邢丕鵬 黃彥峰 易思媛 蘭儒劍 潘圣剛 莫釗文 田華 段美洋 唐湘如

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測實驗站/廣州市絲苗香米科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，510642，廣東廣州）

水稻是中國60%以上人口的主要糧食，種植面積1.56 億hm2，約占全球谷物總產(chǎn)量的20%。香稻是一種特殊類型的水稻，具有優(yōu)良的稻米品質(zhì)和獨特的香味[1]。近年來，隨著人們生活水平不斷提高，國際和國內(nèi)市場對香米的需求量也在逐年上升。因此，越來越多的科研工作者開始進行相關(guān)研究，以期通過栽培或者育種的手段來提高香稻的產(chǎn)量、品質(zhì)和香氣[2]。研究[3-5]表明，香稻香氣的主要來源物質(zhì)是2-乙?；?1-吡咯啉（2-AP）。不同的環(huán)境條件和栽培措施會影響香稻體內(nèi)2-AP 的合成積累[2]。設(shè)置不同水肥條件和米質(zhì)改良劑等措施可提高香稻的產(chǎn)量、品質(zhì)和香氣[6-8]。鳥氨酸是一種堿性氨基酸，通過參與植物多胺合成、尿素循環(huán)和氮代謝在植物細胞代謝中發(fā)揮重要作用[9]。同時，鳥氨酸能夠緩解各種重金屬離子對植物造成的毒害[10]。而Liu 等[11]研究也表明，鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶通過調(diào)節(jié)水稻氮素的再利用，對水稻穎花發(fā)育和灌漿結(jié)實有著至關(guān)重要的作用。Yoshihashi 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，鳥氨酸是2-AP 在香稻體內(nèi)的重要前體物質(zhì)。近年來，氨基酸葉面肥作為一種綠色農(nóng)副產(chǎn)品，在各類作物的生產(chǎn)中正在逐步推廣應(yīng)用。已有研究[13-16]表明，噴施氨基酸葉面肥可以起到提高水稻產(chǎn)量和調(diào)控品質(zhì)的作用。然而，目前有關(guān)外源鳥氨酸在香稻生產(chǎn)中的應(yīng)用以及葉面噴施氨基酸對香稻香氣的影響還鮮見報道。因此，本試驗進行了為期2 年的田間試驗，在抽穗期噴施不同濃度的鳥氨酸溶液，旨在研究外源鳥氨酸對香稻產(chǎn)量、品質(zhì)以及香氣合成的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019 和2020 年晚季在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)試驗農(nóng)場進行。土壤理化性質(zhì)為有機質(zhì)22.98g/kg、全氮1.86g/kg、有效磷66.85mg/kg、速效鉀140.44mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

以常規(guī)香稻品種美香占2 號為供試水稻品種，所用水稻種子由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供。試驗采取隨機區(qū)組排列，于香稻抽穗期進行濃度為0.0、0.2、0.4、0.8 和1.6g/L 的鳥氨酸溶液葉面噴施，分別記為CK、T0.2、T0.4、T0.8和T1.6。小區(qū)面積30m2，3 次重復(fù)。所有小區(qū)灌溉方式、施肥量和施肥方式一致，按照2:1 的質(zhì)量施用基肥和分蘗肥。所用肥料為香稻專用肥（含N 15%、P2O54%、K2O 6%、有機肥10%、硫酸鋅2%和氯化鑭0.1%），施肥量為900kg/hm2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 于水稻成熟期從各小區(qū)取6 穴用于考種，測定穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重。各小區(qū)實收3m2測產(chǎn)。

1.3.2 稻米品質(zhì) 稻米品質(zhì)的測定參照《NY147-88 米質(zhì)測定方法》進行。稻谷收獲后曬干放置2個月后進行品質(zhì)測定。稻谷經(jīng)礱谷機脫殼后測定糙米率，糙米經(jīng)過精米機處理后獲得精米率。通過堊白觀察儀計算堊白粒率和堊白度，用近紅外谷物分析儀測得蛋白質(zhì)和直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)。

1.3.3 2-AP 含量 于水稻成熟期從各小區(qū)采集成熟稻穗，保存在-80℃冰箱內(nèi)用于2-AP 含量測定。參照黃忠良等[17]的方法測定2-AP 含量，即采用日本生產(chǎn)的島津GCMS-2010 型氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀和2,4,6-三甲基嘧啶（TMP）內(nèi)標法進行。

