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Relationship between post anthesis carbon and nitrogen remobilization and grain growth of high quality rice under different water management

不同水分管理下优质稻花后植株碳氮流转与籽粒生长及品质的相关性



全 文 :书广 西 植 物 Guihaia 32(4):507-515                                2012年 7 月  
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2012.04.016
不同水分管理下优质稻花后植株碳氮
流转与籽粒生长及品质的相关性
胡钧铭1,2,江立庚2,徐世宏3,韦善清2,梁 和2,董登峰2
(1.广西农业科学院 农业科技信息研究所,南宁530007;2.广西大学 作物栽培与耕作学
重点开放实验室,南宁530005;3.广西壮族自治区农业技术推广总站,南宁5300022)
摘 要:以桂华占、八桂香为材料,在干湿交替灌溉、亏缺灌溉、淹水灌溉3种水分条件下,研究优质稻花后植
株碳氮流转与籽粒生长及品质的相关性。结果表明:不同水分管理下,桂华占和八桂香花后碳氮流转与籽粒
的生长间存在密切相关。主要表现在:(1)茎鞘和叶片干物质转运对籽粒干物质积累的贡献率为16.86%~
25.68%,花后茎叶干物质运转速度和运转率与籽粒起始灌浆势呈显著甚至极显著正相关;籽粒最大灌浆速
率、活跃灌浆期、持续灌浆时间与叶片干物质运转速度和运转率呈极显著正相关,与茎鞘干物质运转速度和运
转率呈极显著负相关;(2)茎鞘碳同化物转运对籽粒的产量和淀粉产量的贡献率则为干湿交替灌溉>亏缺灌
溉>淹水灌溉;但叶片碳同化物转运对籽粒的产量和淀粉产量的贡献率则为淹水灌溉>亏缺灌溉>干湿交替
灌溉;茎叶可溶性糖积累量的减少和籽粒直链淀粉含量和积累量增加是同步的,且茎叶可溶性糖积累量快速
递减期(花后3~12d)与直链淀粉含量和积累量快速递增期(花后6~12d)同步;(3)茎鞘和叶片氮素转运对
籽粒氮素积累的贡献率为44.05%~117.66%,叶片总氮转运对籽粒氮素积累的贡献率大于茎鞘,茎鞘和叶片
氮同化物对籽粒氮素的贡献率以淹水灌溉处理的最大,亏缺灌溉处理的次之,干湿交替灌溉处理的最小。
关键词:优质稻;水分胁迫;碳氮同化物;流转;籽粒生长;品质;相关性;同步性
中图分类号:S511.01  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2012)04-0507-09
* Relationshipbetween post-anthesis carbon and
nitrogen remobilization and grain growth of high
qualityrice under different water management
HU Jun-Ming1,2,JIANG Li-Geng2,XU Shi-Hong3,
WEI Shan-Qing2,LIANG He2,DONG Deng-Feng2
(1.Agricultural Science and Technology Information Research Institute,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,
Nanning 530007,China;2.Key Laboratory of Crop Cultivation and Farming System,Guangxi University,Nanning
530005,China;3.General Station of Agricultural Technology Service of Guangxi,Nanning 530022,China)
Abstract:Field experiments were conducted in a randomized complete block design with two factors with three water
management,wetting-drying irrigation of water(WIW),deficit irrigation of water(DIW),submerged irrigation of wa-
ter(SIW)and two indica high quality rice genotypes(Baguixiang and Guihuazhan)to investigate the relationship be-
tween post-anthesis carbon and nitrogen remobilization and grain growth of high quality indica rice under different wa-
* 收稿日期:2012-03-11  修回日期:2012-05-17
基金项目:国家自然科学基金(30560066);广西自然科学基金(0832008Z);广西农业科学院科技发展基金(2012YZ21);广西研究生教育创新计划项
目(2009105930901D010)[Supported by the National Natural Science Foundation of China(30560066);Natural Science Foundation of Guangxi(0832008Z);
Scientific Research and Technology Development of Guangxi Academy of Agricultural Sciences(2012YZ21);Guangxi Graduate Education Innovation
Program(2009105930901D010)]
作者简介:胡钧铭(1974-),男,江苏宿迁人,博士,副研究员,研究领域为高值农业与信息技术研究,(E-mail)jmhu06@126.com。
ter management in 2007and 2009.Results indicated that grain growth was closely correlated with carbon and nitro-
gen remobilization under three different water management conditions.(1)dry matter contribution rate of culm and
sheath and leaf blade to grain were from 16.86%to 25.68%.Initial grain filing potential was significant positive
correlated with dry matter remobilization rate and efficiency of culm and sheath;maximum grain filing rate,active
filing period and active grain filing duration were significant positive correlated with leaf dry matter remobilization
rate and efficiency after flowering and significant negative correlated with clum and sheath;(2)the contribution rate of
the remobilization of carbon assimilation of culm and sheath to grain yield and starch yield was WIW>DIW>SIW,
however,the contribution rate of the remobilization of carbon assimilation in leaves to grain yield and starch yield was
SIW>DIW>WIW.The soluble sugars accumulation of stem and leaf reduced along with the increase in grain amy-
lose content and accumulation increased.The rapid decline period(after flowering 3-12d)of soluble sugar accumu-
lation in leaves was synchronized with the rapid increase amylose content and accumulation period(after flowering 6
-12d);(3)nitrogen contribution rate of culm and sheath and leaf blade to grain were 44.05%to 117.66%.The
contribution rate of leaf total nitrogen remobilization to grain nitrogen accumulation was greater than those of culm
and sheath;the contribution rate of nitrogen assimilation of stem and sheath,and leaf to grain nitrogen assimilation
was SIW>DIW>WIW.
