水稻对外源氨基酸的吸收与转运

张志元 邹朝晖 唐建洲 等

摘要：采用不同浓度的L-蛋氨酸培养液培养秧苗，并用L-亮氨酸15N喷施分蘖期、抽穗期和蜡熟期水稻叶面，研究水稻根系对L-蛋氨酸、水稻叶面对L-亮氨酸15N吸收情况。结果表明，用1 000、2 000、3 000、4 000 mg/L的L-蛋氨酸溶液浸根培养，与对照相比，秧苗L-蛋氨酸含量分别增加8.2%，9.8%、19.7%、21.3%；用500 mg/L的L-亮氨酸15N在分蘖期、抽穗期和蜡熟期喷施水稻叶面，三个时期都会不同程度吸收L-亮氨酸，吸收最好的时期是抽穗期和蜡熟期。

关键词：水稻（Oryza sativa L.）；稻米品质；L-蛋氨酸；L-亮氨酸15N

中图分类号：S511 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）04-0825-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.04.003

Uptake and Translocation of Exogenous Amina Acids in Rice

ZHANG Zhi-yuan1，ZOU Zhao-hui2，TANG Jian-zhou1，LUO Yong-lan1，XIE Hong-ke2

（1.College of Biological Engineering and Environmental Science，Changsha University，Changsha 410022，China；

2. Hunan Institute of Nuclear Agricultural Sciences and Space Breeding， Changsha 410125，China）

Abstract： Used different concentrations of L-methionine solutions for the culture of rice seedlings， and sprayed the rice leaf with L-leucine 15N at the tillering， heading and dough stages， in order to study the absorption of L-methionine in the rice roots and L-leucine 15N in the rice leaf. The results showed that using 1 000、2 000、3 000 and 4 000 mg/L methionine solutions for root-soaking culture， the L-methionine in the rice seedlings was increased by 8.2%，9.8%，19.7% and 21.3% respectively as compared with the control； when 500 mg/L L-leucine 15N was used to spray the rice leaf at the tillering， heading and dough stages， the three stages all exhibited different levels of absorption of L-leucine， and it was absorbed best during the heading and dough stages.

Key words：rice（Oryza sativa L.）；rice quality；L-methionine；L-leucine 15N

水稻是主要的粮食作物之一，世界上50%以上的人口以大米为主食，占据人们食物来源的60%左右，可提供20%左右的能量和40%左右的蛋白质[1-3]。中国水稻种植面积居世界第二位，总产量居世界第一位，占世界稻谷产量的36%[4]，仅国内的稻谷产量占粮食总产量的2/5左右[5]。随着人民生活水平的提高，对粮食的需求已逐渐由单一数量上的满足向数量和品质兼顾，甚至以品质为主的转变，广大消费者对优质稻米的需求与日俱增，稻米品质的优化备受关注。但大多数稻米含直链淀粉多、口感差[6]，尤其是早稻糙米，严重影响了粮食流通和农民的种粮积极性。氨基酸作为蛋白质的基本单位，是稻米品质的重要指标，尤其是人体必需氨基酸含量是稻米营养品质的重要评价指标[7]。近年来，国内外科学工作者对如何提高水稻氨基酸的含量及其相关的影响因素做了大量的研究[8，9]，研究发现提高和影响稻米氨基酸含量的方法和因素很多[10，11]，在这些方面的研究已经取得了丰硕的成果，其中在农业生产中，根外喷施氨基酸营养液是提高水稻稻米品质的重要手段，目前，国内外已有不少叶面肥喷施效果的报道，但是研究内容不够全面，不甚深入，很少有具体针对某一种氨基酸喷施对水稻稻米品质影响的效果研究，特别是对稻米氨基酸含量的影响机理目前仍不清楚。在前期研究中，从柑橘内分离出YS-45内生枯草芽孢杆菌，利用其发酵豆粕残渣制成含有豆粕氨基酸营养液，喷施水稻叶面，发现能提高稻米氨基酸含量[12，13]。为了弄清楚外源氨基酸如何影响稻米品质，本研究利用外源L-亮氨酸15N、L-蛋氨酸分别配制成一定浓度的溶液，分别喷施到水稻叶面或者作为培养液培养水稻秧苗，研究水稻对氨基酸吸收及转运的情况。

1 材料与方法

1.1 试验材料

湘早籼45号购于袁隆平农业高科技股份有限公司；Y两优1号（13-1087）由湖南省核农学与航天育种研究所育种室提供；L-蛋氨酸购于湖南艺洲生物科技有限公司；L-亮氨酸，N-15标记，丰度为98.87%，购于中国同位素公司；所用的化学试剂为分析纯，购于美国Sigma公司。

1.2 试验方法

1.2.1 水培法测定水稻对L-蛋氨酸的吸收 试验设5个处理，每个处理3次重复，每重复2株秧苗（25日秧龄），定植在1 000 mL广口瓶中，各处理分别灌入不同浓度的蛋氨酸溶液500 mL，划上标记线。5个处理为：①0% L-蛋氨酸溶液，即清水对照；②1 000 mg/L L-蛋氨酸溶液；③2 000 mg/L L-蛋氨酸溶液；④3 000 mg/L L-蛋氨酸溶液；⑤4 000 mg/L L-蛋氨酸溶液。秧苗定植后每天观察其生长情况，并注意补充相应因蒸腾作用而损失的L-蛋氨酸溶液。15 d后，剪取瓶口以上部分的茎和叶，清水洗3次，去离子水漂洗1次，纱布蘸干水分，置于烘箱105 ℃杀青12 h，再烘至恒重，粉碎，60目筛过筛，采用高效液相色谱（HPLC）法测定各处理L-蛋氨酸含量。

