插秧密度對寒地粳稻碳氮代謝關鍵酶活性及產量的影響

張忠臣，張豐轉，劉海英，高紅秀，趙書宇，張海濱，沈 鵬，金正勛

（東北農業大學農學院，哈爾濱 150030）

優良品種和與之配套的栽培措施的有機結合有助于提高水稻產量。從品種（基因型）角度出發，經過矮化育種和雜種優勢利用兩次科技革命之后，水稻產量得到了突飛猛進的提高[1-2]，科學的育種理論成為水稻高產的前提和基礎。從栽培（環境）角度出發，優良的品種只有在適宜的栽培條件下才會發揮其巨大的產量潛力。栽培工作者針對寒地粳稻的現狀提出了“水稻旱育稀植高產栽培技術”[3]、“寒地水稻三超栽培技術”等高產栽培理論[4]。目前，不少學者對插秧密度和產量的關系也做了很多研究[5]。高揚等以松粳6號和松粳9號為研究材料，提出插秧密度對每穴穗數和每穗粒數的影響相對較大[6]。唐湘如等采用田間試驗和生化分析等方法研究了密度對飼用雜交稻威優56的幾種酶活性的影響及其與產量和蛋白質含量的關系，結果表明，密度降低可以提高飼用雜交稻葉片及籽粒的谷氨酰胺合成酶（GS）活性[7]。但是，關于插秧密度對寒地粳稻碳氮代謝關鍵酶活性影響的研究尚未見報道。

本研究以優質粳稻五優稻1號和超級稻品種松粳9號兩個晚熟品種為供試材料，初步研究插秧密度對寒地粳稻碳氮代謝關鍵酶活性及產量的影響，以期為寒地粳稻超高產調控技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 田間試驗設計

試驗于2009年在哈爾濱香坊農場進行。田間試驗采用移栽密度、品種兩因素裂區試驗設計，密度為主區，設3個密度，分別為0.26 m×0.15 m（M8）， 0.30 m ×0.15 m（M9）， 0.36 m ×0.15 m（M11），以品種為副區，選用優質粳稻品種五優稻1號和超級稻品種松粳9號。隨機排列，3次重復，8行區，5 m行長，每穴插2棵苗。4月15日播種，普通大棚旱育苗，5月30日插秧。每公頃施純氮 195 kg，N∶P∶K 比例為 2∶1∶1.5。40%氮肥和100%的磷肥和50%的鉀肥作為基肥翻地前全層施，20%氮肥作為分蘗肥表面追施，40%氮肥和50%鉀肥作為穗肥表面追施。其他田間管理同常規栽培管理。

1.2 產量測定與室內考種

收獲時每小區隨機調查40株的穗數，求平均值。取樣時，取單株穗數與平均穗數相等或接近的植株6株，風干后考種，調查每株穗數、穗粒數、結實率、千粒重和單株產量等指標，其余混收后測產。

1.3 酶活性測定

在抽穗期，各小區選取生長整齊一致且同日抽穗的稻穗掛牌標記，自抽穗第10天起，每隔7 d取樣1次，每次于上午9:00～9:30取標記穗，迅速用液氮冷凍處理后選取灌漿基本一致的穗中部籽粒用于酶活性測定。

ADPG焦磷酸化酶（ADPG）和可溶性淀粉合成酶（SSS）參照梁建生的方法提取粗酶液[8]，酶活性測定參照Nakamura的方法[9]，蛋白水解酶活性測定參照文獻[10]，谷氨酰胺合成酶（GS）活性測定參照文獻[11]。上述酶活性測定均2次重復，求平均值，以平均值為單位進行統計分析。

1.4 數據分析與處理

數據均采用Excel 2003和DPS 7.05數據處理系統進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 插秧密度對供試材料籽粒ADPG和SSS活性的影響

