有機(jī)無(wú)機(jī)肥料及抽穗期氣溫升高對(duì)水稻籽粒淀粉合成相關(guān)酶活性及淀粉品質(zhì)形成的影響

臧 倩 王光華 張明靜 胡 雪 徐承昱 蔣 敏 黃麗芬,*

(1 揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 揚(yáng)州 225009；2 揚(yáng)州大學(xué)，江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚(yáng)州 225009)

據(jù)估測(cè)到21世紀(jì)中期，全球平均氣溫將上升約0.3～0.7℃，21世紀(jì)末全球地表平均溫度可能上升0.3～4.8℃[1-2]。全球氣溫的升高不僅會(huì)降低糧食產(chǎn)量，還會(huì)降低糧食品質(zhì)。水稻(OryzasativaL.)是我國(guó)主要的糧食作物之一，在南方稻區(qū)，早、晚稻抽穗揚(yáng)花或灌漿期常遇到高溫天氣，往往造成授粉受阻或影響胚乳灌漿，導(dǎo)致稻米品質(zhì)下降[3-6]。水稻籽粒中的淀粉品質(zhì)是衡量稻米食味值的關(guān)鍵指標(biāo)，而淀粉是源器官制造的光合同化物以蔗糖形式運(yùn)輸?shù)阶蚜：?，在一系列酶促作用下合成的[7-9]。因此，水稻抽穗期溫度升高與籽粒淀粉合成酶的活性、淀粉品質(zhì)、淀粉RVA譜特征值和糊化溫度等食味品質(zhì)特性有關(guān)。

近年來(lái)，部分學(xué)者對(duì)溫度與籽粒中蔗糖和淀粉含量及其合成關(guān)鍵酶活性的關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)灌漿初期溫度升高使淀粉含量、蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase，SPS)活性顯著上升，蔗糖含量、蔗糖合成酶(sucrose synthetase，SS)、淀粉合成酶(starch synthase,SSS)和淀粉分支酶(starch branching enzyme,SBE)活性下降[7,10]。Iqbal等[11]研究發(fā)現(xiàn)，早晚稻中配施有機(jī)肥顯著提高了SS、焦磷酸化酶(pyrophosphorylase,AGP)、SSS、SBE等淀粉相關(guān)酶活性。與常規(guī)施肥相比，施用有機(jī)肥能顯著提升稻米的峰值黏度、最低黏度與崩解值，降低消減值，提高稻米食味值[12-13]。由此可見(jiàn)，目前大部分研究都是圍繞溫度脅迫或肥料施用單因素對(duì)淀粉品質(zhì)及相關(guān)酶活性的影響，而有關(guān)兩者互作效應(yīng)對(duì)淀粉影響的研究較少，其生理機(jī)制尚不明確?；诖耍驹囼?yàn)設(shè)置2種肥料與3種溫度處理，研究抽穗期溫度處理對(duì)籽粒淀粉合成關(guān)鍵酶活性及淀粉品質(zhì)形成的影響，了解溫度脅迫對(duì)淀粉的合成和積累以及淀粉品質(zhì)的影響機(jī)理，以期為減輕或避免高溫危害、提高稻米品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試品種

試驗(yàn)于2019—2020年在江蘇省揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)盆栽場(chǎng)進(jìn)行，供試品種南粳9108(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所培育)為遲熟中粳稻品種，全生育期150 d左右。常溫(NT)、+2℃(較常溫增加2℃，MT)、+5℃(較常溫增加5℃，HT)處理在揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院人工智能氣候試驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)常規(guī)化肥(CF)和有機(jī)肥(OF)兩種不同的肥料處理。采用標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)插育秧方式，于2019年5月24日將稻種均勻播在秧盤(pán)(58 cm×28 cm×2.5 cm)中育秧，6月21日將秧苗移栽至盆缽中(直徑30 cm，高28 cm)；2020年5月25日育秧，6月22日移栽，移栽時(shí)均選取大小相近的壯苗，每盆3穴呈三角形分布，每穴3株。盆中裝20 kg過(guò)篩土(土壤質(zhì)地為壤土，移栽前用水浸透)，土壤pH值6.15、有機(jī)質(zhì)含量24.9 g·kg-1、速效氮含量122.5 mg·kg-1、速效磷含量58.6 mg·kg-1、速效鉀含量67.5 mg·kg-1。