1.2.2 利用15N示踪技术测定水稻叶面对L-亮氨酸的吸收 试验采用盆栽法，设4个处理，3次重复，每重复栽2株秧苗（25日龄）。4个处理为：①L-亮氨酸15N为0 g，即清水对照（PK组）；②L-亮氨酸15N 0.3 g分3次喷施，每次用0.1 g定容至200 mL，其浓度为500 mg/L，于分蘖期、抽穗期、蜡熟期喷施（A组）；③L-亮氨酸15N 0.2 g，分2次喷施，每次0.1 g，定容至200 mL，分蘖期、抽穗期喷施（B组）；④L-亮氨酸15N 0.1 g，定容至200 mL，分蘖期喷施（C组）。在各生育期喷施L-亮氨酸15N时，将各处理的3盆重复秧苗摆成三角形，将200 mL L-亮氨酸15N溶液分4 d喷完，每天10：00、17：00各喷1次，以保证其被充分吸收。

取样方法，叶片：剑叶以下（含剑叶）1～3叶，连同叶鞘剪下各供试株的叶片，清水洗3次，去离子水漂洗1次，用灭菌纱布蘸干表面水份，105 ℃杀青12 h，再烘至恒重。茎秆，齐根颈部切断，剥去叶鞘，脱去谷粒，留下茎秆和稻穗枝梗，洗涤、去离子水漂洗、烘干方法与叶片处理方法相同。将谷粒脱下，晒干，用试验型小型碾米机碾成精米，测定叶、茎、米粒的样品中N及15N的含量。

2 结果与分析

2.1 水稻根系秧苗期对L-蛋氨酸的吸收与转运

由图1可知，水稻在秧苗时期，根系能有效地吸收L-蛋氨酸，并向上部茎叶运输。其吸收量随浓度的升高而增加，与对照相比，秧苗L-蛋氨酸含量分别增加8.2%、9.8%、19.7%、21.3%。

2.2 水稻叶面对L-亮氨酸15N的吸收与转运

通过观察发现当稻谷成熟后，水稻叶面保持绿色时间依次为C>B>A，由此可以看出在分蘖期、抽穗期、蜡熟期都喷L-亮氨酸15N，叶片衰老比较晚。

2.2.1 茎秆氮含量的变化 由图2可知，喷施L-亮氨酸15N的水稻茎比处理1（PK组）L-亮氨酸15N的含量要高，差异显著，且喷施次数越多，含量越高。

由图2可知，A、B、C三个处理水稻的茎秆N和15N的含量都增加了，15N依次增加了35.1%、22.6%、6.3%。增加最多的时期为蜡熟期，其次是抽穗期，由此说明叶面能够有效地吸收L-亮氨酸，并能转运到水稻的茎部。

2.2.2 叶片氮含量的变化 由图3可知，A、B、C三个处理水稻叶片中的15N含量均高于对照，以A组含量最高，且与对照差异均达显著水平（P<0.05），较对照依次增加了42.4%、41.6%、5.9%。A和B处理水稻叶面N含量也显著增加（P<0.05），说明叶面吸收L-亮氨酸15N的同时，也能促进水稻根部对氮肥的吸收。

2.2.3 子粒（精米）中氮含量的变化 由图4可知，A、B、C三个处理所产的子粒与对照相比N和15N含量均有所增加，15N依次增加了21.5%、16.3%、3.5%，从而促进了子粒中总氮含量的增加，说明子粒中总氨基酸含量增加，从而提高了稻米品质。

2.2.4 与对照相比水稻中叶、茎、子粒15N含量增加百分率 由表1可知，喷施两次比喷施一次水稻各器官中的15N含量高，喷施三次比喷施两次的要高，这说明水稻对L-亮氨酸15N的吸收与转运呈现就近分配和累加效应。

3 小结

水稻根系能吸收溶液中的蛋氨酸，吸收量随：L-蛋氨酸浓度的升高而增加，用1 000、2 000、3 000、4 000 mg/L L-蛋氨酸浸根培养，与清水对照比，秧苗（茎、叶）L-蛋氨酸含量分别增加8.2%，9.8%、19.7%、21.3%。

喷施L-亮氨酸15N能显著提高水稻植株中氮的含量，促进水稻对氮的吸收，从而促进水稻的生长，提高稻谷的产量，喷施的最佳时期应是水稻抽穗期和蜡熟期。水稻从叶片吸收的L-亮氨酸15N向子粒转移，呈现就近分配和累加效应。

通过在不同时期向水稻叶面喷施L-亮氨酸15N，成熟后稻米中的氮含量显著提高，表明稻米中氨基酸的含量显著增加，因此，喷施外源L-亮氨酸15N有利于提高稻米的品质。

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