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        基于灌漿期籽粒代謝產(chǎn)物解析氮肥后移對(duì)優(yōu)質(zhì)粳稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

        2024-12-06 00:00:00馬亮董立強(qiáng)楊鐵鑫李志強(qiáng)
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2024年21期
        關(guān)鍵詞:品質(zhì)病害產(chǎn)量

        摘要:為了研究氮肥后移對(duì)優(yōu)質(zhì)粳稻產(chǎn)量和品質(zhì)等的影響,以優(yōu)質(zhì)水稻遼粳香2號(hào)為試驗(yàn)材料,設(shè)置常規(guī)氮肥(基肥∶蘗肥∶穗肥質(zhì)量比為6∶2∶2)、氮肥后移10%(基肥∶蘗肥∶穗肥質(zhì)量比為5∶2∶3)、氮肥后移20%(基肥∶蘗肥∶穗肥質(zhì)量比為4∶2∶4)和僅施用基肥(基肥∶蘗肥∶穗肥比為10∶0∶0)4個(gè)處理,采用代謝組學(xué)方法分析灌漿期籽粒的代謝產(chǎn)物,解析氮肥后移對(duì)稻米品質(zhì)、產(chǎn)量和病害的影響。結(jié)果表明,與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移對(duì)遼粳香2號(hào)的產(chǎn)量和品質(zhì)有一定影響,其中,氮肥后移10%處理的稻米整精米率和千粒重分別顯著增加1.73%、10.27%,堊白率和蛋白質(zhì)含量分別顯著降低9.33%、2.80%,產(chǎn)量增加8.99%。從代謝產(chǎn)物角度分析氮肥后移增加葡萄糖-6-磷酸、α-酮戊二酸、烏頭酸、琥珀酸的相對(duì)含量,誘導(dǎo)糖代謝和三羧酸循環(huán)反應(yīng)的活躍,促進(jìn)淀粉的合成;氮肥后移增加了遼粳香2號(hào)稻曲病的病穴率和病穗率,這可能和氮肥后移降低了抗性相關(guān)的次生代謝產(chǎn)物(α-生育酚、兒茶素、異綠原酸)的含量有一定關(guān)系;氮肥后移10%還在一定程度上增加了稻米中的氨基葡萄糖酸、半乳糖醇、硬脂酸、軟脂酸、二十二碳烯酸等與營(yíng)養(yǎng)有關(guān)的代謝產(chǎn)物含量,增加了稻米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。綜上,氮肥后移10%對(duì)遼粳香2號(hào)的產(chǎn)量和品質(zhì)有一定促進(jìn)作用,是適合其生產(chǎn)上推廣的一種施肥方式。

        關(guān)鍵詞:優(yōu)質(zhì)粳稻;氮肥后移;產(chǎn)量;品質(zhì);病害;代謝產(chǎn)物;灌漿期

        中圖分類號(hào):S511.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號(hào):1002-1302(2024)21-0070-07

        收稿日期:2023-10-15

        基金項(xiàng)目:中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“黑土地保護(hù)與利用科技創(chuàng)新工程”(編號(hào):XDA28090300);遼寧省科學(xué)技術(shù)計(jì)劃(編號(hào):2022JH2/10130061);遼寧省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃(編號(hào):2022JH2/101300283)。

        作者簡(jiǎn)介:馬 亮(1981—),男,河北邯鄲人,碩士,副研究員,主要從事水稻病蟲害防控和優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)研究。E-mail:malhd@126.com。

        通信作者:李志強(qiáng),研究員,主要從事水稻有害生物防控技術(shù)研究。E-mail:lnsylzq@163.com。

        水稻是主要的糧食作物之一,為全世界30多億人口提供了近60%的飲食熱量[1-2。在我國(guó)氮肥的施用仍然是保證水稻產(chǎn)量的主要手段[3。目前,我國(guó)氮肥施用量占全球用量的38.3%,居世界第一[4,但是,氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥利用率卻低于國(guó)際水平,分別僅為10.4 kg/kg和28.13%[5。盲目過(guò)量施氮不僅污染環(huán)境和破壞生態(tài),對(duì)人類的生活也造成不利影響6。2016年,在“中央一號(hào)文件”(中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于落實(shí)發(fā)展新理念加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化)上提出“農(nóng)藥化肥零增長(zhǎng)”的戰(zhàn)略[7。因此,如何利用氮肥合理施用提高水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和保護(hù)環(huán)境是科研工作者急需解決的問(wèn)題。