試驗(yàn)設(shè)置常規(guī)化肥處理與有機(jī)化肥處理折合純氮含量一致。常規(guī)化肥處理全生育期施2.3 g純氮，基肥為每盆2 g尿素(即0.93 g純氮)和1 g磷酸二氫鉀(KH2PO4)；6月28日每盆施用尿素1 g(即0.47 g純氮)作分蘗肥；7月25日每盆施用尿素1 g(即0.47 g純氮)和1 g KH2PO4作拔節(jié)肥；8月10日施用尿素1 g(即0.47 g純氮)作穗肥。有機(jī)肥處理全生育期施用有機(jī)肥42.5 g，其中含2.3 g純氮(有機(jī)肥中有機(jī)質(zhì)含量>45%，純氮含量5.5%)，基肥為每盆1.61 g純氮，穗肥為每盆0.69 g純氮。水稻在盆栽中生長(zhǎng)至始穗期，選擇長(zhǎng)勢(shì)較好并一致的盆栽分別移入常溫、+2℃、+5℃處理的氣候室內(nèi)，每個(gè)處理各16盆，處理時(shí)間均為14 d，處理結(jié)束后移至室外繼續(xù)生長(zhǎng)至成熟。

人工氣候室采用自動(dòng)溫控裝置調(diào)節(jié)溫度，常溫溫度設(shè)為氣象局發(fā)布的十年同日平均數(shù)據(jù)，+2℃處理較常溫增長(zhǎng)2℃，+5℃處理較常溫增長(zhǎng)5℃(表1)；氣候室內(nèi)光照、CO2濃度與外界保持一致，溫度每3小時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)至設(shè)定溫度，溫度控制精度為±0.5℃，濕度恒定為70%左右，因此未羅列濕度數(shù)據(jù)。

表1 人工氣候室溫度處理情況Table 1 The temperature treatment of the artificial climate chamber /℃

1.3 酶液的提取與測(cè)定方法

各處理分別于穗后2、3、5和6周，取穗型大小基本一致的稻穗，選擇穗中部籽粒各500粒左右，于液氮中速凍3 min，放入-70℃冰箱內(nèi)保存，按程方民等[14]的方法測(cè)定籽粒的焦磷酸化酶(AGP)、淀粉合成酶(SSS)和淀粉分支酶(SBE)活性；按照李木英等[15]和Kumari等[16]的方法測(cè)定籽粒的蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性。

1.4 蔗糖和淀粉含量的測(cè)定

將收獲后的精米磨粉，準(zhǔn)確稱取0.1 g，加8 mL 80%的酒精進(jìn)行碾磨，80℃水浴3 min，3 000 r·min-1離心10 min，轉(zhuǎn)移上清液。在沉淀中加入80%的酒精離心10 min(重復(fù)2次)，收集3次離心后的上清液并定容至50 mL測(cè)定蔗糖含量，將最后一次離心后的沉淀保留，測(cè)定淀粉含量。

1.4.1 蔗糖含量的測(cè)定 從上述50 mL溶液中吸取0.9 mL，加入0.1 mL 2 mol·L-1NaOH (8 g NaOH溶解在100 mL水中)，沸水浴10 min，加入1 mL 10.1%間苯二酚和3 mL 10 mol·L-1HCl(濃鹽酸84 mL與16 mL水混合溶解)，80℃水浴60 min后冷卻，在500 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值后代入標(biāo)準(zhǔn)曲線。

標(biāo)準(zhǔn)曲線制作：準(zhǔn)確稱取0.1 g(在85℃烘箱中烘2 h)蔗糖，溶解并定容至1 000 mL，即成0.1 mg·mL-1的蔗糖母液，在6個(gè)10 mL具塞刻度試管中分別加入0、0.1、0.3、0.5、0.7和0.9 mL的蔗糖母液，再對(duì)應(yīng)加入0.9、0.7、0.5、0.3、0.1和0 mL的蒸餾水，計(jì)算蔗糖含量，將蔗糖含量(mg)由小到大排序并作為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的吸光值為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

