灌漿成熟期氮素營養(yǎng)對水稻增產及淀粉品質的影響

金正勛，同拉嘎，李丹，李明月，潘冬，張玉磊，王海微，韓云飛，張忠臣

（東北農業(yè)大學農學院，哈爾濱150030）

灌漿成熟期氮素營養(yǎng)對水稻增產及淀粉品質的影響

金正勛，同拉嘎，李丹，李明月，潘冬，張玉磊，王海微，韓云飛，張忠臣

（東北農業(yè)大學農學院，哈爾濱150030）

選用4個直鏈淀粉含量差異顯著的粳稻品種，研究齊穗期施氮肥對水稻產量性狀、籽粒蛋白質含量和淀粉RVA譜特性影響，以及米粉蛋白質水解處理對淀粉RVA譜特性影響。結果表明，齊穗期施氮肥可顯著或極顯著提高稻谷千粒重、成熟度和結實率及稻米蛋白質含量，降低直鏈淀粉含量，增減幅度因品種不同而異；齊穗期施氮肥可極顯著降低高直鏈淀粉含量品種最高黏度、最低黏度、最終黏度及下降黏度值，而低直鏈淀粉含量品種為與之相反極顯著增加，黏滯峰消減值既有極顯著增加品種，也有極顯著降低和無變化品種；蛋白質含量有極顯著差異的米粉被堿水處理后蛋白質含量均降低到2.48%～2.64%，施粒肥與否水解處理后供試材料間米粉蛋白質含量均無顯著差異；施粒肥與否去除稻米蛋白質可極顯著增加米粉最高黏度和下降黏度值，并極顯著降低粘滯峰消減值、最低黏度、最終黏度，其中下降黏度值增加幅度和粘滯峰消減值降低幅度較大，且低直鏈淀粉含量品種變化幅度比高直鏈淀粉含量品種大。

水稻；灌漿成熟期；氮素營養(yǎng)；增產；淀粉品質；影響機理

金正勛,同拉嘎,李丹,等.灌漿成熟期氮素營養(yǎng)對水稻增產及淀粉品質的影響[J].東北農業(yè)大學學報,2017,48(4):1-6.

Jin Zhengxun,Tong laga,LiDan,etal.Effecto f grain-filling nitrogen on yie ld increasing and starch qua lity in rice[J].Journal of NortheastAgriculturalUniversity,2017,48(4):1-6.(in Chinese w ith English abstract)

氮素為植物生長發(fā)育必需營養(yǎng)元素，合理施氮是提高水稻產量和品質重要調控技術之一。當前，改良蒸煮食味品質成為水稻育種重要目標。周培南等發(fā)現(xiàn)除基因遺傳因素外環(huán)境及栽培措施可改變稻米品質[1-2]。施氮量為90 kg·hm-2時，增加生育前期氮肥施用量有利于提高單株穗數(shù)、每穗粒數(shù)和單株粒重，但施氮量為135 kg·hm-2時，減少生育前期氮肥施用量，而提高生育后期氮肥施用量更利于提高單株穗數(shù)、每穗粒數(shù)和單株粒重[3]。蒸煮食味品質為稻米最重要品質性狀，而蛋白質為其主要影響因素[4-7]。一般隨著稻米蛋白質含量增加而淀粉黏特性較差，稻米蒸煮食味品質降低。Lyon等研究發(fā)現(xiàn)蛋白質含量與稻米品質黏度呈負相關[8]。Hamaker等認為非糯性稻米儲藏陳化品質變差過程中，蛋白質起主要作用[9]。氮肥直接增加蛋白質含量，但對稻米品質影響相關性尚無定論。在水稻全生育期施同量氮肥時，與生育前期追施氮肥相比，抽穗期追施氮肥稻米堊白率和直鏈淀粉含量降低，膠稠度變短，蛋白質含量提高，但對稻米淀粉RVA譜特性影響較小[10]。施氮時期也影響水稻產量和品質。氮素后移增加灌漿結實期水稻葉片及籽粒中各種形態(tài)氮素含量，滿足水稻在灌漿結實期氮素需求，可為水稻提高產量奠定物質基礎[11]。

目前灌漿成熟期氮素營養(yǎng)對水稻增產及淀粉品質影響機理方面研究較少。本文選用4個直鏈淀粉含量不同粳稻品種，研究齊穗期氮肥對水稻產量性狀、籽粒蛋白質含量和淀粉RVA譜特性影響，以及米粉蛋白質水解處理對淀粉RVA譜特性影響，旨在闡明灌漿成熟期氮素營養(yǎng)對水稻增產及淀粉品質影響機理。