Key words:high quality rice;water management;carbon and nitrogen assimilation;remobilization;grain growth;
quality;relationship;synchronization
  水分是水稻生长发育、产量与品质形成的重要
影响因子之一。土壤水分过多或过少都会影响水稻
籽粒产量的提高,不利于水稻品质的改善。水稻传
统栽培采用淹水灌溉,常因沟渠渗漏、棵间蒸发和稻
田下渗而造成巨大浪费,水分生产利用效率较低。
水稻淹水灌溉每年耗水量占全国用水总量的40%
以上,占农作物总用水65%以上(程旺大等,2000;
张荣萍,2008)。此外,土壤干旱已成为世界范围内
限制作物优质高产的主要逆境之一(Tardieu等,
1993;Bouman等,2005)。土壤水分逆境会对作物
的水分状况、光合作用、生理生化能量代谢及物质转
运等产生不良影响(盛海君,2003;陈晓远等,2009)。
但事实上,野生稻起源于东南亚低洼沼泽地带,受原
生沼泽地带内长期干湿交替环境的影响,使水稻在
演化形成过程中具有对适度土壤水分亏缺的适应
性,对淹水和旱地表现出明显的两栖性。水资源短
缺使水稻节水栽培受到广泛关注(梁永超等,1999;
杨建昌等,2000;刘小军等,2010;秦华东等,2011)。
水稻花后植株发育进程中,营养器官与生殖器
官由于其自身的生长发育特点和生理功能,各器官
的生长发育存在一定相关性,水稻产量物质流转特
性成为高产优质生理研究中的热点问题之一,产量
与品质形成过程实质上就是物质流转过程。水稻花
后是水稻需水的敏感期,土壤水分如何影响花后物
质流转关系及其机理,目前尚不明确。在不同水分
管理下,基于光能转化和物质流转角度,对水稻花后
籽粒灌浆过程碳氮物质运转影响优质稻产量与品质
定量化研究较少。因此,本试验通过设计3种不同
土壤水分管理,研究优质水稻桂华占、八桂香在不同
水分条件下,其籽粒生长与花后碳氮积累、转运的物
质流动的变化及其相互关系,有利于阐明水稻花后
关键期水分对优质稻产量和品质调控的生理机制及
优质水稻生产的水分管理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1试验地点与材料
试验于2007~2009年在广西大学农学院水稻
标本园水泥池内进行。试验水稻品种为优质水稻桂
华占、八桂香,八桂香株高100~110cm,株型适中,
叶片稍长微披,穗粒数100~110粒,结实率75%~
80%,千粒重20~26g,产量5.8~6.5t·hm-2,生
育期115~125d。桂华占株高95~105cm,株形适
中,叶片细直,穗粒数180~191粒,结实率80%~
85%,千粒重18~20g,产量6.0~6.7t·hm-2,生
育期110~120d。田间土壤水分采用中国科学院南
京土壤研究所生产的负压式土壤湿度计测定。稻田
土壤主要理化特性:2007年,pH 6.65、全氮1.46g/
kg、碱解氮124.29mg/kg、速效磷30.90mg/kg、速
效钾23.97mg/kg、有机质21.8g/kg;2009年,
pH6.58、全氮1.45g/kg、碱解氮109.78mg/kg、速
效磷29.32mg/kg、速效钾33.64mg/kg、有机质
805 广 西 植 物                  32卷
24.6g/kg。
1.2试验设计
水稻抽穗前的田间管理保持一致,抽穗后田间
设置3种水分灌溉调控方式:亏缺灌溉(Deficit irri-
gation of water,DIW)田间含水量为土壤饱和含水
量的70%~80%,田间不见水,土壤水势为-15~-20
kPa)、干湿灌溉(Wetting-drying irrigation of wa-
ter,WIW)田间含水量为土壤饱和含水量的85%~
95%,采用灌透水、自然落干的干湿交替进行,土壤
水势为-5~-10kPa)、淹水灌溉(Submerged irriga-
tion of water,SIW)稻田土表保持3~5cm水层淹
水的土壤水势为0kPa)(隋家明等,2006)。试验共
6个处理,随机区组试验设计,小区长4.5m×宽
1.5m,3次重复。小区间做双田埂,埂间沟宽20
cm。湿润育秧,4叶期人工双本移栽,株行距为30
cm×12cm。
1.3测定指标及方法
抽穗期(50%稻穗顶小穗露出剑叶叶鞘)标记同
期抽穗长势一致的单茎300~350个,自标记当天开
始,每3d取1次样,总计11次。每次取25个单
茎,分成穗、叶片、茎鞘3部分,105℃杀青0.5h后,