1.3.4 葉綠素含量 于葉面噴施鳥氨酸后第10 天，采用SPAD-502 型葉綠素測定儀測定香稻劍葉的葉綠素相對含量（SPAD 值）。

1.3.5 鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶、二胺氧化酶和甜菜堿醛脫氫酶活性 于葉面噴施鳥氨酸后第7 天，從各小區(qū)分別采集香稻稻穗保存于-80℃冰箱用于酶活性測定。參照趙貴林等[18]的方法測定鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性。參照李夢興等[19]的方法測定二胺氧化酶活性。參照羅笛等[20]的方法測定甜菜堿醛脫氫酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Statistix 8.1 軟件進行數(shù)據(jù)分析，采用SigmaPlot 14.0 軟件繪制圖，采用Microsoft Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理。

2 結(jié)果與分析

2.1 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

如表1 所示，抽穗期噴施鳥氨酸可顯著提高香稻的產(chǎn)量。2019 年，T0.4處理的產(chǎn)量最高，與CK相比增產(chǎn)10.11%。2020 年T1.6處理下產(chǎn)量最高，與CK 相比增產(chǎn)12.82%。從2 年試驗結(jié)果來看，T0.4、T0.8和T1.6處理下香稻的產(chǎn)量均顯著高于CK和T0.2處理。有效穗數(shù)和穗粒數(shù)在各處理間無顯著差異。與CK 相比，T0.4、T0.8和T1.6處理顯著提高了千粒重和結(jié)實率，2 年基本結(jié)果一致。2019 年以T0.8處理下的結(jié)實率和千粒重最高，分別為83.25%和21.11g。2020 年T1.6處理的結(jié)實率和千粒重最高，分別為83.14%和21.07g。

表1 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of foliar application of ornithine at heading stage on yield and its components of fragrant rice

2.2 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻稻米品質(zhì)的影響

由表2 可知，抽穗期噴施鳥氨酸可改善香稻的稻米品質(zhì)。對稻米加工品質(zhì)而言，與CK 相比，2019年T0.4、T0.8和T1.6處理糙米率顯著降低。從稻米外觀品質(zhì)來看，鳥氨酸處理降低了稻米的堊白粒率和堊白度。與CK 相比，T0.2、T0.4、T0.8和T1.6處理對香稻的堊白粒率均存在顯著性影響。2019 年T0.8處理和2020 年T0.4處理下堊白粒率最低，較CK 分別下降了27.43%和26.91%。堊白度除T0.2處理外，其余各處理與CK 相比均呈顯著性差異（P＜0.05），且T1.6處理下堊白度最低，2019 和2020 年分別較CK 下降了23.80%和24.76%。從稻米營養(yǎng)品質(zhì)來看，除T0.2處理外，其余鳥氨酸處理下香稻的粗蛋白含量較CK 均顯著增加。與CK 相比，鳥氨酸處理對直鏈淀粉含量無顯著影響。

表2 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻稻米品質(zhì)的影響Table 2 Effects of foliar application of ornithine at heading stage on grain quality of fragrant rice

2.3 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻葉綠素含量的影響

如圖1 所示，抽穗期噴施鳥氨酸可提高香稻劍葉的SPAD 值，除2019 年T0.2處理外，其余處理下的SPAD 值均較CK 有顯著提高。在2019 年，與CK 相比，T0.4、T0.8和T1.6處理的SPAD 值分別顯著提高了8.57%、12.37%和10.17%。在2020 年，與CK 相比，T0.2、T0.4、T0.8和T1.6處理的SPAD 值分別顯著提高了11.11%、10.48%、23.56%和19.07%。

圖1 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of foliar application of ornithine at heading stage on chlorophyll content of fragrant rice

2.4 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻2-AP 含量的影響

如圖2 所示，抽穗期噴施鳥氨酸提高了香稻的香氣含量。除2019 年的T0.2處理外，其余處理均較CK 顯著提高了2-AP 含量。2019 年，T1.6處理下香稻的2-AP 含量最高，達到280.40μg/kg，與CK 相比顯著提高了30.6%；2020 年，T0.8處理的2-AP 含量最高，較CK 顯著提高了27.9%。可見，香稻抽穗期適當噴施鳥氨酸可以顯著提高香米的2-AP 含量。

