荸荠俗称马蹄，莎草科（Cyperaceae）荸荠属（Eleocharis），是多年生水生宿根性草本植物。其球茎营养丰富，可作蔬菜或水果，亦可制淀粉。加工型荸荠，主要是提取荸荠淀粉，用于制作各种马蹄糕点。荸荠粉具有清热生津、利咽消肿、化痰止咳及利尿消肿等功效和作用，是天然的保健佳品，深受广大消费者喜爱^[1]。荸荠是广西优势特色产业之一，年种植面积2万hm²，年销售的荸荠总量占全国50%以上。由于荸荠专用品种匮乏，栽培技术滞后，造成荸荠粉加工原料严重短缺，加工成本高，严重阻碍荸荠产业发展^[2]。生产上，部分种植户为追求产量，常过量施用化肥，这不仅造成资源浪费，还导致严重的环境污染。因此，寻求适宜的施肥方案，有效提高荸荠产量和淀粉含量，对荸荠产业可持续健康发展具有重要意义。

淀粉是荸荠球茎的重要组成部分，荸荠球茎膨大过程也是淀粉的积累过程^[3]。研究^[4]表明，淀粉积累主要受到淀粉合成酶影响，而氮素是影响淀粉含量最活跃的因素，施用氮肥可以显著地影响淀粉合成关键酶活性。不同施氮水平下，不同淀粉型马铃薯品种块茎中的淀粉粒大小以及粒级比例均发生显著变化^[4]；水稻籽粒的灌浆速率随着施氮量的增加，表现为先增加后减少的趋势；水稻中颗粒结合态淀粉合成酶（GBSS）和可溶性淀粉合成酶（SSS）活性随着施氮量的增加而上升，整体表现为先升后降的单峰变化规律^[5-6]。不同氮肥模式下，氮素吸收利用率差异也较大。小麦生产中分次施氮肥不仅能满足小麦生长发育、提高籽粒淀粉含量和产量，还可有效降低氮素损失，且后期施用氮肥明显优于前期施氮肥^[7-8]，“前氮后移”技术是提高小麦产量和改善小麦淀粉品质的重要措施^[9]。水稻生产中生育后期施氮量过多则会抑制腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPP）活性^[10]；在灌浆后期适当增施穗粒肥施氮量可以有效提高水稻籽粒SSS活性^[11]。可见，不同氮肥施用水平和施用方式对作物产量和淀粉品质影响各异。目前，关于氮肥对作物产量和品质影响的研究大多集中在水稻、小麦和马铃薯等作物，氮肥运筹对荸荠产量和淀粉积累相关研究尚未见报道。因此，本研究以广西壮族自治区农业科学院自主选育的淀粉专用型荸荠品种“桂粉蹄1号”为试验材料，研究不同氮肥施用水平和施用方式对荸荠球茎膨大过程中球茎淀粉积累速率、淀粉合成酶AGPP、SSS、GBSS和淀粉分支酶（SBE）活性影响，阐明氮素对荸荠球茎膨大过程中淀粉积累的调控效应，探索最佳氮肥运筹方案，为淀粉加工类型荸荠的高产优质栽培提供理论依据。

试验于2022-2023年在广西桂林市平乐县农业科学研究所进行。平乐县地处中亚热带季风气候区，年降水量适中，年均温度19.9 ℃，白天日照时间长，冬季霜冻期非常短，每年有310 d无霜。试验地块土壤理化性质为pH 6.4、有机质34.6 g/kg、水解性氮118.7 mg/kg、有效磷1.12 mg/kg、速效钾79.2 mg/kg。

供试肥料为尿素（含N 46%，河南心连心化学工业集团股份有限公司）、过磷酸钙（含P₂O₅ 16%，贵州省福泉市福磷磷肥发展有限公司）、氯化钾（含K₂O 60%），供试品种为淀粉加工型荸荠主栽品种桂粉蹄1号。

试验采用随机区组设计，试验在同一块试验田进行，设置4个施氮量水平，分别为0（CK）、120（N1）、240（N2）和360 kg/hm²（N3）；设置3个施氮方式，分别为1/2基肥+1/2幼苗肥（T1）、1/2基肥+1/4幼苗肥+1/4分蘖肥（T2）、1/2基肥+ 1/6幼苗肥+1/6分蘖肥+1/6膨大肥（T3）。具体施用时期及各时期施用量见表1。磷肥和钾肥施用分3次进行，基肥和追肥各占50%，追肥分别于分蘖期和球茎膨大期进行，每次施用量为总量的25%。分别于2022年和2023年7月25日移栽至大田定植，分别于2022和2023年8月15日（幼苗期）、9月15日（分蘖期）、10月15日（膨大初期）进行追肥，11月30日收获。试验小区面积3 m²，株行距50 cm×50 cm，各施肥小区随机区组排列，3次重复，种植密度为4.05×10⁴/hm²（2700株/667m²），3次重复，共计30个小区。其他田间管理措施按照优质高产栽培要求实施。