80℃下烘干至恒重后称重。选择代表性的5穗,每
穗取中部籽粒20粒,前6期采取人工徒手剥除颖
壳,第7期起用脱糙机脱糙,将糙米称重,用于分析
籽粒灌浆动态。叶片、茎鞘、籽粒粉碎过100目筛,
叶片、茎鞘干样测定总氮、蛋白氮、可溶性总糖、蔗
糖、淀粉和非结构性碳水化合物(NSC)等的含量。
籽粒干样测定总氮、蛋白氮、可溶性总糖、蔗糖、淀粉
和非结构性碳水化合物(NSC)、蛋白质、直链淀粉等
的含量。种子收获按国标 GB1350-1999执行测定
品质指标,其中总氮和蛋白氮采用 PE Spectrum
One近红外分析仪扫描测定;用热乙醇法提取可溶
性总糖、蔗糖,用蒽酮比色法测定(高俊凤,2006)。
用高氯酸提取淀粉,蒽酮比色法测定(李合生,2000;
邹琦;2004;高俊凤,2006)。非结构性碳水化合物
(NSC)采用酶解法测定(Tadashi等,1996)。
1.4数据处理
花后同化物转运率(Post-anthesis assimilation
remobilization rate,Post-ARR):单株同化物表观转
运量占花前积累量的百分比。花后同化物最大转运
率(Post-anthesis assimilation maximum remobili-
zation rate,Post-AMRR):单株花后同化物积累量
的最大值与最小值差占最大积累量的百分比。花后
同化物日流动速度(Daily remobilization rate of
post-anthesis assimilation,DRRA)为花后单株(茎
鞘、叶)物质积累量日变化量。花后同化物转运贡献
率 (Post-anthesis assimilation contribution to
grain,Post-ACG);单株(茎鞘、叶)花后同化物转移
量(20%干物质积累用于植株自身呼吸消耗(吉田昌
一,1983))占籽粒干物质积累量的百分比。氮素收
获指数(Nitrogen harvest index,NHI):单株籽粒
成熟期氮素与地上总氮素积累量的百分比。籽粒灌
浆动态采用Richards方程模拟(顾世梁等,1994;朱
庆森等,1998)。试验数据处理采用Microsoft Excel
2003,统计分析通过 DPS7.55(Data Processing
System)、制图采 用 CurvrExpert1.3,采 用 SSR
(Duncan)法测验显著性。
2 结果与分析
2.1不同水分条件下优质稻花后植株碳流转与籽粒
生长及品质的相关性
2.1.1花后叶茎干物质运转对籽粒干物质积累的贡
献率 由表1看出,花后茎叶总干物质的再运转约
占籽粒干物质积累量的17%~25%。2007年,淹水
灌溉处理茎叶干物质对籽粒的贡献率最高,且与亏
缺灌溉和干湿交替灌溉两处理的差异达显著水平。
从花后茎鞘干物质运转对籽粒生长的贡献率来看,
以亏缺灌溉处理的贡献率最大。而从叶片干物质运
转对籽粒生长的贡献率来看,则是淹水灌溉处理的
贡献率最大。无论是叶片,还是茎鞘或叶片和鞘的
总干物质,其运转对籽粒生长贡献率的处理间差异
均达到显著水平。
  由表2看出,各处理收获指数的差异较小,但地
上干物质量和籽粒干物质量的处理间差异都达到显
著水平,并表现出干湿交替灌溉>亏缺灌溉>淹水
灌溉。
2.1.2花后茎叶干物质转运速度及运转率与籽粒灌
浆参数的相关性 表3结果表明,花后茎叶干物质
运转速度和运转率与籽粒起始灌浆势呈显著甚至极
显著正相关,表明优质稻茎叶干物质转运与其籽粒灌
浆启动的迟早关系密切。籽粒最大灌浆速率、活跃灌
浆期、持续灌浆时间与叶片干物质运转速度和运转率
呈极显著正相关,与茎鞘干物质运转速度和运转率呈
极显著负相关。说明不同水分条件下优质稻叶片干
物质流转与籽粒灌浆特性密切相关。
9054期    胡钧铭等:不同水分管理下优质稻花后植株碳氮流转与籽粒生长及品质的相关性
表1 不同水分条件下优质稻花后叶茎干物质运转对籽粒干物质积累的贡献率
Table 1 Contribution of dry matter redistribution of leaf and culm to grain of quality under different water conditions
品种
Cultivars
处理
Treatment
花后干物质运转对籽粒生长的贡献率Post-DMCG(%)
叶片Leaf blade 茎鞘Culm and shealth 合计Total
2007  2009  2007  2009  2007  2009
八桂香 WIW  12.02b 9.92b 5.69c 8.07b 17.70b 17.99c
