光强和氮肥互作对南方软米粳稻灌浆结实期碳氮代谢影响及其与产量品质间关系
陈心怡, 朱盈, 马中涛, 张明月, 魏海燕, 张洪程, 刘国栋, 胡群, 李光彦, 许方甫
作物学报
2023, 49 ( 11):
3042-3062.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22054
以南方软米粳稻南粳9108和扬农香28为材料, 设置2个光强处理和4种氮肥处理, 其中光强处理于结实期展开, 分为100%自然光照强度(L1)和50%自然光照强度(L2), 氮肥处理为生长中后期不施氮肥(N1), 分别于倒六叶(N2)、倒四叶(N3)、倒二叶(N4)期一次性施用氮肥, 研究了不同光照强度、氮肥施用时期及光氮互作条件下水稻结实期碳氮代谢差异及其对产量和品质的影响。结果表明, 结实期光强减弱, 剑叶净光合速率下降7.35%~42.36%、叶片中蔗糖磷酸合酶(SPS)和蔗糖合酶(SS)酶活性下降, 叶片C/N比下降3.98~6.49, 光合产物向籽粒输送减少, 籽粒中淀粉(包括直链淀粉)含量降低, 同时叶片中硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)活性增强, 植株含氮率提升, 蛋白质含量相对增加, 不利于产量和优良品质的形成。中后期施用氮肥后, 叶片中碳氮代谢关键酶活性显著提高、叶片的衰老减缓, 水稻的灌浆结实期延长, 有利于产量的提升。随中后期氮肥施用时期推迟, 氮代谢愈发旺盛, 籽粒中蛋白质含量相对明显增加, 导致淀粉与蛋白质、直链淀粉与蛋白质的比值均下降, 食味值下降。本试验条件下, 正常光照配合倒四叶施用氮肥处理(L1~N3)能够协同提高叶片碳氮代谢关键酶活性, 使得光合产物和含氮化合物以适宜的比例向籽粒输送, 最终籽粒中淀粉与蛋白质的比值在11.43~12.03之间, 直链淀粉与蛋白质的比值在1.34~1.50之间, 米饭的硬度低, 黏度、平衡性高, 食味好, 可同时获得高产和优质。
品种 Cultivar | 处理 Treatment | 开花期 Anthesis | 花后7 d 7 days after anthesis | 花后14 d 14 days after anthesis | 花后21 d 21 days after anthesis | 花后28 d 28 days after anthesis | 花后35 d 35 days after anthesis | 花后42 d 42 days after anthesis | 成熟期 Maturity | 南粳9108 Nanjing 9108 | L1N1 | 19.70 d | 25.83 c | 24.78 d | 22.43 c | 21.28 c | 18.46 d | 15.20 c | 12.50 d | L1N2 | 20.36 c | 26.58 bc | 25.53 c | 23.15 b | 22.16 bc | 19.81 c | 16.08 bc | 13.35 c | L1N3 | 21.57 b | 27.34 b | 26.17 b | 24.34 a | 23.27 ab | 20.78 b | 17.18 ab | 13.98 b | L1N4 | 22.81 a | 28.56 a | 26.97 a | 24.61 a | 24.15 a | 21.95 a | 18.06 a | 14.73 a | L2N1 | 14.92 f | 21.34 f | 18.11 g | 15.83 f | 15.78 e | 13.05 g | 9.73 e | 7.26 g | L2N2 | 16.68 e | 23.90 d | 20.62 e | 18.71 d | 17.96 d | 15.92 e | 11.90 d | 9.57 e | L2N3 | 16.40 e | 22.57 e | 20.05 f | 17.94 e | 16.68 de | 15.14 ef | 10.63 de | 8.92 f | L2N4 | 16.25 e | 22.70 e | 19.89 f | 17.89 e | 16.52 e | 14.75 f | 10.47 e | 8.49 f | 扬农香28 Yangnong- xiang 28 | L1N1 | 16.28 d | 26.79 c | 23.23 c | 18.97 b | 22.84 c | 17.46 c | 16.76 c | 11.56 d | L1N2 | 17.32 c | 27.46 bc | 24.23 b | 19.18 b | 23.56 c | 18.85 b | 17.47 c | 12.28 c | L1N3 | 18.62 b | 28.38 ab | 25.27 a | 20.91 a | 24.70 b | 19.15 b | 18.61 b | 12.97 b | L1N4 | 19.13 a | 29.57 a | 25.83 a | 21.17 a | 25.72 a | 20.88 a | 19.62 a | 14.46 a | L2N1 | 12.57 g | 20.39 e | 18.35 f | 15.02 e | 17.46 e | 14.46 e | 11.40 e | 7.66 g | | L2N2 | 15.05 e | 22.10 d | 21.78 d | 17.77 c | 18.95 d | 16.28 d | 12.89 d | 9.50 e | L2N3 | 14.81 e | 21.24 de | 20.50 e | 16.78 d | 18.40 de | 15.57 de | 12.34 de | 8.79 f | L2N4 | 14.31 f | 20.82 e | 20.37 e | 16.82 cd | 18.48 de | 15.46 de | 12.42 de | 8.58 f | F值 F -value | 光处理 Light (L) | 304.00** | 1309.15** | 1863.68** | 8495.97** | 39,554.55** | 1,302,755.37** | 31,482.96** | 12,543.97** | 氮处理Nitrogen (N) | 108.97** | 44.43** | 144.74** | 82.76** | 33.05** | 69.17** | 69.98** | 181.28** | 光处理×氮处理L×N | 25.38** | 46.72** | 52.11** | 46.84** | 15.89** | 31.18** | 33.66** | 115.94** |
