施氮量和种植密度对优质晚稻稻米品质的调控效应及其机制_胡田.pdf
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1、湖南农业大学学报(自然科学版)2023,49(3):251259DOI:10.13331/ki.jhau.2023.03.001Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences)引用格式:胡田,袁帅,胡溶,易镇邪,陈光辉施氮量和种植密度对优质晚稻稻米品质的调控效应及其机制J湖南农业大学学报(自然科学版),2023,49(3):251259HU T,YUAN S,HU R,YI Z X,CHEN G HRegulatory effects of nitrogen and density interaction on grainqu
2、ality of high-quality late rice and its mechanismJ Journal of HunanAgricultural University(Natural Sciences),2023,49(3):251259投稿网址:http:/施氮量和种植密度对优质晚稻稻米品质的调控效应及其机制胡田,袁帅,胡溶,易镇邪*,陈光辉*(湖南农业大学农学院,湖南 长沙 410128)摘要:以玉针香为材料,设计 4 个施氮量处理,分别为 N1(不施氮)、N2(尿素 180 kg/hm2)、N3(尿素 126kg/hm2)、N4(180 kg/hm2尿素+生物炭 200 t
3、/hm2),2 个种植密度处理,分别为 D1(18 cm25 cm)、D2(14 cm25 cm),于 20202021 年开展大田试验,研究施氮量、种植密度及其互作对稻米品质与叶片氮代谢特征的影响。结果表明:种植密度对稻米出米率、直链淀粉含量、胶稠度、蛋白质组分均无显著影响,D2 处理各指标均略高于 D1处理;施氮提高了出米率与各蛋白质组分含量,降低了垩白粒率和垩白度,以 N4 处理的效果最好;施氮量与种植密度互作对稻米品质影响显著,N4D2 处理的稻米加工品质与外观品质最优,胶稠度最长,蛋白质组分含量最高;种植密度对叶片含氮量、硝态氮含量以及硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)活性均
4、无显著影响;D2处理的叶片含氮量以及 NR、NiR 活性较高;施氮提高了叶片全氮含量、硝态氮含量以及 NR、NiR 活性,以 N4处理的最高;相关性分析结果表明,叶片全氮含量、NR 活性、NiR 活性与整精米率、直链淀粉含量、胶稠度、蛋白组分含量呈显著或极显著正相关,与垩白粒率和垩白度呈显著或极显著负相关;增施生物炭可显著提高整精米率,显著降低垩白度和垩白粒率。本试验条件下,N4D2 处理对优质稻稻米品质的调控效应最好,其调控机制在于提高了叶片全氮含量和氮代谢酶活性。关键词:晚稻;施氮量;种植密度;稻米品质中图分类号:S511.044文献标志码:A文章编号:1007-1032(2023)03-
5、0251-09Regulatory effects of nitrogen and density interaction on grain qualityof high-quality late rice and its mechanismHU Tian,YUAN Shuai,HU Rong,YI Zhenxie*,CHEN Guanghui*(College ofAgronomy,HunanAgricultural University,Changsha,Hunan 410128,China)Abstract:In order to understand the regulatory ef
6、fect and mechanism of nitrogen application rate and density on thequality of high-quality late rice,Yuzhenxiang was used as material to conduct field experiment under four nitrogenapplication rates including no nitrogen(N1),180 kg/hm2urea(N2),126 kg/hm2urea(N3),180 kg/hm2urea+200 t/hm2biochar(N4)and
7、 two densities including 18 cm25 cm(D1),14 cm25 cm(D2),and the rice quality and leaf nitrogenmetabolism characteristics were collected for further comparative analysis for each treatment.The results showed thatdensity had no significant effect on head rice yield,amylose content,gel consistency and p
8、rotein fraction,and the收稿日期:20221026修回日期:20230423基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFD0301005)作者简介:胡田(1987),男,湖南湘阴人,博士研究生,主要从事水稻高产优质栽培研究,;*通信作者,易镇邪,博士,教授,主要从事作物高产生理与资源高效利用研究,;*通信作者,陈光辉,博士,教授,主要从事水稻栽培与遗传育种研究,252湖南农业大学学报(自然科学版)http:/2023 年 6 月indexes of D2 treatments were slightly higher than those of D1 treatments
