氮硫互作对玉米籽粒营养品质的影响

中国农业科学2003，（3）：36263-268Scientia A g ricultura Sinica

氮硫互作对玉米籽粒营养品质的影响

谢瑞芝，董树亭，胡昌浩，王空军

（山东农业大学农学院，泰安

271018）

摘要：以对硫肥反应差异较大的两个玉米杂交种鲁玉16和农大108为试验材料，通过不同氮、硫供应水平的池栽试验，对玉米籽粒营养品质进行了分析。结果表明，施用氮肥和硫肥均可以提高籽粒蛋白质、油分、粗脂肪、可溶性糖、氨基酸以及N 、但是二者的作用和效果不尽相同。另外，氮肥提高了玉米籽粒P 、K 、S 和微量元素的含量，淀粉的含量，硫肥则降低淀粉的含量，而两种肥料的施用均可提高支链淀粉在总淀粉中的比例。在氮肥供应水平高的条件下，硫肥的施用可以明显改善籽粒的营养品质，两个杂交种对处理的反应基本一致。

关键词：玉米；籽粒；品质；氮硫互作

InfIuence of Nitro g en and SuIfur Interaction on Grain QuaIit y of Maize

XIE Rui-zhi ，DONG Shu-tin g ，HU Chan g -hao ，WANG Kon g -j un

（Colle g e o f A g riculture ，Shandon g A g ricultural Universit y ，Taian 271018）

Abstract ：T wo h y brids of maize （Zea ma y s L. ）with different res p onses to sulfur fertilizers were used in

this stud y . Under different nutritional conditions in p ool ex p eriment ，the effect of nitro g en and sulfur interaction on g rain q ualit y of maize was evaluated. The results indicated that the indexes of g rain q ualit y ，includin g the content of p rotein ，amino acid ，soluble su g ar ，crud fat ，oil as well as N ，P ，K ，S and microelements in g rain were im p roved when usin g nitro g en and sulfur fertilizer ，but the influences of nitro g en and sulfur were not the same. It was also found that the content of starch was increased b y nitro g en and decreased b y sulfur ，but both of them im p roved the p ercent of am y lo p ectin in starch. Sulfur fertilizer im p roved g rain q ualit y of maize ver y si g ni-ficantl y when nitro g en was increased. The res p onses of two h y brids to these treatments were p arallel.

；Grain ；Qualit y ；Nitro g en and sulfur interaction Ke y words ：Maize （Zea ma y s L. ）

硫是继氮、磷、钾之后的第四大必需矿质元素，参与光合作用、呼吸作用以及氮素和碳水化合物的［1］

代谢，在植物生命活动中占有重要地位。硫素还是影响产品品质的重要因素之一，但前人关注硫肥产量效应的多，涉及品质方面的研究比较少，而且主

［2～7］

要集中在小麦、油菜和苜蓿上。玉米生物产量高，肥料的绝对需求量大，氮素和硫素均为合成蛋白质、氨基酸的必需成分，其供应状况必然影响玉米籽粒的品质。但是，有关氮硫互作对籽粒品质影响的研究还鲜有报道。笔者在前期研究的基础上，选择对硫肥反应差异大的2个玉米杂交种为试验材料，通过品质指标的测定，探讨氮肥和硫肥互作对玉米

收稿日期：2002-07-22

基金项目：国家自然科学基金资助项目（39870525）

作者简介：谢瑞芝（1972-），女，河南郑州人，博士，现在中国农业科学院作物栽培育种研究所工作，主要研究方向为作物生态生理。Tel ：010-董树亭为本文通讯作者，68918891；E-mail ：stdon g @sdau. edu. cn

籽粒品质的影响。

1

1. 1

材料与方法

试验材料

供试材料为鲁玉16和农大108两个玉米杂交种。根据前期研究结果，施用硫肥后，鲁玉16的硫素积累量和产量均有大幅提高，作为对硫肥反应敏感的代表类型；农大108的表现相对稳定，作为对硫