蔗糖含量按以下公式計(jì)算：

蔗糖含量(mg·g-1)=

1.4.2 淀粉含量的測(cè)定 在沉淀中加入80%濃度的酒精8 mL，80℃水浴3 min，用3 000 r·min-1的Table-type high speed centrifuge H/T16 MM離心機(jī)(湖南赫西儀器裝備有限公司)離心10 min，僅保留殘?jiān)?0℃烘干冷卻后，加入2 mL蒸餾水，沸水浴20 min不斷搖動(dòng)，再加入2 mL 9.2 mol·L-1HClO4(準(zhǔn)確量取73.96 mL分析純HClO4加入26.04 mL水，攪拌混勻)，不斷搖動(dòng)10 min，加入6 mL水，于3 500 r·min-1離心10 min，棄上清液，將殘?jiān)^續(xù)加2 mL 4.6 mol·L-1HClO4，搖動(dòng)10 min，加6 mL水離心，收集上清液定容至50 mL。吸取0.2 mL提取液和1.8 mL水，加入4 mL 0.2%蒽酮試劑，沸水浴15 min，冷卻后，在620 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值后代入標(biāo)準(zhǔn)曲線。

標(biāo)準(zhǔn)曲線制作：準(zhǔn)確稱取0.1 g(在85℃烘箱中烘2 h)葡萄糖，溶解并定容至1 000 mL，即成0.1 mg·mL-1的葡萄糖母液，在6個(gè)10 mL具塞刻度試管中分別加入0、0.4、0.8、1.2、1.6和2.0 mL的葡萄糖母液，再對(duì)應(yīng)加入2.0、1.6、1.2、0.8、0.4和0 mL的蒸餾水，計(jì)算葡萄糖含量，以每管中葡萄糖含量(mg)為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的吸光值為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

淀粉含量按以下公式計(jì)算：

淀粉含量(mg·g-1)=

1.4.3 稻米品質(zhì)測(cè)定 使用三維快速黏度分析儀Super 3 RVA(澳大利亞紐波特科學(xué)儀器公司)測(cè)定稻米黏滯性，并用熱力學(xué)計(jì)算軟件(thermal cyclefor windows,TCW)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[17]，按美國(guó)谷物化學(xué)協(xié)會(huì)(American Association of Cereal Chemists,AACC)提供的操作程序61-02(1995)分析RVA曲線。直鏈淀粉含量的測(cè)定采用三碘比色法。

1.5 稻米淀粉品質(zhì)測(cè)定

1.5.1 淀粉的提純 水稻籽粒研磨成粉末，加入蒸餾水混合成勻漿。勻漿依次用100目紗布(折疊2次)與400目紗布過(guò)濾并收集濾液。將濾液轉(zhuǎn)入離心管中配平，6 000 r·min-1離心10 min，棄上清液留沉淀。沉淀加入2%的十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate,SDS)混勻后搖床震蕩30 min，6 000 r·min-1離心5 min，棄上清液留沉淀。沉淀用蒸餾水離心3次，無(wú)水乙醇離心2次(棄上清液留沉淀)。最后將沉淀放入40℃烘箱烘干2 d，烘干后用100目濾網(wǎng)過(guò)篩。

1.5.2 淀粉粒粒度 利用MS-2000激光衍射粒度分析儀(Malvern公司,英國(guó))測(cè)定。打開(kāi)應(yīng)用程序，將200 mg 左右干燥樣品放入50 mL燒杯中，并加入30 mL左右無(wú)水乙醇，用小勺子攪勻后放置5 s，取上清液(杜絕沉淀顆粒)逐勺加入進(jìn)樣燒杯，開(kāi)啟超聲波30 s，1～2 min后開(kāi)始測(cè)定。平均粒徑用體積加權(quán)平均值定義[18]。

1.5.3 淀粉晶體結(jié)構(gòu) 參考Wei等[19]的方法，在含有飽和NaCl溶液的密閉容器中放入淀粉，吸水一周后用D8 Advance多晶X衍射儀(Bruker AXS公司,德國(guó))測(cè)定。測(cè)定后利用計(jì)算機(jī)軟件(DIFFRAC.Measurement Center)沿著每個(gè)衍射峰的基線作一條曲線，曲線2θ5.6°、15°、17°、18°、20°和23°處的衍射峰的面積代表晶體成分含量，其面積之和與2θ4～30°衍射峰面積之比即為結(jié)晶度，結(jié)晶度的計(jì)算重復(fù)3次。

