抽穗期葉面噴施鳥氨酸對香稻產量、品質以及2-乙?；?1-吡咯啉生物合成的影響

邢丕鵬 黃彥峰 易思媛 蘭儒劍 潘圣剛 莫釗文 田華 段美洋 唐湘如

（華南農業(yè)大學亞熱帶農業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室/農業(yè)農村部華南地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站/廣州市絲苗香米科學與技術重點實驗室，510642，廣東廣州）

水稻是中國60%以上人口的主要糧食，種植面積1.56 億hm2，約占全球谷物總產量的20%。香稻是一種特殊類型的水稻，具有優(yōu)良的稻米品質和獨特的香味[1]。近年來，隨著人們生活水平不斷提高，國際和國內市場對香米的需求量也在逐年上升。因此，越來越多的科研工作者開始進行相關研究，以期通過栽培或者育種的手段來提高香稻的產量、品質和香氣[2]。研究[3-5]表明，香稻香氣的主要來源物質是2-乙?；?1-吡咯啉（2-AP）。不同的環(huán)境條件和栽培措施會影響香稻體內2-AP 的合成積累[2]。設置不同水肥條件和米質改良劑等措施可提高香稻的產量、品質和香氣[6-8]。鳥氨酸是一種堿性氨基酸，通過參與植物多胺合成、尿素循環(huán)和氮代謝在植物細胞代謝中發(fā)揮重要作用[9]。同時，鳥氨酸能夠緩解各種重金屬離子對植物造成的毒害[10]。而Liu 等[11]研究也表明，鳥氨酸轉氨酶通過調節(jié)水稻氮素的再利用，對水稻穎花發(fā)育和灌漿結實有著至關重要的作用。Yoshihashi 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，鳥氨酸是2-AP 在香稻體內的重要前體物質。近年來，氨基酸葉面肥作為一種綠色農副產品，在各類作物的生產中正在逐步推廣應用。已有研究[13-16]表明，噴施氨基酸葉面肥可以起到提高水稻產量和調控品質的作用。然而，目前有關外源鳥氨酸在香稻生產中的應用以及葉面噴施氨基酸對香稻香氣的影響還鮮見報道。因此，本試驗進行了為期2 年的田間試驗，在抽穗期噴施不同濃度的鳥氨酸溶液，旨在研究外源鳥氨酸對香稻產量、品質以及香氣合成的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019 和2020 年晚季在華南農業(yè)大學教學試驗農場進行。土壤理化性質為有機質22.98g/kg、全氮1.86g/kg、有效磷66.85mg/kg、速效鉀140.44mg/kg。

1.2 試驗設計

以常規(guī)香稻品種美香占2 號為供試水稻品種，所用水稻種子由華南農業(yè)大學農學院提供。試驗采取隨機區(qū)組排列，于香稻抽穗期進行濃度為0.0、0.2、0.4、0.8 和1.6g/L 的鳥氨酸溶液葉面噴施，分別記為CK、T0.2、T0.4、T0.8和T1.6。小區(qū)面積30m2，3 次重復。所有小區(qū)灌溉方式、施肥量和施肥方式一致，按照2:1 的質量施用基肥和分蘗肥。所用肥料為香稻專用肥（含N 15%、P2O54%、K2O 6%、有機肥10%、硫酸鋅2%和氯化鑭0.1%），施肥量為900kg/hm2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量及其構成因素 于水稻成熟期從各小區(qū)取6 穴用于考種，測定穗粒數(shù)、結實率和千粒重。各小區(qū)實收3m2測產。

1.3.2 稻米品質 稻米品質的測定參照《NY147-88 米質測定方法》進行。稻谷收獲后曬干放置2個月后進行品質測定。稻谷經(jīng)礱谷機脫殼后測定糙米率，糙米經(jīng)過精米機處理后獲得精米率。通過堊白觀察儀計算堊白粒率和堊白度，用近紅外谷物分析儀測得蛋白質和直鏈淀粉質量分數(shù)。

