基于叶绿素与多酚耦合参数的玉米苗期供氮响应无损评价

氮素是叶绿素、蛋白质及多种光合相关组分的重要构成元素，其供应水平影响玉米苗期生长与叶片生理状态。准确评价苗期氮素供应响应，对早期养分管理具有重要意义。叶绿素光学测量是作物氮营养无损评价的常用方法，但其响应受基因型、叶龄及环境条件影响，在较高供氮水平下可能趋缓^[1–2]，类黄酮相关光学指标也可对氮供应变化产生响应。已有研究表明，氮供应不足在一定条件下可伴随叶绿素指标下降和类黄酮指标升高，为联合应用两类指标提供了依据。本文同步测定不同施氮水平下玉米五叶期叶片的叶绿素与多酚参数，比较各指标的响应特征，探讨氮平衡指数（NBI）用于供氮响应评价的潜力。

材料与方法

试验采用土培盆栽方式，在配施磷、钾基肥基础上，设置低氮（LN，0 g N/kg干土）、中氮（MN，0.10 g N/kg干土）和高氮（HN，0.17 g N/kg干土）3个施氮水平，各处理15株重复。于玉米五叶期（V5）使用IN-YL500植物叶绿素&多酚测量仪，在第5完全展开叶中部进行原位测量，同步获取总叶绿素（TChl）、叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）、类黄酮指数（Flav）、花青素指数（Anth）及氮平衡指数（NBI）。

结果与讨论

1. 不同供氮水平下玉米叶片光合色素的响应特征

图1 不同供氮水平下五叶期玉米叶片的总叶绿素（TChl）及叶绿素a、b含量对比

五叶期玉米叶片的TChl、Chl a和Chl b均随施氮水平升高呈上升趋势（图 1）。各处理的Chl a/b比值稳定在3.67–3.82之间，表明在当前苗期供氮梯度下，植株体内叶绿素a与b的相对组成结构未发生明显失衡。在施氮量由MN提升至HN处理的区间内，叶绿素含量增加速率显著放缓，相比于MN，HN处理的TChl仅提升10.2%。表明本试验中叶绿素对供氮的响应趋缓，若仅依赖单一叶绿素测量值，在区分中氮与高氮状态时的信号分离度相对受限。

2. 多酚次生代谢物与氮平衡指数对氮素差异的响应特征

图2 不同供氮水平下类黄酮（Flav）、花青素（Anth）及氮平衡指数（NBI）变化

叶片表皮多酚类光学参数的测定结果进一步展现了碳氮代谢平衡的互补特征（图 2）。在恒温且磷素充足条件下，Anth整体维持在极低水平。Flav对供氮水平表现出负响应趋势，LN、MN和HN处理下的Flav依次为1.28、0.93和0.74，该现象可能与低氮条件下碳氮代谢重新分配及苯丙烷途径增强有关^[3]。NBI有效整合了叶绿素的正向累积与类黄酮的逆向抑制效应。尤其是在单一TChl指标增幅仅为10.2%的MN至HN区间，HN处理的NBI相对MN提升了38.5%，表现出更大的相对差异，为比较不同供氮水平下的叶片响应提供了补充信息。

上述结果表明，利用叶绿素与类黄酮的相反响应构建的比值型指标NBI，能够将微弱的光学信号增幅通过碳氮代谢反向耦合予以放大，有效弥补了单一叶绿素指标在中高氮水平下区分度不足的问题。

结论

本文利用IN-YL500植物叶绿素&多酚测量仪对玉米五叶期叶片进行无损测量，结果表明TChl随施氮水平升高而增加，Flav呈下降趋势，NBI在MN与HN之间显示出较TChl更大的相对变化，表明NBI对施氮处理具有较高响应敏感性，具有供氮响应无损评价的应用潜力，为作物苗期养分监测与耐低氮种质筛选提供了更具分辨潜力的复合量化指标。

参考文献

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[3] Jezek M, Mühling K H, Waqas M, et al. Early-stage diagnosis of nutrient deficiency by chlorophyll fluorescence in maize[J]. Plant Biology, 2026, 28(6): 1834–1846. DOI: 10.1111/plb.70273.