盐碱胁迫下水稻籽粒中磷积累及与其他元素间的关系研究

李景鹏，谷亚娟,2，杨 福

(1.中国科学院 东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130102；2.中国科学院大学，北京 100049)

0 引 言

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

选择生育期相近的4个水稻品种，分别为吉农大511(V1)、松粳14(V2)、龙稻11(V3)及松粳12(V4)，于2016年，种植在非盐碱地(吉林省公主岭市南崴子乡温家村)、盐碱地(吉林大安苏打盐碱地水田改良示范基地：45°28′53″N,124°4′40″E)，排列方式采用完全随机区组，每个试验区的4个水稻品种均设置3次重复，小区种植面积15 m2，其插秧密度(行距)30 cm×(株距)20 cm，常规田间水肥管理。试验田土壤理化指标见表1。

表1 试验田土壤理化指标[6]Table 1 Physical and chemical index of soil in experimental field

注：TN代表全氮，AP代表有效磷，TP代表全磷，TK代表全钾，AK速效钾，AN代表碱解氮，OM代表有机质，EC代表电导率，CEC代表阳离子交换量，ExNa代表交换性钠，ESP代表土壤碱化度。

Note： TN stands for total nitrogen,AP for available phosphorus,TP for total phosphorus,TK for total potassium,AK for available potassium,AN for alkaline nitrogen,OM for organic matter,EC for electrical conductivity,CEC for cation exchange capacity,ExNa for exchangeable sodium,ESP for soil alkalinity.

1.2 样品预处理

2016年秋收获样品后，参照参考文献[6]处理方法，使用砻谷机(日本FC 2K-Y型)将水稻籽粒磨成稻壳与糙米，并收集每个品种及重复的稻壳与糙米，将所有样品用FZ 102型植物粉碎机粉碎成粉末，收集并储存在自封袋中[6]。

利用V(硝酸)∶V(高氯酸)=2∶1的混合酸解法对各水稻籽粒的稻壳和糙米粉末进行消煮。即称取0.3 g样品于100 ml锥形瓶中，并加入0.6 ml HNO3与0.3 ml HClO3，盖上曲颈漏斗浸泡过夜。移至加热板缓慢加热[6]，消煮至溶液清亮并继续加热至近干，稍冷却后加入少量蒸馏水溶解，移入100 ml容量瓶中定容。后转移至100 ml医用试剂瓶储存备用。

1.3 样品的测定

用GGX-900型原子吸收分光光度计测定样品中水溶性的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+、Zn2+含量；采用全自动化学分析仪(Smartchem200)测定样品中TP的含量。

1.4 数据处理

数据采用SPSS(20.0)进行方差分析(α=0.05)和多重比较(Duncan，α= 0.05)，采用Person进行相关性分析(α=0.05)，采用Origin 8.0作图。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫下水稻稻壳和糙米中全磷含量的差异比较

不同水稻品种稻壳和糙米中TP含量见图1。无论是盐碱或非盐碱胁迫下，糙米的TP含量显著高于稻壳，盐碱胁迫显著降低糙米中TP含量(P< 0.05)。而盐碱胁迫下4个水稻品种籽粒中稻壳和糙米TP的平均含量分别为739 mg·kg-1和3 033 mg·kg-1，非盐碱胁迫下为728 mg·kg-1和3 367 mg·kg-1。不同品种对TP含量的影响表现为，盐碱胁迫下松粳14(V2)、龙稻11(V3)品种糙米中的TP含量差异不显著，吉农大511(V1)、松粳12(V4)品种糙米中的TP含量也没有差异，而松粳14(V2)或龙稻11(V3)与吉农大511(V1)或松粳12(V4)之间TP含量表现出显著的品种间差异(P< 0.05)；盐碱胁迫下(V1)品种稻壳中的TP含量与其他品种之间显著差异(P<0.05)。非盐碱胁迫下各品种糙米和稻壳中TP含量的变化规律与盐碱胁迫下的变化规律相类似。

2.2 盐碱胁迫下水稻稻壳和糙米中TP含量与其他矿质元素间相关性

如表2所示，盐碱胁迫下水稻稻壳中TP含量与K、Ca分别呈显著(P<0.05)、极显著(P< 0.01)正相关关系，而与Na呈极显著负相关关系(P<0.01)。此外，盐碱胁迫下水稻糙米中TP的含量仅与K和Na呈显著正相关关系(P<0.05)，与Mg呈极显著负相关关系(P<0.01)，而与其他矿质元素无显著性相关关系。

表3结果显示，非盐碱胁迫下水稻稻壳中TP含量仅与Fe呈显著正相关关系(P<0.05)，而与Mg呈显著负相关关系(P<0.05)。非盐碱胁迫下水稻糙米中TP的含量仅与Mg呈显著负相关关系(P<0.05)，而与其他矿质元素无显著性相关关系。

表2 盐碱胁迫下水稻稻壳和糙米中TP与其他矿质元素间相关性Table 2 Correlations between TP and other mineral elements in rice husk and brown rice

注：* 在0.05水平(双侧)上显著；**在0.01水平(双侧)上显著。下同。

Notes: * means significant difference at 0.05 level (both sides); ** means significant difference at 0.01 level (both sides).The same is as below.