Baguixiang  DIW  9.93c 11.06b 9.78a 11.08a 19.71b 22.14b
SIW  16.09a 17.68a 8.00b 8.00b 24.09a 25.68a
桂华占 WIW  7.39b 6.63b 10.68b 10.22b 18.07b 16.86b
Guahuazhan  DIW  5.45c 6.62b 13.68a 13.45a 19.14ab  20.07a
SIW  9.98a 8.43a 10.87b 7.83c 20.85a 16.25b
 注:同一列内同一氮肥处理数据后大小写字母表示1%和5%显著水平。下同。
 Note:SDM,shoot dry matter;GDM,grain dry matter;HI,harvest index.Data folowed by different uppercase and lowercase letters within a
column mean significant at 1%and 5%levels,respectively.The same below.
表2 不同水分条件对优质稻籽粒干物质收获指数的影响
Table 2 Effect of N harvest index of quality of rice under different water conditions
品种
Cultivars
处理
Treatment
地上干质量SDM (g) 籽粒干质量GDM (g) 收获指数 HI(%)
2007  2009  2007  2009  2007  2009
八桂香 WIW  5.41aA  5.61aA  3.37aA  3.54aA  62.20a 63.21a
Baguixiang  DIW  4.55bB  4.73bB  2.90bB  3.05bB  63.83a 64.52a
SIW  3.99cB  4.20cB  2.44cC  2.57cC  61.07a 61.17a
桂华占 WIW  5.54aA  5.77aA  3.59aA  3.70aA  64.84a 64.13a
Guahuazhan  DIW  4.82bAB  5.02bAB  3.10bB  3.20bB  64.35a 63.73a
SIW  4.10cB  4.28cB  2.31cC  2.38cC  56.40b 55.75b
表3 不同水分条件下花后物质转运与灌浆特征参数的相关系数
Table 3 Correlation coefficients of the filing parameters with dry matter
transformation after anthesis under different water conditions
参数
Parameters
起始灌浆势GR0 最大灌浆速率GRmax 活跃灌浆期D 持续灌浆时间T99
叶片
Leaf
blade
茎鞘
Culm &
sheath
叶片
Leaf
blade
茎鞘
Culm&
sheath
叶片
Leaf
blade
茎鞘
Culm&
sheath
叶片
Leaf
blade
茎鞘
Culm&
sheath
2007 运转速度DMDR  0.495* 0.500* 0.534* -0.667** 0.795** -0.575* 0.583* -0.765**
运转速率Post-DMTE  0.180  0.420  0.608** -0.693** 0.678** -0.412  0.686** -0.580*
2009 运转速度DMDR  0.695** 0.650** 0.742** -0.667** 0.495* -0.775** 0.706** -0.965**
运转速率Post-DMTE  0.780** 0.542* 0.621** -0.693** 0.608** -0.612** 0.696** -0.880**
 Note:DMDR,dry matter daily rate;Post-DMTE,dry matter translocation efficiency;GR0,Initial grain filing potential;GRmax,Maximum
grain filing rate;D,Active filing period;T99,Active grain-filing duration.*and **indicate significant difference at 5%and 1%probability
level,respectively.
