提高作物的水分利用效率（WUE）和对干旱的适应能力是生物节水农业的主要
研究内容之一，以肥调水尤其是通过氮素营养调控作物WUE 和改善抗旱性仍是基础
理论和生产实践领域的研究热点。本研究在大田条件下，以两个生态型相近、有明
显抗旱性差异的冬小麦品种为试验材料，以不同氮素水平为处理手段，测定了小麦
叶片光合气体交换参数、叶绿素荧光参数、ABA 含量、NO 含量、保护酶系活性、
地上生物量、水分状况、产量等指标，来研究小麦叶片NO—ABA—WUE 之间的关
系、氮素对小麦叶片激发能转化分配的调控机制、叶片全N 含量—ABA 含量—WUE
之间的相互关系以及氮素对小麦叶片膜脂抗过氧化作用的影响，以探明提高小麦抗
旱性和改善水分利用状况的生理途径。取得了如下研究结果：
（1）初步探明了氮素对小麦叶片NO 含量-ABA 含量-WUE 关系的影响及其对抗
旱性的作用机制。分蘖期和拔节期小麦叶片NR 活性与NO 含量显著线性正相关
（R2≥0.568，n=15），氮素通过提高叶片NR 活性来提高叶片NO 水平进而调控气孔
开度；在N360 处理的叶片ABA 含量和NO 含量之间为正协同作用关系，而在低氮条
件下为负相关关系；抗旱性与气孔对NO 含量变化的灵敏度有关，旱地品种对叶片
NO 含量的变化具有较快速的反应。合理施氮（N180 处理）能够使得NO 含量处于较
低水平而诱导气孔开放，促进水地品种气体交换并提高IWUE、提高旱地品种气孔对
NO 含量和干旱的反应灵敏性。
（2）揭示了氮素对小麦叶片激发能转化分配的调控机制。氮素提高了小麦叶片
光合色素含量，降低呼吸速率，虽然氮素不能显著改变激发能在光合碳还原（PCR）
和光合碳氧化（PCO）之间的分配比例，但提高了在PCR 方向的电子流量，过量氮
素供应会使叶片暗呼吸作用增强；ΦPSⅡ随叶片全N 含量增加呈先下降后升高的变化
趋势，Pn 与ΦPSⅡ线性正相关；氮素能够改善热耗散和光化学反应对激发能的竞争关
系，增强光合机构活性以使得更多的光能进入碳同化过程，最终提高IWUE。
4 摘要
（3）初步阐明了叶片全N 含量—ABA 含量之间的关系及其对WUE 的影响。施
氮后小麦叶片全N 和ABA 含量呈显著线性负相关，合理施氮能够增强叶片ABA 含
量和全N 含量之间的相互影响。随氮素水平的提高，叶片IWUE 对ABA 含量的敏感
性增强，而GWUE 与旗叶ABA 含量呈显著的负线性相关。旗叶全N 含量和GWUE
之间呈显著的负二次相关，合理施氮能够使叶片全氮含量维持在适宜水平，提高Pn
以促进干物质积累，提高IWUE，并最终提高子粒产量和水分利用效率。
（4）明确了氮素对小麦叶片膜脂抗过氧化作用的影响。施氮提高了小麦叶片CAT
和SOD 活性，降低了XOD 活性、H2O2 和MDA 含量；N0 处理旱地品种较水地品种
具有较高的保护酶系活性和较低的XOD 活性、H2O2 和MDA 含量，细胞膜稳定性与
小麦抗旱性密切相关，氮素能够通过提高叶片膜质抗过氧化能力来增强小麦对干旱
的适应。
（5）研究证明了氮素对小麦产量和形态发育的影响。氮素能够提高小麦叶片光
合色素含量使得Pn 显著增加、维持一定的气孔开度而促进了光合气体交换，促进干
物质积累；施氮后株高和穗长有明显的增加，虽然千粒重在施氮后有一定程度下降，
但穗粒重较N0 处理显著提高；氮素对小麦群体发育也有明显的促进作用，LAI 在施
氮后显著升高，并最终表现较高的产量、WUE 和HI。
关键词：氮素，能量转化，信号转导，膜脂抗过氧化，水分利用效率，小麦
氮素对小麦叶片光合能量转化及水分利用效率的影响5