插秧密度對供試材料灌漿過程中籽粒ADPG和SSS活性的影響見圖1、2。

由圖1可知，M8條件下，五優稻1號和松粳9號ADPG活性伴隨著灌漿進程逐漸提高，M9和M11條件下，五優稻1號ADPG活性仍然是伴隨著灌漿進程逐漸遞增，而松粳9號ADPG活性分別是先下降升高和先升高后下降。在抽穗后17 d，M9、M11與M8對五優稻1號ADPG活性的影響達到極顯著差異水平，M9與M11之間沒有顯著差異；M11與M9、M8對松粳9號ADPG活性的影響達到顯著差異水平，M11與M9之間沒有顯著差異。說明抽穗后17 d M11比M8對供試材料ADPG活性影響更大。

圖1 插秧密度對供試材料ADPG活性的影響Fig.1 Effect of transplanting density on the activity of ADP glucose pyrophosphorylase

圖2 插秧密度對供試材料SSS活性的影響Fig.2 Effect of transplanting density on the activity of soluble starch synthetase

由圖2可知，在不同插秧密度條件下供試的兩個品種，灌漿過程中籽粒SSS活性變化趨勢一致，都表現為伴隨著灌漿進程先升高后降低，在抽穗后17 d達到峰值，但不同插秧密度間供試材料SSS活性沒有差異。在抽穗后10 d，M11與M8和M9之間五優稻1號SSS活性差異達到極顯著，M8和M9之間沒有顯著差異；松粳9號在不同插秧密度間SSS活性沒有顯著差異。在抽穗后24 d，M9與M8和M11之間五優稻1號SSS活性有極顯著的差異，M8和M11之間沒有顯著差異；松粳9號SSS活性在M9與M8之間表現出顯著差異，在M11與M8和M9之間沒有差異。從整個籽粒灌漿過程來看，M11更利于五優稻1號SSS活性的提高；M9更利于松粳9號SSS活性的提高。

2.2 插秧密度對供試材料籽粒GS和蛋白水解酶活性的影響

結果見圖3。

由圖3可知，不同插秧密度對供試材料GS活性的影響趨勢是一致的，都是先升高后下降，呈現單峰曲線分布，在抽穗后17 d達到最高值，但不同密度間GS活性沒有差異。在抽穗后10 d，在M8與M9和M11之間GS活性五優稻1號品種差異極顯著，而松粳9號品種差異不顯著。在抽穗后24 d，不同密度間供試材料GS活性沒有顯著差異。

由圖4可知，M9密度下供試材料蛋白水解酶活性的變化趨勢都是隨著灌漿進程逐漸增加。M8和M11密度下五優稻1號的蛋白水解酶活性變化趨勢分別是先升高后下降和逐漸下降，在抽穗后10和24 d，五優稻1號M9與M11之間蛋白水解酶活性達到極顯著和顯著差異水平，在抽穗后17 d，M9與M8之間達到顯著差異水平；而松粳9號蛋白水解酶活性在M8和M11密度下都是隨著生育進程逐漸增加的，在抽穗后10 d達到顯著差異水平，表現為M11下層蛋白水解酶活性最高。

2.3 插秧密度對產量構成因素及產量的影響

結果見表1。

由表1可知，不同插秧密度對兩個供試材料單株產量的影響都表現出極顯著的差異。不同的是，對于優質品種五優稻1號而言，不同插秧密度是通過調控單株穗數和千粒重來調控單株產量的形成的；對于超級稻品種松粳9號而言，不同插秧密度是通過調控穗粒數來調控單株產量的形成的。綜合兩份材料的顯著性分析結果可以看出，適當稀植更利于單株產量的提高。

圖4 插秧密度對供試材料蛋白水解酶活性的影響Fig.4 Effect of transplanting density on the activity of proteolytic enzyme

表1 五優稻1號和松粳9號產量構成因素的比較Table 1 Comparison of yield components between Wuyou1 and Songjing9

由圖5可知，五優稻1號均以M11條件下理論產量和實際產量最高，并且與M9條件下的理論產量和實際產量達到極顯著和顯著差異，M9與M8條件下理論產量和實際產量沒有顯著差異；松粳9號均以M9條件下的理論產量和實際產量最高，并且和M11條件下的理論產量和實際產量達到顯著差異，與M8條件下理論產量和實際產量沒有顯著差異。通過兩份供試材料的理論產量和實際產量比較可以看出，優質品種對密度的要求較高，較低的插秧密度（M11）更適合五優稻1號產量的提高；對于超級稻品種而言，適當的稀植（M9）可滿足產量潛力的發揮。

