不同栽培试验下高蛋白水稻品种的氮素代谢变化

赵凤英

摘要：氮肥对于水稻的高产栽培有重要意义，研究不同施氮模式对于促进水稻种植中氮肥管理措施的改良、优化氮素代谢变化、提升氮肥的利用价值并获得水稻的丰收与高产皆有重要现实意义。研究采取田间小区栽培试验，选择两个高蛋白水稻品种：湘早灿24号、威优56号，试验分成以下处理：处理1（基肥：分蘖肥：穗肥组成比为60%：30%：10%）、处理2（基肥：分蘖肥：穗肥组成比为50%：30%：20%）、处理3（基肥：分蘖肥：穗肥组成比为40%：30%：30%），研究不同施氮模式对各处理组水稻氮素代谢变化的影响，为开发基于氮肥运筹的减肥增效技术提供实验支撑。研究结果表明：不同氮肥施用的栽培模式下，两种高蛋白水稻品种皆呈现出在分蘖盛期、灌浆期较高的代谢活性。

关键词：水稻;高蛋白;氮素代谢;施氮模式

对水稻生产产量与质量有直接作用的因子其一是水、其二便是氮素，可见氮素在水稻生长发育阶段的重要性，这也给水稻丰产提供了一定着手途径。但也是如此，造成了在实际生产中出现盲目增施大量氮肥的问题，而这种不科学的施肥方式既不能促进稻米品质、数量的增高，反而会增加種植成本、降低氮肥利用率，甚至引发一系列的环境污染问题[1]。基于水稻栽种下氮肥施用不合理带来的资源浪费与环境污染问题这一前提，如何在保证氮肥有效利用的基础上提高氮肥的增产效果，实现水稻高产、高效以及绿色可持续发展，成为水稻栽培研究的焦点。本研究针对不同施氮模式下高蛋白水稻品种的氮素代谢变化进行试验分析，以期为我国水稻实现更合理的氮肥管理提供一定参考。

1 试验材料和方法

1.1 试验区情况

本试验大田选择某水稻研究所试验田。本地属亚热带中部温润季风气候，平均年气温约16.3℃，平均年降水量约1452.3mm，平均年日照时长约1930.3h，无霜期时间233d。本地土壤性质为壤质黏土，肥力比较均匀，0～30cm的耕层土壤理化性质如下：有机质含量为36.7g/kg，全氮含量2.8g/kg，速效氮为142.2mg/kg，速效磷含量为17.3mg/kg，速效钾含量为140.9mg/kg。试验地为单季轮耕种植模式，在插秧之前的3～5天进行翻耕做土地的平整处理。

1.2 试验设计

试验采取裂区设计，水稻的品种作为主区，氮肥施用模式作为裂区，以随机区组排列方法，设3个重复。于2021年5月开始播种、6月移栽，10月收获。

各试验区面积25m2，每个小区之间用高度为20cm、宽度30cm的田埂予以分开，使用黑色塑料薄膜覆盖住田埂，起到防止各小区之间发生串水、串肥的作用。

各处理组均统一施用磷肥80kg/hm2，钾肥150kg/hm2，磷肥用作基肥，在试验小区内一次性施入;钾肥的一半用作基肥、另一半留到孕穗期施用。供试品种为：湘早灿24号、威优56号。氮肥的施用分成三次：第一次作为基肥施用，于移栽的前1天施用;第二次作为分蘖肥施用，在移栽之后7d施用;第三次作为穗肥施用，在水稻孕穗期时施用。试验设置3个施氮处理：处理1，基肥：分蘖肥：穗肥组成比为60%：30%：10%;处理2，基肥：分蘖肥：穗肥组成比为50%：30%：20%;处理3，基肥：分蘖肥：穗肥组成比为40%：30%：30%。供试氮肥施用尿素。施肥方式皆为人工撒施。

水稻生育期间，依照常规高产栽培的要求进行水分管理和病虫害防治。

1.3 调查内容

水稻植株的氮代谢过程中参与的关键酶有：硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）。分别在分蘖盛期、齐穗期和灌浆期对上述指标进行测定。选择彻底展开的剑叶（分蘖盛期时则选择已经彻底展开的倒2叶），将叶脉去除掉，剪碎，加入液氮进行冷冻，再研制成分泌，放在温度为-80℃的冰箱中存储，待检上述酶的活性[2-3]。

1.4 数据处理

使用SPSS25.0软件做统计学分析，上述指标数据表达为均数±标准差的形式，采用t检验方法，P<0.05代表数据之间的差异性有确切意义。

2 结果

2.1 水稻各生长时期不同栽培试验下两个品种功能叶片的NR酶活性

如表1：分蘖盛期，两个水稻品种皆于处理1中NR酶活性达到最高，湘早灿24号较同等施氮模式下的处理2、处理3高出4.5%、17.2%，威优56号较同等施氮模式下的处理2、处理3高出6.9%、41.0%;齐穗期时，相同施氮模式下各处理之前的NR酶活性差异并不大;灌浆期时，两个水稻品种皆于处理3中NR酶活性更高，湘早灿24号较同样施氮模式下的处理1、处理2高出22.9%、10.5%，威优56号较同样施氮模式下的处理1、处理2高出18.6%、15.1%。两个高蛋白水稻品种之间比较，威优56号在水稻各生长时期的NR酶活性大部分皆高于湘早灿24号。

