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Seminar作业专业:植物学指导老师:王忠教授1施氮处理对水稻颖果发育、稻米品质的影响研究生:李运祥导师:王忠教授学号:01142(扬州大学农学院,扬州225009)1.前言水稻是最重要的粮食作物之一,世界有三分之一以上的人口以稻米为主食。在我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,因而稻米生产量的高低及品质优劣与农民的收入和人们的生活息息相关。然而,在以往一段较长的时间里,我国对稻米的生产以量为主,不大重视品质。改革开放以来,随着人民生活水平的提高以及稻米贸易对品质的要求,促使我国开始重视对稻米品质问题的研究。稻米品质是品种遗传特性和环境因素综合作用的结果。环境因素包括水稻生长期间的气候条件、栽培措施以及水分与肥力状况、海拔等多方面因素。环境条件对稻米品质的影响主要是通过影响植株和颖果的生理过程而发挥作用的。如:环境对稻米垩白的调控作用主要是通过影响光合同化物积累运转、颖果中代谢酶活性、以及胚乳细胞发育和淀粉体充实等生理过程而实现的;温度对稻米直链淀粉的调控是通过影响胚乳细胞中RNA转录或转录后加工而实现的。在影响稻米品质的诸多环境因子中,氮肥的施用量和施用时期对水稻植株生长及稻米品质的影响尤其明显。例如,在水稻生长后期如以氮为主的穗肥施用过多,则会影响水稻植株含氮化合物数量,造成稻米中氮化合物含量过高而导致食味下降,同时追施氮肥会对稻米垩白状况也有显著影响,因此它一直是科技工作者、稻米生产者研究和关注的热点。2.选题依据稻米品质是一综合性状,一般分为碾米品质、外观品质、蒸煮食用品质和营养品质等四个方面,而这四个方面的品质以及产量都与胚乳细胞的发育有关。水稻胚乳细胞中的主要贮藏物为淀粉和蛋白质,它们分别贮藏在淀粉体(合成与积累淀粉的具有双层膜的质体)和蛋白体(包裹贮藏蛋白的具单层膜的囊泡)中。若胚乳细胞活性高,充实良好,则其中的淀粉粒与淀粉体均呈有棱角的多面体,蛋白体则因最后被淀粉体挤压而充满于淀粉体间隙中,这样的米就无垩白而透明发亮且粒重高,这种米不仅有好的外观品质,而且又易加工而无碎米。若充实不良,淀粉体则呈球形,细胞中空隙多,此时米粒不仅轻而且呈现垩白;但当米粒中的蛋白体较多时,米的营养虽好,但食用品质较差。稻米粒重和品质既受遗传基因控制,又受环境气候和栽培条件的影响,而遗传因素在很大程度上决定水稻品种的特性,在实际生产中人们通过栽培措施来改善提高稻米的产量和品质。因此,通过不同氮素处理实验以研究探明氮素使用量对胚乳细胞发育的规律、胚乳发育与粒重和品质形成之间关系的影响,进而调控胚乳的发育,对提高稻米的产量和品质都具有重要的意义。3.研究内容目的和意义Seminar作业专业:植物学指导老师:王忠教授23.1研究内容3.1.1研究施氮处理对水稻植株生理活性的影响(1)水稻植株鲜干重变化动态(2)不同发育时期水稻剑叶中叶绿素含量差异(3)水稻植株的株高和分蘖数的差异3.1.2研究施氮处理对颖果生理活性的影响(1)不同发育天数颖果鲜干重的测定。(2)不同发育天数颖果和颖壳中叶绿素含量测定。(3)不同发育天数颖果中可溶性糖、淀粉、直链淀粉的测定。(4)不同发育天数颖果中蛋白质种类和含量、赖氨酸含量的测定。3.1.3研究施氮处理对颖果形态结构的影响(1)水稻开花后5天、7天、10天的颖果的胚乳充实过程、蛋白体、淀粉体、糊粉层的生理结构观察。(2)水稻成熟子粒形态结构的观察。3.1.4研究施氮处理对稻米品质的影响(1)稻米碾米品质的测定:出糙率、精米率、整精米率、垩白度、垩白率。(2)稻米蒸煮品质的测定:胶稠度、糊化温度。3.2研究的目的和意义通过上述研究,旨在探明不同氮素处理对水稻颖果的生理、生化和形态结构的发生形成的影响,以及不同氮素使用量对稻米品质形成的影响。通过实验研究水稻颖果中胚乳细胞的分裂、分化和充实的生理过程,胚乳中蛋白体、淀粉体、糊粉层等超微结构的形成、变化规律以及稻米品质的形成与氮素之间的关系,为稻米的优质高产提供理论依据和切实可行的途径。