        礦物質(zhì)元素氮素對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要調(diào)控作用[8-9。施用氮肥可以增加水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期分蘗數(shù)量10,促進(jìn)生殖生長(zhǎng)期稻穗發(fā)育和提高每穗穎花數(shù)11-12。但是,在生產(chǎn)中超過(guò)56%的氮肥被作為基蘗肥施用[13,造成水稻前期過(guò)度分蘗,無(wú)法形成龐大的根系群體,稻田土壤和灌溉水中氮肥不能得到合理的利用,加劇了氮素?fù)p失的潛在風(fēng)險(xiǎn)14。凌啟鴻等認(rèn)為,前氮后移的氮肥管理措施是最有利于提高抽穗后群體干物質(zhì)積累的氮肥運(yùn)籌方式15-16。在很多研究結(jié)果中也得到了印證,郁燕等的研究表明,穗肥比例由15% 增加到35%,氮肥吸收利用率可以提高20%~43%,水稻產(chǎn)量可以提高12.3%~12.7%[17。鄭寨生等認(rèn)為,在施肥量相同的前提下,適當(dāng)增加中后期氮肥的施用量,對(duì)稻米的整精米率等加工品質(zhì)有一定的調(diào)控作用18。科研工作者在調(diào)控機(jī)理上也進(jìn)行了大量研究,適當(dāng)?shù)那暗笠瓶梢詾樗菊麄€(gè)生育期提供相對(duì)平衡的氮素供應(yīng)19,調(diào)控水稻根系糖類物質(zhì)的轉(zhuǎn)換、糖酵解及三羧酸循環(huán)相關(guān)蛋白的表達(dá)以及花后碳同化物轉(zhuǎn)運(yùn)20,改善水稻群體后期的光照條件,提高水稻光合能力21。但是,鮮見從灌漿期籽粒的代謝產(chǎn)物角度進(jìn)行氮肥后移對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)影響機(jī)理的解析。

        代謝組學(xué)(metabolomics) 是繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后新近發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科[22,能夠從生物學(xué)角度對(duì)植物中內(nèi)源代謝產(chǎn)物進(jìn)行定性定量研究,此方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用到水稻研究的眾多領(lǐng)域23。本研究以遼寧省近年育成的優(yōu)質(zhì)水稻品種遼粳香2號(hào)為研究對(duì)象,分析氮肥后移對(duì)稻米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,從代謝產(chǎn)物角度解析影響機(jī)制,為水稻生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)在遼寧省水稻研究所試驗(yàn)地(123°43′E、41°08′N,海拔51 m)進(jìn)行,選擇優(yōu)質(zhì)水稻遼粳香2號(hào)為材料(2022年通過(guò)遼寧省品種審定委員會(huì)審定,主要指標(biāo)達(dá)到NY/T 593—2013《食用稻品種品質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)二級(jí)以上),2022年4月20日播種,5月25日移栽,每穴3株苗,行株距配置為30 cm×18 cm。常規(guī)氮肥施用量為180 kg/hm2,分3次施用,基肥在旋地前施用,分蘗肥在水稻生長(zhǎng)至6葉期時(shí)施用,穗肥在水稻生長(zhǎng)至倒4葉時(shí)施用。設(shè)4個(gè)處理:F1,常規(guī)氮肥施用量,即整個(gè)生長(zhǎng)季基肥∶蘗肥∶穗肥質(zhì)量比為6∶2∶2(以下簡(jiǎn)稱為常規(guī)氮肥,圖表中簡(jiǎn)稱為N8∶2);F2,整個(gè)生長(zhǎng)季基肥∶蘗肥∶穗肥質(zhì)量比為5∶2∶3(以下簡(jiǎn)稱為氮肥后移10%,圖表中簡(jiǎn)稱為N7∶3);F3,整個(gè)生長(zhǎng)季基肥∶蘗肥∶穗肥質(zhì)量比為4∶2∶4(以下簡(jiǎn)稱為氮肥后移20%,圖表中簡(jiǎn)稱為N6∶4);F4,整個(gè)生長(zhǎng)季基肥∶蘗肥∶穗肥比為 10∶0∶0(以下簡(jiǎn)稱基肥僅施用氮肥,圖表中簡(jiǎn)稱為N10∶0)。小區(qū)面積100 m2,設(shè)3次重復(fù)。全生育期不使用藥劑防治病害,其他田間管理方式與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)田一致。土壤基本理化性質(zhì)為:有機(jī)質(zhì)含量17.0 g/kg,全氮含量10.8 g/kg,堿解氮含量 107.21 mg/kg,速效磷含量 10.28 mg/kg,速效鉀含量140.3 mg/kg,pH值6.6。

