灌溉方式和氮素对稻米品质形成的调控机理研究

With the development of the living standard of the people, rice quality is received more and more concerns. Soil moisture and nutrient are two important environmental factors which effect rice yield and quality, and research of crop water and nitrogen interaction is always a hot issue which has been generally concerned by domestic and foreigner scholars. High quality varieties in rice planting area along the Yellow River Valley were selected and two factors test of different irrigation mode and nitrogen level was designed to study the effect of water and nitrogen interaction on root morphology and physiology, plant physiological growth and process of grain carbon and nitrogen metabolism by using both field and pot experiment. The aim is to figure out the key problems of efficient utilization of water and nutrient in root-soil and root-shoot system, and its relations with rice quality. The innovation of this study is to reveal the physiological mechanisms between water-nitrogen interaction and rice quality from the point of source-sink-transport and grain carbon and nitrogen metabolism, put forward the regulation pathway of efficient utilization of water and nutrient in root-soil and root-shoot system under water-nitrogen interaction condition, provide theoretical support for rice water-saving and high- quality cultivation.

随着人们生活水平的提高，对稻米的需求已从追求数量开始转向注重品质。土壤水分和养分是影响水稻产量和品质的重要环境因素，作物水氮互作机理研究一直是国内外学者普遍关注的热点问题。本项目以沿黄稻区优质水稻品种为研究对象，设置不同灌溉方式和氮素水平两因素处理，采用田间试验和盆栽试验并结合室内化验分析的研究方法，重点研究水氮互作对水稻根系形态生理、植株生理生长和籽粒碳氮代谢过程的影响，探讨以水肥优化利用和改善稻米品质为目标的水氮耦合模式。拟解决的关键问题是阐明水氮互作条件下水分养分高效利用的根-土以及根-冠相互作用机制及其与稻米品质间的关系，揭示稻米品质形成的水氮调控机理。本项目研究的创新性在于，从源（根源）、库、流和籽粒碳氮代谢的角度解析水氮互作调控稻米品质形成的机理，提出水氮互作条件下水分养分高效利用的根-土以及根-冠调控途径，以期为水稻节水优质栽培提供理论支撑和技术支持。

土壤水分和肥力状况是影响稻米品质的重要环境因素，籽粒碳氮代谢是影响稻米品质形成的内在生理基础。基于此，本项目研究了不同灌溉方式和氮素水平对水稻产量、籽粒中淀粉、蛋白质和氨基酸等碳氮代谢产物的影响及其调控机理。.水稻产量随施氮量的增加而增加，与对照处理（CK）相比，中氮(MN)和高氮(HN)处理增产显著。在MN处理下，与淹水灌溉处理（W）相比，控制灌溉（D）处理产量分别下降0.3%～2.1%（新稻22）和-0.26%～2.8%（新稻10号），差异不显著。由此可见，控制灌溉下MN处理（180kg/hm2纯氮）施氮量减少的同时产量并未显著下降，具有较高的肥料利用率。. 不同灌溉方式和氮素水平对稻米加工品质无显著影响。两品种外观品质存在显著的基因型差异。LN和MN处理下籽粒外观品质略优于CK处理，但在HN处理下外观品质有恶化的趋势，整体而言以MN处理较优。控制灌溉下籽粒外观品质略有改善，与淹水灌溉处理相比未达显著水平。. 总淀粉和支链淀粉含量随施氮量的增加而下降，直链淀粉含量增加。与淹水灌溉相比，控制灌溉处理淀粉及其组分含量下降，差异不显著。增施氮肥后淀粉粘滞特性（RVA）的崩解值下降，消减值和回复值增大，米饭适口性变差。控制灌溉提高了峰值黏度、崩解值和糊化温度，降低了消减值和回复值，一定程度上改善了两品种的适口性。新稻22淀粉热力学特性（DSC）对灌溉方式和氮素的响应较为敏感。不同灌溉方式和氮素处理并不影响稻米淀粉的晶体类型（XRD），但对淀粉的相对结晶度和微晶结构有一定的影响。灌溉方式和氮素对支链淀粉链长分布无显著影响。淀粉不同粒径体积分布随施氮量增加而下降，控制灌溉明显低于淹水灌溉处理。.增施氮肥提高了籽粒中蛋白质、氨基酸和粗脂肪含量。MN处理下，控制灌溉处理粗蛋白含量分别提高11.8%（新稻22）和4.8%（新稻10号）；氨基酸含量分别提高7.1%和2.6%，其中人体必需氨基酸含量分别提高7.6%和2.3%，一定程度上改善了稻米的营养品质。