灌浆温度与氮肥及其互作对稻米品质和茎鞘非结构性碳水化合物转运的影响

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灌浆温度与氮肥是影响稻米品质的两个重要生态因子,但关于这两个生态因素对稻米品质影响的互作效应及其有别于单因素(灌浆温度或氮肥处理)的品质效应特点,以及灌浆温度与氮素穗肥互作对稻米品质性状的影响与水稻籽粒淀粉组分、贮藏蛋白含量和相关理化特性间的相互联系,迄今尚缺乏较明确的认识。此外,茎鞘器官非结构性碳水化合物(NSC)作为水稻灌浆结实期库器官(籽粒)光合同化产物的一个重要来源,与籽粒灌浆充实度和稻米品质形成均存在密切联系,但对于不同施氮水平下灌浆期高温对水稻茎鞘NSC向籽粒转运过程的影响特点及其与稻米品质间的关系,目前尚不清楚。为此,本文以我国长江中下游地区大面积应用的两个主栽常规粳稻品种(秀水134和秀水09)为材料,采用盆栽土培和人工气候箱控温处理相结合的试验方法探讨了灌浆温度和氮肥及其互作对稻米品质和灌浆结实期茎鞘NSC转运特性的影响,主要研究结果如下:1.增施氮素穗肥对灌浆期高温所引起的稻米糙米率(BR)、精米率(MR)、整精米率(HMR)降低有一定程度的减缓作用,但增施穗氮肥对灌浆期高温所引起稻米垩白米率(GCR)和垩白度(GCD)上升的缓解效应却因氮肥施用水平而异,适量施用氮素穗肥(中氮水平)可缓解灌浆结实期高温引起的稻米垩白米率和稻米垩白度的上升,有利于稻米外观品质的改良,氮素穗肥施用过量会加剧灌浆期高温下稻米垩白米率和垩白度的上升幅度,对稻米外观品质产生不利影响。灌浆温度与氮素穗肥对稻米蒸煮食味品质的影响表现为,增施氮肥会使得灌浆期高温引起的稻米直链淀粉含量下降,但会引起稻米淀粉糊化温度的进一步提高,加剧灌浆期高温对稻米蒸煮食味品质的不利影响。2.灌浆温度与氮肥及其互作效应对淀粉粒的粒径分布、稻米淀粉组分、淀粉热力学和糊化特性、淀粉粘度特性均具有显著影响,但灌浆高温对淀粉粒径分布特征、稻米淀粉组分、胶稠度、糊化温度和糊化热焓的影响幅度要远大于氮肥处理。其中,高温胁迫引起淀粉粒平均径的增大,大淀粉粒数目的增加,而小淀粉粒数目百分比的下降,与之相比,氮肥引起中型淀粉粒(2.0μm<D≤8.0μm)数量和表面积百分比及淀粉粒平均粒径的显著增加;在灌浆期高温下稻米直链淀粉含量(AC)均显著低于其相应的常温处理,但氮素穗肥对稻米AC含量的影响效应却因灌浆温度而异。在高温条件下灌浆结实,高氮素穗肥水平(HN)下的稻米AC值要低于低氮穗肥水平(LN)处理,但在常温条件下,HN处理组的AC值却高于LN处理组,6个处理组合相比,高氮-常温(HN-NT)处理组的AC值最高,而高氮-高温处理组(HN-HT)的AC值最低,HN会“增大”稻米AC含量在高温和常温之间的差异幅度;适当的氮素穗肥施用量(MN)虽然可引起稻米胶稠度的提升,但其对稻米胶稠度的“正向”效应在影响程度上还不足以完全“弥补”灌浆期高温对稻米胶稠度的不利效应,因此即使是适宜的氮素穗肥水平(MN),其在灌浆期高温下的稻米胶稠度也都低于包括高氮、低氮在内的3个常温处理组合;高温胁迫条件下增施氮素穗肥(HN-HT)引起稻米淀粉糊化焓(ΔH)和消减值(setback)升高。3.灌浆结实期高温和增施氮素穗肥对稻米总贮藏蛋白含量的提升具有累加效应。从四种蛋白组分看,灌浆结实期高温和增施氮素穗肥均会引起稻米谷蛋白组分含量的增加,这与高温和高氮肥对稻米总蛋白含量影响的“累加效应”趋势基本一致。然而,灌浆结实期高温对稻米醇溶蛋白含量的影响趋势却与增施氮素穗肥对稻米醇溶蛋白含量的影响有明显的差别。其中,灌浆结实期高温在引起稻米总蛋白质含量增加的同时,稻米谷蛋白与醇溶蛋白的比值(谷醇比)在灌浆结实期高温下也呈较明显的上升趋势;与之相比,增施氮肥对稻米谷醇比的影响不大,稻米谷蛋白和醇溶蛋白组分均会随着施氮量水平提升而增加,谷醇比保持相对稳定。4.增施氮肥与高温胁迫对水稻灌浆过程中茎鞘NSC转运率、NSC对水稻产量的贡献率均具有极显著影响。无论灌浆温度如何,增施氮肥均会导致茎鞘NSC转运率与NSC贡献率显著降低。灌浆高温条件下水稻茎鞘器官从抽穗到成熟期的NSC转运率低于常温对照,但高温条件下水稻茎鞘器官NSC对籽粒产量的相对贡献率有所上升。水稻灌浆后期茎鞘器官总N含量与茎鞘NSC转运率呈显著负相关,C/N值与茎鞘NSC转运率呈显著正相关。高氮肥处理条件下叶片中氮代谢相关酶活性显著升高,茎鞘中氮代谢相关酶活性显著降低,引起茎鞘器官中总N含量升高。增施氮肥,茎鞘中N物质的大量积累及C/N值的显著降低引起茎鞘NSC转运率降低。灌浆高温会引起水稻籽粒胚乳淀粉合成受阻,增施氮肥可以对高温导致的籽粒淀粉合成受阻起到部分缓解作用,但依旧不能抵消高温对淀粉合成的负面影响,所有温氮处理组合中,籽粒中淀粉含量大小顺序为:高氮肥水平-常温(HN-NT)和低氮肥水平-常温(LN-NT)>高氮肥水平-高温(HN-HT)>低氮肥水平-高温(LN-HT)。
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