插秧密度对寒地粳稻碳氮代谢关键酶活性及产量的影响

张忠臣，张丰转，刘海英，高红秀，赵书宇，张海滨，沈 鹏，金正勋

（东北农业大学农学院，哈尔滨 150030）

优良品种和与之配套的栽培措施的有机结合有助于提高水稻产量。从品种（基因型）角度出发，经过矮化育种和杂种优势利用两次科技革命之后，水稻产量得到了突飞猛进的提高[1-2]，科学的育种理论成为水稻高产的前提和基础。从栽培（环境）角度出发，优良的品种只有在适宜的栽培条件下才会发挥其巨大的产量潜力。栽培工作者针对寒地粳稻的现状提出了“水稻旱育稀植高产栽培技术”[3]、“寒地水稻三超栽培技术”等高产栽培理论[4]。目前，不少学者对插秧密度和产量的关系也做了很多研究[5]。高扬等以松粳6号和松粳9号为研究材料，提出插秧密度对每穴穗数和每穗粒数的影响相对较大[6]。唐湘如等采用田间试验和生化分析等方法研究了密度对饲用杂交稻威优56的几种酶活性的影响及其与产量和蛋白质含量的关系，结果表明，密度降低可以提高饲用杂交稻叶片及籽粒的谷氨酰胺合成酶（GS）活性[7]。但是，关于插秧密度对寒地粳稻碳氮代谢关键酶活性影响的研究尚未见报道。

本研究以优质粳稻五优稻1号和超级稻品种松粳9号两个晚熟品种为供试材料，初步研究插秧密度对寒地粳稻碳氮代谢关键酶活性及产量的影响，以期为寒地粳稻超高产调控技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 田间试验设计

试验于2009年在哈尔滨香坊农场进行。田间试验采用移栽密度、品种两因素裂区试验设计，密度为主区，设3个密度，分别为0.26 m×0.15 m（M8）， 0.30 m ×0.15 m（M9）， 0.36 m ×0.15 m（M11），以品种为副区，选用优质粳稻品种五优稻1号和超级稻品种松粳9号。随机排列，3次重复，8行区，5 m行长，每穴插2棵苗。4月15日播种，普通大棚旱育苗，5月30日插秧。每公顷施纯氮 195 kg，N∶P∶K 比例为 2∶1∶1.5。40%氮肥和100%的磷肥和50%的钾肥作为基肥翻地前全层施，20%氮肥作为分蘖肥表面追施，40%氮肥和50%钾肥作为穗肥表面追施。其他田间管理同常规栽培管理。

1.2 产量测定与室内考种

收获时每小区随机调查40株的穗数，求平均值。取样时，取单株穗数与平均穗数相等或接近的植株6株，风干后考种，调查每株穗数、穗粒数、结实率、千粒重和单株产量等指标，其余混收后测产。

1.3 酶活性测定

在抽穗期，各小区选取生长整齐一致且同日抽穗的稻穗挂牌标记，自抽穗第10天起，每隔7 d取样1次，每次于上午9:00～9:30取标记穗，迅速用液氮冷冻处理后选取灌浆基本一致的穗中部籽粒用于酶活性测定。

ADPG焦磷酸化酶（ADPG）和可溶性淀粉合成酶（SSS）参照梁建生的方法提取粗酶液[8]，酶活性测定参照Nakamura的方法[9]，蛋白水解酶活性测定参照文献[10]，谷氨酰胺合成酶（GS）活性测定参照文献[11]。上述酶活性测定均2次重复，求平均值，以平均值为单位进行统计分析。

1.4 数据分析与处理

数据均采用Excel 2003和DPS 7.05数据处理系统进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 插秧密度对供试材料籽粒ADPG和SSS活性的影响