1 材料與方法

1.1 盆栽試驗及取樣方法

選用胚乳直鏈淀粉和支鏈淀粉含量不同的4個粳稻品種東農423、東農1106、藤系180、東農1112，于2015年在東北農業(yè)大學作盆栽試驗，盆規(guī)格為長100 cm×寬40 cm×高60 cm。4月1～15日按供試品種生育期分期播種，使抽穗期盡量一致，大棚盤育苗，旱育秧管理，5月13～20日選取長勢一致秧苗等距離插秧，每個品種插6盆，每盆8穴，每穴2棵，待緩苗后定植每穴1棵苗，正常水肥管理?；省⒎痔Y肥和穗肥每品種總施氮肥量為7 kg·hm-2，在此基礎上，每個品種中3盆作粒肥處理于齊穗期施總肥量20%的純氮；另外3盆作對照，齊穗期不施氮肥。

收獲時按盆混收，自然干燥3個月后磨糙米，經1.7 nm分級篩后用全自動精米機按糙米重的90%磨精米，漩渦式粉碎機磨粉，供試驗測定。

1.2 測定方法

1.2.1 理化特性測定

精米蛋白質和直鏈淀粉含量測定：凱氏定氮儀測定籽粒全氮含量，換算系數(shù)為5.95；按照中華人民共和國農業(yè)部標準（NY/T83-1988）測定稻米直鏈淀粉含量[12]。

Rapid visco analyzer（Newport Science）儀器測定RVA特性[4]。

1.2.2 考種與結實率方法

千粒重：各品種隨機挑選1 000粒稱重計千粒重。

結實率：準備清水，根據(jù)李彥利等[13]方法配制1.08鹽水（380 g食鹽溶于3 L清水），1.13鹽水（600 g食鹽溶于3 L清水）。每個品種隨機挑3次1 000粒種子，分別放入3 L清水、1.08鹽水和1.13鹽水中，按順序先后將漂浮癟粒和下沉籽粒分別撈出放置容器中，清水沖洗以免容器殘留鹽粒。烘箱30℃自然烘干后分別稱清水、1.08鹽水和1.13鹽水漂浮籽粒和下沉籽粒重量，每個品種分別計算清水、1.08鹽水和1.13鹽水中下沉籽粒占總重量（下沉籽粒和漂浮籽?？傊亓浚┌俜直燃礊榍逅?.08鹽水和1.13鹽水中結實率，比重越大代表稻谷成熟度越好。

1.2.3 籽粒蛋白質消除

改進楊玉玲等[14-15]堿浸法去除蛋白質。稱取待測定米粉6 g，加入0.05mol·L-1NaOH溶液60mL（10mL·g-1米粉）室溫下浸泡24 h，離心棄清液，再加0.1mol·L-1NaOH溶液至原體積并浸泡12 h，再加乙醇室溫靜置4 h吸水吸脂，離心后自然干燥沉淀得到脫蛋白米粉樣品用于蛋白質水解處理。同時設對照，稱取米粉6 g，加入蒸餾水60 m L（10mL·g-1米粉），其他處理一致。上述測定均2次重復，SPSS軟件作統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 粒肥對水稻千粒重與結實率影響

粒肥對水稻產量構成因素千粒重、結實率影響結果見表1。

由表1可知，與對照相比齊穗期施氮肥顯著或極顯著增加千粒重和結實率，增加幅度因品種而異，供試品種中東農1112千粒重增加幅度最大，增幅達2.69 g，其次為藤系180，增幅達1.42 g。供試4個品種無論是水選還是不同比重鹽水選,齊穗期施氮肥結實率除水選東農1112外均顯著或極顯著高于對照，說明齊穗期施氮肥可顯著提高稻谷成熟度和千粒重及結實率，提高產量。

2.2 粒肥對稻米理化特性及淀粉RVA譜特性影響

直鏈淀粉和蛋白質為影響稻米蒸煮食味品質最主要化學成分，而淀粉譜特性為反映稻米黏特性重要物理特性。施粒肥對稻米理化特性及淀粉RVA譜特性影響見表2。

表1 粒肥對水稻千粒重和結實率影響Table1 Effectofgrain-filling nitrogen fertilizer on 1 000-kernelweightand seed-setting rateof rice varieties

表2 粒肥對稻米理化特性及淀粉RVA譜特性影響Table 2 E ffectof granular fertilizer to rice physicaland chem ical propertiesand RVA p roperties