9、.Nitrogen application increased head riceyield and protein content,reduced chalkiness grain rate and chalkiness,and N4 treatment had the best effect.Theinteraction effect of nitrogen application rate and density on rice quality was significant,and N4D2 treatment had thebest processing quality and ap
10、pearance quality,the longest gel consistency and the highest protein fraction content.Density had no significant effect on leaf nitrogen content,nitrate nitrogen content,nitrate reductase(NR)and nitritereductase(NiR)activities,while D2 treatments had slightly higher leaf nitrogen content,NR and NiR
11、activities.Nitrogen application increased leaf nitrogen content,nitrate nitrogen content,NR and NiR activity,and N4 treatmentwas the highest.The correlation analysis showed that leaf nitrogen content,NR and NiR activity were significantly orextremely significantly positively correlated with head ric
12、e rate,amylose content,gel consistency and protein fractioncontent,and significantly or extremely significantly negatively correlated with chalkiness grain rate and chalkiness.Increasing biochar application could improve rice quality,mainly by increasing head rice rate and decreasing chalkinessand c
13、halky grain rate.In the studied conditions,N4D2 treatment had the best regulatory effect on the quality ofhigh-quality rice,and its regulatory mechanism was to improve the nitrogen content in leaves and the activity ofnitrogen metabolism enzymes.Keywords:late rice;nitrogen application rate;density;r
14、ice quality随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,人们对稻米品质的要求越来越高。优质晚稻通常具有蛋白质含量低、外观品质和食味品质好等特点。前人就栽培技术对优质晚稻稻米品质的影响开展了较多研究14,发现通过合理密植和优化施肥等栽培措施能显著提高稻米品质5,但具体的氮肥运筹和种植密度模式尚存在争议68,仍需因地制宜开展研究。为解决湖南水稻生产的结构性缺陷,研究人员较早地提出了专用稻(米粉专用稻、高蛋白饲料稻、优质食用稻)发展策略9,也创造性地提出了早季加工稻+晚季优质稻(“早加晚优”)的双季稻种植模式,但由于生产规模小、组织化程度低以及专用稻加工企业滞后等原因,“早加晚优”模式发展缓慢
15、,其配套栽培技术也不完善。为明确“早加晚优”模式下优质晚稻的关键栽培技术措施,笔者开展了连续2年的大田试验,比较研究了施氮量和种植密度对优质晚稻稻米品质的影响,并从叶片氮代谢特征角度探讨了施氮量和种植密度对优质晚稻稻米品质的影响机制,旨在为建立优质晚稻保优栽培技术体系提供参考。1试验地基本概况于20202021年在湖南省浏阳市沿溪镇进行晚稻大田试验。2020年供试土壤pH5.33,碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为89.89、46.64、130.00mg/kg,有机质含量为26.28 g/kg;2021年供试土壤pH5.39,碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为95.14、50.37、123.00
16、mg/kg,有机质含量为27.33 g/kg。2材料与方法2.1材料供试品种为玉针香,属中熟晚籼稻品种,全生育期114 d。2.2试验设计开展施氮量与种植密度双因素试验,裂区设计,施氮量为主区,种植密度为副区。施氮量处理为:N1,0 kg/hm2;N2,180 kg/hm2;N3,126 kg/hm2;N4,180 kg/hm2+生物炭(稻壳炭,20 t/hm2,移栽前一次性施用)。插秧密度处理:D1,18 cm25 cm;D2,14 cm25 cm。氮肥为含N 46%的尿素。氮肥中基肥、蘖肥、穗肥的施用比例为433。主区面积20 m2,副区面积10 m2。3次重复。各处理磷肥(P2O550
17、kg/hm2)、钾肥(K2O 100 kg/hm2)总量一致,磷肥为含P2O512%的过磷酸钙,钾肥为含K2O 60%的氯化钾。磷肥和钾肥全部作基肥施用。6月24日播种,7月21日移栽,10月27日收获。采用机械插秧,每蔸插45粒谷苗。小区间田埂用塑料薄膜覆盖,两侧压至犁底层。其他管理同当地大田管理。第 49 卷第 3 期胡田等施氮量和种植密度对优质晚稻稻米品质的调控效应及其机制2532.3测定项目与方法2.3.1稻米品质指标的测定稻米品质指标的测定:水稻成熟收割后晒干,在常温下储存 3 个月,参照 GB/T 178911999优质稻谷测定稻米的碾米品质(糙米率、精米率、整精米率)和外观品质(