        1.2 分蘗調(diào)查

        每個(gè)處理選取長(zhǎng)勢(shì)一致、具有代表性的連續(xù)10穴,于拔節(jié)期和成熟期用相同方法調(diào)查1次分蘗,并計(jì)算成穗率。

        1.3 水稻產(chǎn)量及稻米加工品質(zhì)、食味品質(zhì)分析

        于10月8日進(jìn)行水稻收獲,自然風(fēng)干15 d進(jìn)行稻米產(chǎn)量和品質(zhì)性狀分析,其中產(chǎn)量構(gòu)成因素包括有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、穗長(zhǎng)、穗實(shí)粒數(shù)等,品質(zhì)構(gòu)成因素包括蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、糙米率、精米率、整精米率、堊白率等。蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮法測(cè)定[24,直鏈淀粉含量利用620 nm比色測(cè)定[25。

        1.4 病害發(fā)生調(diào)查

        成熟期對(duì)不同處理的稻曲病進(jìn)行調(diào)查,每個(gè)處理采取5點(diǎn)調(diào)查法,每個(gè)調(diào)查點(diǎn)調(diào)查20穴。分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考唐春生對(duì)稻曲病抗病分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[26。記錄病穴數(shù)和每穴病穗數(shù),計(jì)算病穴率和病穗率。

        1.5 代謝產(chǎn)物分析

        水稻開花后20 d進(jìn)行籽粒代謝產(chǎn)物的檢測(cè),采用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)法進(jìn)行分析,每個(gè)處理6次重復(fù),主要過(guò)程如下:稱取粉末樣本(60 mg),放入離心管中(1.5 mL),離心管中加入2顆小鋼珠,依次加入冷甲醇360 μL和 0.3 mg/mL L-2-氯-苯丙氨酸(該內(nèi)標(biāo)液用甲醇配置)40 μL,-80 ℃冰箱中放置2 min,60 Hz研磨機(jī)中研磨2 min,超聲提取 30 min。加入三氯甲烷200 μL和水400 μL,超聲提取30 min。4 ℃、12 000 r/min離心10 min,取300 μL上清液裝入玻璃衍生瓶中,再加入80 μL 15 mg/mL 甲氧胺鹽酸鹽吡啶溶液,放置37 ℃振蕩培養(yǎng)箱中肟化反應(yīng)90 min,再加入BSTFA(含1%三甲基氯硅烷)衍生試劑80 μL和正己烷20 μL,70 ℃反應(yīng)60 min,室溫放置30 min。使用安捷倫公司(Agilent Technologies Inc.CA,UAS) 的7890B-5977A GC/MSD氣質(zhì)聯(lián)用儀對(duì)樣品進(jìn)行GC-MS代謝組學(xué)分析,色譜條件:DB-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm,Agilent Jamp;W Scientific,F(xiàn)olsom,CA,USA),載氣為高純氦氣,流速為1.0 mL/min,進(jìn)樣口的溫度為260 ℃,進(jìn)樣量為1 μL,分流比為 4∶1,溶劑延遲5 min。質(zhì)譜條件:電子轟擊離子源(EI),離子源溫度為230 ℃,四級(jí)桿溫度為150 ℃,電子能量為70 eV,掃描方式為全掃描模式(SCAN),質(zhì)量掃描范圍為50~500的質(zhì)荷比(m/z)。每4個(gè)分析樣本中插入1個(gè)質(zhì)控(QC)樣本,用來(lái)考察整個(gè)分析過(guò)程的重復(fù)性。

        1.6 數(shù)據(jù)分析

        產(chǎn)量和品質(zhì)構(gòu)成因素使用Excel 2013軟件進(jìn)行方差分析,代謝產(chǎn)物數(shù)據(jù)通過(guò)在線軟件進(jìn)行主成分分析(PCA,principal components analyses)、偏最小二乘法判別分析(PLS-DA,partial least-squares discriminant analysis)和差異代謝產(chǎn)物分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 氮肥后移對(duì)稻米產(chǎn)量的影響