2.1.3茎叶干物质转运与穗粒生长过程的同步性 
图1结果表明,随着茎叶干重积累量的逐渐减少,伴
随着穗粒干重逐渐增加是同步的。例如,在干湿交
替灌溉条件下,八桂香的茎叶干重积累和籽粒的灌
浆速率都是最大,淹水灌溉处理的最小。在籽粒快
速增长期(花后3~15d),地上茎叶干物质快速输
出,为籽粒灌浆充实提供营养物质,至花后15d后
籽粒干重积累进入缓慢期时,地上干物质输出也变
缓慢。
2.1.4花后叶、茎鞘可溶性糖积累量与籽粒直链淀
粉含量与积累量过程的同步性 图2结果表明,茎
叶可溶性糖积累量的减少和籽粒直链淀粉含量和积
累量增加是同步的。同时发现,茎叶可溶性糖积累
量快速递减期(花后3~12d)与直链淀粉含量和积
累量快速递增期(花后6~12d)基本同步。
2.1.5花后叶、茎鞘碳同化物流转积累对籽粒灌浆
及淀粉积累的贡献 由表4和表5看出,茎叶花后
碳同化物转运对籽粒生长及淀粉积累的贡献率依次
为非结构性碳水化合物>淀粉>可溶性糖>蔗糖,
且茎鞘碳同化物转运对籽粒产量及淀粉积累的贡献
015 广 西 植 物                  32卷
图1 茎叶干质量与籽粒灌浆及穗粒干重增长的同步性
Fig.1 Synchronization between dry matter accumualtion and grain filing &growth for different rice cultivars
图2 茎叶可溶性糖积累量与籽粒直链淀粉含量与积累量增长的同步性
Fig.2 Synchronization between soluble sugars accumulation in culm,sheath,leaf blade and grain
amylose content and accumulation of panicle for different rice cultivars
率远大于叶片。花后水分管理影响茎叶碳同化物转
运对籽粒生长和淀粉积累的贡献率。其中,不同水
分条件下,茎鞘碳同化物转运对籽粒的产量和淀粉
产量的贡献率表现为干湿交替灌溉>亏缺灌溉>淹
水灌溉。但叶片碳同化物转运对籽粒的产量和淀粉
产量的贡献率则表现为淹水灌溉>亏缺灌溉>干湿
1154期    胡钧铭等:不同水分管理下优质稻花后植株碳氮流转与籽粒生长及品质的相关性
交替灌溉。茎叶碳同化物转运对籽粒生长的贡献率
以淹水灌溉处理的最大,对籽粒淀粉积累的贡献则
以淹水灌溉处理的最大。
2.2不同水分处理下优质稻花后植株氮流转与籽粒
生长及品质的相关性
2.2.1茎叶氮物质流转与籽粒蛋白质含量与积累增
长的同步性 图3结果表明,茎叶氮素积累量的逐
渐减少和籽粒氮素积累量的增加和籽粒蛋白质含量
的逐渐增加是同步的,茎叶氮素的减少转移到穗部
供应籽粒蛋白质的合成,使蛋白质含量逐步增加。
2.2.2花后叶、茎鞘氮同化物转运对籽粒氮素收获
指数的影响 从表6看出,地上总氮积累量及籽粒
氮的积累量都是干湿交替灌溉>亏缺灌溉>淹水灌
溉,处理间差异显著。氮收获指数则表现为干湿交
替灌溉>亏缺灌溉>淹水灌溉,但处理间差异不
显著。
2.2.3花后不同氮同化物流转对单株籽粒氮素及蛋
白质产量的贡献率 从表7和表8看出,花后氮同
化物转运对单株籽粒氮素及蛋白质产量的贡献率总
氮大于蛋白氮。不同水分条件下,茎鞘和叶片氮同
化物对籽粒氮素的贡献率为淹水灌溉>亏缺灌溉>
>干湿交替灌溉。叶片总氮转运对籽粒氮素积累的
贡献率大于茎鞘,但茎鞘与叶片总氮转运对籽粒蛋
白质产量的贡献率
表4 花后叶、茎鞘碳同化物流转对单株籽粒产量的贡献率
Table 4 Contribution rate of max remobilization of carbon assimilation to grain yield
碳形态
C form
品种
Cultivars
水分处理
Water
treatment
对单株籽粒产量的贡献率 Rate contribution to grain yield per plant(%)
茎鞘Culm and shealth 叶片 Leaf blade 合计 Total
2007  2009  2007  2009  2007  2009
可溶性糖 八桂香 WIW  4.15  4.41  1.63  1.75  5.78  6.16
Sugars  Baguixiang  DIW  3.65  4.89  1.76  2.27  5.41  7.16
SIW  3.65  4.63  2.43  2.93  6.08  7.56
桂华占 WIW  5.29  5.21  0.81  0.96  6.10  6.17
Guahuazhan  DIW  5.25  5.39  0.90  1.23  6.15  6.62
SIW  4.95  5.68  2.35  2.64  7.30  8.31
蔗糖 八桂香 WIW  2.67  3.43  1.58  1.92  4.26  5.34
Sucrose  Baguixiang  DIW  3.99  3.69  1.49  1.88  5.48  5.57
SIW  3.14  3.16  1.72  2.12  4.86  5.29
桂华占 WIW  4.06  4.60  0.95  1.10  5.01  5.70
Guahuazhan  DIW  4.14  4.17  0.94  1.01  5.09  5.19
SIW  4.65  3.86  1.36  1.26  6.01  5.12
淀粉 八桂香 WIW  7.80  7.52  3.81  3.33  11.61  10.85
Starch  Baguixiang  DIW  7.47  8.16  3.83  3.25  11.29  11.40