样品采集从10月15日球茎膨大初期开始，每隔15 d在田间采集1次地下膨大球茎，共采集4次，球茎发育阶段划分4个阶段，分别为植株定植后82、97、112和127 d，测量农艺性状后，将样品做好标记，经液氮速冻处理后，保存于-80 ℃，用于测定酶活性。

在荸荠膨大初期（定植后82 d）测定株高和分蘖数，待地上部分干枯后收获，测定单果重，挖出各小区全部球茎洗净后，根据单位面积产量计算总产量。

将部分球茎样品洗净，105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒重后称重，即为干物质含量。

采用酶法试剂盒（G0548W，苏州格锐思生物科技有限公司）分别测定直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量及淀粉合成关键酶（AGPP、GBSS、SSS和SBE）活性。

采用SPSS 20.0软件统计分析2022和2023年数据，采用Excel 2016绘制分布图。

由表2可知，施氮量对荸荠产量及其构成因素影响显著。施氮处理下荸荠株高、分蘖数、平均单果重及产量均显著大于不施氮处理（CK）。随着施氮量的增加，荸荠膨大初期（定植后82 d）株高和分蘖数呈持续增加趋势，在N3水平下株高和分蘖数达最大值，但在N2和N3水平下，株高和平均单果重差异不显著。随着施氮量的增加，产量呈先上升后下降趋势。在相同施氮水平下，不同施氮方式的荸荠植株产量差异显著，而株高和平均单果重差异不显著，其中N2T3水平下，分蘖数和产量高于其他水平，达最大值，表明一定范围内，增施氮肥对荸荠的生长发育具有明显促进作用，而高施氮量下，产量反而下降。

由表3可知，在荸荠球茎膨大过程中，施用氮肥能够显著增加球茎中直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量；CK处理下荸荠球茎中的直链淀粉含量与支链淀粉含量相对较低；不同氮肥水平中，N2水平下淀粉含量增加的效果最显著，其中，直链淀粉含量在球茎膨大初期达到最大值，而支链淀粉和总淀粉含量均在球茎膨大后期达到最大值。高氮（N3）处理下，荸荠球茎中直链淀粉、支链淀粉及总淀粉含量均较N1和N2低，表明过量施用氮肥会导致直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量下降。同一氮肥水平下，T1、T2与T3处理后的荸荠球茎直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量差异显著。随着氮肥追施后移，直链淀粉含量呈先升后降趋势，而支链淀粉和总淀粉含量呈持续上升趋势；其中，N2T2处理下直链淀粉含量最高，为13.6%，而N2T3处理下支链淀粉及总淀粉含量最高，分别为54.2%和65.4%。

进一步对淀粉积累速率进行分析，结果（图1）表明，随着荸荠球茎膨大过程的推进，各氮肥处理的直链淀粉积累速率均呈先降后升趋势，而支链淀粉和总淀粉积累速率则呈先升后降趋势。不同氮肥水平下，随着施氮量的增加，直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率均呈先增后减趋势，但对各淀粉积累速率峰值出现的时间影响不大。其中，直链淀粉积累速率峰值均发生在定植后127 d，支链淀粉和总淀粉积累速率峰值均发生在定植后112 d。同一施氮水平下，随着氮肥追施后移，直链淀粉积累速率呈先升后降趋势，而支链淀粉和总淀粉积累速率均呈持续上升趋势。

由图2可知，随着荸荠球茎膨大过程的推进，GBSS活性呈先降后升趋势，而AGPP、SSS和SBE活性则均呈先升后降的趋势。氮素有助于提高AGPP、GBSS、SSS和SBE活性，且显著高于CK处理。随着施氮量的增加，AGPP、GBSS、SSS和SBE活性均呈先增加后降低的趋势，在N2水平下达到峰值；而N3高氮处理下，荸荠球茎中AGPP、SSS和SBE活性反而降低，表明过量施用氮肥会导致AGPP、SSS和SBE活性下降。在同一氮肥水平下，随着氮肥追施后移，GBSS、AGPP、SSS和SBE活性均呈持续上升趋势，其中N2T3方式下，AGPP、SSS和SBE活性均达最高值。氮肥运筹对AGPP、SSS和SBE活性峰值出现的时间影响不大，均出现在膨大中期（定植后112 d），GBSS活性峰值均出现在膨大初期（定植后82 d）。

