水稻對(duì)外源氨基酸的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)

張志元 鄒朝暉 唐建洲 等

摘要：采用不同濃度的L-蛋氨酸培養(yǎng)液培養(yǎng)秧苗，并用L-亮氨酸15N噴施分蘗期、抽穗期和蠟熟期水稻葉面，研究水稻根系對(duì)L-蛋氨酸、水稻葉面對(duì)L-亮氨酸15N吸收情況。結(jié)果表明，用1 000、2 000、3 000、4 000 mg/L的L-蛋氨酸溶液浸根培養(yǎng)，與對(duì)照相比，秧苗L-蛋氨酸含量分別增加8.2%，9.8%、19.7%、21.3%；用500 mg/L的L-亮氨酸15N在分蘗期、抽穗期和蠟熟期噴施水稻葉面，三個(gè)時(shí)期都會(huì)不同程度吸收L-亮氨酸，吸收最好的時(shí)期是抽穗期和蠟熟期。

關(guān)鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）；稻米品質(zhì)；L-蛋氨酸；L-亮氨酸15N

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）04-0825-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.04.003

Uptake and Translocation of Exogenous Amina Acids in Rice

ZHANG Zhi-yuan1，ZOU Zhao-hui2，TANG Jian-zhou1，LUO Yong-lan1，XIE Hong-ke2

（1.College of Biological Engineering and Environmental Science，Changsha University，Changsha 410022，China；

2. Hunan Institute of Nuclear Agricultural Sciences and Space Breeding， Changsha 410125，China）

Abstract： Used different concentrations of L-methionine solutions for the culture of rice seedlings， and sprayed the rice leaf with L-leucine 15N at the tillering， heading and dough stages， in order to study the absorption of L-methionine in the rice roots and L-leucine 15N in the rice leaf. The results showed that using 1 000、2 000、3 000 and 4 000 mg/L methionine solutions for root-soaking culture， the L-methionine in the rice seedlings was increased by 8.2%，9.8%，19.7% and 21.3% respectively as compared with the control； when 500 mg/L L-leucine 15N was used to spray the rice leaf at the tillering， heading and dough stages， the three stages all exhibited different levels of absorption of L-leucine， and it was absorbed best during the heading and dough stages.

Key words：rice（Oryza sativa L.）；rice quality；L-methionine；L-leucine 15N

水稻是主要的糧食作物之一，世界上50%以上的人口以大米為主食，占據(jù)人們食物來源的60%左右，可提供20%左右的能量和40%左右的蛋白質(zhì)[1-3]。中國(guó)水稻種植面積居世界第二位，總產(chǎn)量居世界第一位，占世界稻谷產(chǎn)量的36%[4]，僅國(guó)內(nèi)的稻谷產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的2/5左右[5]。隨著人民生活水平的提高，對(duì)糧食的需求已逐漸由單一數(shù)量上的滿足向數(shù)量和品質(zhì)兼顧，甚至以品質(zhì)為主的轉(zhuǎn)變，廣大消費(fèi)者對(duì)優(yōu)質(zhì)稻米的需求與日俱增，稻米品質(zhì)的優(yōu)化備受關(guān)注。但大多數(shù)稻米含直鏈淀粉多、口感差[6]，尤其是早稻糙米，嚴(yán)重影響了糧食流通和農(nóng)民的種糧積極性。氨基酸作為蛋白質(zhì)的基本單位，是稻米品質(zhì)的重要指標(biāo)，尤其是人體必需氨基酸含量是稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[7]。近年來，國(guó)內(nèi)外科學(xué)工作者對(duì)如何提高水稻氨基酸的含量及其相關(guān)的影響因素做了大量的研究[8，9]，研究發(fā)現(xiàn)提高和影響稻米氨基酸含量的方法和因素很多[10，11]，在這些方面的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果，其中在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，根外噴施氨基酸營(yíng)養(yǎng)液是提高水稻稻米品質(zhì)的重要手段，目前，國(guó)內(nèi)外已有不少葉面肥噴施效果的報(bào)道，但是研究?jī)?nèi)容不夠全面，不甚深入，很少有具體針對(duì)某一種氨基酸噴施對(duì)水稻稻米品質(zhì)影響的效果研究，特別是對(duì)稻米氨基酸含量的影響機(jī)理目前仍不清楚。在前期研究中，從柑橘內(nèi)分離出YS-45內(nèi)生枯草芽孢桿菌，利用其發(fā)酵豆粕殘?jiān)瞥珊卸蛊砂被釥I(yíng)養(yǎng)液，噴施水稻葉面，發(fā)現(xiàn)能提高稻米氨基酸含量[12，13]。為了弄清楚外源氨基酸如何影響稻米品質(zhì)，本研究利用外源L-亮氨酸15N、L-蛋氨酸分別配制成一定濃度的溶液，分別噴施到水稻葉面或者作為培養(yǎng)液培養(yǎng)水稻秧苗，研究水稻對(duì)氨基酸吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)的情況。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