SIW  7.03  6.83  3.01  3.31  10.04  10.13
桂华占 WIW  7.58  8.86  2.25  2.31  9.83  11.18
Guahuazhan  DIW  7.28  8.34  2.14  2.22  9.43  10.56
SIW  8.86  8.86  3.79  3.73  12.65  12.59
非结构性 八桂香 WIW  11.46  11.00  2.31  1.83  13.77  12.83
碳水化合物 Baguixiang  DIW  10.53  9.74  1.75  2.72  12.28  12.46
NSC  SIW  9.12  8.16  3.10  3.70  12.22  11.86
桂华占 WIW  13.18  10.78  1.54  2.23  14.72  13.02
Guahuazhan  DIW  11.36  12.06  1.37  1.55  12.72  13.62
SIW  13.65  12.03  1.94  2.47  15.60  14.50
差异较小,且均在8%以下。
2.3不同水分条件下花后转运物质碳氮比对籽粒及
淀粉及蛋白质积累的影响
  从表9看出,优质稻花后转运同化物碳氮比表
现为淹水灌溉>亏缺灌溉>干湿交替灌溉,其碳氮
比与籽粒蛋白质产量、籽粒直链淀粉产量呈正相关。
八桂香茎鞘花后转运同化物碳氮比以淹水灌溉处理
最高,干湿交替灌溉处理最低,桂华占茎鞘花后转运
同化物碳氮比以干湿交替灌溉的最低。叶片中花后
转运同化物碳氮比与籽粒蛋白质、直链淀粉含量和
淀粉与蛋白质比值无相关性。但叶片中总氮转运率
与籽粒蛋白质产量相关,这意味着优质稻的蛋白质
和淀粉含量及积累量与茎鞘叶片中碳氮转运关系极
为密切。
215 广 西 植 物                  32卷
表5 花后叶、茎鞘碳同化物流转对单株籽淀粉产量的贡献率
Table 5 Contribution rate of max remobilization of carbon assimilation to grain starch yield per plant
碳形态
C form
品种
Cultivars
水分处理
Water
treatment
对单株籽粒淀粉的贡献率 Rate contribution to grain starch yield per plant(%)
茎鞘Culm and shealth 叶片 Leaf blade 合计 Total
2007  2009  2007  2009  2007  2009
可溶性糖 八桂香 WIW  9.65  10.00  3.80  3.96  13.46  13.96
Sugars  Baguixiang  DIW  9.50  11.84  4.58  5.50  14.08  17.34
SIW  10.18  12.64  6.79  8.01  16.97  20.65
桂华占 WIW  10.64  10.17  1.62  1.87  12.26  12.05
Guahuazhan  DIW  12.32  11.77  2.10  2.68  14.42  14.45
SIW  13.32  14.93  6.34  6.94  19.66  21.87
蔗糖 八桂香 WIW  6.22  7.77  3.68  4.35  9.90  12.11
Sucrose  Baguixiang  DIW  10.39  8.93  3.89  4.55  14.27  13.48
SIW  8.75  8.64  4.80  5.80  13.55  14.43
桂华占 WIW  8.16  8.98  1.91  2.14  10.07  11.12
Guahuazhan  DIW  9.71  9.11  2.21  2.21  11.92  11.33
SIW  12.51  10.15  3.67  3.33  16.18  13.47
淀粉 八桂香 WIW  18.14  17.03  8.87  7.56  27.02  24.59
Starch  Baguixiang  DIW  19.45  19.74  9.96  7.86  29.42  27.59
SIW  19.61  18.64  8.39  9.02  28.01  27.66
桂华占 WIW  15.23  17.29  4.52  4.52  19.75  21.81
Guahuazhan  DIW  17.07  18.22  5.03  4.85  22.10  23.07
SIW  23.85  23.32  10.20  9.82  34.05  33.14
非结构性碳水 八桂香 WIW  26.66  24.94  5.38  4.14  32.04  29.08
化合物NSC  Baguixiang  DIW  27.43  23.59  4.56  6.58  31.99  30.17
SIW  25.44  22.28  8.64  10.10  34.08  32.38
桂华占 WIW  26.49  21.05  3.09  4.36  29.58  25.41
Guahuazhan  DIW  26.63  26.35  3.21  3.40  29.83  29.75
SIW  36.75  31.67  5.23  6.50  41.98  38.16
图3 茎叶氮素积累量与籽粒蛋白质含量与积累量增长的同步性