1.5.4 淀粉糊化特性 利用德國(guó)耐馳公司生產(chǎn)的DSC200F3差示掃描量熱儀(different scanning calorimeter，DSC)測(cè)定，參考Lu等[20]的方法。稱取5 mg淀粉與水混合，并在4℃的鋁鍋中密封過(guò)夜。測(cè)量時(shí)設(shè)置儀器以10℃·min-1的速率從20℃加熱到100℃，然后開(kāi)始測(cè)定并分析樣品曲線。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行方差分析與相關(guān)性分析，采用Origin 8.5軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 處理效應(yīng)的方差分析

成熟期淀粉合成相關(guān)酶活性及淀粉與蔗糖含量在肥料處理、溫度處理間存在顯著或極顯著差異。存在肥料處理×溫度處理互作效應(yīng)，其他互作效應(yīng)差異均不顯著(表2)。由于所測(cè)定的指標(biāo)在年度間差異不顯著，故本研究主要采用2019年數(shù)據(jù)。

表2 成熟期籽粒淀粉合成相關(guān)酶活性在年度間、肥料處理、溫度處理間的方差分析Table 2 Analysis of variance (F-value) for starch synthesis in grains at mature stage among years,fertilizer treatments andtemperature treatments

2.2 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒各種酶活性的影響

2.2.1 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的影響 由圖1-A可知，隨著溫度的升高，籽粒SS活性呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明籽粒通過(guò)SS途徑合成蔗糖的能力隨溫度升高總體呈下降趨勢(shì)。由圖1-B可知，隨著抽穗后周數(shù)的增加，籽粒SPS活性逐漸增加，且在抽穗后3～6周(灌漿中后期)各處理籽粒SPS活性均顯示為HT>MT>NT，表明溫度升高增加了SPS活性。同一時(shí)期同一溫度條件下，SS與SPS活性整體表現(xiàn)為OF>CF。綜上，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)與溫度的升高，SS抑制蔗糖的積累，SPS促進(jìn)蔗糖的合成；有機(jī)栽培可緩解溫度升高帶來(lái)的不利影響。

注：CF：常規(guī)化肥處理；OF：有機(jī)肥處理；NT：常溫處理；MT：較常溫增加2℃處理；HT：較常溫增加5℃處理。下同。Note: CF: Conventional fertilizer treatment. OF: Organic fertilizer treatment. NT: Normal temperature. MT: 2℃ more than NT. HT: 5℃ more than NT. SPS: Sucrose phosphate synthase. The same as following.圖1 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒SS(A)和SPS(B)活性的影響Fig.1 Effects of high temperature on activities of SS (A) and SPS (B) in rice grains at heading stage under different fertilizer treatments

2.2.2 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒淀粉相關(guān)酶活性的影響 由圖2可知，SSS、SBE與AGP活性在抽穗后2周略低，至3周左右達(dá)到高峰，之后呈下降趨勢(shì)，總體呈現(xiàn)先增后降的單峰型變化規(guī)律。同一肥料處理下，SSS、SBE活性總體表現(xiàn)為NT>MT>HT，AGP活性則相反。同一溫度下，3種酶的活性總體表現(xiàn)為OF>CF，與常規(guī)化肥相比，抽穗后3～6周，有機(jī)肥處理下3種酶活性下降幅度較大。綜上，隨著溫度的升高，SSS與SBE的活性逐漸降低并抑制了淀粉的合成，但AGP的活性逐漸升高，說(shuō)明AGP與淀粉合成受阻無(wú)直接關(guān)系。有機(jī)肥處理可以緩解高溫帶來(lái)的不利影響，使SSS與SBE的活性增加。

圖2 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒SSS、SBE和AGP活性的影響Fig.2 Effects of high temperature stress on SSS,SBE and AGP activity of rice grain at heading stage under different fertilizer treatments

表3 不同肥料處理下溫度升高對(duì)成熟期水稻籽粒蔗糖和淀粉含量的影響Table 3 Effects of high temperature on sucrose and starch contents in rice grains at maturity stage under different fertilizer treatments