18、垩白粒率、垩白度)及蒸煮品质(胶稠度、直链淀粉含量)等主要品质指标。蛋白质组分含量的测定:用蒸馏水、5%NaCl、70%乙醇和 0.2%氢氧化钠等 4 种溶剂对稻米谷蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和清蛋白进行分离提取,采用北京天根生化科技有限公司的 BCA 蛋白定量试剂盒测定各组分蛋白的含量。2.3.2氮代谢特征指标的测定分别于水稻分蘖盛期、孕穗期、齐穗期、灌浆中期取植株顶部 1 片全展叶,每小区取 3 穴约 30片叶。一部分鲜叶 105 杀青 30 min 后 80 烘干至恒重,粉碎过筛,H2SO4H2O2法消化,采用连续流动分析仪测定植株样品的全氮含量;另一部分鲜叶洗净、擦干后将样品剪碎,混匀,称
19、取 0.51.0 g放入刻度试管中,加入 10 mL 去离子水,在沸水浴中提取 30 min 后用流水冷却,将提取液过滤至 50mL 离心管内,用少量去离子水多次清洗提取残渣,冲洗液并入试管内,定容至 25 mL,吸取 0.1 mL 样品液于 15 mL 试管中,加入 0.4 mL 5%水杨酸硫酸溶液,摇匀,室温下放置 20 min 后再加入 9.5 mL8%NaOH,混匀,冷至室温后于 410 nm 处测定其吸光度,计算硝态氮含量。取灌浆中期的新鲜叶片,采用试剂盒法测定硝酸还原酶(NR)和亚硝酸还原酶(NiRs)的活性。2.4数据处理采用 Excel2010 进行数据统计和绘图;采用DPS2
20、4.0 进行方差分析。3结果与分析3.1施氮量和种植密度对优质稻稻米品质的影响3.1.1对稻米加工品质和外观品质的影响由表 1 可见,不同种植密度处理对晚稻加工品质的影响存在年度间差异,2020 年 2 个处理间的糙米率、精米率及整精米率均无显著差异,但 2021年 D2 处理的上述 3 个指标均显著高于 D1 处理的。综合 2 年的数据,D2 处理的糙米率均达到了 GB/T178911999优质稻谷一级优质稻谷的要求(糙米率79%),精米率达到了三级优质稻谷的要求(精米率67%),但整精米率未达到国家优质稻谷标准(整精米率56%)。4 种氮肥处理间,N4 处理的糙米率、精米率及整精米率均最高
21、,且显著高于N1 和 N3 处理的(2021 年 N3 处理的糙米率除外)。综合 2 年的研究结果,N4 处理的糙米率与精米率均达到了 GB/T 178911999优质稻谷一级优质稻谷的要求(出糙率79%,精米率70%),其他处理的糙米率与精米率均未达到国家优质稻谷标准;各处理的整精米率均未达国家优质稻谷标准,N4处理的整精米率接近三级优质稻谷的要求(整精米率50%)。表明增施氮肥和添加生物炭有利于改善稻米的加工品质,特别是在提高整精米率上表现较明显。不同种植密度对稻米的外观品质也有一定的影响。2 年数据显示,D1 处理的垩白粒率与垩白度均较高;2021 年,D1 处理的垩白粒率与垩白度显著高
22、于 D2 处理的,2 个处理的垩白度与垩白粒率均达到 GB/T 178911999优质稻谷国家标准二级优质稻谷的要求(垩白度2.0%,垩白粒率20%)。不同氮肥处理间 N1 处理的垩白粒率与垩白度均最高,N4 处理的最低,且 2 个处理间的差异达显著水平;N4 处理的垩白粒率与垩白度均接近GB/T 178911999优质稻谷一级优质稻谷的要求(垩白度1.0%,垩白粒率10%),N2 和 N3 处理的垩白粒率与垩白度达到国家标准二级优质稻谷的要求(垩白度2.0%,垩白粒率20%)。表明增施氮肥和添加生物炭有利于改善稻米外观品质。施氮量和种植密度交互效应中,N1D1 处理的稻米垩白度与垩白粒率均最
23、高,N4D2 处理的最低。综合来看,N4D2 处理的外观品质接近国家标准一级优质稻谷的要求。254湖南农业大学学报(自然科学版)http:/2023 年 6 月表 1各处理稻米的加工品质和外观品质Table 1Processing and appearance quality of tested rice in different treatments%处理糙米率精米率整精米率垩白粒率垩白度2020 年2021 年2020 年2021 年2020 年2021 年2020 年2021 年2020 年2021 年N1D178.17bc75.01c67.07c65.85b38.74c38.81bc2
24、0.43a23.91a2.12a2.92aN1D277.55c76.73c66.09c67.90b34.95d40.58b19.00a19.06b1.76b1.71bcN2D179.25b75.84c68.91bc67.80b43.22b36.39c17.65ab14.62c1.81b1.47cN2D280.05ab78.49bc69.83b66.25b39.98bc41.37b17.64ab14.52c1.10cd2.02bN3D178.26bc80.26b64.79d61.24c37.35c38.20bc15.88b17.52bc1.27c2.14bN3D279.49b80.58b66.1
25、9c66.20b38.44c40.50b13.85bc14.87c2.18a1.81bcN4D180.78ab80.25b70.58ab70.64a46.20a45.06a11.06c11.31cd1.38c1.20cN4D281.33a81.97a72.02a70.45a47.23a47.63a10.51c10.16d0.74d1.08cD179.12a77.84b67.84a66.38b41.38a39.62b16.26a16.84a1.65a1.93aD279.61a79.54a68.53a67.70a41.10a42.52a15.25a14.65b1.45a1.66bN177.86b7
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