        分析不同處理對(duì)稻米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響,結(jié)果(表1)表明,與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移可以顯著增加遼粳香2號(hào)籽粒的產(chǎn)量,氮肥后移10%的實(shí)際產(chǎn)量為8.49 t/hm2,增產(chǎn)8.99%;氮肥后移20%的籽粒產(chǎn)量為8.10 t/hm2,增產(chǎn)3.98%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看,4個(gè)處理之間千粒重、每穴穗數(shù)和成穗率差異極顯著。與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移10%的每穴穗數(shù)顯著增加5.81%、成穗率增加3.56%、千粒重顯著增加10.27%;氮肥后移20%的每穴穗數(shù)顯著增加10.47%、成穗率顯著增加10.63%、千粒重顯著增加2.56%。說(shuō)明適當(dāng)?shù)牡屎笠疲ê笠?0%)具有較合理的穗數(shù)及穗部結(jié)構(gòu),對(duì)提高產(chǎn)量是有益的。

        2.2 氮肥后移對(duì)稻米品質(zhì)的影響

        分析不同處理對(duì)品質(zhì)構(gòu)成因素的影響,結(jié)果(表2)表明,氮肥后移對(duì)遼粳香2號(hào)稻米品質(zhì)有一定影響。與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移可以顯著影響整精米率、堊白率和蛋白質(zhì)含量,氮肥后移10%的整精米率顯著增加1.73%,堊白率、蛋白質(zhì)含量分別顯著降低9.33%和2.80%;氮肥后移20%整精米率顯著增加2.48%,堊白率顯著降低7.15%。以上結(jié)果說(shuō)明,適當(dāng)?shù)牡屎笠瓶梢栽谝欢ǔ潭壬咸岣叩久椎募庸て焚|(zhì)和食味品質(zhì)。

        2.3 氮肥后移對(duì)病害發(fā)生影響

        成熟期對(duì)不同處理的稻曲病發(fā)病情況進(jìn)行調(diào)查,結(jié)果(圖1)表明,氮肥后移增加了遼粳香2號(hào)稻曲病的病穴率和病穗率。與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移10%的病穴率增加37.00%,病穗率增加69.74%;氮肥后移20%的病穴率增加77.78%,病穗率增加171.05%。

        2.4 氮肥后移對(duì)稻米代謝物的調(diào)控

        經(jīng)GC-MS分析共定性到遼粳香2號(hào)灌漿期籽粒中237種代謝物。為了分析氮肥后移對(duì)稻米代謝物總體變化,將不同處理的代謝產(chǎn)物進(jìn)行PCA和 PPLS-DA(圖2)。PCA結(jié)果表明,在第1主成分上可以把無(wú)后期施肥的處理與其他3個(gè)處理分離開(PC1為21.4%)。為了進(jìn)一步鑒定代謝物攜帶分離信息,進(jìn)行PLS-DA,PLS-DA可以在第1主成分上將無(wú)后期施肥處理、氮肥后移20%、常規(guī)氮肥3個(gè)處理分離開(其中第1主成分解釋了總變異的10.3%,第2主成分解釋了總變異的8.5%),氮肥后移10%居于常規(guī)氮肥和氮肥后移20%之間。模型累計(jì)解釋率中發(fā)現(xiàn),解釋率(R2)值為0.809 05,預(yù)測(cè)率(Q2)值為0.542 59,6 個(gè)QC 樣本聚集在一起,說(shuō)明本研究采用的模型具有較高的預(yù)測(cè)能力,試驗(yàn)穩(wěn)定性和重復(fù)性較好。

        為了深入了解不同氮肥處理對(duì)遼粳香2號(hào)稻米代謝產(chǎn)物的影響,采用PLS-DA[以膨脹系數(shù)(VIP)gt;1 且 Plt;0.05為閾值]和t檢測(cè)(以<0.01為閾值)進(jìn)行差異代謝物篩選。從差異代謝產(chǎn)物數(shù)量來(lái)看,與不施用氮肥的處理相比,氮肥后移施用比例越大造成的差異代謝產(chǎn)物數(shù)目越多(圖3)。例如,常規(guī)氮肥與氮肥后移10%之間有36種差異代謝產(chǎn)物,常規(guī)氮肥與氮肥后移20%之間有60種差異代謝產(chǎn)物。