插秧密度对供试材料灌浆过程中籽粒ADPG和SSS活性的影响见图1、2。

由图1可知，M8条件下，五优稻1号和松粳9号ADPG活性伴随着灌浆进程逐渐提高，M9和M11条件下，五优稻1号ADPG活性仍然是伴随着灌浆进程逐渐递增，而松粳9号ADPG活性分别是先下降升高和先升高后下降。在抽穗后17 d，M9、M11与M8对五优稻1号ADPG活性的影响达到极显著差异水平，M9与M11之间没有显著差异；M11与M9、M8对松粳9号ADPG活性的影响达到显著差异水平，M11与M9之间没有显著差异。说明抽穗后17 d M11比M8对供试材料ADPG活性影响更大。

图1 插秧密度对供试材料ADPG活性的影响Fig.1 Effect of transplanting density on the activity of ADP glucose pyrophosphorylase

图2 插秧密度对供试材料SSS活性的影响Fig.2 Effect of transplanting density on the activity of soluble starch synthetase

由图2可知，在不同插秧密度条件下供试的两个品种，灌浆过程中籽粒SSS活性变化趋势一致，都表现为伴随着灌浆进程先升高后降低，在抽穗后17 d达到峰值，但不同插秧密度间供试材料SSS活性没有差异。在抽穗后10 d，M11与M8和M9之间五优稻1号SSS活性差异达到极显著，M8和M9之间没有显著差异；松粳9号在不同插秧密度间SSS活性没有显著差异。在抽穗后24 d，M9与M8和M11之间五优稻1号SSS活性有极显著的差异，M8和M11之间没有显著差异；松粳9号SSS活性在M9与M8之间表现出显著差异，在M11与M8和M9之间没有差异。从整个籽粒灌浆过程来看，M11更利于五优稻1号SSS活性的提高；M9更利于松粳9号SSS活性的提高。

2.2 插秧密度对供试材料籽粒GS和蛋白水解酶活性的影响

结果见图3。

由图3可知，不同插秧密度对供试材料GS活性的影响趋势是一致的，都是先升高后下降，呈现单峰曲线分布，在抽穗后17 d达到最高值，但不同密度间GS活性没有差异。在抽穗后10 d，在M8与M9和M11之间GS活性五优稻1号品种差异极显著，而松粳9号品种差异不显著。在抽穗后24 d，不同密度间供试材料GS活性没有显著差异。

由图4可知，M9密度下供试材料蛋白水解酶活性的变化趋势都是随着灌浆进程逐渐增加。M8和M11密度下五优稻1号的蛋白水解酶活性变化趋势分别是先升高后下降和逐渐下降，在抽穗后10和24 d，五优稻1号M9与M11之间蛋白水解酶活性达到极显著和显著差异水平，在抽穗后17 d，M9与M8之间达到显著差异水平；而松粳9号蛋白水解酶活性在M8和M11密度下都是随着生育进程逐渐增加的，在抽穗后10 d达到显著差异水平，表现为M11下层蛋白水解酶活性最高。

2.3 插秧密度对产量构成因素及产量的影响

结果见表1。

由表1可知，不同插秧密度对两个供试材料单株产量的影响都表现出极显著的差异。不同的是，对于优质品种五优稻1号而言，不同插秧密度是通过调控单株穗数和千粒重来调控单株产量的形成的；对于超级稻品种松粳9号而言，不同插秧密度是通过调控穗粒数来调控单株产量的形成的。综合两份材料的显著性分析结果可以看出，适当稀植更利于单株产量的提高。

图4 插秧密度对供试材料蛋白水解酶活性的影响Fig.4 Effect of transplanting density on the activity of proteolytic enzyme

表1 五优稻1号和松粳9号产量构成因素的比较Table 1 Comparison of yield components between Wuyou1 and Songjing9

由图5可知，五优稻1号均以M11条件下理论产量和实际产量最高，并且与M9条件下的理论产量和实际产量达到极显著和显著差异，M9与M8条件下理论产量和实际产量没有显著差异；松粳9号均以M9条件下的理论产量和实际产量最高，并且和M11条件下的理论产量和实际产量达到显著差异，与M8条件下理论产量和实际产量没有显著差异。通过两份供试材料的理论产量和实际产量比较可以看出，优质品种对密度的要求较高，较低的插秧密度（M11）更适合五优稻1号产量的提高；对于超级稻品种而言，适当的稀植（M9）可满足产量潜力的发挥。