由表2可知，與對照相比齊穗期施氮肥增加稻米蛋白質含量并降低直鏈淀粉含量，變化幅度因品種而異，其中東農423、東農1106、藤系180蛋白質含量極顯著增加，東農1112顯著增加；東農423、東農1112直鏈淀粉含量極顯著降低，東農1106和藤系180略有下降；在供試4個品種中東農423變化幅度最大，蛋白質含量增加1.48個百分點，直鏈淀粉含量降低1.23個百分點。而對于淀粉譜特性而言，高直鏈淀粉含量品種東農423和東農1106最高黏度、最低黏度、最終黏度及下降黏度值極顯著降低，而低直鏈淀粉含量品種藤系180和東農1112則極顯著增加；黏滯峰消減值為東農423和藤系180極顯著降低，東農1112極顯著增加，東農1106無變化。說明齊穗期施氮肥可增加稻米蛋白質含量并降低直鏈淀粉含量，影響稻米黏特性，影響程度因品種類型不同而異。

2.3 蛋白質水解對稻米淀粉RVA譜特性影響

為明確蛋白質含量與直鏈淀粉含量對稻米淀粉RVA譜特性影響，試驗采用稻米米粉堿浸法水解米粉中部分蛋白質，比較淀粉淀粉RVA譜特性結果見表3。

表3 蛋白質水解對稻米淀粉RVA譜特性影響比較Tab le 3 Com parison of RVA propertiesof de-protein rice

與未水解對照相比，水解處理后供試4個品種無論施粒肥與否米粉中蛋白質含量均降至2.48%～2.64%，降低幅度達68%～73%，最終蛋白質含量差異較小，供試品種米粉蛋白質含量均在同一水平，說明米粉堿水處理后蛋白質水解效果顯著。與未水解對照相比水解處理米粉直鏈淀粉含量表現(xiàn)極顯著增加，與蛋白質水解丟失后米粉重量發(fā)生變化有關。

雖然供試4個品種蛋白質去除之前淀粉RVA譜特性值不一致，但水解處理后與未水解對照相比供試4個品種無論施粒肥與否，米粉最高黏度、下降黏度值均極顯著增加，而粘滯峰消減值、最低黏度、最終黏度極顯著降低，其中下降黏度值增加幅度和粘滯峰消減值降低幅度較大，增加或降低平均值分別91.90和81.95，且低直鏈淀粉含量品種變化幅度比高直鏈淀粉含量品種大。說明去除稻米蛋白質可明顯提高稻米淀粉RVA譜特性，蛋白質限制淀粉RVA譜特性作用較大，同時淀粉組成對淀粉RVA譜特性影響較大，降低稻米直鏈淀粉含量對提高淀粉RVA譜特性具有重要作用。

3 討論

關于氮素對水稻產量和品質影響研究較多[16-19]。霍中洋等認為，在水稻生育后期特別是抽穗至成熟期較高氮素積累量是提高水稻產量關鍵[16]。水稻籽粒灌漿物質來源于抽穗前莖鞘非結構性碳水化合物和抽穗后光合產物[17]。潘俊峰等研究表明，莖鞘非結構性碳水化合物作為臨時儲藏物質可在籽粒灌漿成熟期光合能力降低時為產量形成持續(xù)提供同化物，且莖鞘非結構性碳水化合物可激發(fā)庫活性、促進籽粒灌漿[18]。翁仁憲等則指出，水稻抽穗期莖鞘中非結構性碳水化合物累積較抽穗至成熟期增加干重對結實率和產量作用更重要[19]。本試驗水稻生育后期齊穗期施氮肥處理為水稻灌漿時期供給充足物質基礎，顯著提高稻谷成熟度和千粒重及結實率，有利于產量提高。增加生育后期氮肥施用量顯著提高莖稈全氮含量[3]，葉片氮含量和光合作用能力之間呈高度正相關[20-21]，一定范圍內增加氮素施用量可增加RuBP羧化酶活性[22]。齊穗期施氮肥可提高葉片RuBP羧化酶含量和活性[11]，提高葉片光合效率、延長光合作用時間，為合成籽粒灌漿所需碳水化合物提供重要物質基礎。因此，齊穗期施適量氮肥可增加灌漿成熟期葉片氮素濃度，提高光合效率，增加光合產物合成和積累，齊穗期施氮肥是“庫容”大的穗重型水稻品種獲得高產或超高產的重要調控技術。

