不同施氮水平对水稻颖果不同施氮水平对水稻颖果发育的影响发育的影响

学 生：学 生：柳 敏柳 敏 导 师导 师 : : 王 忠 教授王 忠 教授 专 业：专 业：植 物 学植 物 学

前 言前 言 水稻是最重要的粮食作物之一，我国是世界水稻生产与消费大国，水稻栽培面积占粮食作物种植面积的 1/3 ，产量占粮食总量的近一半，人均年消费稻米 150kg 以上，因而稻米生产量的高低及品质的优劣与人们的生活息息相关。

有效地施用氮肥提高水稻产量一直是农业科技工作者关注的热点。

摘 要：本试验以两常规水稻 (Oryza sativa .L)

品种扬稻六号和粳稻 941 为材料，用整体解剖法观

察和比较了在不同施氮水平下，花后两天游离核分

裂数目及分裂周期；用生理生化法研究和比较了不

同施氮水平下，水稻籽粒灌浆过程中颖果过氧化氢

酶、直链淀粉含量、蛋白质含量、叶绿素含量、光

合速率与呼吸速率等生理动态变化。

1 1 材料与方法材料与方法 1.1 1.1 试验材料试验材料

水稻 (Oryza sativa.L) 品种：籼稻 (Indica) ：扬稻六号 ; 粳稻 (Japonica) ：粳稻 941

处理编号 分蘖肥 (g/盆 )

孕穗肥 (g/盆 )

I0 0 0

I1 0.5 1.5

I2 1 3

I3 1.5 0.5

I4 3 1

J0 0 0

J1 0.5 1.5

J2 1 3

J3 1.5 0.5

J4 31

1.2 1.2 材料处理材料处理通过盆栽（盆钵直径为 27cm ）试验，设计不同的分蘖肥、孕穗肥施氮处理，每个品种分别有五个处理。各处理施用氮肥 ( 尿素 ) 如下：

1.3 1.3 土样理化性状测定土样理化性状测定全 N 0.137%碱解 N 103.2 mgN/kg速效 P 96.4 mg/kg速效 K 183.7 mgk/kg有机质 2.85%

1.4 1.4 发育不同天数的颖果标记发育不同天数的颖果标记点颖与挂牌相结合的方法来正确标记颖花开花的日期。然后根据需要，相应地采集花后不同天数的颖果作实验。

1.5 1.5 胚乳游离核数目的测定与分裂周期的计算胚乳游离核数目的测定与分裂周期的计算整体解剖法：固定保存 水解媒染挑胚乳囊观察 计算公式： y=(lg2/lgx)t

1.6 1.6 颖果与颖壳叶绿素含量测定颖果与颖壳叶绿素含量测定 将花后 5、 10、 15 、 20 、 25d ……直至成熟的籽粒，各取 10粒颖果和 10粒颖壳 ,分别放入10ml 具塞试管 ,向试管内加入乙醇﹕丙酮﹕水 =4.5﹕4.5﹕1的混合液，定容至 10ml ，将试管置暗中浸提，待颖果和颖壳褪绿后取浸提液 , 测定光密度，计算浸提液中叶绿素含量：样品中叶绿素含量（ mgchl/gFW ） = 比色杯中叶绿素含量×稀释倍数 /样品重（ gFW ）

1.7 1.7 过氧化氢酶含量的测定（氧电极过氧化氢酶含量的测定（氧电极法）法） 记录放氧速率 :

H2O2酶活性 (μmolO2·gFW-1·min-1)= 放氧速率 (μmolO2·min-1)/ 颖果鲜重 (gFW ）

1.8 1.8 光合速率和呼吸速率测定（氧电极法测定）光合速率和呼吸速率测定（氧电极法测定） 光合及呼吸按下列公式计算： R=(dL1/dt1×S×60)÷A; P=(dL1/dt1×S×60)÷A

1.9 1.9 颖果蛋白质含量测定颖果蛋白质含量测定 每隔 5d ，即取花后 5d、 10d 、 15d ，……直至成

熟的颖果，剥去颖壳，在 80度烘干至恒重，碾磨过 100 目筛，用微量凯氏定氮法测定总蛋白质含量。

1.10 1.10 颖果直链淀粉含量测定颖果直链淀粉含量测定 制作标准曲线，计算待测样品的直链淀粉含量。

2.1 2.1 游离分裂数目及分裂周期游离分裂数目及分裂周期

2 结果与分析

由表 1可知，无论是籼稻还是粳稻，施氮愈高，游离核分裂数愈多，分裂周期愈短；在同一施氮水平下，增加后期施氮比例能显著提高游离核的分裂数和缩短分裂周期 ; 同一施氮条件下，籼稻较粳稻分裂核数多，周期短。