2.3 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)成熟期籽粒淀粉和蔗糖含量的影響

由表3可知，+2℃、+5℃條件下，常規(guī)化肥處理的蔗糖含量分別比常溫增加94.67%、400.02%，有機(jī)肥處理下蔗糖含量分別增加163.35%、516.99%，溫度處理間差異達(dá)到顯著水平，且溫度升高后有機(jī)肥處理下蔗糖含量增長(zhǎng)幅度大于常規(guī)施肥處理。經(jīng)歷抽穗期+2℃、+5℃處理后，常規(guī)化肥處理淀粉含量分別比常溫減少32.05%、48.05%，有機(jī)肥處理分別減少41.57%、48.95%；常規(guī)化肥處理直鏈淀粉含量分別降低2.06、4.12個(gè)百分點(diǎn)，有機(jī)肥處理分別降低1.86、2.06個(gè)百分點(diǎn)。蔗糖含量升高幅度和淀粉含量降低程度均表現(xiàn)為OF>CF，直鏈淀粉含量降低程度則相反。蔗糖含量與淀粉含量受肥料處理、溫度處理及其互作效應(yīng)的影響較大，差異達(dá)到顯著或極顯著水平；直鏈淀粉含量在溫度處理間存在極顯著差異。

注：A和B分別代表CF處理和OF處理。Note: A and B represent CF and OF,respectively.圖3 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒淀粉晶體結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effect of high temperature stress on starch crystal structure of rice grain at heading stage under different fertilizer treatments

2.4 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)稻米R(shí)VA譜特征值的影響

由表4可知，除消減值和起漿溫度外，其余RVA譜特征值均隨溫度升高呈下降趨勢(shì)，除崩解值與消減值外，其余RVA譜特征值在+5℃處理下與常溫相比差異顯著。與常溫相比，常規(guī)化肥處理下，+5℃處理使峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、冷膠黏度、回復(fù)值和峰值時(shí)間分別減小47.29%、60.43%、27.20%、60.10%、59.13%和19.14%，消減值和起漿溫度分別升高53.95%和6.99%；有機(jī)肥處理下，+5℃處理使峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、冷膠黏度、回復(fù)值和峰值時(shí)間分別減小61.80%、63.07%、60.47%、59.48%、51.07%和11.04%，消減值和起漿溫度分別升高19.85%和4.23%。總的來(lái)說(shuō)，有機(jī)肥處理下各RVA譜特征值的變化幅度小于常規(guī)化肥處理。

方差分析表明，溫度處理對(duì)各RVA譜特征值的影響達(dá)到極顯著水平，肥料處理、溫度處理和肥料處理互作對(duì)除回復(fù)值外各特征值的影響達(dá)到顯著或極顯著水平。

2.5 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)稻米淀粉品質(zhì)的影響

2.5.1 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒淀粉粒度的影響 由表5可知，有機(jī)肥處理下淀粉粒平均粒徑隨溫度的升高而顯著增加。常規(guī)化肥處理下，與常溫處理相比，+2℃處理使淀粉粒平均粒徑顯著增加，+5℃處理下無(wú)顯著差異。兩種肥料處理常溫條件下淀粉粒直徑分布在2～7 μm之間的比例最大。與常溫相比，升溫條件下兩種肥料處理的直徑>7 μm淀粉粒的比例顯著升高。不同溫度條件下，平均粒徑表現(xiàn)為CF>OF，有機(jī)肥處理下的淀粉顆粒比例分布在<2 μm和2～7 μm之間較常規(guī)化肥處理多，而>7 μm淀粉粒直徑分布比例小于常規(guī)化肥處理。方差分析表明，肥料處理、溫度處理、肥料與溫度互作處理對(duì)籽粒淀粉粒度的影響均達(dá)到極顯著水平。

2.5.2 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒淀粉晶體結(jié)構(gòu)的影響 由圖3可知，不同處理下X射線衍射儀(X-ray diffractometer,XRD)波譜均表現(xiàn)為典型的“A”型衍射特征。與常溫相比，+2℃使常規(guī)化肥下淀粉尖峰強(qiáng)度有所下降，+5℃使之上升。而溫度升高使有機(jī)肥處理下淀粉尖峰強(qiáng)度有所升高或持平。

