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温度是影响水稻生产最主要的气候因子。为了探明灌浆成熟期温度对香稻香气2-乙酰-1-吡咯啉(2-acetyl-1-pyrroline,2-AP)形成、品质和产量的影响,以及播期、日灌夜排、喷水降温等温度调节措施对香稻香气 2-AP 形成、品质和产量的调节作用,旨在为我国不断扩大香稻生产的合理布局和香稻增香栽培提供理论依据。本研究在华南农业大学农学院教学试验农场进行如下3个试验:试验1,盆栽试验以籼型香稻品种Basimati 385和象牙香占为材料,在灌浆成熟期通过人工气候室每天精确控温处理,高温(HT)白天12h 32℃,晚上12h 26℃、中温(MT)白天12h 27℃,晚上12h 21℃和低温(LT)白天12h 22℃,晚上12h 16℃,研究了在灌浆成熟期温度对香稻糙米、叶片、茎鞘香气2-AP含量,稻米、叶片、茎鞘和根在灌浆成熟期2-AP合成的脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶、鸟氨酸转氨酶等的活性,脯氨酸、吡咯啉-5-羧酸、1-吡咯啉等前体物质含量,以及品质及产量的影响;试验2,盆栽试验以籼型香稻品种Basimati 385、美香占和象牙香占为材料,通过不同播期处理,早季(ES,2016年3月12日播种),中季(MS,2016年5月12日播种)和晚季(LS,2016年7月12日播种),研究不同播期下灌浆成熟期香稻冠层温度的变化及其对香稻糙米、叶片、茎鞘香气2-AP含量,稻米、叶片、茎鞘和根的灌浆成熟期2-AP合成的脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶、鸟氨酸转氨酶等的活性,脯氨酸、吡咯啉-5-羧酸、1-吡咯啉等前体物质含量,以及品质及产量的影响;试验 3,大田试验以香稻品种玉香油占为材料,在2014-15年早季进行灌浆早期抵御高温(日均气温≥ 33℃)的不同短期水分管理模式处理,2个日灌夜排的深度:9:00-18:00分别灌水4-5 cm(I1)和8-10 cm(I2)并于18:00以后排干,3个时段喷洒清水:分别于11:00-12:00(S1)、13:00-14:00(S2)和15:00-16:00(S3)在水稻冠层喷洒清水,湿度维持在60 %-80 %,对照(CK)保持常规湿润水层在1 cm,研究其对香稻糙米2-AP含量和叶片的吡咯啉-5-羧酸含量和脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶、鸟氨酸转氨酶的活性的影响,以及对香稻的光合作用、生理生化、品质和产量的影响。主要结果如下:
(1)灌浆成熟期低温促进香稻糙米香气 2-AP 的积累,高温显著降低香稻糙米2-AP含量。低温处理的2个香稻品种糙米2-AP含量分别为141.75和139.31μg·kg-1·FW,高温处理的2个香稻品种糙米2-AP含量分别为34.51和23.10μg·kg-1·FW。低温条件下,灌浆成熟期香稻糙米、叶片、茎鞘和根的脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶、鸟氨酸转氨酶的活性较高,脯氨酸、吡咯啉-5-羧酸、1-吡咯啉等前体物质积累量较大,从而提高糙米2-AP的积累,高温反之。另外,高温较中温显著降低了Basmati 385产量,低温相较于其他温度对产量无显著差异影响。
(2)晚季灌浆成熟期香稻的平均冠层气温为24.69℃、日最高最低气温,穗、叶、茎温均较早季和中季低,而早季平均冠层气温为29.91℃高于晚季。晚季有利于增加灌浆成熟期香稻糙米、叶片、茎鞘的脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶、鸟氨酸转氨酶等的活性,促进脯氨酸、吡咯啉-5-羧酸、1-吡咯啉等前体物质的积累,最终显著提高香稻糙米 2-AP 含量。另外,晚季香稻较早季和中季播期更有利于品质产量的提高。
(3)早季香稻灌浆早期易遇高温天气,会引起香稻产量品质香气的显著降低。灌浆早期日灌夜排和喷洒清水均可在不影响甚至提高产量品质等条件下,提高香稻糙米香气2-AP含量,其中以S1处理的综合效果最好。喷洒清水主要通过降低水稻田间冠层温度,提高香稻叶片的脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶、鸟氨酸转氨酶活性,从而增加叶片吡咯啉-5-羧酸含量,最终显著提高糙米2-AP含量,S1处理的2-AP含量在2014和2015年分别较CK显著提高了66.33 %和65.29 %。此外,灌浆早期日灌夜排和喷洒清水通过降低冠层温度较CK降低了叶片丙二醛(MDA)含量,同时调节超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD),过氧化氢酶(CAT)活性,从而提高香稻的光合作用和气体交换,并大幅度提高了香稻的品质和产量。其中 S1 处理的香稻产量两年分别较CK显著提高了23.87 %和34.03 %。综合各方面因素,S1 (11:00-12:00在水稻冠层喷洒清水)是应对香稻早季灌浆期高温胁迫的最优措施。
(1)灌浆成熟期低温促进香稻糙米香气 2-AP 的积累,高温显著降低香稻糙米2-AP含量。低温处理的2个香稻品种糙米2-AP含量分别为141.75和139.31μg·kg-1·FW,高温处理的2个香稻品种糙米2-AP含量分别为34.51和23.10μg·kg-1·FW。低温条件下,灌浆成熟期香稻糙米、叶片、茎鞘和根的脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶、鸟氨酸转氨酶的活性较高,脯氨酸、吡咯啉-5-羧酸、1-吡咯啉等前体物质积累量较大,从而提高糙米2-AP的积累,高温反之。另外,高温较中温显著降低了Basmati 385产量,低温相较于其他温度对产量无显著差异影响。
(2)晚季灌浆成熟期香稻的平均冠层气温为24.69℃、日最高最低气温,穗、叶、茎温均较早季和中季低,而早季平均冠层气温为29.91℃高于晚季。晚季有利于增加灌浆成熟期香稻糙米、叶片、茎鞘的脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶、鸟氨酸转氨酶等的活性,促进脯氨酸、吡咯啉-5-羧酸、1-吡咯啉等前体物质的积累,最终显著提高香稻糙米 2-AP 含量。另外,晚季香稻较早季和中季播期更有利于品质产量的提高。
(3)早季香稻灌浆早期易遇高温天气,会引起香稻产量品质香气的显著降低。灌浆早期日灌夜排和喷洒清水均可在不影响甚至提高产量品质等条件下,提高香稻糙米香气2-AP含量,其中以S1处理的综合效果最好。喷洒清水主要通过降低水稻田间冠层温度,提高香稻叶片的脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶、鸟氨酸转氨酶活性,从而增加叶片吡咯啉-5-羧酸含量,最终显著提高糙米2-AP含量,S1处理的2-AP含量在2014和2015年分别较CK显著提高了66.33 %和65.29 %。此外,灌浆早期日灌夜排和喷洒清水通过降低冠层温度较CK降低了叶片丙二醛(MDA)含量,同时调节超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD),过氧化氢酶(CAT)活性,从而提高香稻的光合作用和气体交换,并大幅度提高了香稻的品质和产量。其中 S1 处理的香稻产量两年分别较CK显著提高了23.87 %和34.03 %。综合各方面因素,S1 (11:00-12:00在水稻冠层喷洒清水)是应对香稻早季灌浆期高温胁迫的最优措施。