2.2 水稻各生长时期不同栽培试验下两个品种功能叶片的GS酶活性

如表2：分蘖盛期，相同施氮模式下，GS酶的活性随着基肥中施氮比例的增加而提高，湘早灿24号较同等施氮模式下的处理2、处理3高出7.8%、8.9%，威优56号较同等施氮模式下的处理2、处理3高出2.2%、29.9%;叶片GS酶活性在齐穗期时，伴随氮肥施用比例的提高而见增高趋势，具体数据表现为：湘早灿24号在处理3中的GS酶活性较同样施氮模式下的处理1、处理2高出9.6%、8.3%，威优56号较同样施氮模式下的处理1、处理2高出9.5%、7.5%;不同水稻品种皆于灌浆期时发生叶片GS酶活性降低的情况，但在穗肥中施用大量氮肥处理的叶片其GS酶活性下降速度有显著减缓，如湘早灿24号在灌浆期时处理2中的GS酶活性较处理1、处理3分别增高了10.9%、21.6%;而威优56号在处理3下较同样施氮模式下的处理1、处理2高出8.6%、6.0%。

2.3 水稻各生长时期不同栽培试验下两个品种功能叶片的GOGAT酶活性

如表3：分蘗盛期，相同施氮模式下，GOGAT酶的活性随着基肥中施氮比例的增加而提高，湘早灿24号在处理1下较同等施氮模式下的处理2、处理3高出9.5%、6.3%，威优56号较同等施氮模式下的处理2、处理3高出2.8%、5.7%;采取相同施氮模式下的各处理小区在齐穗期时的GOGAT酶活性变化出现差异，但仍然有随着穗肥中氮肥施用比重的增加而活性加大的变化趋势，具体数据表现为：湘早灿24号在处理3中的GOGAT酶活性较同样施氮模式下的处理1、处理2高出15.9%、1.8%，威优56号较同样施氮模式下的处理1、处理2高出15.0%、2.5%;灌浆期时，两个水稻品种的叶片GOGAT酶活性仍然表现出较高水平，湘早灿24号在灌浆期时处理3中的GOGAT酶活性较处理1、处理2分别增高了12.2%、22.8%;而威优56号在三个处理下的功能叶片GOGAT酶活性差异并不大。

3 讨论

氮素代谢是水稻植株体内一种不可或缺的代谢物质，其中有多种氮代谢酶的参与，在其综合作用之下共同促使氮素于水稻植株体内发生吸收、运转、以及活化等这一系列的代谢活动[4]。

NR是氮代谢过程当中的第一个酶，亦是硝酸盐同化过程中的限速酶[5]。当水稻处于分蘖盛期时，相应的NR活性也达到了最高，随着进展到齐穗期、灌浆期，其活性也呈逐渐降低的态势;分蘖盛期时，NR活性随着基肥中施氮比例的增高而提高，而在灌浆期时，则随着穗肥中施氮比例的增加NR活性有所提高。威优56号的NR活性在各生长时期皆普遍高于湘早灿24号。提示在灌浆期，穗肥中氮肥施用量较大的模式有利于维持水稻生育后期的较高NR酶活性[6]。

GS的重要作用体现在能够催化其和谷氨酸的合成，最终生成为谷氨酰胺，作为重要的氮代谢关键酶，GS和NR有一定的相同之处，GS酶的活性也会随着肥料中施氮比例的增高而提高[7]。在本次研究数据中具体表现在，GS酶活性在分蘖盛期时达到最高，之后便会随着生长发育而趋于降低。可见，氮肥后移也就是在穗肥中提高氮肥施用比例之后，可保证即使进入到水稻的生长发育后期，GS酶依然会保有较高活性。

GOGAT可以通过催化谷氨酰胺与α-酮戊二酸的结合来最终生成谷氨酸，与GS协同作用，构成GS/GOGAT循环通路，对存在于植株体内的无机态氮、有机态氮进行循环和转化有着促进作用[8]。GOGAT酶的活性一般情况下是和GS酶的活性变化保持一致[9]。根据上文研究结果亦可见，各个生长发育时期水稻功能叶片的GOGAT酶活性变化趋于与GS酶活性变化的一致。具体表现在：GOGAT酶活性在水稻的分蘖盛期时，会随着基肥中使用氮素比例的增多而提高，并以此补偿前期施氮量较少的问题，共同提高叶片中GOGAT酶活性;进入到灌浆期，穗肥中施氮比重的增加也可有效保持GOGAT即使在水稻进入到生长后期时依然保有较高活力，这对于促进水稻籽粒灌浆物质的生产与向着籽粒转移有重要意义。

综上，NR、GS、GOGAT酶活性皆于分蘖盛期时达到最高，之后逐渐降低，分析可能与该时期水稻的营养生长最为旺盛相关，因此体内代谢比较活跃。而通过不同的氮肥栽培模式，可以维持叶片在籽粒灌浆期的氮素代谢活性，延缓其衰老速度，继而成为促进水稻产量提高的前提条件。

参考文献

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