由圖4可知，+5℃處理下的淀粉結(jié)晶度最大，且與常溫和+2℃處理相比差異顯著，+2℃與常溫差異不顯著且以+2℃條件下較大。隨著溫度的升高，常規(guī)化肥處理下結(jié)晶度增加幅度大于有機(jī)肥處理。表明溫度升高對(duì)常規(guī)化肥下淀粉晶體結(jié)構(gòu)影響較大，有機(jī)肥表現(xiàn)出對(duì)升溫逆境較好的抗性。

表4 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)稻米R(shí)VA譜特征值的影響Table 4 Effect of high temperature stress on RVA spectrum characteristics of rice at heading stage under different fertilizer treatments

表5 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒淀粉粒度的影響Table 5 Effects of high temperature stress on grain starch size of rice at heading stage under different fertilizer treatments

注：圖中不同小字母表示在0.05水平差異顯著。Note: Different lowercase letters in the figure indicate significant difference at 0.05 level.圖4 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒淀粉結(jié)晶度的影響Fig.4 Effect of high temperature stress on rice grain starch crystallinity at heading stage under different fertilizer treatments

2.5.3 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒淀粉糊化溫度的影響 由表6可知，兩種肥料處理下淀粉的熱晗值、峰值溫度、起始溫度均表現(xiàn)為HT>MT>NT，+5℃處理下的終止溫度顯著高于常溫處理，+2℃處理對(duì)終止溫度無(wú)顯著影響。與常溫相比，有機(jī)肥處理下+5℃使淀粉糊化范圍增加，而常規(guī)化肥處理則相反。

與常溫相比，常規(guī)化肥處理下，+2℃、+5℃使熱晗值分別增加25.03%、45.04%，+5℃處理使峰值溫度、起始溫度和終止溫度分別顯著增加9.81%、7.29%、5.19%；有機(jī)肥處理下+2℃、+5℃使熱晗值分別增加22.27%、37.42%，+5℃處理使峰值溫度、起始溫度和終止溫度分別增加5.44%、3.05%、6.60%，總體增幅表現(xiàn)為CF>OF。方差分析表明，溫度處理對(duì)各DSC特征值的影響達(dá)到極顯著水平，肥料處理、肥料和溫度互作處理對(duì)除起始溫度外各特征值的影響達(dá)到極顯著水平。

2.6 水稻成熟期籽粒蔗糖、淀粉相關(guān)酶活性與其代謝指標(biāo)和稻米R(shí)VA譜特征值的相關(guān)分析

由表7可知，酶活性與稻米R(shí)VA譜特征值的相關(guān)性表現(xiàn)為：SPS和AGP活性與黏度值(峰值黏度、熱漿黏度和冷膠黏度)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，其余3種酶活性則與黏度值呈極顯著正相關(guān)。蔗糖含量與SS、SSS、SBE活性呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；淀粉含量則與SS、SSS、SBE活性呈極顯著正相關(guān)。說(shuō)明SPS活性的增強(qiáng)直接促進(jìn)蔗糖的合成與積累，SS活性的提高能夠促進(jìn)籽粒合成淀粉底物的積累，AGP、SSS和SBE在水稻籽粒淀粉合成中均具有重要調(diào)控作用。

2.7 水稻成熟期籽粒蔗糖、淀粉相關(guān)酶活性與稻米淀粉品質(zhì)的相關(guān)分析

由表8可知，SS、SBE活性與熱晗值和峰值溫度呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)；SPS活性則與熱焓值呈顯著正相關(guān)。SSS與熱晗值、峰值溫度、起始溫度和終止溫度呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；AGP活性則與直鏈淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明籽粒蔗糖和淀粉相關(guān)酶的活性可調(diào)節(jié)淀粉糊化溫度、粒徑大小和直鏈淀粉含量，從而改善淀粉品質(zhì)。