［8］

肥反应迟钝的代表类型。1. 2试验设计

试验采用池栽方式，于2001年在山东农业大学教学农场进行。试验用水泥池不封底，面积6. 25

264

中国农业科学36卷

播种行距50cm ，株距33. 3cm ，折合60000株・m 2，

全氮含量0. 107%，ha -1。土壤有机质含量1. 21%，

速效磷52. 6µg ・g -1，速效钾96. 2µg ・g -1，有效硫

・g -1，土壤p H 7. 31。32. 5µg

试验为裂区设计，设两个氮量水平（不施氮肥与每池施用纯氮250g ）和两个硫量水平（不施硫肥与每池施用100g 硫磺粉）共4个处理。其中：处理1，高硫高氮（N +S ）；处理2，高硫低氮（S ）；处理3，低硫高氮（N ）；处理4，低硫低氮（CK ）。播种前每个水泥池施入P 2O 5160g 、硫肥全部K 2O 200g 作基肥，作基肥，高氮处理基肥施纯氮150g ，拔节期和抽丝期分别追施纯氮50g 。按大田生产水平管理，生理成熟（籽粒乳线消失）时收获。自然风干后，选择中部籽粒粉碎进行营养指标的测定。1. 3

测定项目及方法

浓H 2SO 4消煮样品后，用瑞士产BüCHI凯氏定氮系统测定全氮含量。HNO 3-HClO 3联合消煮样品，分别用钼黄比色法测定磷素含量，火焰光度计测

［9］定钾素含量，比浊法测定全硫含量，等离子ICP 测定微量元素的含量。籽粒氨基酸含量用日本产氨

［10］

析技术》提供的方法测定。

2

2. 1

结果与分析

氮硫互作对玉米籽粒产量的影响

玉米单株籽粒产量结果见表1，方差分析显示，处理的效果非常明显，虽然两个杂交种的产量水平不同，但氮肥、硫肥以及氮肥和硫肥之间的互作效应均达到极显著水平（数据略）。

表1

氮硫互作对玉米单株籽粒产量的影响1）

The influence of nitro g en and sulfur interaction on y ield of maize g rain （g ）

N +S

鲁玉16Lu y u16农大108Non g da108

1）

Table 1

S 171. 88C 213. 40C

N 173. 71B 215. 98B

CK 165. 59D 210. 87D

184. 75A 223. 27A

字母表示0. 01差异水平

The letters indicate difference at 0. 01level

2. 2氮硫互作对籽粒N 、P 、K 、S 含量的影响

基酸自动分析仪测定，籽粒油分含量用核磁共振仪测定。籽粒可溶性糖含量、籽粒淀粉的组成和含量、籽粒粗灰分含量、籽粒蛋白质组分及含量、籽粒粗脂肪含量的测定均按照何照范《粮油籽粒品质及其分

表2

氮硫互作对玉米籽粒N 、P 、K 、S 含量的影响1）

与对照相比，施用氮肥和硫肥均可提高籽粒N 、

氮肥的作用效果明显，氮肥和硫肥配P 、K 、S 的含量，

合施用，提高幅度更大。两个杂交种籽粒中各元素的含量虽略有差别，但对处理的反应基本一致（表2）。

Table 2

品种

Variet y 鲁玉16

The influence of nitro g en and sulfur interaction on N ，P ，K ，S content of maize g rain （%）

处理Treatment

Lu y u16

N +S S N CK

N 含量N content 1. 29±0. 02a 1. 25±0. 01b 1. 26±0. 02b 1. 21±0. 02c 1. 23±0. 02a 1. 19±0. 01b 1. 21±0. 02a 1. 19±0. 01b

P 含量P content 0. 165±0. 005a 0. 164±0. 003a 0. 164±0. 004a 0. 162±0. 005b 0. 169±0. 005a 0. 165±0. 005b 0. 168±0. 005a 0. 166±0. 005b

K 含量K content 1. 056±0. 03a 0. 956±0. 02c 1. 026±0. 03b 0. 948±0. 03c 0. 951±0. 02a 0. 909±0. 03b 0. 943±0. 02a 0. 897±0. 04b