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表2
不同光、氮条件下南方软米粳稻花后剑叶净光合速率的差异
正文中引用本图/表的段落
50%光强处理下水稻花后剑叶的净光合速率显著降低, 供试2个品种的变化基本一致, 降幅在7.35%~42.36% (表2)。中后期施用氮肥后, 花后2个软米粳稻品种的净光合速率显著提高, 并且升幅在正常光照强度处理下会随着中后期氮肥施用时期的推迟逐渐增加, 与N1处理相比, N2、N3、N4分别增加了2.90%~7.96%、5.61%~ 14.37%、8.84%~25.09%, 而在50%光强处理下升幅则随着中后期氮肥施用时期的推迟逐渐减少。2种光强处理下, 2个品种的净光合速率均以L1N4处理最高。除开花期外, 光强、氮素及其互作效应对剑叶净光合速率的影响均达到了显著水平。
50%光强处理下供试2个品种叶片中氮代谢相关的硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT) (EC 2.6.1.53)的活性均显著增强(图3)。中后期施用氮肥后, 2个品种叶片中NR、GS、GOGAT活性显著增强, 且随着中后期氮肥施用时期的推迟增幅逐渐增加。在光、氮共同处理下, 南粳9108和扬农香28的NR、GS、GOGAT活性在灌浆后期均表现为L2N4>L2N3> L2N2>L2N1>L1N4>L1N3>L1N2>L1N1。
本文的其它图/表
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表1
不同光强处理下氮肥用量
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表3
不同光、氮条件下南方软米粳稻叶面积指数及叶面积衰减率的差异
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图1
不同光强、氮肥条件下南方软米粳稻花后叶片中蔗糖合酶(SS)、蔗糖磷酸合酶(SPS)的差异 图中“L1, L2”分别指结实期100%自然光照强度和50%自然光照强度, “N2, N3, N4”分别指中后期于倒六叶, 倒四叶, 倒二叶施用氮肥, “N1”指中后期不施氮肥处理。图中所标注的字母为蔗糖合酶和蔗糖磷酸合酶活性的显著性, 不同字母表示在0.05概率水平差异显著。
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图2
不同光、氮条件下南方软米粳稻花后叶片中可溶性糖和淀粉含量的差异 处理同图1。图中所标注字母为叶片淀粉和可溶性糖含量的显著性, 不同字母表示在0.05概率水平差异显著。
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图3
不同光、氮条件下南方软米粳稻花后籽粒中可溶性糖和淀粉含量的差异 处理同图1。图中所标注字母为籽粒淀粉和可溶性糖含量的显著性, 不同字母表示在0.05概率水平差异显著。
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图4
不同光、氮条件下南方软米粳稻花后叶片中硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合酶(GS)和谷氨酸合酶(GOGAT)的差异 处理同图1。图中所标注字母为硝酸还原酶、谷氨酰胺合酶和谷氨酸合酶的显著性, 不同字母表示在0.05概率水平差异显著。
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表4
不同光、氮条件下南方软米粳稻花后高效叶片SPAD值的差异
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表5
不同光、氮条件下南方软米粳稻花后叶片含氮率的差异
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表6
不同光、氮条件下南方软米粳稻花后植株含氮率及N素积累的差异
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图5
不同光、氮条件下对南方软米粳稻叶片和籽粒C/N比的差异 处理同图1。图中所标注字母为叶片和籽粒中C/N的显著性, 不同字母表示在0.05概率水平差异显著。
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表7
不同光、氮条件下南方软米粳稻产量构成因素的差异
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表8
不同光、氮条件下南方软米粳稻干物质积累的差异
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表9
不同光、氮条件对南方软米粳稻加工和外观品质的差异
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表10
不同光、氮条件下南方软米粳稻营养和蒸煮食味品质的差异
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