水氮互作对香稻糙米香气2-乙酰-1-吡咯啉形成的影响及机理

The experiments of water-nitrogen interaction treatments during tillering stage, booting stage, filling stage and whole stage of growth and development will carry out by using near-isogenic aroma rice lines. The activities of 2-acetyl-1-pyrroline synthetic enzyme, such as proline dehydrogenase, pyrolline-5-carboxylic acid decarboxylase, pyrroline-acetyltransferase, ornithine aminotransferase, ornithine decarboxylase, diamine oxidase, betaine aldehyde dehydrogenase, and the contents of 2-acetyl-1-pyrroline and proline in stem, sheath, leaf, root, and grain, will be analyzed to prove effects of water-nitrogen interaction during tillering stage, booting stage, filling stage and whole stage of growth and development on aroma 2-acetyl-1-pyrroline formation in aromatic brown rice and their mechanism, the physiological and biochemical mechanisms of water-nitrogen interaction affecting formation of 2-acetyl-1-pyrroline in aromatic brown rice, the best water and nitrogen management model for highest 2-acetyl-1-pyrroline content in aromatic brown rice, therefore, have important academic and practical meaning in breed rich-aroma aromatic rice varieties and high-aroma cultivation.

本项目将利用最新选育出的香稻香味等近基因系等为研究材料，通过在分蘖期、长穗期和结实期分别进行水氮互作处理，以及大田期不同水氮管理模式对比，研究其对香稻茎、鞘、叶、根、糙米的香气2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）合成的有关酶，如脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸脱羧酶、吡咯啉乙酰基转移酶、鸟氨酸转氨酶、鸟氨酸脱羧酶、二胺氧化酶、甜菜碱醛脱氢酶的活性和脯氨酸和2-AP含量的动态变化。旨在探明分蘖期、长穗期和结实期的水氮互作对香稻糙米香气2-AP形成的作用大小及其对香稻糙米2-AP形成的调控机理，找出促进香稻糙米香气2-AP形成积累最佳水氮管理模式，弄清香稻糙米2-AP形成的生理生化机制。这对于指导进一步选育浓香高产优质的香稻品种和制定香稻浓香、优质、高产栽培技术措施具有重要的理论和实践意义，亦有利于提高我国香米在国内外市场的竞争力，改变我国香米长期依赖进口的局面。

本项目利用最新选育出的香稻香味等近基因系等为研究材料，通过在分蘖期、长穗期和结实期分别进行水氮互作处理，以及大田期不同水氮管理模式对比，研究其对香稻茎、鞘、叶、根、籽粒的香气2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）合成的有关酶，如脯氨酸脱氢酶、吡咯啉-5-羧酸脱羧酶、吡咯啉乙酰基转移酶、鸟氨酸转氨酶、鸟氨酸脱羧酶、二胺氧化酶、甜菜碱醛脱氢酶的活性和脯氨酸和2-AP 含量的动态变化。研究结果表明：（1）分蘖期轻度落干条件下，适度增施氮肥可以提高香稻籽粒香气2-AP含量，香稻香气2-AP与脯氨酸脱氢酶活性、鸟氨酸转氨酶活性、吡咯啉-5-羧酸合成酶活性、脯氨酸和吡咯啉-5-羧酸含量呈显著正相关关系。（2）长穗期适度干旱条件下，适度施氮有利于提高香稻籽粒香气含量，主要在于籽粒、叶片和茎鞘2-AP含量维持在较高水平；籽粒、叶片和茎鞘脯氨酸含量、脯氨酸脱氢酶活性、吡咯啉-5-羧酸合成酶活性、鸟氨酸转氨酶活性和吡咯啉-5-羧酸含量，以及籽粒和叶片的二胺氧化酶活性均维持在较高水平，因此长穗期适当的节水灌溉和增施氮肥模式能有效提高水稻后期的生理特性进而提高香稻香气含量。（3）结实期进行适当的湿润灌溉和增施氮肥能协同提高香稻2-AP含量，主要在于提高脯氨酸含量、提高脯氨酸脱氢酶和鸟氨酸转氨酶的活性，香稻香气2-AP与籽粒脯氨酸含量呈显著正相关关系；与叶片香气含量、籽粒脯氨酸脱氢酶和鸟氨酸转氨酶呈正相关关系。（4）综合而言，采用“移栽后浅水层5d返青后施加分蘖肥60kg/hm2，并保持重度落干；长穗期不施加长穗肥，并保持浅水层4-6 cm；结实期施加粒肥30kg/hm2，并保持浅水层4-6 cm”水氮管理模式利于提高香稻2-AP含量，主要在于提高了叶片、籽粒的脯氨酸含量。本项目研究探明了不同生育时期水氮管理模式以及综合水氮管理模式下香稻香气积累的生理基础，这对于指导进一步选育浓香高产优质的香稻品种和制定香稻浓香、优质、高产栽培技术措施具有重要的理论和实践意义。