S 含量S content 0. 136±0. 002a 0. 125±0. 002b 0. 135±0. 002a 0. 117±0. 002b 0. 123±0. 002a 0. 115±0. 002b 0. 121±0. 002a 0. 105±0. 002c

农大108Non g da108N +S S N CK

1）

数据为平均值±标准差，字母标识表示差异水平，P =0. 05，下同

Mean of du p licate values ±standard deviation ，letters indicate difference ，P =0. 05. The same as below

2. 3氮硫互作对籽粒蛋白质含量及组分的影响均为醇溶蛋白>谷蛋白>清蛋白>球蛋白，氮肥和硫肥的施用提高了清蛋白和谷蛋白的含量与比例，降低了球蛋白和醇溶蛋白的比例，但不同处理变化幅度不同，与对照相比，氮肥和硫肥均衡施用的处理变化幅度最大。两个杂交种对处理的反应一致（表。3）

玉米籽粒蛋白质含量的大小为处理1>处理

与对照相比，鲁玉16各处理分3>处理2>处理4，

别增加了2. 44%、农大108各处1. 87%和0. 65%；

理分别增加2. 02%、1. 31%和0. 50%。不同处理间的差异达到了显著水平。玉米籽粒各种蛋白质比例

3期表3

谢瑞芝等：氮硫互作对玉米籽粒营养品质的影响

氮硫互作对玉米籽粒蛋白质含量的影响

・g -1）The influence of nitro g en and sulfur interaction on p rotein content of maize g rain （m g

处理

Treatment N +S S N CK

总蛋白Total 10. 92a 10. 73c 10. 86b 10. 66d 10. 12a 9. 96c 10. 04b 9. 91d

清蛋白含量Content

Albumin 比例（%）

9. 259. 319. 129. 0010. 1910. 149. 869. 79

球蛋白含量Content

Globulin 比例（%）

5. 585. 595. 765. 546. 036. 026. 676. 56

醇溶蛋白含量Content 5. 69±0. 0155. 64±0. 0125. 88±0. 0115. 99±0. 0154. 46±0. 0144. 42±0. 0154. 66±0. 0124. 61±0. 015

Zwin 比例（%）52. 1252. 5654. 1556. 1844. 0744. 3746. 4146. 51

谷蛋白含量Content

265

Table 3

品种Variet y 鲁玉16Lu y u16

Glutelin 比例（%）33. 0532. 5230. 9729. 2739. 7239. 4537. 0537. 14

1. 01±0. 0051. 00±0. 0050. 99±0. 0040. 96±0. 0031. 03±0. 0041. 01±0. 0050. 99±0. 0030. 97±0. 005

0. 61±0. 0050. 60±0. 0020. 63±0. 0050. 59±0. 0030. 61±0. 0030. 60±0. 0050. 67±0. 0020. 65±0. 004

3. 61±0. 0123. 49±0. 0123. 36±0. 0143. 12±0. 0134. 02±0. 0143. 93±0. 0133. 72±0. 0133. 68±0. 012

农大108Non g da108

N +S S N CK

2. 4氮硫互作对籽粒氨基酸含量及组分的影响

苏氨酸、亮氨酸、赖氨酸和色氨酸等氨基酸的含量，减少了天冬氨酸、甘氨酸、丝氨酸和氨的含量。只施用氮肥的处理主要是提高了天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸等含氮量较高的氨基酸含量，游离氨增加比较多。其它种类氨基酸的变化没有明显规律。两个杂交种的表现一致（表4）。

籽粒氨基酸总量的大小为处理1>处理3>处

理2>处理4。与对照相比，鲁玉16各处理分别增加了6. 68%、农大108分别增加2. 64%和5. 08%；6. 61%、1. 71%和5. 86%。处理间的差异也达到了显著水平。虽然氮肥和硫肥的施用都提高了氨基酸总量，但硫肥的施用增加了蛋氨酸、胱氨酸、精氨酸、

表4

氮硫互作对玉米籽粒氨基酸含量的影响

Table 4・g -1）The influence of nitro g en and sulfur interaction on amino acid content of maize g rain （m g