1.3.3 2-AP 含量 于水稻成熟期從各小區(qū)采集成熟稻穗，保存在-80℃冰箱內用于2-AP 含量測定。參照黃忠良等[17]的方法測定2-AP 含量，即采用日本生產的島津GCMS-2010 型氣相質譜聯(lián)用儀和2,4,6-三甲基嘧啶（TMP）內標法進行。

1.3.4 葉綠素含量 于葉面噴施鳥氨酸后第10 天，采用SPAD-502 型葉綠素測定儀測定香稻劍葉的葉綠素相對含量（SPAD 值）。

1.3.5 鳥氨酸轉氨酶、二胺氧化酶和甜菜堿醛脫氫酶活性 于葉面噴施鳥氨酸后第7 天，從各小區(qū)分別采集香稻稻穗保存于-80℃冰箱用于酶活性測定。參照趙貴林等[18]的方法測定鳥氨酸轉氨酶活性。參照李夢興等[19]的方法測定二胺氧化酶活性。參照羅笛等[20]的方法測定甜菜堿醛脫氫酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Statistix 8.1 軟件進行數(shù)據(jù)分析，采用SigmaPlot 14.0 軟件繪制圖，采用Microsoft Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理。

2 結果與分析

2.1 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻產量及其構成因素的影響

如表1 所示，抽穗期噴施鳥氨酸可顯著提高香稻的產量。2019 年，T0.4處理的產量最高，與CK相比增產10.11%。2020 年T1.6處理下產量最高，與CK 相比增產12.82%。從2 年試驗結果來看，T0.4、T0.8和T1.6處理下香稻的產量均顯著高于CK和T0.2處理。有效穗數(shù)和穗粒數(shù)在各處理間無顯著差異。與CK 相比，T0.4、T0.8和T1.6處理顯著提高了千粒重和結實率，2 年基本結果一致。2019 年以T0.8處理下的結實率和千粒重最高，分別為83.25%和21.11g。2020 年T1.6處理的結實率和千粒重最高，分別為83.14%和21.07g。

表1 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻產量及其構成因素的影響Table 1 Effects of foliar application of ornithine at heading stage on yield and its components of fragrant rice

2.2 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻稻米品質的影響

由表2 可知，抽穗期噴施鳥氨酸可改善香稻的稻米品質。對稻米加工品質而言，與CK 相比，2019年T0.4、T0.8和T1.6處理糙米率顯著降低。從稻米外觀品質來看，鳥氨酸處理降低了稻米的堊白粒率和堊白度。與CK 相比，T0.2、T0.4、T0.8和T1.6處理對香稻的堊白粒率均存在顯著性影響。2019 年T0.8處理和2020 年T0.4處理下堊白粒率最低，較CK 分別下降了27.43%和26.91%。堊白度除T0.2處理外，其余各處理與CK 相比均呈顯著性差異（P＜0.05），且T1.6處理下堊白度最低，2019 和2020 年分別較CK 下降了23.80%和24.76%。從稻米營養(yǎng)品質來看，除T0.2處理外，其余鳥氨酸處理下香稻的粗蛋白含量較CK 均顯著增加。與CK 相比，鳥氨酸處理對直鏈淀粉含量無顯著影響。

表2 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻稻米品質的影響Table 2 Effects of foliar application of ornithine at heading stage on grain quality of fragrant rice

2.3 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻葉綠素含量的影響

如圖1 所示，抽穗期噴施鳥氨酸可提高香稻劍葉的SPAD 值，除2019 年T0.2處理外，其余處理下的SPAD 值均較CK 有顯著提高。在2019 年，與CK 相比，T0.4、T0.8和T1.6處理的SPAD 值分別顯著提高了8.57%、12.37%和10.17%。在2020 年，與CK 相比，T0.2、T0.4、T0.8和T1.6處理的SPAD 值分別顯著提高了11.11%、10.48%、23.56%和19.07%。

圖1 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of foliar application of ornithine at heading stage on chlorophyll content of fragrant rice

2.4 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻2-AP 含量的影響

如圖2 所示，抽穗期噴施鳥氨酸提高了香稻的香氣含量。除2019 年的T0.2處理外，其余處理均較CK 顯著提高了2-AP 含量。2019 年，T1.6處理下香稻的2-AP 含量最高，達到280.40μg/kg，與CK 相比顯著提高了30.6%；2020 年，T0.8處理的2-AP 含量最高，較CK 顯著提高了27.9%。可見，香稻抽穗期適當噴施鳥氨酸可以顯著提高香米的2-AP 含量。