表3 非盐碱胁迫下水稻稻壳与糙米中TP含量与其他矿质元素间的相关系数Table 3 Correlation coefficients between TP and other mineral elements in rice husk and brown rice

2.3 盐碱胁迫下水稻稻壳和糙米中TP与其他矿质元素间的回归分析

为了进一步探讨盐碱与非盐碱胁迫下水稻稻壳和糙米中矿质元素与TP含量之间的直接效应，将TP(Y)与K(X1)、Na(X2)、Ca(X3)、Mg(X4)、Fe(X5)、Mn(X6)、Zn(X7)等矿质元素做逐步多元线性回归，建立最优回归方程。盐碱胁迫下稻壳中TP与各矿质元素的最优回归方程为Y=0.894X3+1.945X4-6.537，R2= 0.985，对稻壳中TP含量贡献最大的因素是Ca，通经系数为0.842，其次是Mg，通经系数为0.284；盐碱胁迫下糙米中TP与各矿质元素的最优回归方程为Y=2 115.280+45.227X4，R2=0.711，对糙米中TP贡献最大的因素为Mg，通经系数为0.843。非盐碱胁迫下稻壳中TP含量与其他矿质元素的最优回归方程为Y=4.98X4-96.795，R2=0.612，对稻壳中TP含量贡献最大的因素为Mg，通经系数为0.782；糙米中为Y=17 624.233-42.52X4，R2=0.610，对糙米中TP含量贡献最大的因素为Mg，通经系数为-0.781；以上分析说明影响盐碱和非盐碱胁迫下水稻稻壳和糙米中TP含量的主要因子是Mg元素。

3 讨 论

稻谷由稻壳和糙米组成，糙米又包括皮层、胚乳和胚3部分。稻谷中的矿质元素主要存在于稻壳、胚和皮层中，胚乳中含量最低，而矿质元素在稻谷中的含量因生长时土壤成分及水稻品种的不同而差异。大部分矿质元素在稻谷中含量排序为稻壳最多，糙米次之[7-10]。P是水稻生长必需的大量非矿质元素，成熟后水稻籽粒是P重要的储存器官。本研究表明，非盐碱和盐碱胁迫下TP含量均为糙米>稻壳，这是因为糙米中的皮层、胚中能够积累储存较多的TP。王小平等[11]、Oqiyama等[12]的研究也表明水稻糙米米糠层中有较高的TP含量，糙米中糊粉层的TP含量最高，此结果也佐证了本研究的结论。

已有研究报道，P对植物吸收其他矿质元素有明显促进作用[18]，糙米中P与K、Na、Ca、Mg含量呈极显著正相关[19]，云南稻核心种质糙米中大量元素P与K、Ca、Mg含量间也呈极显著正相关[20]。本研究表明，盐碱胁迫下水稻稻壳中TP含量与Na呈极显著负相关，与K、Ca呈显著正相关，说明盐碱土中过多的Na含量，限制了稻壳对P的吸收，而土壤中K、Ca、Mg含量的增加却促进了稻壳对P的吸收。盐碱胁迫下糙米中的TP含量与Na呈显著正相关，这与稻壳中TP含量与Na呈极显著负相关不一致，可能是盐碱胁迫下稻谷糙米中的Na含量远低于稻壳中的Na含量的缘故，从而没有造成严重的K、Na等离子不平衡。

镁作为作物生长的一种必需元素，参与光合碳代谢酶、ATP酶以及葡萄糖激酶、果糖激酶等的活化，与碳水化合物的转化和降解密不可分，能够促进水稻成熟期茎鞘中的碳水化合物向穗部的转运。有研究报道称，水稻籽粒中各矿质元素间存在某种相关性及依存关系，其中Mg和P的联系非常密切，呈显著正相关，相关系数高达0.955 2，而且糙米中的Mg和P分布也极为相似，均在其米糠中有较高含量[3,6,21]。本试验表明，无论是非盐碱还是盐碱胁迫下，糙米中TP与Mg元素之间分别呈极显著负相关和显著负相关，说明非盐碱或盐碱胁迫下糙米中TP随Mg含量增加而显著减少，这与前人的研究结果不一致。进一步将盐碱胁迫下糙米中的P与K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn等元素进行逐步回归分析，也表明无论是盐碱还是非盐碱胁迫，对糙米中P元素含量贡献最大的均是Mg元素。这可能是由于水稻糙米中P的含量过高占据了植酸上原本Mg的位置进而减少Mg的吸收，或是由于磷酸基团和Mg元素间电荷的相互作用所导致，结果有待进一步研究[6,11]。基于以上也可以推测出P与Mg之间的关系基本不受土壤中其他元素含量高低的影响。

4 结 论

(1)盐碱胁迫下水稻糙米中TP的含量显著高于稻壳中TP的含量；盐碱胁迫显著降低了糙米中TP的含量，且表现出品种间差异。

(2)盐碱胁迫改变水稻稻壳和糙米中P与其他元素间相关关系。盐碱胁迫下水稻稻壳中TP含量与Na呈极显著负相关，与K、Ca呈显著正相关，糙米中P与Mg元素则呈显著负相关。

(3)无论盐碱还是非盐碱胁迫下对水稻糙米中TP含量贡献最大的均为Mg元素。