        與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移對(duì)稻米的代謝產(chǎn)物的影響存在共性差異,但是,這種共性因氮肥后移比例有所差異,4個(gè)處理之間共有42種差異代謝產(chǎn)物(圖4-A),但是常規(guī)氮肥、氮肥后移10%和氮肥后移20%之間共有31種差異代謝產(chǎn)物。經(jīng)過(guò)層次分析可以將31種差異代謝產(chǎn)物分成5組(圖4-B)。與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移降低了第1組和第2組代謝產(chǎn)物相對(duì)含量。其中第1組7種代謝產(chǎn)物主要為次生代謝產(chǎn)物和多糖類,包括α-生育酚、兒茶素、半乳糖醛酸、己酸、異綠原酸、亞油酸和木果糖,這組代謝產(chǎn)物相對(duì)含量表現(xiàn)為常規(guī)氮肥>氮肥后移10%>氮肥后移20%,與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移20%的兒茶素降低了97.18%,異綠原酸降低了93.84%,α-生育酚降低了90.32%。第2組4種代謝產(chǎn)物包括吲哚乙酸、胱硫苷、異硫氰酸和帕拉金糖醇,這組代謝產(chǎn)物相對(duì)含量表現(xiàn)為常規(guī)氮肥>氮肥后移20%>氮肥后移10%。第3、4、5組的代謝產(chǎn)物主要為長(zhǎng)鏈脂肪酸、糖酵解過(guò)程的中間產(chǎn)物和三羧酸循環(huán)產(chǎn)物(圖5)。第3組6種代謝產(chǎn)物包括肌苷醇、1-單棕櫚素、氨基葡萄糖酸、軟脂酸、奎寧酸和黃嘌呤酸,這組代謝產(chǎn)物相對(duì)含量表現(xiàn)為氮肥后移10%大于其他2個(gè)處理。第4組6種代謝產(chǎn)物包括胞嘧啶、二十二碳烯酸、半乳糖醇、葡萄糖-6-磷酸、肌苷和5-羥色胺,這組代謝產(chǎn)物相對(duì)含量表現(xiàn)為氮肥后移20%>氮肥后移10%>常規(guī)氮肥,與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移20%的半乳糖醇相對(duì)含量上調(diào)了8.02倍,二十二碳烯酸上調(diào)了2.45倍。第5組8種代謝產(chǎn)物包括烏頭酸、α-氨基己二酸、α-酮戊二酸、異黃蝶呤、甘露醇酸、5-磷酸核糖、硬脂酸和琥珀酸,這組代謝產(chǎn)物相對(duì)含量表現(xiàn)為氮肥后移10%>氮肥后移20%>常規(guī)氮肥,與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移10%烏頭酸上調(diào)了70.33倍、α-酮戊二酸上調(diào)了51.23倍。

        在主要代謝通路中,葡萄糖-6-磷酸、α-酮戊二酸、烏頭酸、琥珀酸是與糖酵解和三羧酸循環(huán)密切相關(guān)的代謝產(chǎn)物(圖5),α-生育酚、兒茶素、異綠原酸和奎寧酸是與抗性相關(guān)的次生代謝產(chǎn)物。

        3 討論

        3.1 氮肥后移對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

        氮素是影響水稻生長(zhǎng)和發(fā)育的關(guān)鍵因子。研究者普遍認(rèn)為,氮素合理運(yùn)籌可以促進(jìn)植株群體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[27;氮肥后移可以通過(guò)控制無(wú)效分蘗數(shù)量,形成足量的群體有效穗數(shù),獲得大面積生產(chǎn)上顯著增產(chǎn)增效16,28。本研究也證明了這一點(diǎn),從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看,氮肥后移顯著影響遼粳香2號(hào)的千粒重、每穴穗數(shù)和成穗率,其中,氮肥后移10%處理的每穴穗數(shù)顯著增加5.81%,千粒重顯著增加10.27%。說(shuō)明氮肥后移10%是一個(gè)有利于遼粳香2號(hào)田間表現(xiàn)的模式,這一結(jié)論與胡雅杰等研究的基蘗氮肥、穗氮肥重量比(7∶3)~(8∶2)可以保證足穗和高產(chǎn)的結(jié)論[29-30相一致。

