全生育期臭氧胁迫对不同水稻品种稻草饲用品质的影响

章燕柳 邵在胜 杨阳 童楷程 王云霞,* 景立权 王余龙 杨连新

全生育期臭氧胁迫对不同水稻品种稻草饲用品质的影响

章燕柳1邵在胜1杨阳2童楷程2王云霞2,*景立权1王余龙1杨连新1

(1江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/扬州大学 农学院, 江苏 扬州 225009；2扬州大学 环境科学与工程学院, 江苏 扬州 225009；*通信联系人, E-mail: yxwang@yzu.edu.cn)

【】研究不同类型水稻品种稻草饲用品质相关理化指标对臭氧胁迫的响应。利用新型自然光气体熏蒸平台，以 8个水稻品种为供试材料，设置室内对照和高臭氧浓度(80 nL/L)处理，于抽穗期、穗后20 d和成熟期分别测定叶片和茎鞘中饲用品质相关的理化指标。与对照相比，高浓度臭氧处理使稻草粗蛋白、木质素、纤维素、半纤维素和总酚含量分别增加7.07%(<0.1)、10.88%(<0.1)、1.98%、0.92%和5.01% (<0.01)，可溶性糖和淀粉含量分别下降15.07%(<0.1)和18.55%(<0.01)。多数情形下，叶片各指标含量对臭氧胁迫的响应大于茎鞘。所有测定指标的品种间差异均达极显著水平。不同生育期稻草木质素、纤维素、半纤维素和总酚含量表现为穗后20 d＞成熟期＞抽穗期，稻草可溶性糖和淀粉含量则表现为抽穗期＞成熟期＞穗后20 d，而粗蛋白含量随生育进程推进呈降低趋势。方差分析表明，臭氧胁迫与品种互作对所有测定指标的影响均达显著或极显著水平；除总酚含量外，臭氧与植株部位互作对所有测定指标的影响均达极显著水平；而臭氧与生育时期互作仅对植株粗蛋白、纤维素、可溶性糖和总酚含量有显著或极显著影响。稻草饲用品质相关理化指标因生育时期、供试品种和茎叶不同部位而异，高浓度臭氧环境下稻草饲用品质表现出变劣的趋势。

臭氧；水稻；饲用品质；总酚；淀粉

在许多亚洲国家，近年来快速的经济发展使得空气污染物——氮氧化物(NOx)和挥发性有机化合物(VOC)排放增加，这些臭氧前体物在高温和强辐照条件下通过光化学反应转化为臭氧，结果导致许多国家地表(近地层或对流层)臭氧浓度迅速上升，其中包括人口大国中国和印度[1-4]。除了人口密度高和经济发展活跃之外，这些地区所处的热带和亚热带气候条件也有利于臭氧的形成[5-7]。模型研究表明，即使采取严格的污染控制，21世纪中叶我国南部地区的地表臭氧浓度还会上升[6]。

臭氧前体物能在空中长距离运输，因此，臭氧污染不限于城市，近郊和农村也是臭氧污染频发的地区[8]。监测数据表明，中国部分农村地区年平均臭氧浓度达74 nL/L，最高接近200 nL/L[9]。近地层臭氧浓度升高改变了农作物的生长环境，已经引起人们的广泛关注[10-11]。臭氧是强氧化剂，对农作物有很强的伤害作用。臭氧通过气孔进入叶片，在细胞质外体中分解为活性氧[12-13]。这些活性氧直接作用于蛋白、脂类和DNA或引发细胞程序性死亡伤害叶片，从而使叶片光合作用减弱，导致植株生长受抑、生物量减小、生化组成发生改变，最终导致作物减产[10, 12, 14-15]。水稻是我国主要的粮食作物，臭氧污染对我国水稻影响的研究主要集中在稻米产量和品质方面，而鲜有对稻草饲用品质方面的研究[11]。