Fig.3 Synchronization between nitrogen remobilization from culm,sheath,leaf blade and grain protein
content and accumulation of panicle under different water conditions
3154期    胡钧铭等:不同水分管理下优质稻花后植株碳氮流转与籽粒生长及品质的相关性
表6 水分调控对优质稻籽粒氮收获指数的影响
Table 6 Effects of water treatment on N harvest index of quality of rice
品种
Cultivars
水分处理
Water
treatment
地上总氮Shoot N(mg) 籽粒氮 Grain N(mg) 氮收获指数 NHI(%)
2007  2009  2007  2009  2007  2009
八桂香 WIW  54.79aA  47.37aA  38.46aA  27.88aA  70.20a 58.85aA
Baguixiang  DIW  44.15bB  43.29aA  29.46bB  22.12bB  66.73a 51.09aA
SIW  37.30cB  31.35bB  27.45bB  18.21cC  73.59a 58.10bA
桂华占 WIW  61.54aA  46.73aA  46.26aA  27.62aA  75.18a 59.11a
Guahuazhan  DIW  53.78bA  44.35aA  38.35bB  24.03bB  71.30a 54.18a
SIW  39.53cB  34.56bB  26.93cC  18.63cC  68.13a 53.91a
 Note:NHI,nitrogen harvest index
表7 花后叶、茎鞘氮同化物同化物最大流转积累量对籽粒氮素贡献率
Table 7 Contribution rate of max remobilization of nitrogen assimilation to grain nitrogen yield per plant after anthesis
氮形态
Nitrogen
form
品种
Cultivars
水分处理
Water
treatment
对单株籽粒氮素的贡献率 Rate contribution to grain nitrogen per plant(%)
茎鞘Culm and shealth 叶片 Leaf blade 合计 Total
2007  2009  2007  2009  2007  2009
总氮 八桂香 WIW  25.46  21.54  32.74  50.60  58.21  72.14
Total nitrogen  Baguixiang  DIW  37.79  29.75  30.81  45.33  68.61  75.08
SIW  26.89  41.85  44.10  75.81  71.00  117.66
桂华占 WIW  18.26  24.49  26.29  41.34  44.55  65.83
Guahuazhan  DIW  26.55  34.74  20.26  41.26  46.81  76.00
SIW  25.95  34.36  38.73  48.15  64.68  82.52
蛋白氮 八桂香 WIW  11.29  11.10  30.78  35.96  42.08  47.06
Protein nitrigen  Baguixiang  DIW  15.48  15.71  26.55  37.08  42.03  52.80
SIW  11.44  15.08  37.85  60.99  49.28  76.08
桂华占 WIW  13.34  17.72  24.96  33.65  38.30  51.36
Guahuazhan  DIW  17.89  20.85  16.87  34.05  34.76  54.90
SIW  17.93  25.52  37.72  40.02  55.65  65.54
3 结论与讨论
水分是水稻生长发育、产量与品质形成的重要影
响因子之一,土壤水分过多或过少不仅影响水稻籽粒
产量的提高,而且还影响水稻品质的改善(陈晓远等,
1998;崔运来等,2001)。本试验条件下,土壤水分含
量与水稻产量和品质性状关系密切相关,在水分管理
调控下,干物质转运效率56.40%~64.84%,氮素转
运效率51.09%~75.18%,茎鞘和叶片干物质对籽粒
的贡献率在16.86%~25.68%,茎鞘和叶片氮素对籽
粒氮素贡献率44.05%~117.66%。
碳氮同化物的供应量与籽粒库中淀粉、蛋白质合
成能力影响水稻籽粒物质充实(陈新红等,2003;钟连
进等,2003;Hu等,2011)。本研究结果表明,亏缺灌
溉和淹水灌溉增加了茎鞘、叶片干物质运转对籽粒生
长的贡献率,促进籽粒合成淀粉和蛋白质。这可能是
花后亏缺灌溉和淹水灌溉抑制了水稻生长,叶片光合
功能受损,光合功能下降。同时,长时间的淹水灌溉
使根系生长和活力也受到抑制,加快了叶片衰老,在
籽粒生长合成需要营养物质的敏感期,只能从茎鞘积
累部分来拟补由于光合不足造成的差异。
3种水分条件下优质稻籽粒的灌浆特性存在差
异,淹水灌溉严重降低籽粒的最大灌浆速率和米粒
最终重量。地上干物质量和籽粒干物质量积累表现
为干湿灌溉>亏缺灌溉>淹水灌溉,水分胁迫条件
下不仅降低地上干物质和籽粒干物质量的增加,还
降低总氮积累量及籽粒氮的积累,不利于蛋白质和
直链淀粉的提高,其中淹水胁迫影响超过亏缺影响。