鲁玉16

N +S 11. 33a 0. 520. 280. 411. 910. 340. 990. 160. 440. 090. 261. 240. 340. 40. 240. 260. 260. 430. 821. 94

S 10. 90c 0. 500. 260. 421. 870. 330. 870. 150. 410. 080. 241. 220. 320. 380. 230. 220. 240. 420. 831. 91

Lu y u16

N 11. 16b 0. 540. 270. 451. 920. 360. 930. 140. 410. 070. 251. 180. 320. 410. 230. 290. 250. 410. 831. 90

CK 10. 62d 0. 530. 250. 431. 840. 350. 860. 130. 390. 070. 241. 090. 30. 370. 220. 200. 230. 390. 811. 88

N +S 10. 00a 0. 430. 260. 361. 760. 30. 850. 120. 370. 080. 230. 960. 270. 350. 210. 240. 190. 390. 651. 98

农大108

S 9. 54c 0. 420. 250. 341. 610. 280. 820. 120. 350. 080. 20. 930. 260. 330. 210. 210. 180. 380. 611. 96

Non g da108

N 9. 93b 0. 50. 230. 41. 680. 340. 840. 110. 340. 070. 230. 920. 280. 370. 20. 260. 220. 380. 621. 94

CK 9. 38d 0. 480. 220. 421. 590. 290. 810. 10. 330. 060. 20. 870. 240. 310. 190. 190. 180. 360. 581. 94

处理

Treatment 总量

Total

天冬氨酸ASP 苏氨酸丝氨酸谷氨酸甘氨酸丙氨酸胱氨酸缬氨酸蛋氨酸异亮氨酸亮氨酸酪氨酸苯丙氨酸

THR SER GLU GLY ALA CYS VAL MET ILE LEU TYR PHE

赖氨酸LYS 氨NH 3组氨酸精氨酸脯氨酸色氨酸

HIS ARG PRO TRP

2. 5氮硫互作对籽粒淀粉含量及组分的影响

著水平。支链淀粉和直链淀粉的含量都有不同程度的改变，但变化的幅度不同，氮肥和硫肥均提高了支链淀粉在总淀粉中的比例，大小为处理1>处理2>处理3>处理4，硫肥的作用比氮肥明显。农大108

玉米籽粒淀粉含量的大小为处理3>处理4>

处理1>处理2，氮肥提高了淀粉含量，而硫肥降低其含量，施用硫肥的两个处理间的差异没有达到显

卷

淀粉含量大于鲁玉16，但对处理的反应一致（表5）。

表5

氮硫互作对玉米籽粒淀粉含量及组分的影响

・g -1）The influence of nitro g en and sulfur interaction on starch content and it ’s com p onents of maize g rain （m g

处理

Treatment N +S S N CK

农大108Non g da108

N +S S N CK

淀粉含量Starch content 65. 88c 65. 69c 68. 32a 67. 10b 68. 63c 68. 25c 71. 06a 69. 92b

支链淀粉含量Content 53. 2453. 0654. 7353. 4656. 3255. 4657. 3355. 81

Am y lo p ectin

百分比

（%）Percent

80. 8180. 7780. 1379. 6782. 0781. 2680. 6779. 82

直链淀粉含量

Content 12. 6512. 6313. 5913. 6412. 3112. 7913. 7414. 11

Am y lose

百分比

（%）Percent

19. 1919. 2319. 8720. 3317. 9318. 7419. 3320. 18

Table 5

品种

Variet y 鲁玉16Lu y u16

2. 6氮硫互作对籽粒可溶性糖含量的影响玉米籽粒可溶性糖的含量大小为处理1>处理

氮肥和硫肥的施用均可提高可3>处理2>处理4，

溶性糖的含量，与对照相比，鲁玉16各处理分别增加了7. 19%、农大108各处理分3. 96%和1. 27%；别增加了7. 54%、低氮处理之间4. 20%和0. 76%，的差异没有达到显著水平。两个杂交种籽粒可溶性糖的含量差别不大，对处理的反应一致（图1）。