圖2 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻2-AP 含量的影響Fig.2 Effects of foliar application of ornithine at heading stage on 2-AP content of fragrant rice

2.5 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻2-AP 合成相關酶活性的影響

由表3 可知，抽穗期噴施鳥氨酸對2-AP 合成相關酶的活性有顯著影響。2019 和2020 年，鳥氨酸處理下香稻的鳥氨酸轉氨酶較CK 分別提高了7.63%～22.18%和5.51%～18.86%；二胺氧化酶活性較CK 分別提高了4.18%～24.52% 和8.96%～22.09%；而T0.2處理下甜菜堿醛脫氫酶活性與CK無明顯差異，且T0.8和T1.6處理下甜菜堿醛脫氫酶活性均顯著低于CK。

表3 抽穗期噴施鳥氨酸對香氣合成相關酶活性的影響Table 3 Effects of foliar application of ornithine at heading stage on activities of enzymes involved in 2-AP biosynthesisU/(g·min)

3 討論

3.1 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻產量形成的影響

葉綠素是高等植物進行光合作用的主要色素，位于類囊體膜[21-22]。有試驗[23]表明，提高水稻體內葉綠素含量，有助于增加水稻產量。本試驗發(fā)現(xiàn)，抽穗期葉面噴施鳥氨酸可以顯著提高香稻產量。與CK 相比，鳥氨酸處理下香稻的結實率和千粒重均有所提高。原因在于鳥氨酸處理提高了香稻劍葉的葉綠素含量，這與前人[23]的研究相符。葉綠素含量的增加表明抽穗期噴施鳥氨酸促進了葉片葉綠素的合成，提高了香稻灌漿期的光合作用，提升了香稻的千粒重和結實率，最終增加了產量。

3.2 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻稻米品質的影響

近年來，隨著生活水平的提高，稻米品質越來越受到人們的關注，也直接影響著稻米產業(yè)的效益與發(fā)展[24]。稻米蛋白質作為人類蛋白質的重要來源，是衡量稻米營養(yǎng)品質最主要的指標，因此在一定范圍內，稻米蛋白質含量越高，其營養(yǎng)品質越高[25-26]。本試驗結果表明，抽穗期葉面噴施鳥氨酸可以改善香稻的稻米品質，主要表現(xiàn)為堊白粒率和堊白度的降低以及粗蛋白含量的提高。另一方面，鳥氨酸處理下香稻堊白的降低可能與香稻灌漿期光合作用提高有關，提高灌漿期葉片的光合速率，有利于改善稻米的外觀和營養(yǎng)品質[27]。楊曉龍等[28]也發(fā)現(xiàn)，水稻灌漿期葉片的光合速率對稻米堊白的形成有顯著影響。

3.3 抽穗期噴施鳥氨酸對香稻2-AP 生物合成的影響

2-AP 是香稻香氣的重要組成成分。香稻的香氣合成涉及多種氨基酸、酶和基因[29]。Chen 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，由基因BADH2編碼的甜菜堿醛脫氫酶會顯著抑制香稻體內2-AP 的合成。李夢興[31]研究發(fā)現(xiàn)，香稻中鳥氨酸轉氨酶和二胺氧化酶活性均與2-AP 含量有正相關關系。本試驗結果表明，抽穗期葉面噴施鳥氨酸顯著提高了香稻成熟期稻谷的2-AP 含量。鳥氨酸處理下鳥氨酸轉氨酶和二胺氧化酶活性顯著提高，甜菜堿醛脫氫酶活性則顯著降低。外源鳥氨酸對酶活性的調控可能是其提高2-AP含量的主要原因。

4 結論

綜上所述，抽穗期葉面噴施鳥氨酸可以改善香稻的灌漿過程，增強香氣相關酶活性，增加香稻成熟期稻谷香氣含量，提升產量，最終達到增產增香的效果。