湘早秈45號(hào)購(gòu)于袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司；Y兩優(yōu)1號(hào)（13-1087）由湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所育種室提供；L-蛋氨酸購(gòu)于湖南藝洲生物科技有限公司；L-亮氨酸，N-15標(biāo)記，豐度為98.87%，購(gòu)于中國(guó)同位素公司；所用的化學(xué)試劑為分析純，購(gòu)于美國(guó)Sigma公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 水培法測(cè)定水稻對(duì)L-蛋氨酸的吸收 試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，每重復(fù)2株秧苗（25日秧齡），定植在1 000 mL廣口瓶中，各處理分別灌入不同濃度的蛋氨酸溶液500 mL，劃上標(biāo)記線。5個(gè)處理為：①0% L-蛋氨酸溶液，即清水對(duì)照；②1 000 mg/L L-蛋氨酸溶液；③2 000 mg/L L-蛋氨酸溶液；④3 000 mg/L L-蛋氨酸溶液；⑤4 000 mg/L L-蛋氨酸溶液。秧苗定植后每天觀察其生長(zhǎng)情況，并注意補(bǔ)充相應(yīng)因蒸騰作用而損失的L-蛋氨酸溶液。15 d后，剪取瓶口以上部分的莖和葉，清水洗3次，去離子水漂洗1次，紗布蘸干水分，置于烘箱105 ℃殺青12 h，再烘至恒重，粉碎，60目篩過篩，采用高效液相色譜（HPLC）法測(cè)定各處理L-蛋氨酸含量。

1.2.2 利用15N示蹤技術(shù)測(cè)定水稻葉面對(duì)L-亮氨酸的吸收 試驗(yàn)采用盆栽法，設(shè)4個(gè)處理，3次重復(fù)，每重復(fù)栽2株秧苗（25日齡）。4個(gè)處理為：①L-亮氨酸15N為0 g，即清水對(duì)照（PK組）；②L-亮氨酸15N 0.3 g分3次噴施，每次用0.1 g定容至200 mL，其濃度為500 mg/L，于分蘗期、抽穗期、蠟熟期噴施（A組）；③L-亮氨酸15N 0.2 g，分2次噴施，每次0.1 g，定容至200 mL，分蘗期、抽穗期噴施（B組）；④L-亮氨酸15N 0.1 g，定容至200 mL，分蘗期噴施（C組）。在各生育期噴施L-亮氨酸15N時(shí)，將各處理的3盆重復(fù)秧苗擺成三角形，將200 mL L-亮氨酸15N溶液分4 d噴完，每天10：00、17：00各噴1次，以保證其被充分吸收。

