鹽堿脅迫下水稻籽粒中磷積累及與其他元素間的關(guān)系研究

李景鵬，谷亞娟,2，楊 福

(1.中國(guó)科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林 長(zhǎng)春 130102；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

0 引 言

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

選擇生育期相近的4個(gè)水稻品種，分別為吉農(nóng)大511(V1)、松粳14(V2)、龍稻11(V3)及松粳12(V4)，于2016年，種植在非鹽堿地(吉林省公主嶺市南崴子鄉(xiāng)溫家村)、鹽堿地(吉林大安蘇打鹽堿地水田改良示范基地：45°28′53″N,124°4′40″E)，排列方式采用完全隨機(jī)區(qū)組，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)的4個(gè)水稻品種均設(shè)置3次重復(fù)，小區(qū)種植面積15 m2，其插秧密度(行距)30 cm×(株距)20 cm，常規(guī)田間水肥管理。試驗(yàn)田土壤理化指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)田土壤理化指標(biāo)[6]Table 1 Physical and chemical index of soil in experimental field

注：TN代表全氮，AP代表有效磷，TP代表全磷，TK代表全鉀，AK速效鉀，AN代表堿解氮，OM代表有機(jī)質(zhì)，EC代表電導(dǎo)率，CEC代表陽(yáng)離子交換量，ExNa代表交換性鈉，ESP代表土壤堿化度。

Note： TN stands for total nitrogen,AP for available phosphorus,TP for total phosphorus,TK for total potassium,AK for available potassium,AN for alkaline nitrogen,OM for organic matter,EC for electrical conductivity,CEC for cation exchange capacity,ExNa for exchangeable sodium,ESP for soil alkalinity.

1.2 樣品預(yù)處理

2016年秋收獲樣品后，參照參考文獻(xiàn)[6]處理方法，使用礱谷機(jī)(日本FC 2K-Y型)將水稻籽粒磨成稻殼與糙米，并收集每個(gè)品種及重復(fù)的稻殼與糙米，將所有樣品用FZ 102型植物粉碎機(jī)粉碎成粉末，收集并儲(chǔ)存在自封袋中[6]。

利用V(硝酸)∶V(高氯酸)=2∶1的混合酸解法對(duì)各水稻籽粒的稻殼和糙米粉末進(jìn)行消煮。即稱取0.3 g樣品于100 ml錐形瓶中，并加入0.6 ml HNO3與0.3 ml HClO3，蓋上曲頸漏斗浸泡過(guò)夜。移至加熱板緩慢加熱[6]，消煮至溶液清亮并繼續(xù)加熱至近干，稍冷卻后加入少量蒸餾水溶解，移入100 ml容量瓶中定容。后轉(zhuǎn)移至100 ml醫(yī)用試劑瓶?jī)?chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 樣品的測(cè)定

用GGX-900型原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定樣品中水溶性的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+、Zn2+含量；采用全自動(dòng)化學(xué)分析儀(Smartchem200)測(cè)定樣品中TP的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS(20.0)進(jìn)行方差分析(α=0.05)和多重比較(Duncan，α= 0.05)，采用Person進(jìn)行相關(guān)性分析(α=0.05)，采用Origin 8.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫下水稻稻殼和糙米中全磷含量的差異比較

不同水稻品種稻殼和糙米中TP含量見(jiàn)圖1。無(wú)論是鹽堿或非鹽堿脅迫下，糙米的TP含量顯著高于稻殼，鹽堿脅迫顯著降低糙米中TP含量(P< 0.05)。而鹽堿脅迫下4個(gè)水稻品種籽粒中稻殼和糙米TP的平均含量分別為739 mg·kg-1和3 033 mg·kg-1，非鹽堿脅迫下為728 mg·kg-1和3 367 mg·kg-1。不同品種對(duì)TP含量的影響表現(xiàn)為，鹽堿脅迫下松粳14(V2)、龍稻11(V3)品種糙米中的TP含量差異不顯著，吉農(nóng)大511(V1)、松粳12(V4)品種糙米中的TP含量也沒(méi)有差異，而松粳14(V2)或龍稻11(V3)與吉農(nóng)大511(V1)或松粳12(V4)之間TP含量表現(xiàn)出顯著的品種間差異(P< 0.05)；鹽堿脅迫下(V1)品種稻殼中的TP含量與其他品種之間顯著差異(P<0.05)。非鹽堿脅迫下各品種糙米和稻殼中TP含量的變化規(guī)律與鹽堿脅迫下的變化規(guī)律相類似。