金正勛等研究高溫對水稻品質影響發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉含量降低但稻米蛋白質含量提高，味度值下降黏度值降低，稻米蒸煮食味變差，可知高溫主要通過蛋白質含量增加而非直鏈淀粉降低影響稻米品質。本試驗中齊穗期氮肥可直接增加水稻籽粒中蛋白質含量，降低直鏈淀粉含量，提高水稻產量。水稻籽粒灌漿過程中碳代謝和氮代謝途徑協(xié)同競爭[23]。氮素營養(yǎng)影響蛋白質合成相關氮代謝和淀粉合成相關碳代謝，改變淀粉含量組分及稻米黏特性[24-26]。李運祥等表明，增施氮肥可降低直鏈淀粉含量，而對支鏈淀粉積累無影響[27]。朱立楠研究表明，增加灌漿過程中氮素營養(yǎng)改變GBSS1和ISAs基因轉錄表達量，在抽穗后10 d時ISA1和ISA2表達量明顯上調，而ISA3表達量則明顯下降。ISA1與支鏈淀粉含量顯著正相關，即早期支鏈淀粉含量增加，GBSS1表達量變化不顯著；抽穗20d時ISAs表達量影響較小，而GBSS1表達量明顯上調，GBSS1與直鏈淀粉含量正相關，增加中后期直鏈淀粉含量[25]。GBSS和ISA為籽粒淀粉合成關鍵酶，而基因轉錄表達量直接影響酶活性、淀粉合成量和分子結構。杜曉東研究指出，適當增加穗肥可在灌漿后期提高籽粒中ADPG、SSS和SBE活性，增加總淀粉和支鏈淀粉含量[26]。本試驗表明，齊穗期施氮肥直鏈淀粉含量降低。沈鵬等研究表明，灌漿過程中籽粒ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性不因氮肥施用量高低而變化，淀粉分支酶活性在灌漿前期受氮肥影響很小，但灌漿后期隨氮肥增加而酶活性下降，灌漿部分時期籽粒ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性呈品種和氮肥間互作[28]。本試驗中雖齊穗期增施氮肥顯著提高稻米蛋白質含量，部分品種淀粉RVA譜特性變差，但通過蛋白質水解處理去除籽粒蛋白質，使不同處理材料籽粒蛋白質含量均達到同一低含量水平后大幅度提高稻米淀粉RVA譜特性，且同一蛋白質含量水平的材料間稻米淀粉RVA譜特性差異顯著。淀粉RVA譜特性中峰值黏度、下降黏度值與稻米食味品質呈正相關[29]。綜上所述，齊穗期施氮肥提高籽粒蛋白質含量降低稻米蒸煮食味品質，改變灌漿不同時期淀粉合成關鍵酶基因表達量和酶活性，影響淀粉品質形成。因此，根據(jù)品種特性齊穗期適量施氮肥有利于提高稻米產量和品質。

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Effect of grain-filling nitrogen on yie ld increasing and starch quality in

rice/JIN Zhengxun,Tonglaga,LIDan,LIMingyue,PAN Dong,ZHANG Yulei,WANG Haiwei,HAN Yunfei,ZHANG Zhongchen
(Schoo l of Agricu lture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030, China)

Four japonica varieties w ith differentamylose contentwere used to investigate the effectof nitrogen nutrition on rice yield and protein contentas wellas starch RVA properties and the effect of protein hydrolysis on starch RVA properties during grain-filling stage.The results showed that at filling stage, nitrogen app lication could increase the thousand seeds weight,m aturity,setting percentage and protein content to significant or extremely significant leve l,and a lso cou ld reduce the am ylose content in different varieties;In addition,nitrogen app lication cou ld decrease the highest viscosity,the lowest viscosity,fina l viscosity and breakdown value in high amylose content varieties.However,the properties were opposite in low amylose contentvarieties.Setback viscosity was differentin differentvarieties.The protein contentof rice flour w ith significantly different protein content was reduced to 2.48%-2.64%after alkaline treatment. Whether grain fertilizer was app lied or not,rice protein content were sim ilar in selected m aterials afteralkaline treatm ent,and degradation of grain protein could significantly increase the highest viscosity and breakdown value,extremely significantly reduced the lowest viscosity,final viscosity and setback value, especially the range o f breakdown va lue and setback va lue were larger which is more significant in the varieties w ith low amylose content than thatin high am ylose contentvarieties.

rice;grain-filling and ripening stage;nitrogen nutrition;yield increasing;starch property; mechanisms

S511

A

1005-9369（2017）04-0001-06

時間2017-04-24 08:39[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170424.0839.022.html

2017-02-23

科技部“十三五”科技支撐計劃項目（2015BAD23B05-11），東北農業(yè)大學學科團隊建設資助項目，黑龍江省糧食產能提升協(xié)同創(chuàng)新中心資助項目

金正勛（1960-），男，教授，博士，博士生導師，研究方向為水稻遺傳育種及生物技術。E-mail：zxjin326@hotmail.com