水稻收获后，稻草主要被还田，焚烧或生产生物能源。但是，在一些东南亚国家稻草是牛羊等反刍动物的重要饲料来源，如孟加拉国和泰国，约80%的稻草被用作饲料[16]。随着我国人均耕地减少和畜牧业的发展，加上禁止秸秆焚烧，利用稻草作为粗饲料来源有可能是一个相对经济环保的方向。因此，研究品种和环境因子对稻草饲用品质的影响及如何提高饲用品质有助于高效利用稻草，减少农业固体废弃物不当处置对环境的影响。

稻草饲用品质与其理化性状指标具有密切的相关性。稻草中含有的粗蛋白、非结构性碳水化合物可溶性糖和淀粉及矿质元素能为反刍动物提供营养；而稻草中结构性碳水化合物木质素、纤维素和半纤维素是构成植物骨架的主要成分，不容易被动物消化[17-19]。目前臭氧胁迫对稻草饲用品质影响鲜有报道[19-20]，已有的报道来自于同一研究小组。他们通过化学组成测定及体外模拟瘤胃消化稻草，发现臭氧胁迫下稻草的可消化性明显降低，即使在轻度臭氧胁迫或未有明显减产的情况下，臭氧对稻草饲用品质有显著的负面影响[19]。这两例研究中一例臭氧处理时间较短，只有18 d[20]，另一例试验品种较少，只有3个[19]。因此，针对空气臭氧污染日趋严重的现状及其对稻草饲用品质可能造成的负面影响，进行多品种全生育期的系统研究显得非常必要。本研究以生产上广泛使用的8个不同类型水稻品种(包括常规粳稻2个、常规籼稻3个，杂交稻3个)为试验材料，设置洁净空气(对照)和臭氧处理(80 nL/L)，研究臭氧胁迫对现代水稻品种结实期叶片、茎杆和稻草饲用品质的影响，阐明这种影响与水稻生长时期、供试品种以及部位间的关系，以期为近地层臭氧浓度升高环境下水稻生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2018年在扬州大学农学院网室内(119.42° E，32.39° N)人工气体熏蒸平台进行。土壤类型为砂姜土，土壤养分状况为有机质23.40 g/kg，全氮1.76 g/kg，碱解氮92.84 mg/kg，全磷0.92 g/kg，速效磷30.13 mg/kg，速效钾47.78 mg/kg。土壤中砂粒(0.02~2 mm)占57.9 %，粉砂粒(0.002~0.2 mm)占28.4 %，黏粒(<0.002 mm)占13.7 %。

1.2 试验平台

臭氧熏蒸平台采用自然光群体土培水稻植株，室内温度与室外保持一致，微环境模拟农田环境，而且气体控制精度较高。具体平台结构和熏气系统运行模式详见Shao等[21]，简述如下：臭氧发生器(QD-001-3A)以纯氧为气源制备臭氧，臭氧分析仪(Model 49i)对气室内臭氧浓度进行即时检测；平台附属气象站采集室内外温度、湿度、光照和大气压力等环境信息。各气室主控系统实时接收并反馈调节室内臭氧和温度、湿度变化，使各项指标达到设定值。

本研究于2018年水稻生长季实施，设对照(C-O3)和高臭氧浓度处理(80 nL/L, E-O3)两个水平，高臭氧浓度设定值为当地当前环境大气臭氧平均浓度的基础上增加约50%。每处理两个气室，气室面积为3.72 m2。水稻移栽返青后(7月10日)开始进行臭氧处理，于水稻收获时停止熏气。每天臭氧熏气时间为上午9:00至下午17:00。水稻季实际臭氧浓度对照气室均值为11.2 nL/L，高臭氧浓度处理气室为80.5 nL/L。室内空气相对湿度根据当地环境湿度变化于7月10日起设定为70%，8月18日起设定为60%，9月27日起直至成熟设定为55%。温度、光照和大气压力均动态模拟外界环境。平台运行期间，除因设备故障、雷雨天气等原因暂停布气外，其余时间正常熏气(图1)。