2.2 鹽堿脅迫下水稻稻殼和糙米中TP含量與其他礦質(zhì)元素間相關(guān)性

如表2所示，鹽堿脅迫下水稻稻殼中TP含量與K、Ca分別呈顯著(P<0.05)、極顯著(P< 0.01)正相關(guān)關(guān)系，而與Na呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。此外，鹽堿脅迫下水稻糙米中TP的含量?jī)H與K和Na呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與Mg呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，而與其他礦質(zhì)元素?zé)o顯著性相關(guān)關(guān)系。

表3結(jié)果顯示，非鹽堿脅迫下水稻稻殼中TP含量?jī)H與Fe呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，而與Mg呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。非鹽堿脅迫下水稻糙米中TP的含量?jī)H與Mg呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，而與其他礦質(zhì)元素?zé)o顯著性相關(guān)關(guān)系。

表2 鹽堿脅迫下水稻稻殼和糙米中TP與其他礦質(zhì)元素間相關(guān)性Table 2 Correlations between TP and other mineral elements in rice husk and brown rice

注：* 在0.05水平(雙側(cè))上顯著；**在0.01水平(雙側(cè))上顯著。下同。

Notes: * means significant difference at 0.05 level (both sides); ** means significant difference at 0.01 level (both sides).The same is as below.

表3 非鹽堿脅迫下水稻稻殼與糙米中TP含量與其他礦質(zhì)元素間的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between TP and other mineral elements in rice husk and brown rice

2.3 鹽堿脅迫下水稻稻殼和糙米中TP與其他礦質(zhì)元素間的回歸分析

為了進(jìn)一步探討鹽堿與非鹽堿脅迫下水稻稻殼和糙米中礦質(zhì)元素與TP含量之間的直接效應(yīng)，將TP(Y)與K(X1)、Na(X2)、Ca(X3)、Mg(X4)、Fe(X5)、Mn(X6)、Zn(X7)等礦質(zhì)元素做逐步多元線性回歸，建立最優(yōu)回歸方程。鹽堿脅迫下稻殼中TP與各礦質(zhì)元素的最優(yōu)回歸方程為Y=0.894X3+1.945X4-6.537，R2= 0.985，對(duì)稻殼中TP含量貢獻(xiàn)最大的因素是Ca，通經(jīng)系數(shù)為0.842，其次是Mg，通經(jīng)系數(shù)為0.284；鹽堿脅迫下糙米中TP與各礦質(zhì)元素的最優(yōu)回歸方程為Y=2 115.280+45.227X4，R2=0.711，對(duì)糙米中TP貢獻(xiàn)最大的因素為Mg，通經(jīng)系數(shù)為0.843。非鹽堿脅迫下稻殼中TP含量與其他礦質(zhì)元素的最優(yōu)回歸方程為Y=4.98X4-96.795，R2=0.612，對(duì)稻殼中TP含量貢獻(xiàn)最大的因素為Mg，通經(jīng)系數(shù)為0.782；糙米中為Y=17 624.233-42.52X4，R2=0.610，對(duì)糙米中TP含量貢獻(xiàn)最大的因素為Mg，通經(jīng)系數(shù)為-0.781；以上分析說(shuō)明影響鹽堿和非鹽堿脅迫下水稻稻殼和糙米中TP含量的主要因子是Mg元素。