图2

氮硫互作对籽粒粗脂肪含量的影响

图1氮硫互作对籽粒可溶性糖含量的影响

3期谢瑞芝等：氮硫互作对玉米籽粒营养品质的影响267

2. 9氮硫互作对玉米籽粒粗灰分含量的影响氮肥和硫肥的施用均增加了玉米籽粒粗灰分的

含量，其数值大小为处理1>处理3>处理2>处理

氮肥对籽粒粗灰分的影响比较大。与对照相比，4，

鲁玉16各处理分别增加了8. 67%、6. 00%和

农大108各处理分别增加了6. 47%、1. 87%；5. 47%和1. 20%。氮肥水平相同的处理间的差异未达到显著水平。两个杂交种籽粒粗灰分含量差别不大，对处理的反应一致（图4）

。

）

品种

Variet y 鲁玉16

Lu y u16

处理Treatment N +S S N CK

农大108

Non g da108

N +S S N CK

Fe 16. 515. 816. 215. 419. 418. 619. 118. 2

Cu 5. 14. 85. 24. 75. 14. 554. 2

Zn 20. 319. 319. 618. 422. 219. 121. 218. 9

Mn 4. 54. 34. 33. 94. 33. 94. 13. 1

M g [***********]662598

Ca [**************]8

Na 1. 21. 11. 21. 11. 61. 41. 41. 4

内积累，籽粒蛋白质含量减少，含氮氨基酸明显增加，面粉的二次加工品质差；氮肥硫肥配合施用，可

［14］提高籽粒蛋白质含量，改善加工品质。根据蛋白

影响做过比较广泛的研究，但对玉米籽粒品质影响的研究还未见报道。随着社会的发展，玉米的用途有了很大改变，玉米的品质也将受到更多的重视。

试验结果表明，玉米籽粒品质受氮肥和硫肥的影响很大，而且氮肥和硫肥的作用效果不尽相同。施用硫肥提高了支链淀粉的比例，而支链淀粉与直链淀粉的比例与籽粒的消化率密切相关；施用硫肥还提高了蛋白质中易消化的清蛋白的比例，增加了人体必需氨基酸的含量。氮肥和硫肥的配合施用，促进营养元素的吸收，提高肥料的利用效率，减少流失，不仅提高了产量，还改善了籽粒营养品质，有利于农业的可持续发展。在氮肥供应水平高的条件

质合成的需要，氮肥与硫肥的施用应保持一定比例。

［2］

认为，氮硫比为15:1时对小麦的效果最好；B y ers

［4］

发现氮硫比为6:1时有利于油菜籽粒蛋白Fismes

［5］

质的合成，而Mc g rath 则认为氮硫比为7:1时效

提高土果更好。施用硫肥，还会降低土壤的p H 值，壤营养成分的有效性，使植株营养条件得到改善，而缺硫则减少植株对其它营养元素的吸收，造成营养

［15～18］失衡。

虽然前人也曾对硫肥特别是氮硫互作对品质的

268

中国农业科学

129-157.

36卷

下，硫肥的作用更加明显，生产者应重视硫肥的施用。

前人对普通小麦和硬粒小麦，双低油菜、单低油菜和普通油菜的研究中发现，硫肥对作物品质的影

［2～6］响存在明显的基因型差异。虽然鲁玉16和农大108是两个硫效率类型差别比较大的杂交种，籽

［8］谢瑞芝，董树亭，胡昌浩，不同杂交种玉米硫素吸收利用差异

研究. 作物学报，2002，28（3）：345-350.

Xie R Z ，Don g S T ，Hu C H. The difference of sulfate u p take ，Acta a-and utilization in g enot yp es of maize （Zea ma y s L. ）：345-350. （in Chinese ）g ronomica sinica ，2002，28（3）

山东［9］山东农学院，西北农学院. 植物生理学实验指导. 济南：

科学技术出版社，1980.