图5 插秧密度对供试材料理论产量和实际产量的影响Fig.5 Effect of transplanting density on theoretical yield and practical yield

3 讨 论

3.1 插秧密度对碳氮代谢关键酶活性的影响

水稻籽粒产量主要来源于淀粉和蛋白质[8]，碳氮代谢关键酶对淀粉和蛋白质的形成起着决定性的作用。唐湘如等对饲用杂交稻产量的研究认为，密度降低能够提高叶片GS活性和籽粒ADPG和GS活性，从而糙米蛋白质含量提高，促进饲用杂交稻高产的形成[7]；本研究结果表明，不同插秧密度对优质高产品种碳氮代谢关键酶调控略有差异，但整体上仍然表现出稀植更有利于ADPG、GS活性的提高。结合唐湘如等的研究结果可以看出，适当的稀植可以提高籽粒ADPG、GS活性。然而从单一密度的ADPG活性变化趋势来看，只有M11密度下松粳9号ADPG的酶活性是随着灌浆进程表现为单峰曲线分布，在抽穗后17 d达到峰值，这一点与沈鹏等报道的结果是一致的[13]。与此相反，M11密度下松粳9号ADPG活性在抽随后17 d出现一个向下的峰值，M8密度下松粳9号酶活性与3个密度下五优稻1号的ADPG酶活性均是随着生育进程逐渐增加的。由此可推测，这一点与取样次数有关，还需要增加取样次数进行分析。五优稻1号和松粳9号SSS和GS活性在3个密度下均是在抽穗后17 d达到峰值，这与沈鹏等、金正勋等和罗兰芳等的研究结果一致[12-15]。其中五优稻1号在抽穗后10和24 d SSS活性达到极显著差异水平，而松粳9号M11密度下GS活性在抽穗后17 d峰值较低。供试材料蛋白水解酶活性受密度影响差异较大，五优稻1号与松粳9号只有M9密度下的蛋白水解酶活性变化趋势是一致的，都是逐渐增加的。五优稻1号蛋白水解酶活性在M8密度下抽穗后17 d出现峰值，M11密度下则是逐渐下降的；松粳9号蛋白水解酶活性在M8和M11密度下都是随着生育进程逐渐增加的。这与罗兰芳等的研究结果也是基本一致的[15]。

3.2 插秧密度对寒地粳稻产量形成的影响

唐湘如等对饲用杂交稻产量的研究认为，饲料稻威优56高产与在此密度下籽粒蔗糖合成酶（SS）和叶片蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性最高，以及籽粒和叶片的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和GS活性较高相关[7]；在本研究中，优质品种五优稻1号M11条件下理论产量和实际产量均表现最高，而超级稻品种松粳9号在M9条件下理论产量和实际产量均表现最高。而且对应密度下，五优稻1号和松粳9号碳氮代谢关键酶活性整体表现较高。由此可知，插秧密度对超级稻品种产量的调控机制与饲用杂交稻产量形成机制是一致的，都与碳氮代谢关键酶活性较高有关。另外，高扬等的研究也得出同样的结论，M9条件下松粳9号产量表现为最高[6]。也就是说，高产品种可以通过稀植来提高碳氮代谢关键酶活性，从而提高产量。与此不同的是，优质品种五优稻1号对密度要求较高，M11条件下ADPG和GS等碳氮代谢关键酶活性表现较高，并且此密度下理论产量和实际产量也表现为最高。这一点表明优质品种和高产品种在产量形成的机制方面是有差异的，需要在酶调控网络和分子代谢途径方面补充更多的试验加以证明。

4 结论

优质品种五优稻1号在M11（0.36 m×0.15 m）条件下ADPG（ADPG焦磷酸化酶）、GS（谷氨酰胺合成酶）活性表现较高；同样条件下，其理论产量和实际产量也表现出高于另外两个密度条件下的相应产量。超级稻品种松粳9号在M9（0.30 m×0.15 m）条件下ADPG、GS活性表现较高，在相应的条件（M9）下，松粳9号分别表现出高于另外两个密度的产量。

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