3.3研究创新之处3.3.1研究层次:用电镜观察水稻成熟子粒胚乳细胞的超微结构,从亚细胞水平研究不同氮素使用量的情况下,水稻胚乳细胞中淀粉的充实状况、蛋白体的种类;用超薄树脂切片机对不同氮素处理下颖果中淀粉体、蛋白体以及糊粉层的形成、发育进程的进行观察:从胚乳细胞数目与粒重,淀粉体的充实和蛋白体的种类与稻米品质等关系方面来探讨提高水稻产量与改良品质的途径。这与一般的仅从整体、组织、器管水平上的研究相比较,无疑有很大进步。3.3.2研究方法:(1)在谷物中水稻胚乳核较小,淀粉含量相对较高而蛋白质的含量相对较低(切片易碎),因而研究水稻胚乳发育的难度要大于小麦、大麦和玉米等胚乳。本实验室选用优良的固定剂与低粘性的树脂固定与包埋观察材料,改石蜡切片(通常切片厚为10~15μm)为半薄树脂切片(1μm),使光镜下能清楚观察淀粉体、蛋白质体和糊粉层等的形态结构。(2)本实验在大棚盆栽以保证最低限度氮素养分流失的情况下,通过将水稻的生理生化特点与形态结构相结合的方法从宏观和微观的角度来研究氮素的运筹对稻米品质的影响。Seminar作业专业:植物学指导老师:王忠教授34.材料和方法4.1供试材料水稻品种:三粒寸(大籼)、大力(大粳)、IR36(小籼)、农垦57(小粳)、扬稻6号、粳稻9414.2实验方法4.2.1不同发育天数颖果的标记采用记号笔点开颖颖花与植株上挂牌相结合的方法来标记颖花的开花日期与授粉时刻。在开花期每天进行标花,标到开花结束,这样就能在某一天里采集到发育不同天数或不同授粉时间的颖果。4.2.2水稻植株生理活性的测定(1)水稻植株鲜干重的测定:待水稻移栽后一个月后,每隔15天测定一次。(2)不同生育时期水稻植株剑叶中叶绿素含量的测定(分光光度法)。4.2.3颖果结构观察(1)水稻成熟子粒电镜扫描观察形态结构(2)树脂切片观察4.2.4颖果生理活性的测定(1)胚乳中可溶性糖含量(蒽酮比色法)。(2)胚乳中总淀粉含量的测定(蒽酮比色法)。(3)胚乳中直链粉含量的测定(农业部方法)(4)胚乳中含氮量用的测定(凯氏定氮法)。(5)颖果和颖壳中叶绿素含量的测定(分光光度法)。(6)不同发育天数颖果的鲜干重测定。4.2.5稻米品质的测定(1)稻米中氨基酸含量的测定(分光光度法)。(2)稻米中蛋白质组分及含量的测定(垂直板电泳法)。(3)稻米的碾米品质的测定:出糙率、精米率、整精米率、垩白率及垩白度(农业部方法测定)。(4)稻米蒸煮和食味品质的测定:糊化温度和胶稠度(农业部方法测定)。5.部分研究进展5.1稻植株生理活性测定Seminar作业专业:植物学指导老师:王忠教授45.1.1不同发育时期水稻剑叶中叶绿素含量测定:图1不同发育时期水稻剑叶叶绿素含量由图1可以看出,在水稻的不同生育时期剑叶叶绿素的含量与施氮时期和施氮量密切相关。增加分蘖肥施氮量能使水稻叶片叶绿素含量明显上升。籼稻中,增加分蘖肥施氮量能使水稻叶片叶绿素含量明显上升。籼稻中,T1的叶绿素含量明显高于T2和CK,而T2又高于CK,粳稻中,T1的叶绿素含量大于T2、CK,T2大于CK。增加后期穗肥施氮量也可使叶片叶绿素含量显著提高,籼稻中,T2的叶绿素含量大于T1,T1大于CK,粳稻中,T2的叶绿素含量大于T1、CK,T1大于CK。籽粒灌浆成熟期,在粳稻和籼稻中,CK、T1中的叶绿素含量已经明显降低,而后期施氮的T2中仍然很高,但是在整个水稻生育时期来看,不同的水稻品种之间叶绿素含量存在一定的差异。5.1.2水稻植株鲜干重动态变化的测定:图2.