yīng)度。

圖2 施氮水平對不同品種玉米氮素收獲指數(shù)及利用效率的影響Fig. 2 Effect of N application rates on N harvest index and N utilization efficiency of different maize varieties

3 討論

根系作為玉米水分和養(yǎng)分吸收的主要器官，影響整株的生長發(fā)育[20]，氮素吸收依賴于根系的大小和吸收性能[21]。本研究中，兩氮素水平下JK968在生育期中維持了較大的根系生物量，且在低氮水平下優(yōu)勢更為明顯；而在根系形態(tài)上表現(xiàn)為根系長度、根系表面積、根系體積較大，整個生育期內(nèi)均顯著高于XY335和ZD958。前人研究指出，植株的生長發(fā)育是地上和地下部分協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果，地上部分可為根系提供充足的光合產(chǎn)物，有利于根系良好的形態(tài)結(jié)構(gòu)的建成和生理功能的維持[22]，本文研究發(fā)現(xiàn)JK968在抽雄至完熟期根系干重、長度、表面積的降幅較小，說明其花后有較強的光合生產(chǎn)能力，維持了較強的根系功能。而強大的根系可以吸收更多的水分養(yǎng)分供給地上部生長，從而獲得較高的生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量，達到根冠協(xié)調(diào)[10,17]。本研究結(jié)果表明，兩個氮水平下JK968的根系生物量、單株生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量均顯著高于XY335和ZD958，其產(chǎn)量與根系發(fā)育程度密切相關(guān)[23]，發(fā)達的根系總是伴隨著地上部的旺盛生長并獲得高產(chǎn)[24]。由此可見，JK968優(yōu)良的根系特性，較長的根系活性高值持續(xù)期，延緩了生育后期的根系衰老，使根系吸收更多的水分和養(yǎng)分以滿足籽粒形成期對氮素的需求。同時，地上部健康生長也可為根系提供充足的光合產(chǎn)物，從而更有利于維持較高的根系活性，保證后期籽粒充實過程的養(yǎng)分供給。

圖3 根系干重、根系長度、根系表面積、根系體積與植株吸氮量的關(guān)系Fig. 3 The relationship between root dry weight, RL, RSA, RV and amount of N-uptake

抽雄至成熟期是玉米氮素吸收運轉(zhuǎn)分配的重要時期。籽粒中的養(yǎng)分，一部分來自根系直接吸收，另一部分來自營養(yǎng)器官的養(yǎng)分再轉(zhuǎn)移[25]。供氮不足可能導(dǎo)致營養(yǎng)體氮素向外調(diào)運過多而引起葉片早衰，供氮充足時植株的吸氮量主要受生長“庫”的需求所調(diào)節(jié)[26]。本研究表明，JK968具有較高的籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)，這說明其庫容量和庫活性比其他兩個品種高，從而有利于促進植株吸收更多的氮素，擁有較高的氮素利用效率。與XY335和ZD958相比，JK968在兩氮素水平下營養(yǎng)體向籽粒中轉(zhuǎn)運的氮素絕對量較多，具有較高的氮素轉(zhuǎn)運效率和貢獻率，對充分利用營養(yǎng)體中的營養(yǎng)物質(zhì)，促進籽粒灌漿充實和產(chǎn)量提高起到了重要作用。JK968在低氮水平下氮素積累量增加幅度和花后氮素轉(zhuǎn)運對籽粒貢獻率大于高氮水平，說明低氮水平有利于JK968植株氮素吸收和促進花后營養(yǎng)體氮素轉(zhuǎn)運。

前人對玉米根系性狀與地上部之間的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，根系與株高之間存在明顯的同伸關(guān)系，且在水肥條件較差時表現(xiàn)更明顯[27]；根系干重與地上部干重、綠葉面積、氮素積累量之間均呈極顯著正相關(guān)[28-29]；根系總長度與氮素積累量在低氮水平下表現(xiàn)為極顯著線性相關(guān)，而高氮下無顯著相關(guān)性[30]。本研究表明，植株吸氮量與根系干重、根系長度、根系表面積、根系體積均呈顯著線性相關(guān)，而不同品種對氮素的響應(yīng)度不同。在抽雄前，JK968植株吸氮量對RDW、RL、RSA、RV增長的響應(yīng)度均高于XY335，而XY335植株吸氮量對RDW、RL、RSA、RV增長的響應(yīng)度均高于ZD958；在抽雄后，JK968植株吸氮量對RDW、RL、RSA、RV降低的響應(yīng)度均低于XY335，XY335植株吸氮量對RDW、RL、RSA、RV增長的響應(yīng)度均低于ZD958。這說明JK968植株吸氮量在抽雄前能保持對RDW、RL、RSA、RV增長高的響應(yīng)度，而在抽雄后卻能對RDW、RL的降低保持較低響應(yīng)度，這有利于其在整個生育時期保持對氮素的穩(wěn)定和高效吸收。與XY335和ZD958相比，JK968可通過發(fā)育良好的根系形態(tài)來提高根系對氮素的吸收和利用能力，從而提高全株氮素積累量和生物量，獲得較高籽粒產(chǎn)量。