圖5 插秧密度對供試材料理論產量和實際產量的影響Fig.5 Effect of transplanting density on theoretical yield and practical yield

3 討 論

3.1 插秧密度對碳氮代謝關鍵酶活性的影響

水稻籽粒產量主要來源于淀粉和蛋白質[8]，碳氮代謝關鍵酶對淀粉和蛋白質的形成起著決定性的作用。唐湘如等對飼用雜交稻產量的研究認為，密度降低能夠提高葉片GS活性和籽粒ADPG和GS活性，從而糙米蛋白質含量提高，促進飼用雜交稻高產的形成[7]；本研究結果表明，不同插秧密度對優質高產品種碳氮代謝關鍵酶調控略有差異，但整體上仍然表現出稀植更有利于ADPG、GS活性的提高。結合唐湘如等的研究結果可以看出，適當的稀植可以提高籽粒ADPG、GS活性。然而從單一密度的ADPG活性變化趨勢來看，只有M11密度下松粳9號ADPG的酶活性是隨著灌漿進程表現為單峰曲線分布，在抽穗后17 d達到峰值，這一點與沈鵬等報道的結果是一致的[13]。與此相反，M11密度下松粳9號ADPG活性在抽隨后17 d出現一個向下的峰值，M8密度下松粳9號酶活性與3個密度下五優稻1號的ADPG酶活性均是隨著生育進程逐漸增加的。由此可推測，這一點與取樣次數有關，還需要增加取樣次數進行分析。五優稻1號和松粳9號SSS和GS活性在3個密度下均是在抽穗后17 d達到峰值，這與沈鵬等、金正勛等和羅蘭芳等的研究結果一致[12-15]。其中五優稻1號在抽穗后10和24 d SSS活性達到極顯著差異水平，而松粳9號M11密度下GS活性在抽穗后17 d峰值較低。供試材料蛋白水解酶活性受密度影響差異較大，五優稻1號與松粳9號只有M9密度下的蛋白水解酶活性變化趨勢是一致的，都是逐漸增加的。五優稻1號蛋白水解酶活性在M8密度下抽穗后17 d出現峰值，M11密度下則是逐漸下降的；松粳9號蛋白水解酶活性在M8和M11密度下都是隨著生育進程逐漸增加的。這與羅蘭芳等的研究結果也是基本一致的[15]。

3.2 插秧密度對寒地粳稻產量形成的影響

唐湘如等對飼用雜交稻產量的研究認為，飼料稻威優56高產與在此密度下籽粒蔗糖合成酶（SS）和葉片蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性最高，以及籽粒和葉片的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和GS活性較高相關[7]；在本研究中，優質品種五優稻1號M11條件下理論產量和實際產量均表現最高，而超級稻品種松粳9號在M9條件下理論產量和實際產量均表現最高。而且對應密度下，五優稻1號和松粳9號碳氮代謝關鍵酶活性整體表現較高。由此可知，插秧密度對超級稻品種產量的調控機制與飼用雜交稻產量形成機制是一致的，都與碳氮代謝關鍵酶活性較高有關。另外，高揚等的研究也得出同樣的結論，M9條件下松粳9號產量表現為最高[6]。也就是說，高產品種可以通過稀植來提高碳氮代謝關鍵酶活性，從而提高產量。與此不同的是，優質品種五優稻1號對密度要求較高，M11條件下ADPG和GS等碳氮代謝關鍵酶活性表現較高，并且此密度下理論產量和實際產量也表現為最高。這一點表明優質品種和高產品種在產量形成的機制方面是有差異的，需要在酶調控網絡和分子代謝途徑方面補充更多的試驗加以證明。

4 結論

優質品種五優稻1號在M11（0.36 m×0.15 m）條件下ADPG（ADPG焦磷酸化酶）、GS（谷氨酰胺合成酶）活性表現較高；同樣條件下，其理論產量和實際產量也表現出高于另外兩個密度條件下的相應產量。超級稻品種松粳9號在M9（0.30 m×0.15 m）條件下ADPG、GS活性表現較高，在相應的條件（M9）下，松粳9號分別表現出高于另外兩個密度的產量。

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