2.2 2.2 颖果和颖壳叶绿素含量颖果和颖壳叶绿素含量

图 1 颖果和颖壳叶绿素含量动态变化

0

0. 1

0. 2

0. 3

0. 4

0. 5

0. 6

0. 7

5 10 15 20

籼稻颖壳叶绿素含量

(mgc

hl·h

-1FW

)

I 0

I 1

I 2

I 3

I 4

0

0. 02

0. 04

0. 06

0. 08

0. 1

0. 12

0. 14

0. 16

0. 18

5 10 15 20籼稻颖果叶绿素含量

(mg

chl·

h-1

FW)

I 0

I 1

I 2

I 3

I 4

0

0. 02

0. 04

0. 06

0. 08

0. 1

0. 12

0. 14

5 10 15 20 25 30( d)花后天数

粳稻颖果叶绿素含量

(mgc

hl·h

-1FW

) J 0

J 1

J 2

J 3

J 4

0

0. 1

0. 2

0. 3

0. 4

0. 5

0. 6

5 10 15 20 25 30(d)花后天数

粳稻颖壳叶绿素含量

(mg

chl·

h-1

FW) J 0

J 1

J 2

J 3

J 4

0

0. 1

0. 2

0. 3

0. 4

0. 5

0. 6

0. 7

5 10 15 20

籼稻颖壳叶绿素含量

(mgc

hl·h

-1FW

)

I 0

I 1

I 2

I 3

I 4

0

0. 02

0. 04

0. 06

0. 08

0. 1

0. 12

0. 14

0. 16

0. 18

5 10 15 20籼稻颖果叶绿素含量

(mg

chl·

h-1

FW)

I 0

I 1

I 2

I 3

I 4

0

0. 02

0. 04

0. 06

0. 08

0. 1

0. 12

0. 14

5 10 15 20 25 30( d)花后天数

粳稻颖果叶绿素含量

(mgc

hl·h

-1FW

) J 0

J 1

J 2

J 3

J 4

0

0. 1

0. 2

0. 3

0. 4

0. 5

0. 6

5 10 15 20 25 30(d)花后天数

粳稻颖壳叶绿素含量

(mg

chl·

h-1

FW) J 0

J 1

J 2

J 3

J 4

无论是颖果还是颖壳，在花后 5d左右叶绿素含量达到最大值，而且颖果和颖壳的叶绿素含量减少具有同步性。

施氮水平与叶绿素的含量呈正相关；后期施氮高的颖果和颖壳中的叶绿素含量较高。

叶绿素含量的变化也可反映籽粒的成熟程度。

2.3 2.3 颖果发育过程中过氧化氢酶的活性颖果发育过程中过氧化氢酶的活性

图 2 颖果中过氧化氢酶含量动态变化

010

20

304050

6070

5 10 15 20 25 30(d)花后天数

籼稻过氧化氢酶活性

(μ

mo

lO

2 ·g

FW

-1 ·m

in

-1 )

I0

I1

I2

I3

I4

0

20

40

60

80

100

120

5 10 15 20 25 30 (d)花后天数

粳稻过氧化氢酶活性

(μ

mo

lO

2 ·g

FW

-1 ·m

in

-1 )

J0

J1

J2

J3

J4

010

20

304050

6070

5 10 15 20 25 30(d)花后天数

籼稻过氧化氢酶活性

(μ

mo

lO

2 ·g

FW

-1 ·m

in

-1 )

I0

I1

I2

I3

I4

0

20

40

60

80

100

120

5 10 15 20 25 30 (d)花后天数

粳稻过氧化氢酶活性

(μ

mo

lO

2 ·g

FW

-1 ·m

in

-1 )

J0

J1

J2

J3

J4

籼稻和粳稻中过氧化氢酶都在花后 5d达最大值，之后随着籽粒的发育而减小。过氧化氢酶活性是随着施氮量的上升而增加；在同一施氮水平下，增加生育后期的施氮比例，能明显提高过氧化氢酶的活性。

2.4 2.4 颖果发育过程中光合和呼吸速率的变化颖果发育过程中光合和呼吸速率的变化

图 3 颖果光合和呼吸速率动态变化

0

5

10

15

2025

30

35

40

45

3 5 7 9 11 13 15

籼稻颖果光合速率

(mgC

O 2·d

m-2

·h-1

)

I 0

I 1

I 2

I 3

I 4

0

10

20

30

40

50

60

3 5 7 9 11 13 15籼稻颖果呼吸速率

(mg

CO 2·

dm

-2·h

-1)

I 0

I 1

I 2

I 3

I 4

05

101520253035404550

3 5 7 9 11 13 15

( d)花后天数

粳稻颖果光合速率

(mgC

O 2·d

m-2

·h-1

)

J 0

J 1

J 2

J 3

J 4

05

1015202530354045

3 5 7 9 11 13 15

(d)花后天数

粳稻颖果呼吸速率

(mg

CO 2·

dm

-2·h

-1)