不同水稻品种植株鲜重变化动态大粳01234叶片中叶绿素含量CC(mgchl/g.FW)小粳012345大籼01234分蘖期孕穗期成熟期叶片中叶绿素含量CC(mgchl/g.FW)小籼012345分蘖期孕穗期成熟期扬稻6号01234分蘖期孕穗期成熟期CKT1T2粳稻941012345小籼01002003004003045607590移栽后天数(d)扬稻6号01002003004003045607590移栽后天数(d)CKT1T2粳稻94101002003004003045607590小粳01002003004003045607590大籼01002003004003045607590移栽后天数(d)水稻植株鲜重(g)大粳01002003004005003045607590水稻植株鲜重(g)Seminar作业专业:植物学指导老师:王忠教授5大籼0204060801001201401601803045607590移栽后天数(d)水稻植株干重(g)小籼0204060801001203045607590移栽后天数(d)粳稻941050100150200扬稻6号0204060801001201401603045607590移栽后天数(d)CKT1T2大粳050100150水稻植株干重(g)小粳050100150图3.不同水稻品种植株干重变化动态待水稻幼苗移栽30天后,每隔15天测定一次植株鲜重和干重。由图2、图3可知,对于粳稻和籼稻来说,提高水稻发育前期分蘖肥的施氮量可以明显增加植株鲜重和干重。不论是籼稻还是粳稻,分蘖期施氮肥量高的T1鲜干重的增加量和生长速度都大于T2、CK,孕穗期增加施氮量高的T2在增加植株鲜干重和生长速度上有明显快于T1、CK,这是由于增加穗肥提高了水稻的穗粒重,进而使T2处理的鲜干重高于其它处理。到移栽后90天,植株的生长和鲜干重增加趋于平缓。5.2稻颖果生理活性的测定5.2.1颖果鲜干重及含水率的测定(图4、图5、图6)。图4不同发育天数颖果鲜重变化动态小粳00.20.40.60.85101520253035颖果鲜重(g)大籼00.20.40.60.811.21.41.61.851015202530花后天数(d)大粳00.20.40.60.811.21.41.65101520253035小籼00.20.40.60.815101520253035花后天数(d)CKT1T2扬稻6号00.20.40.60.815101520253035花后天数(d)颖果鲜重(g)粳稻94100.20.40.60.811.25101520253035颖果鲜重(g)Seminar作业专业:植物学指导老师:王忠教授6图5不同发育天数颖果干重变化动态从图4、图5可看出,水稻颖果的鲜重和干重在灌浆期均呈“S”型曲线增加,积累速度前期较快,后期较慢。不论是籼稻还是粳稻,颖果鲜重和干重在开花后0-20d增加速度最快,在花后第15d-20d这段时间内达了最大值,之后略有下降,逐渐至成熟;大粳和大籼颖果的鲜干重远远大于其它四个品种。图6不同发育天数颖果含水率的变化由图6可知,水稻颖果中含水率变化趋势基本相同。粳稻和籼稻的颖果在花后第五天时含水量最高在80%以上,随着颖果的发育其含水率逐渐下降,最后达到稳定。但就籼稻与粳稻比较来看,籼稻的含水率在花后第15-20天内变化就稳定了,而粳稻则相对要晚些,在花后第20-25天。在成熟时,籼稻颖果的含水率要低于粳稻颖果的含水率。大粳00.20.40.60.811.21.45101520253035CKT1T2小粳00.20.40.60.85101520253035CKT1T2大籼00.20.40.60.811.21.451015202530花后天数(d)CKT1T2粳稻94100.20.40.60.815101520253035颖果干重(g0CKT1T2扬稻6号00.20.40.60.85101520253035花后天数(d)颖果干重(g0CKT1T2小籼00.20.40.65101520253035花后天数(d)CKT1T2小粳00.20.40.60.815101520253035大籼00.20.40.60.8151015202530花后天数(d)小籼00.20.40.60.85101520253035花后天数(d)CKT1T2扬稻6号00.20.40.60.85101520253035花后天数(d)含
本文标题:施氮处理对水稻颖果发育稻米品质的影响
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