Shandon g A g ricultural Colle g e ，North western A g ricultural Col-le g e ，Plant Ph y siolo gy Test Guide . Jinan ：Shandon g Science 粒品质指标也有一定的差别，但是对肥料处理的反应基本相同，这与小麦、油菜上的研究结果不一致，可能与遗传基础的差异有关，还有待进一步研究。References

1］张英聚. 植物硫素营养植物生理学通讯，1987，（2）：9-15.

Zhan g Y J. Sulfur nutrition of p lants. Plant Ph y siolo gy Com-munications ，1987，

（2）：9-15. （in Chinese ）2］B y ers M ，Bolton J. Effects of nitro g en and sul p hur fertilizes on

the y ields ，N and S content ，and amino acid com p osition of the g rain of s p rin g wheat. Journal o f Science Food A g riculture ，1979，30：251-263.

3］Joshi N L ，Mali P C ，Saxena A. Effect of nitro g en and sul p hur

a pp lication on y ield and fatt y acid com p osition of mustard （Bras-sica j uncea L. ）oil. Journal o f A g riculture and Cro p Science ，1998，180：59-63.

4］Fismes J ，Von g P C ，Buckert A. Use of labeled sul p hur-35for

tracin g sul p hur transfers in develo p in g p eds of field-g rown oilseed ra p e. Commnications Soil Science Plant Anal . 1999，30：221-234.

5］Mc g rath S P ，Zhao F J. Sul p hur u p take ，y ield res p onses and the

interactions between nitro g en and sul p hur in winter oilseed ra p e （Brassica na p us L. ）. Journal o f A g riculture Science ，1996，126：53-62.

6］Zhao F J ，Evans E J ，Bilsborrow P E. Influence of sul p hur and

nitro g en on seed y ields and q ualit y of low g lucosinolate oilseed ra p e

（Brassica na p us L. ）. Journal o f Science Food A g ricul-ture ，1993，63：29-37.

7］Di j kshoorn W ，Van Wi j k A L. The sul p hur re q uirements of

p lants as evidenced b y the sul p hur-nintro g en ratio in the or g anic matter a review of p ublished data. Plant and Soil ，1967，26：

and Technolo gy Press ，1980.

（in Chinese ）［10］何照范. 粮油籽粒品质及其分析技术. 北京：

农业出版社，1985.

He Z F. Qualit y o f Food and Oil Cro p and Anal y sis Tech-ni q ues . Bei j in g ：A g ricultural Press ，1985.

（in Chinese ）［11］Stewart B A ，Porter L K. Nitro g en-sulfur relationshi p s in

wheat ，corn and beans. A g ronom y Journal ，1969，61：267-271.

［12］Rendin g V V ，O p tua C ，Mclomb E A. Effects of sulfur defi-cienc y on non p rotein nitro g en soluble su g ars and N /S ratios in y oun g corn （Zea ma y s L. ）p lants. Plant and Soil ，1976，44：423-437.

［13］Friedrich J W ，Schrader L E. Sulfur de p rivation and nitro g en

metabolism in maize seedlin g s. Plant Ph y siolo gy ，1978，61：900-903.

［14］Randall P J ，Wri g le y C W. Effects of sul p hur su pp l y on the

y ield ，com p osition and q ualit y of g rain from cereals ，oilseeds ，and le g umes. Advances in Cereal Science ，1986，8：171-206.

［15］Modaish A S ，Al-Mustafa A ，Metwall y A I. Effect of elemental

sulfur on chemical chan g es and nutrient availabilit y in calcareous soil. Plant and Soil ，1989，116：

95-101. ［16］Soliman M F. Effect of sulfur on enhancin g Mn availabilit y from

various sources. A g ronomica ，1987，31：548-557.

［17］Soliman M F ，Kostandi S F ，Van Beusichem M L. Influence of

sulfur and nitro g en fertilizer on the u p take of iron ，man g anese ，and zinc b y corn p lants g rown in Calcareous soil. Commun. Soil Science Plant Anal . 1992，23：1289-1300.

［18］Caldwell A C. Sulfur effects on the element com p osition of alfalfa

and corn. A g ronom y Journal ，1969，61：632-634.

（责任编辑

卞海军）

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