4 結(jié)論

JK968整個生育期的根系各指標均顯著高于XY335和ZD958，且氮素吸收能力強，生物量大，低氮條件下優(yōu)勢更加明顯。相關(guān)分析表明植株吸氮量與根系指標呈顯著線性正相關(guān)，品種間根系指標對氮素的響應(yīng)度不同，抽雄前JK968根系指標對氮素的響應(yīng)度高于XY335和ZD958，而抽雄后JK968根系指標對氮素的響應(yīng)度低于XY335和ZD958。JK968較發(fā)達的根系，保證了植株對氮素的吸收，具有較高的氮素轉(zhuǎn)運效率、貢獻率和氮素利用效率，有利于進行物質(zhì)生產(chǎn)，獲得更高的籽粒產(chǎn)量。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effect of Different Maize Varieties and Nitrogen Supply on Root Characteristics and Nitrogen Uptake and Utilization Efficiency

CHENG Yi1, WANG HongZhang1, LIU Peng1, DONG ShuTing1, ZHAO JiuRan2, WANG RongHuan2, ZHANG JiWang1, ZHAO Bin1, LI Geng1, LIU YueE2
(1College of Agronomy, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Taian 271018, Shandong;2Maize Research Center, Beijing Academy of Agriculture & Forestry Sciences, Beijing Key Laboratory of Maize DNA Fingerprinting and Molecular Breeding, Beijing 100097)

maize; varieties; nitrogen application rate; root; nitrogen uptake

2016-09-18；接受日期：2017-03-02

國家自然科學(xué)基金（31371576，31401339）、國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300106）、國家“十二五”科技支撐計劃（2013BAD07B06-2）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項經(jīng)費項目（201203100，201203096）、山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（SDAIT-02-08）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項目（CARS-02-20）、山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題

聯(lián)系方式：程乙，E-mail：chengyi722@126.com。通信作者劉鵬，E-mail：liupengsdau@126.com。通信作者王榮煥，E-mail：ronghuanwang@126.com

Abstract:【Objective】Through the study of the relationship of maize root characteristics and nitrogen uptake and utilization efficiency, shoot biomass and yield formation to prove the effect of root morphological characteristics and nitrogen uptake capacity of maize yield. And then provide theoretical basis for the high yield and efficiency of maize production.【Method】The experiments were conducted in 2014-2015 at the Technological Innovation Center of Maize in Huang-Huai-Hai Region (36°18' N, 117°12' E) and the State Key Laboratory of Crop Biology, located at Shandong Agricultural University in Taian. To explore the effect of different maize varieties and nitrogen supply on root characteristics and nitrogen uptake and utilization efficiency, using Jingke 968 (JK968), Zhengdan 958 (ZD958) and Xianyu 335 (XY335) as the experimental materials, setting two nitrogen levels, 1.5 g/plant (low nitrogen, LN) and 4.5 g/plant (high nitrogen, HN), sampling root and shoot of plant at tasseling stage and maturity stage for determination of the related indexes of root system (the root dry weight, root length, root surface area, root volume), dry matter and nitrogen accumulation and distribution in soil column tests.【Result】The results showed that grain yield and biomass per plant, each index of root, nitrogen accumulation amount per plant, nitrogen translocation rate, nitrogen harvest index and use efficiency of JK968 were all significantly higher (P＜0.05) than those of XY335 and ZD958. The biomass, grain yield, N accumulation amount per plant of JK968 were higher than those of XY335 and ZD958 by 15.2%, 17.7%, 9.0% and 31.6%, 44.1%, 31.4%, respectively, under LN level, 5.4%, 12.9%, 8.9% and 13.5%, 26.8%, 23.5%, respectively, under HN level. Compared with LN level, the biomass, grain yield, N accumulation amount per plant at the HN level of JK968, XY335 and ZD958 increased by 15.7%, 10.2%, 33.9% and 26.5%, 14.8%, 34.0% and 4.3%, 25.1%, 42.5%, respectively. The root dry weight, root length, root surface area, root volume of JK968 at tasseling stage are higher than those of XY335 and ZD958 by 41.8%, 9.0%, 47.1%, 24.0% and 63.2%, 41.6%, 60.4%, 105.1%, respectively, under LN level, 24.3%, 6.0%, 35.2%, 19.7% and 40.3%, 30.0%, 49.3%, 78.7%, respectively, under HN level. Compared with LN level, the root dry weight, root length, root surface area, root volume at the HN level of JK968, XY335 and ZD958 increased by 48.3%, 37.3%, 36.4%, 12.7% and 69.1%, 41.3%, 48.4%, 16.7% and 72.5%, 49.7%, 46.5%, 29.3%, respectively. The correlation analysis indicated that the amount of N-uptake showed a significant positive linear correlation with the root dry weight, root length, root surface area and root volume. The root index of different cultivars showed different responses to nitrogen, which the responsivity of each root index of JK968 to nitrogen was higher before tasseling but lower after tasseling than XY335 and ZD958. 【Conclusion】As for JK968, the root indexes of the whole growth period were significantly higher than those of XY335 and ZD958, it had a stronger nitrogen uptake ability and larger biomass, which were more distinct at the low nitrogen level. All these indicate that the larger root system of JK968 can ensure the nitrogen uptake to have higher nitrogen transportation efficiency, nitrogen contribution rate and nitrogen utilization efficiency, making for its material production, and finally obtaining a higher grain yield.