主要是因为土壤水分胁迫影响到叶片光合作用,抑
制了水稻生长,造成地上干物质积累减少。水稻花
后是水稻籽粒生长的敏感期,水稻对水分适度亏缺
具有较强的自我调节能力,虽然水分胁迫下水稻的
生理生化受到一定的影响,但在本试验条件下,单株
籽粒的产量和品质并没有受到很大影响,说明在干
旱环境下进行节水栽培具有积极而重要的意义。
415 广 西 植 物                  32卷
表8 花后叶、茎鞘氮同化物同化物最大流转积累量对籽粒蛋白质贡献率
Table 8 Rate contribution of max remobilization of nitrogen assimilation to grain protein yield per plant after anthesis
氮形态
Nitrogen
form
品种
Cultivars
水分处理
Water
treatment
对单株籽粒蛋白质的贡献率Rate contribution to grain protein per plant(%)
茎鞘Culm and shealth 叶片 Leaf blade 合计 Total
2007  2009  2007  2009  2007  2009
总氮 八桂香 WIW  2.80  1.71  3.60  4.02  6.39  5.73
Total nitrogen  Baguixiang  DIW  3.22  1.90  2.62  2.89  5.84  4.78
SIW  3.02  3.11  4.95  5.63  7.97  8.74
桂华占 WIW  1.96  1.60  2.82  2.70  4.78  4.30
Guahuazhan  DIW  2.60  2.17  1.99  2.58  4.59  4.75
SIW  3.10  2.89  4.62  4.05  7.72  6.94
蛋白氮 八桂香 WIW  1.24  0.88  3.38  2.86  4.62  3.74
Protein nitrigen  Baguixiang  DIW  1.32  1.00  2.26  2.36  3.58  3.36
SIW  1.28  1.12  4.25  4.53  5.53  5.65
桂华占 WIW  1.43  1.16  2.68  2.20  4.11  3.35
Guahuazhan  DIW  1.75  1.30  1.65  2.13  3.41  3.43
SIW  2.14  2.15  4.50  3.36  6.64  5.51
表9 花后叶、茎鞘氮同化物转运对籽粒淀粉及蛋白质积累的影响
Table 9 Effect of the C/N assimilation after anthesis on grain starch and protein accumulation
年份
Year
品种
Cultivars
水分处理
Water
treatment
C/N 直链淀粉 Amlose 蛋白质Protein
茎鞘
CS
叶片
LB
含量(%)
Content
产量(mg)
Yield
含量(%)
Content
产量(mg)
Yield
AY/PY
2007 八桂香 WIW  5.43  2.28  12.20  410.63  10.41  350.30  1.17
Baguixiang  DIW  10.86  5.48  13.90  403.33  11.93  346.28  1.16
SIW  15.14  4.99  10.82  263.84  10.03  244.63  1.08
桂华占 WIW  4.41  2.58  15.32  550.24  12.00  431.07  1.28
Guahuazhan  DIW  11.20  3.00  16.80  521.46  12.61  391.34  1.33
SIW  11.32  5.40  12.66  292.85  9.76  225.68  1.30
2009 八桂香 WIW  6.19  2.78  13.88  491.66  9.91  351.18  1.40
Baguixiang  DIW  5.91  5.89  14.94  456.47  11.37  347.15  1.31
SIW  10.91  4.52  12.52  321.25  9.55  245.24  1.31
桂华占 WIW  4.08  2.88  17.94  664.26  11.43  423.24  1.57
Guahuazhan  DIW  9.31  3.91  13.94  445.81  12.01  384.23  1.16
SIW  8.85  6.62  16.86  402.01  9.29  221.58  1.81
 注:SY籽粒淀粉产量(mg/茎);PY籽粒蛋白质产量(mg/茎)CS,茎鞘,LB,叶片。
 Note:C/N,ratio of soluble sugar and total nitrogen;AY,grain amylose yield;PY,grain protein yield;CS,culm and sheath;LB,leaf blade.
  综上可知,不同水分管理下,优质稻花后植株茎
叶碳氮物质流转与籽粒充实、淀粉、蛋白质积累增长
存在密切的相关性与同步性,说明不同的水分管理
影响茎叶碳氮物质流转与籽粒生长,干湿灌溉有利
于物质转运,适度水分亏缺对产量和品质影响不大,
这为水稻精确灌溉提供一定的理论依据。
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