圖2 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻2-AP 含量的影響Fig.2 Effects of foliar application of ornithine at heading stage on 2-AP content of fragrant rice

2.5 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻2-AP 合成相關(guān)酶活性的影響

由表3 可知，抽穗期噴施鳥氨酸對2-AP 合成相關(guān)酶的活性有顯著影響。2019 和2020 年，鳥氨酸處理下香稻的鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶較CK 分別提高了7.63%～22.18%和5.51%～18.86%；二胺氧化酶活性較CK 分別提高了4.18%～24.52% 和8.96%～22.09%；而T0.2處理下甜菜堿醛脫氫酶活性與CK無明顯差異，且T0.8和T1.6處理下甜菜堿醛脫氫酶活性均顯著低于CK。

表3 抽穗期噴施鳥氨酸對香氣合成相關(guān)酶活性的影響Table 3 Effects of foliar application of ornithine at heading stage on activities of enzymes involved in 2-AP biosynthesisU/(g·min)

3 討論

3.1 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻產(chǎn)量形成的影響

葉綠素是高等植物進行光合作用的主要色素，位于類囊體膜[21-22]。有試驗[23]表明，提高水稻體內(nèi)葉綠素含量，有助于增加水稻產(chǎn)量。本試驗發(fā)現(xiàn)，抽穗期葉面噴施鳥氨酸可以顯著提高香稻產(chǎn)量。與CK 相比，鳥氨酸處理下香稻的結(jié)實率和千粒重均有所提高。原因在于鳥氨酸處理提高了香稻劍葉的葉綠素含量，這與前人[23]的研究相符。葉綠素含量的增加表明抽穗期噴施鳥氨酸促進了葉片葉綠素的合成，提高了香稻灌漿期的光合作用，提升了香稻的千粒重和結(jié)實率，最終增加了產(chǎn)量。

3.2 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻稻米品質(zhì)的影響

近年來，隨著生活水平的提高，稻米品質(zhì)越來越受到人們的關(guān)注，也直接影響著稻米產(chǎn)業(yè)的效益與發(fā)展[24]。稻米蛋白質(zhì)作為人類蛋白質(zhì)的重要來源，是衡量稻米營養(yǎng)品質(zhì)最主要的指標，因此在一定范圍內(nèi)，稻米蛋白質(zhì)含量越高，其營養(yǎng)品質(zhì)越高[25-26]。本試驗結(jié)果表明，抽穗期葉面噴施鳥氨酸可以改善香稻的稻米品質(zhì)，主要表現(xiàn)為堊白粒率和堊白度的降低以及粗蛋白含量的提高。另一方面，鳥氨酸處理下香稻堊白的降低可能與香稻灌漿期光合作用提高有關(guān)，提高灌漿期葉片的光合速率，有利于改善稻米的外觀和營養(yǎng)品質(zhì)[27]。楊曉龍等[28]也發(fā)現(xiàn)，水稻灌漿期葉片的光合速率對稻米堊白的形成有顯著影響。

3.3 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻2-AP 生物合成的影響

2-AP 是香稻香氣的重要組成成分。香稻的香氣合成涉及多種氨基酸、酶和基因[29]。Chen 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，由基因BADH2編碼的甜菜堿醛脫氫酶會顯著抑制香稻體內(nèi)2-AP 的合成。李夢興[31]研究發(fā)現(xiàn)，香稻中鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶和二胺氧化酶活性均與2-AP 含量有正相關(guān)關(guān)系。本試驗結(jié)果表明，抽穗期葉面噴施鳥氨酸顯著提高了香稻成熟期稻谷的2-AP 含量。鳥氨酸處理下鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶和二胺氧化酶活性顯著提高，甜菜堿醛脫氫酶活性則顯著降低。外源鳥氨酸對酶活性的調(diào)控可能是其提高2-AP含量的主要原因。

4 結(jié)論

綜上所述，抽穗期葉面噴施鳥氨酸可以改善香稻的灌漿過程，增強香氣相關(guān)酶活性，增加香稻成熟期稻谷香氣含量，提升產(chǎn)量，最終達到增產(chǎn)增香的效果。