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氮素对稻米品质的影响及其理化基础研究

宁慧峰  
【摘要】:我国的水稻生产正面临两个重要挑战。人口不断增长,稻田面积日趋缩减使稳定提高水稻产量成为本世纪上半叶我国水稻生产的最重要目标。另一方面,我国经济的快速发展和人民生活水平的提高,对稻米品质提出了更高的要求。然而,以肥水高投入为主要特征的现代稻作方式在实现水稻增产的同时,对稻米品质产生了严重的负面影响。开展高产、优质协调的稻作理论与技术研究对于提升我国稻作水平,增加优质米供应具有重要意义。 在众多植物必需营养元素中,氮素对水稻产量的效应最大,施用氮素已成为生产上最主要的增产措施。大量研究表明,氮素对稻米品质也具有重要影响,但在氮素效应的性质(增益或恶化)和大小上,现有研究存在明显分歧,这主要与品种基因型、氮素用量和运筹以及栽培环境有关。水稻优质栽培的施氮技术研发因而长期停滞不前。为此,本研究利用不同类型的代表性品种,采用更多因子组合的氮素处理以及进行多年的田间试验,以期系统研究氮素对稻米品质的效应及其理化基础,为高产、优质协调的稻作理论和技术研发提供理论依据。 田间试验在南京农业大学江宁试验基地(2007、2008)和丹阳试验基地(2009、2010)进行,以早丰9号、徐稻4号、宁粳2号、武育粳3号、宁粳1号和武运粳7号等6个在生育期、穗型和食味品质上差异明显的粳稻品种为材料,设置低肥、中肥和高肥等3个氮素用量以及两个基、穗肥配(8:2和5:5)共7个氮素处理,系统分析了水稻产量及其构成因素以及稻米碾磨品质、外观品质和食味品质等指标,测定了淀粉、蛋白质、氨基酸和矿质元素等稻米品质相关主要的化学组分以及糊化温度、崩解值等淀粉理化特性。主要研究结果如下: (1)在产量上:随着施氮量的增加,稻谷产量提高。氮素对产量构成因素的影响主要表现为增加穗数,其次是增加了穗粒数,而结实率下降,对千粒重影响较小。在产量对氮素的响应上存在显著的基因型差异,武育粳3号、徐稻4号和武运粳7号在产量对氮素的响应上较为稳定,而宁粳2号、早丰9号和宁粳1号产量则对氮素较为敏感,但大穗型和小穗型品种之间在氮素响应上并无显著差异。品种基因型在产量上的差异以不施氮最明显,但随着施氮量的增加,这种差异有减小趋势。 (2)在碾米品质上:整精米率随施氮量的增加呈现下降趋势,但未达显著水平。中氮处理下,增加穗肥比例显著提高了武运粳7号的出糙率和精米率,但高氮处理下穗肥比例增加则导致宁粳1号精米率显著下降,对其余品种无显著影响。碾米品质呈现显著的基因型差异:糙米率以武育粳3号最高,武运粳7号最低;精米率和整精米率以宁粳2号最高,武运粳7号最低。 (3)在外观品质上:随施氮量的增加,完善米率增加;心白米率和背白米率下降,青米率增加,腹白米率、乳白米率和其他类型米率无显著变化;外观品质一定程度上得到改善。4个品种中宁粳1号的心白米率、背白米率和乳白米率最高;武育粳3号腹白米率和其他类型米率最高;武运粳7号的青米率最高;宁粳2号的心白米率、腹白米率和乳白米率最低;武运粳7号的背白米率和其他类型米率最低;武育粳3号的青米率最低。施氮显著提高了宁粳1号的腹白米率,不利于其外观品质的改善。 (4)在食味品质上:增施氮素和增加穗肥比例均使稻米的食味评分下降。优质品种武育粳3号评分较低,而武运粳7号食味品质相对较差,但评分较高,表明以直链淀粉和蛋白质含量高低来评价稻米食味品质存在局限性。 (5)在籽粒主要生化组分含量上:随施氮量的增加,精米中支链淀粉含量下降,直链淀粉无显著变化,总淀粉含量下降,直支比增加。糙米和精米中蛋白质含量增加,尤其是谷蛋白含量增加显著;醇溶蛋白与谷蛋白比值下降;球蛋白和醇溶蛋白分布增加,而清蛋白和谷蛋白分布无明显变化;施氮提高稻米蛋白质营养品质。糙米中植酸含量下降。糙米和精米中17种氨基酸含量呈增加趋势,MN55处理高于MN82处理,但未达显著水平。大穗型品种徐稻4号、宁粳2号和武运粳7号对氮素效应更为敏感,蛋白质分布的变异系数较大,而小穗型品种早丰9号、武育粳3号和宁粳1号蛋白质分布相对稳定。 (6)在籽粒矿质元素积累上:氮素效应对糙米中大量元素无显著影响,但随着氮素水平的提高,糙米Ca呈现上升趋势,而Mg和Na含量呈现下降趋势。氮素对糙米中微量元素含量具有显著影响,特别是具有显著的抑制Zn积累效应。氮素效应对精米中微量元素影响显著,促进了Fe和Mn的积累,抑制了Zn的积累。大量元素和微量元素对氮素的响应上存在显著基因型差异,但这种基因型差异在年际之间变化较大。 (7)在淀粉理化特性上:随施氮量的增加,淀粉RVA谱线呈下降趋势。RVA特征值中,峰值年度、热浆黏度、冷胶黏度和回复值下降,糊化温度增加,崩解值在2008年和2009年下降,而在2010年略有增加;消减值随施氮量的增加呈现先下降后上升的趋势。食味品质较好的武育粳3号峰值黏度和崩解值较高,回复值和糊化温度较低;食味品质较差的武运粳7号则相反。消减值对氮素的响应存在显著基因型差异且年际间变化较大。 基于以上研究结果,增施氮素在提高产量的同时,对稻米碾磨品质和蒸煮、食味品质具有显著的负面效应。因此,急需加强高氮投入下稻米品质变劣的生理生化机制研究,借以发展高产、优质的稻作理论与技术,全面提升我国水稻生产水平。


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