3 討論

3.1 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)淀粉含量及相關(guān)酶的影響

在葉片細(xì)胞質(zhì)中，磷酸丙糖經(jīng)蔗糖磷酸合成酶和其他酶作用合成蔗糖，然后通過(guò)蔗糖合成酶將蔗糖轉(zhuǎn)化為果糖和1，6-二磷酸，繼而為淀粉合成提供原料[21]。王志琴等[22]認(rèn)為水稻籽粒中蔗糖合成酶在蔗糖的分解中起重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，籽粒SS活性下降，在灌漿中后期籽粒SPS活性升高，兩種酶活性均表現(xiàn)為OF>CF；籽粒的蔗糖含量明顯增加，淀粉含量明顯降低。這與何國(guó)成等[23]的研究一致，但Yang等[24]認(rèn)為高溫脅迫降低了蔗糖磷酸合成酶活性。這表明溫度升高導(dǎo)致蔗糖在運(yùn)輸?shù)降矸酆铣善鞴僦惺茏?，使蔗糖積累，淀粉含量降低；有機(jī)肥處理能提高蔗糖合成和分解相關(guān)酶的活性。關(guān)于SPS活性結(jié)論的差異，可能是稻米品種和施肥方式不同所致，在高溫脅迫后SPS活性的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)需進(jìn)一步深入研究。

表6 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)水稻籽粒淀粉DSC特征值的影響Table 6 Effect of high temperature stress on DSC characteristic values of rice grain starch at heading stage at grain filling stage under different fertilizer treatments

表7 水稻籽粒蔗糖、淀粉相關(guān)酶活性與其代謝指標(biāo)和稻米R(shí)VA譜特征值的相關(guān)分析Table 7 Correlation analysis of activities of sucrose and starch related enzymes with their metabolic indexes and RVA profile characteristics in rice grains

表8 水稻成熟期籽粒蔗糖、淀粉相關(guān)酶活性與稻米淀粉品質(zhì)的相關(guān)分析Table 8 Correlation analysis of sucrose,starch related enzyme activities and starch quality in rice grains at maturity stage

Cheng等[25]和Ahmed等[26]研究認(rèn)為高溫使籽粒灌漿期時(shí)間縮短，淀粉含量、磷酸化酶和SSS活性均降低。本研究表明，SSS和SBE活性隨著灌漿進(jìn)程的推進(jìn)逐漸增加，達(dá)到峰值后又逐漸下降，呈單峰型變化規(guī)律，這與成臣等[27]的結(jié)論一致。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，隨著抽穗期溫度升高，SSS和SBE的活性總體表現(xiàn)為NT>MT>HT，相同溫度下SSS和SBE的活性表現(xiàn)為OF>CF；蔗糖含量升高幅度和淀粉含量降低程度均表現(xiàn)為OF>CF。Jiang等[28]研究指出，灌漿期高溫使胚乳中的分支酶活性和表達(dá)水平均低于常溫。結(jié)合本研究得出的結(jié)論，說(shuō)明溫度升高通過(guò)抑制淀粉合成相關(guān)酶活性，加速了形成淀粉原料的積累，進(jìn)而導(dǎo)致籽粒中蔗糖含量升高與淀粉含量的下降。有機(jī)肥處理下，籽粒中的SSS和SBE活性較常規(guī)肥處理高，說(shuō)明有機(jī)肥能緩解高溫脅迫對(duì)淀粉合成相關(guān)酶活性的抑制作用。

本研究發(fā)現(xiàn)常溫下有機(jī)肥處理的AGP活性峰值比常規(guī)化肥處理高，穗后第3周達(dá)到最大值，且灌漿前期和后期AGP活性均表現(xiàn)為HT>MT>NT，+5℃處理下籽粒中的AGP仍維持著相對(duì)較高的活性水平，這說(shuō)明AGP活性并不是阻止升溫處理下籽粒淀粉合成與積累的主要原因，此結(jié)論與程方民等[29]和肖輝海等[30]的研究結(jié)果一致。王軍可等[31]研究認(rèn)為，與常溫處理相比，高溫處理顯著降低AGP活性，導(dǎo)致淀粉合成受阻。綜上，升溫逆境對(duì)淀粉合成與積累的影響與SSS和SBE活性密切相關(guān)，溫度升高導(dǎo)致SSS和SBE活性下降，淀粉合成受阻，但有關(guān)溫度對(duì)AGP活性的影響結(jié)論不一，可能與不同水稻品種和不同施肥方式有關(guān)，對(duì)此尚需進(jìn)一步探討。