J 0

J 1

J 2

J 3

J 4

0

5

10

15

2025

30

35

40

45

3 5 7 9 11 13 15

籼稻颖果光合速率

(mgC

O 2·d

m-2

·h-1

)

I 0

I 1

I 2

I 3

I 4

0

10

20

30

40

50

60

3 5 7 9 11 13 15籼稻颖果呼吸速率

(mg

CO 2·

dm

-2·h

-1)

I 0

I 1

I 2

I 3

I 4

05

101520253035404550

3 5 7 9 11 13 15

( d)花后天数

粳稻颖果光合速率

(mgC

O 2·d

m-2

·h-1

)

J 0

J 1

J 2

J 3

J 4

05

1015202530354045

3 5 7 9 11 13 15

(d)花后天数

粳稻颖果呼吸速率

(mg

CO 2·

dm

-2·h

-1)

J 0

J 1

J 2

J 3

J 4

随着施氮量的提高，光合及呼吸速率均上升； 增加后期施氮比例能提高颖果光合及呼吸速率，这可能与叶绿素含量高的缘故有关。

2.5 2.5 灌浆期间颖果蛋白质含量变化动态灌浆期间颖果蛋白质含量变化动态

图 4 颖果蛋白质含量动态变化

02468101214

5 10 15 20 25 30(d)花后天数

(%

)籼稻蛋白质含量

I0

I1

I2

I3

I4

0

2

4

68

10

12

14

16

5 10 15 20 25 30 35 40(d)花后天数

(%

)粳稻蛋白质含量

J0J1J2J3J4

02468101214

5 10 15 20 25 30(d)花后天数

(%

)籼稻蛋白质含量

I0

I1

I2

I3

I4

0

2

4

68

10

12

14

16

5 10 15 20 25 30 35 40(d)花后天数

(%

)粳稻蛋白质含量

J0J1J2J3J4

花后 5d 时各个处理的蛋白质含量最高，之后随着籽粒的发育，逐渐下降；施氮能显著增加颖果氮化合物含量；发育后期施高氮能明显提高蛋白质含量。

推测可能是由于施氮使颖果及颖壳的叶绿素含量上升，提高光合速率，延长光合作用时间，进而促进了整个光合产物向谷粒输送的缘故。

2.6 2.6 颖果发育过程中直链淀粉含量的变化动态颖果发育过程中直链淀粉含量的变化动态

图 5 颖果直链淀粉含量动态变化

0

5

10

15

20

5 10 15 20 25 30

花后天数(d)

(%

)籼稻直链淀粉含量

I0

I1

I2

I3

I4

0

5

10

15

20

5 10152025303540

花后天数(d)

%粳稻直链淀粉含量（）

J0

J1

J2

J3

J4

0

5

10

15

20

5 10 15 20 25 30

花后天数(d)

(%

)籼稻直链淀粉含量

I0

I1

I2

I3

I4

0

5

10

15

20

5 10152025303540

花后天数(d)

%粳稻直链淀粉含量（）

J0

J1

J2

J3

J4

随花后籽粒的发育，颖果中直链淀粉含量逐渐上升。籼稻中，直链淀粉在花后 15d时达最大；粳稻颖果在花后 20d达最大。施氮量与直链淀粉含量呈反比，即施氮肥愈高，直链淀粉含量愈低；而且后期穗肥能显著降低直链淀粉含量。

3 讨论

3.1 3.1 氮素对胚乳游离核的影响氮素对胚乳游离核的影响 尽管胚乳都是由受精极核发育起来的，并且都经历了核期和细胞期两个时期，但在不同施氮水平下，各个处理的游离核分裂数目和分裂周期有着明显差异。游离核分裂数目多周期短，说明核分裂快，充实好，发育完全。高氮水平下，尤其是后期增加孕穗肥比例能明显提高核的分裂数和缩短分裂周期。有关施氮水平对水稻游离核分裂的影响及其机理报道很少，这方面还有待进一步研究。

3.2 3.2 影响颖果发育的生理因子影响颖果发育的生理因子 生育后期施用的氮肥可通过根系吸收后直接通往籽粒，对缓解籽粒对叶片氮素的调运有重要作用 (Okano等， 1993) 。 大量的研究表明，增加后期施用氮肥的施用比例，对维持水稻叶片在整个灌浆结实阶段有较高的含氮量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量和光合速率有显著作用，对提高叶绿体的光合磷酸化活性、 Hill反应活性及 RuPBC的活性也具有显著作用；无论是 SOD酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等的活性，后期施氮处理比后期不施肥处理高。

本研究结果表明，增加后期施氮比例能显著提高籽粒灌浆期间颖果的叶绿素含量、光合及呼吸速率、过氧化氢酶活性等，说明籽粒灌浆期影响颖果和叶片的生理因子具有正相关性。同时还发现，增加后期施氮比例，能显著提高颖果蛋白质含量和降低直链淀粉含量，即蛋白质含量与直链淀粉含量呈负

相关。

谢谢指教！