摘要
氮素是棉花生长发育过程中需求量较大的营养元素，也是棉花产量品质的决定因素之一。随着棉花产业的发展，在稳定棉花产量品质的同时减少氮肥施用是棉花生产中亟待解决的重要问题。通过研究棉花氮素高效利用的生理调控机理，挖掘棉花自身氮素高效利用的遗传潜力，提高棉花氮肥利用效率，是减少氮肥用量有效且经济的途径。本实验室从全国270个棉花品种中筛选得到了氮效率差异较大的品种：氮高效品种CRI69和ZZM1017和氮低效品种ZZMGD89和XLZ30。本研究采用盆栽和田间试验相结合的方法，设置4个不同的氮肥处理（盆栽：N0，0gNkg-1；N1，0.075gNkg-1；N2，0.150gNkg-1；N3，0.225gNkg-1；田间：N0，0kgNhm-2；N1，112.5kgNhm-2；N2，225kgNhm-2；N3，337.5kgNhm-2）。从“氮代谢-光合作用及碳代谢-抗氧化系统”3个方面，研究棉花氮素利用效率与氮代谢、碳代谢以及抗氧化系统的相关关系，探索棉花氮素利用的关键生理过程，阐明棉花氮高效利用的生理机制。最后探讨了两种棉花品种在生产中的经济与生态效应。主要研究结果如下： 1.增施氮肥可以增加棉株的氮积累量、叶片氮浓度、氮代谢关键酶活性和氨基酸含量，氮高效棉花品种CRI69和ZZM1017增加幅度更大。在相同氮肥水平下，氮高效品种CRI69和ZZM1017叶片氮浓度和氮代谢关键酶活性显著高于氮低效棉花品种ZZMGD89和XLZ30，其差异在铃期最大。如硝酸还原酶（NR）活性，在盆栽和田间条件下，氮高效品种对位叶NR在N0-N3水平下较氮低效品种分别提高了73.1%、87.6%、73.3%、41.1%和45.0%、51.1%、41.9%、23.8%，氨基酸含量分别提高了20.7%、55.1%、56.4%、31.3%和37.9%、56.8%、45.0%、40.5%。结果表明，氮高效棉花品种棉铃叶片具有较强的氮素同化能力，特别是在低氮条下。 2.与氮低效品种相比，氮高效品种叶片净光合速率（Pn）、蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性和蔗糖含量均较高。同样，其差异在铃期最大。在盆栽和田间条件下，氮高效品种棉铃对位叶Pn在N0-N3水平下较氮低效品种分别提高了88.2%、96.2%、83.1%、76.3%和58.9%、75.5%、54.9%和26.8%，SPS酶活性分别提高了19.2%、46.3%、38.0%、24.2%和36.6%、43.5%、26.3%、9.2%。证明了氮高效棉花品种叶片在低氮条件下具有较强的碳代谢和光合能力。 3.施氮降低了棉株体内丙二醛（MDA）含量，增强了抗氧化酶（SOD、POD和CAT）活性。与氮低效品种相比，在盆栽和田间条件下，氮高效品种棉铃对位叶MDA含量在N0-N3水平下分别降低了24.8%、18.3%、20.0%、24.2%和22.3%、22.0%、18.8%和17.2%，而SOD分别增加了70.8%、68.4%、77.0%、41.2%和37.7%、67.6%、26.6%和19.9%。结果表明，氮高效棉花品种具有较强的低氮适应能力。 4.氮高效棉花品种产量和产投比均高于氮低效棉花品种。在盆栽和田间条件下，氮高效棉花品种籽棉产量在N0-N3水平下分别比氮低效棉花品种增加了54.3%、68.0%、73.9%、70.7%和29.0%、29.6%、19.7%、14.9%，产投比分别提高了42.3%、45.2%、62.7%、56.9%和59.7%、29.7%、23.3%和7.6%。与氮低效品种相比，氮高效品种氮肥利用效率较高，在N1-N3范围内，在盆栽和田间条件下分别提高了74.8%、72.9%、64.0%和24.9%、19.5%、12.9%。 综上所述，氮高效棉花品种叶片氮含量高、NR等氮代谢相关酶活性强，从而提高Pn和增强SPS酶活性。同时，氮高效棉花品种抗氧化酶活性增强，MDA含量低，从而延缓了叶片衰老，延长了叶片碳氮代谢时间，为棉铃后期的充实提供了物质保障。因此，氮高效棉花品种提高了氮肥利用效率、产量和经济效益。
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