3.2 不同肥料處理下抽穗期溫度升高對(duì)稻米R(shí)VA譜和淀粉品質(zhì)的影響

李玉林等[32]研究認(rèn)為，與常規(guī)化肥相比，施用有機(jī)肥能顯著提升稻米的RVA譜特征值與食味品質(zhì)。本研究中，隨著溫度的升高，黏度值、崩解值、回復(fù)值和峰值時(shí)間均呈下降趨勢(shì)，+5℃條件下差異顯著。此結(jié)果與Siddik等[33]的研究結(jié)論一致，但與Lin等[34]的研究相反，即高溫導(dǎo)致糊化溫度和黏度值升高。對(duì)于此不同結(jié)論可能是由于水稻品種與處理之間的差異所致。沈泓等[35]認(rèn)為灌漿期溫度升高使籽粒直鏈淀粉含量降低；張玉屏等[36]研究發(fā)現(xiàn)夜間高溫與夜間低溫處理均提高了直鏈淀粉的含量，夜間高溫處理的影響更大。本研究發(fā)現(xiàn)+5℃處理下各RVA譜特征值的變化幅度總體表現(xiàn)為OFOF趨勢(shì)，說(shuō)明有機(jī)肥處理可以提高稻米食味品質(zhì)，溫度升高后食味品質(zhì)下降，有機(jī)肥可緩解高溫對(duì)稻米食味品質(zhì)的影響。

與常溫相比，升溫條件下兩種肥料處理的淀粉粒直徑>7 μm的比例顯著升高，直徑<2 μm和2～7 μm的比例降低，這與Liu等[37]的結(jié)論相同。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)淀粉平均粒徑呈現(xiàn)CF>OF趨勢(shì)，有機(jī)肥處理的淀粉粒直徑分布比例在<2 μm和2～7 μm之間較常規(guī)化肥處理多，而>7 μm淀粉粒直徑分布比例小于常規(guī)化肥處理。這說(shuō)明高溫誘導(dǎo)的淀粉平均粒徑和大淀粉顆粒比例的增加是造成淀粉糊化溫度較高和蒸煮適口性較差的主要原因，有機(jī)肥處理下稻米的適口性好于常規(guī)化肥處理。隨著溫度的升高，稻米淀粉尖峰強(qiáng)度變化動(dòng)態(tài)和結(jié)晶度增加幅度均表現(xiàn)為CF>OF。熱晗值反映了淀粉糊化時(shí)所需能量，溫度升高后，兩種肥料處理下的熱晗值、峰值溫度、起始溫度均表現(xiàn)為HT>MT>NT，這與Kong等[38]和Song等[39]的研究結(jié)果一致，即灌漿期高溫會(huì)提高糊化溫度和熱晗值，相對(duì)結(jié)晶度也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。本研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥處理下熱晗值升高幅度小于常規(guī)化肥處理，說(shuō)明溫度升高和有機(jī)肥處理下淀粉糊化時(shí)所需能量小于常規(guī)化肥處理，即有機(jī)肥處理可消除高溫帶來(lái)的部分不利影響。

綜上，有機(jī)肥處理下的淀粉合成相關(guān)酶活性與淀粉品質(zhì)較好，這可能是由于隨著時(shí)間的推移，有機(jī)肥可持續(xù)為水稻提供養(yǎng)分并改良土壤，而常規(guī)施肥只能在一定時(shí)間內(nèi)為水稻提供養(yǎng)分。因此，在升溫逆境下，有機(jī)肥處理可以緩解高溫對(duì)水稻淀粉酶及淀粉品質(zhì)的不利影響。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，隨著抽穗期溫度升高，淀粉含量、SS、SSS和SBE的活性呈下降趨勢(shì)，蔗糖含量、SPS與AGP的活性呈上升趨勢(shì)，淀粉合成受阻；升溫逆境使淀粉品質(zhì)變劣，溫度越高則影響越大。在肥料處理方面，各淀粉相關(guān)酶活性總體表現(xiàn)為OF>CF。從氣候變暖應(yīng)對(duì)措施來(lái)看，有機(jī)肥處理優(yōu)于常規(guī)化肥處理，有機(jī)肥施用能提高蔗糖、淀粉合成和分解相關(guān)酶的活性，進(jìn)而調(diào)控淀粉含量，改善高溫脅迫對(duì)淀粉品質(zhì)的不利影響。