取樣方法，葉片：劍葉以下（含劍葉）1～3葉，連同葉鞘剪下各供試株的葉片，清水洗3次，去離子水漂洗1次，用滅菌紗布蘸干表面水份，105 ℃殺青12 h，再烘至恒重。莖稈，齊根頸部切斷，剝?nèi)ト~鞘，脫去谷粒，留下莖稈和稻穗枝梗，洗滌、去離子水漂洗、烘干方法與葉片處理方法相同。將谷粒脫下，曬干，用試驗(yàn)型小型碾米機(jī)碾成精米，測(cè)定葉、莖、米粒的樣品中N及15N的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻根系秧苗期對(duì)L-蛋氨酸的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)

由圖1可知，水稻在秧苗時(shí)期，根系能有效地吸收L-蛋氨酸，并向上部莖葉運(yùn)輸。其吸收量隨濃度的升高而增加，與對(duì)照相比，秧苗L-蛋氨酸含量分別增加8.2%、9.8%、19.7%、21.3%。

2.2 水稻葉面對(duì)L-亮氨酸15N的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)

通過觀察發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)竟瘸墒旌?，水稻葉面保持綠色時(shí)間依次為C>B>A，由此可以看出在分蘗期、抽穗期、蠟熟期都噴L-亮氨酸15N，葉片衰老比較晚。

2.2.1 莖稈氮含量的變化 由圖2可知，噴施L-亮氨酸15N的水稻莖比處理1（PK組）L-亮氨酸15N的含量要高，差異顯著，且噴施次數(shù)越多，含量越高。

由圖2可知，A、B、C三個(gè)處理水稻的莖稈N和15N的含量都增加了，15N依次增加了35.1%、22.6%、6.3%。增加最多的時(shí)期為蠟熟期，其次是抽穗期，由此說明葉面能夠有效地吸收L-亮氨酸，并能轉(zhuǎn)運(yùn)到水稻的莖部。

2.2.2 葉片氮含量的變化 由圖3可知，A、B、C三個(gè)處理水稻葉片中的15N含量均高于對(duì)照，以A組含量最高，且與對(duì)照差異均達(dá)顯著水平（P<0.05），較對(duì)照依次增加了42.4%、41.6%、5.9%。A和B處理水稻葉面N含量也顯著增加（P<0.05），說明葉面吸收L-亮氨酸15N的同時(shí)，也能促進(jìn)水稻根部對(duì)氮肥的吸收。

2.2.3 子粒（精米）中氮含量的變化 由圖4可知，A、B、C三個(gè)處理所產(chǎn)的子粒與對(duì)照相比N和15N含量均有所增加，15N依次增加了21.5%、16.3%、3.5%，從而促進(jìn)了子粒中總氮含量的增加，說明子粒中總氨基酸含量增加，從而提高了稻米品質(zhì)。

2.2.4 與對(duì)照相比水稻中葉、莖、子粒15N含量增加百分率 由表1可知，噴施兩次比噴施一次水稻各器官中的15N含量高，噴施三次比噴施兩次的要高，這說明水稻對(duì)L-亮氨酸15N的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)呈現(xiàn)就近分配和累加效應(yīng)。

3 小結(jié)

水稻根系能吸收溶液中的蛋氨酸，吸收量隨：L-蛋氨酸濃度的升高而增加，用1 000、2 000、3 000、4 000 mg/L L-蛋氨酸浸根培養(yǎng)，與清水對(duì)照比，秧苗（莖、葉）L-蛋氨酸含量分別增加8.2%，9.8%、19.7%、21.3%。

噴施L-亮氨酸15N能顯著提高水稻植株中氮的含量，促進(jìn)水稻對(duì)氮的吸收，從而促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)，提高稻谷的產(chǎn)量，噴施的最佳時(shí)期應(yīng)是水稻抽穗期和蠟熟期。水稻從葉片吸收的L-亮氨酸15N向子粒轉(zhuǎn)移，呈現(xiàn)就近分配和累加效應(yīng)。

通過在不同時(shí)期向水稻葉面噴施L-亮氨酸15N，成熟后稻米中的氮含量顯著提高，表明稻米中氨基酸的含量顯著增加，因此，噴施外源L-亮氨酸15N有利于提高稻米的品質(zhì)。

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