淀粉积累速率与淀粉合成酶活性的相关性分析结果（表4）表明，在氮肥运筹下，淀粉积累速率与AGPP、GBSS、SSS和SBE活性均呈显著或极显著正相关。

研究^[4,12]表明，施用氮肥可有效促进淀粉的合成与积累。李勇^[4]在马铃薯淀粉积累研究中发现，随着施氮量的增加，高淀粉品种块茎中直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量均呈先升后降趋势。在一定施氮范围内，施氮量与小麦籽粒中的直链淀粉和支链淀粉含量呈正相关，而过量施氮则导致淀粉含量显著降低^[12]。本试验结果表明，在一定范围内增施氮肥可以促进荸荠直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量增加，当施氮量为240 kg/hm²时，淀粉积累量达最大值，而高氮（360 kg/hm²）水平下，直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累量下降，表明过量施用氮肥会降低淀粉积累，该结果与前人^[4,12]研究结果基本一致。也有研究^[13]表明，过多施用氮肥不利于淀粉的合成积累，随着氮肥增施，小麦籽粒中的总淀粉和直链淀粉含量均显著下降。施氮模式也会影响淀粉的形成。在水稻的研究^[11]中，随着后期施氮量的增加，支链淀粉分支度降低，表明后期增施氮肥对支链淀粉形成有不利影响。而在小麦研究^[13]中，生育期后期增施氮肥可有效提高直链淀粉、支链淀粉和总淀粉的积累量，谭彩霞等^[7]也得出类似结论。本研究中，随着后期追施氮肥量的增加，直链淀粉含量呈先升后降趋势，支链淀粉和总淀粉积累量呈持续上升趋势，表明膨大期追施氮肥量的增加有助于提高荸荠球茎中支链淀粉和总淀粉积累量。

前人^[14-15]研究结果表明，淀粉的积累速率越高，淀粉的积累量就越多，淀粉积累量的多少主要取决于淀粉平均积累速率的高低。赵鑫等^[14]在甜荞中研究发现，籽粒的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率随着施氮量的增加均呈先升后降趋势。唐瑭^[15]关于小麦的研究发现，直链淀粉和支链淀粉的积累速率随施氮量的增加先升高后下降，积累速率峰值出现在开花之后的25~30 d。本研究中，随着施氮量的增加，荸荠球茎中直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累速率整体为先升后降的变化趋势，这与前人^[14-15]的研究结果一致，而葛占宇等^[16]对氮肥影响高粱籽粒淀粉积累研究中，发现高粱籽粒的淀粉积累速率呈现双峰曲线变化，表明不同作物和不同品种中淀粉积累速率规律对氮肥响应存在显著差异。同一氮肥水平下，不同施氮模式也会影响淀粉积累速率。马铃薯生育前期和中期的总淀粉积累速率随着施氮量的增加呈先升后降；而在生育后期，总淀粉积累速率则呈持续增加的趋势^[4]；在水稻中，氮肥后移时淀粉速率增加，利于淀粉积累^[17]。本研究中，氮肥追施的后移，支链淀粉和总淀粉积累速率均呈持续上升趋势，此结论与马铃薯^[4]和水稻^[5-6]等研究结果一致，进一步表明氮肥后移有利于提高淀粉积累。不同氮肥处理对淀粉积累速率峰值出现的时间影响不大，直链淀粉积累速率峰值均发生在膨大初期，支链淀粉和总淀粉积累速率峰值均发生在膨大中期。这与甜荞^[14]、马铃薯^[4]和小麦^[13]等研究结果一致。

淀粉积累的影响主要受淀粉合成酶活性调控，淀粉合成酶活性降低，则淀粉合成受阻，淀粉积累速率和积累量下降^[18-20]。适当增加氮素能够增加AGPP、SSS和GBSS的活性。李建敏等^[21]研究表明，强筋和弱筋2个品种小麦的淀粉合成酶AGPP、SSS、GBSS活性会随着施氮量增加而增加。马冬云等^[22]也得出类似结论。孟瑶等^[23]研究认为，随着施氮量增加，不同淀粉型玉米品种的淀粉合成酶SSS和AGPP活性均呈先增加后降低的趋势。本研究中，荸荠球茎膨大过程中，随着施氮量的增加，AGPP、GBSS、SSS和SBE活性呈先增加后降低的趋势，该研究结果与小麦^[21]和玉米^[23]中结果相一致，因此，适当增加施氮量有利于淀粉合成关键酶活性的提高。当施氮量为240 kg/hm²时，荸荠AGPP、GBSS、SSS和SBE活性最高，刘海龙等^[24]认为，施氮量为200 kg/hm²时，高淀粉玉米品种SSS活性和AGPP活性最高；低淀粉玉米品种则在施氮量100 kg/hm²时最高，可见，不同作物及不同品种作物淀粉合成酶活性对氮肥施用量的响应不同。

在荸荠球茎膨大过程中，随着氮肥追施后移，淀粉积累速率与AGPP、SSS和SBE活性均呈持续增加的趋势，GBSS呈先增后降趋势。马铃薯生育后期的总淀粉积累速率与氮肥施用量呈正相关^[4]，与本研究结果相似。随着施氮量的变化，淀粉积累速率趋势与AGPP、GBSS、SSS和SBE活性变化趋势基本一致。相关性结果分析进一步表明，不同的氮肥处理通过调控影响AGPP、GBSS、SSS和SBE活性的相应变化，改变了淀粉积累速率，最终影响荸荠球茎中的总淀粉积累量。

增施氮肥能够提高荸荠球茎中淀粉积累量、淀粉合成酶活性和淀粉积累速率，其淀粉积累速率与淀粉合成关键酶AGPP、GBSS、SSS和SBE活性呈显著正相关。其中，N2T3处理对提高荸荠淀粉含量的效果最显著。