3 討 論

稻谷由稻殼和糙米組成，糙米又包括皮層、胚乳和胚3部分。稻谷中的礦質(zhì)元素主要存在于稻殼、胚和皮層中，胚乳中含量最低，而礦質(zhì)元素在稻谷中的含量因生長(zhǎng)時(shí)土壤成分及水稻品種的不同而差異。大部分礦質(zhì)元素在稻谷中含量排序?yàn)榈練ぷ疃?，糙米次之[7-10]。P是水稻生長(zhǎng)必需的大量非礦質(zhì)元素，成熟后水稻籽粒是P重要的儲(chǔ)存器官。本研究表明，非鹽堿和鹽堿脅迫下TP含量均為糙米>稻殼，這是因?yàn)椴诿字械钠印⑴咧心軌蚍e累儲(chǔ)存較多的TP。王小平等[11]、Oqiyama等[12]的研究也表明水稻糙米米糠層中有較高的TP含量，糙米中糊粉層的TP含量最高，此結(jié)果也佐證了本研究的結(jié)論。

已有研究報(bào)道，P對(duì)植物吸收其他礦質(zhì)元素有明顯促進(jìn)作用[18]，糙米中P與K、Na、Ca、Mg含量呈極顯著正相關(guān)[19]，云南稻核心種質(zhì)糙米中大量元素P與K、Ca、Mg含量間也呈極顯著正相關(guān)[20]。本研究表明，鹽堿脅迫下水稻稻殼中TP含量與Na呈極顯著負(fù)相關(guān)，與K、Ca呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明鹽堿土中過(guò)多的Na含量，限制了稻殼對(duì)P的吸收，而土壤中K、Ca、Mg含量的增加卻促進(jìn)了稻殼對(duì)P的吸收。鹽堿脅迫下糙米中的TP含量與Na呈顯著正相關(guān)，這與稻殼中TP含量與Na呈極顯著負(fù)相關(guān)不一致，可能是鹽堿脅迫下稻谷糙米中的Na含量遠(yuǎn)低于稻殼中的Na含量的緣故，從而沒(méi)有造成嚴(yán)重的K、Na等離子不平衡。

鎂作為作物生長(zhǎng)的一種必需元素，參與光合碳代謝酶、ATP酶以及葡萄糖激酶、果糖激酶等的活化，與碳水化合物的轉(zhuǎn)化和降解密不可分，能夠促進(jìn)水稻成熟期莖鞘中的碳水化合物向穗部的轉(zhuǎn)運(yùn)。有研究報(bào)道稱，水稻籽粒中各礦質(zhì)元素間存在某種相關(guān)性及依存關(guān)系，其中Mg和P的聯(lián)系非常密切，呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.955 2，而且糙米中的Mg和P分布也極為相似，均在其米糠中有較高含量[3,6,21]。本試驗(yàn)表明，無(wú)論是非鹽堿還是鹽堿脅迫下，糙米中TP與Mg元素之間分別呈極顯著負(fù)相關(guān)和顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明非鹽堿或鹽堿脅迫下糙米中TP隨Mg含量增加而顯著減少，這與前人的研究結(jié)果不一致。進(jìn)一步將鹽堿脅迫下糙米中的P與K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn等元素進(jìn)行逐步回歸分析，也表明無(wú)論是鹽堿還是非鹽堿脅迫，對(duì)糙米中P元素含量貢獻(xiàn)最大的均是Mg元素。這可能是由于水稻糙米中P的含量過(guò)高占據(jù)了植酸上原本Mg的位置進(jìn)而減少M(fèi)g的吸收，或是由于磷酸基團(tuán)和Mg元素間電荷的相互作用所導(dǎo)致，結(jié)果有待進(jìn)一步研究[6,11]。基于以上也可以推測(cè)出P與Mg之間的關(guān)系基本不受土壤中其他元素含量高低的影響。

4 結(jié) 論

(1)鹽堿脅迫下水稻糙米中TP的含量顯著高于稻殼中TP的含量；鹽堿脅迫顯著降低了糙米中TP的含量，且表現(xiàn)出品種間差異。

(2)鹽堿脅迫改變水稻稻殼和糙米中P與其他元素間相關(guān)關(guān)系。鹽堿脅迫下水稻稻殼中TP含量與Na呈極顯著負(fù)相關(guān)，與K、Ca呈顯著正相關(guān)，糙米中P與Mg元素則呈顯著負(fù)相關(guān)。

(3)無(wú)論鹽堿還是非鹽堿脅迫下對(duì)水稻糙米中TP含量貢獻(xiàn)最大的均為Mg元素。