        氮肥后移對(duì)稻米品質(zhì)也有一定的影響,但是研究的結(jié)論不一致。孫國(guó)才等的研究表明,氮肥后移處理的稻米直鏈淀粉含量和食味品質(zhì)下降[31,林義月等的研究結(jié)果與孫國(guó)才研究結(jié)果相反,他們認(rèn)為增加穗肥比例可以降低稻米的堊白率和提高食味品質(zhì)32-33。金正勛等的研究表明,穗數(shù)型品種可以通過(guò)增加穗肥施氮量來(lái)促進(jìn)淀粉含量提高34,與本研究結(jié)果相似,與常規(guī)氮肥處理相比,氮肥適當(dāng)后移可以顯著增加遼粳香2號(hào)稻米的整精米率,降低堊白率,說(shuō)明適當(dāng)?shù)牡屎笠茖?duì)優(yōu)質(zhì)水稻遼粳香2號(hào)的稻米品質(zhì)有一定的促進(jìn)作用。

        3.2 氮肥后移對(duì)灌漿期籽粒代謝產(chǎn)物的影響

        本研究通過(guò)代謝組學(xué)分析不同處理遼粳香2號(hào)灌漿期籽粒代謝產(chǎn)物,結(jié)果表明,氮肥后移誘導(dǎo)一些有特殊功能的代謝產(chǎn)物發(fā)生上調(diào)或者下調(diào),如葡萄糖-6-磷酸、烏頭酸、琥珀酸和α-酮戊二酸顯著上調(diào)。其中,葡萄糖-6-磷酸作為糖酵解和磷酸戊糖途徑的重要參與者,為生命活動(dòng)提供能量的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[35;烏頭酸、琥珀酸和α-酮戊二酸是三羧酸循環(huán)的重要中間產(chǎn)物。糖類代謝途徑是整個(gè)生物代謝的中心,溝通了蛋白質(zhì)代謝、脂類代謝、核酸代謝及次生物質(zhì)代謝等多種代謝途徑。氮肥后移誘導(dǎo)灌漿期籽粒中上述代謝產(chǎn)物顯著上調(diào),誘導(dǎo)糖代謝反應(yīng)的活躍,促進(jìn)了淀粉的合成,增加了千粒重和整精米率,降低了堊白率,提高了遼粳香2號(hào)稻米的品質(zhì)。

        氨基葡萄糖酸(GlCN)對(duì)人體具有良好的生物相容性[36,可以通過(guò)補(bǔ)充氨基葡萄糖酸降低骨關(guān)節(jié)炎或風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等癥狀,氨基葡萄糖與鉑形成的絡(luò)合物具有低毒和可口服的特性,可作為抗癌劑37。半乳糖醇是半乳糖新陳代謝的產(chǎn)物,在類風(fēng)濕和抗癌方面都有一定的療效[38。脂類是影響稻米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要因素39-40,脂類與直鏈淀粉形成的淀粉-脂類復(fù)合物的濃度是影響稻米食味品質(zhì)的重要因素之一[41-43。本研究代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),與常規(guī)氮肥相比,氮肥后移10%顯著增加了氨基葡萄糖酸、半乳糖醇、長(zhǎng)鏈脂肪酸(硬脂酸、軟脂酸、二十二碳烯酸)等這些對(duì)人類身體和稻米營(yíng)養(yǎng)有積極正面作用的代謝產(chǎn)物的含量。從這些初級(jí)代謝產(chǎn)物的角度看,氮肥后移10%可以促進(jìn)稻米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的增加。

        次生代謝產(chǎn)物種類眾多,作用也很廣泛,對(duì)植物抗病反應(yīng)等方面都具有重要作用[44,其中,酚類物質(zhì)既能作為物理或化學(xué)屏障阻擋病原菌入侵,也可以作為信號(hào)分子參與植物的防御反應(yīng)45-46;兒茶素類物質(zhì)與植物防御機(jī)制和食品的保質(zhì)性有密切關(guān)系47;異綠原酸是二咖啡酰奎尼酸類化合物,具有抗菌、抗氧化、抗炎、抗病毒等藥理活性48。本研究發(fā)現(xiàn),氮肥后移誘導(dǎo)α-生育酚、兒茶素、異綠原酸等次生代謝產(chǎn)物相對(duì)含量顯著降低,同時(shí)田間調(diào)查也發(fā)現(xiàn),氮肥后移在一定程度上增加了稻曲病的發(fā)生,可能和氮肥后移降低了上述次生代謝產(chǎn)物的相對(duì)含量有一定的關(guān)系。

        4 結(jié)論

        綜上所述,從產(chǎn)量、品質(zhì)、代謝產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面綜合考慮,氮肥后移10%的施肥方式是適合遼粳香2號(hào)生產(chǎn)上推廣的一種施肥方式。

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