Ambient－室外对照；C-O3－室内对照；E-O3－高臭氧浓度；臭氧浓度为熏蒸期间的日平均浓度。下同。

1.3 试验材料与培育方法

本研究选用8个水稻品种，包括扬稻6号(常规籼稻)、淮稻5号(常规粳稻)、武运粳27(中熟中粳稻)、丰优香占(籼型三系杂交稻)、甬优1540(籼粳杂交稻)、深两优136(籼型两系杂交稻)、桂农占(常规籼稻)和中早39(常规籼稻)为供试材料。试验采用大田旱育秧，5月18日播种，6月22日移栽，密度为29穴/m2，株距与行距均为16 cm，收获期集中在10月中上旬。基肥施用复合肥，分蘖肥和穗肥均使用尿素。全生育期总施氮量(折合纯氮)为22.5 g/m2，其中，基肥占40%，分蘖肥占30%，穗肥占30%。P、K肥施用量均为9.0 g/m2(以P2O5和K2O计)，全部作基肥施用。基肥施用复合肥(N∶P2O5∶K2O为1∶1∶1)，分蘖肥和穗肥均使用尿素(含氮46.7%)。水稻生育期保持水层约3 cm，成熟期干湿交替，控水搁田。

1.4 测定内容与方法

在水稻生长季分别于抽穗期、穗后20 d和成熟期进行样本采集，每室每品种选取代表性植株2穴，洗净后将叶片和茎秆分别装袋烘干(105 ℃下杀青 30 min，80 ℃下烘干 72 h)，测定各品种地上部不同营养器官(叶片和茎鞘)干物质量，利用植物微型粉碎机将植株茎鞘和叶片粉碎后待测。

1.4.1 木质素含量

木质素的测定参照Shiro等[22]方法。称取20 mg样品放入离心管中，分别加入蒸馏水和甲醇溶液离心后烘干样品，再向离心管中加入1 mL 3 mol/LHCl和0.1 mL巯基乙酸，置于80℃烘箱中3 h，冷却离心后依次用去离子水、NaOH溶液和HCl清洗样品，将残渣溶解于1 mol/LNaOH溶液中，振荡离心后吸取上清液于280 nm波长处测定吸光度值。同时测定木质素标准溶液，根据标准曲线计算木质素含量。

1.4.2 纤维素和半纤维素含量

纤维素和半纤维素的测定参照Brenner等[23]。称取烘干样品0.06 g于试管中，分别用80%乙醇和85%丙酮试剂冲洗，提取干细胞壁。

纤维素含量测定：取0.015 g干细胞壁加入1.5 mL Updegraff试剂，在沸水浴中加热 30 min。过滤后将残渣用水冲洗，再用丙酮冲洗后风干、称量。

半纤维素含量测定：取0.015 g风干样品加入2 mol/L三氟乙酸加热2 h，离心后去除上清液，将残渣用水冲洗，再用1.5 mL 80%乙醇冲洗后置于通风橱风干、称量。

党的十八大以来，零容忍态势下，我国反腐成效显著。然而，目前面临的反腐形势仍然严峻。无论腐败主体、腐败手段、腐败形式、腐败影响均变化且复杂化。因此，完善纪检监察派驻制度，强化党内监督意义深远。

1.4.3 可溶性糖和淀粉含量

采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[24]，并稍作修改。具体操作如下：称取0.02 g样品，用80%乙醇提取3次合并上清液，定容后加入活性炭静置12 h，过滤后吸取上清液加入蒽酮试剂，放在沸水浴(100 ℃)中加热15 min，冷却后吸取200 μL分散液置于酶标板中于620 nm波长处测定吸光度值。同时测定可溶性糖标准溶液，根据标准曲线计算可溶性糖含量。

表1 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草粗蛋白含量的影响

C-O3－室内对照；E-O3－高臭氧浓度; 20DAH－穗后20 d。数字加粗表示差异达显著(<0.05)或极显著(<0.01)水平。下同。

HD5, WYJ27, YD6, FYXZ, YY1540, GNZ, SLY136 and ZZ39 represent Huaidao 5, Wuyunjing 27, Yangdao 6, Fengyouxiangzhan, Yongyou 1540, Guinongzhan, Shenliangyou 136 and Zhongzao 39,respectively. C-O3, Control; E-O3, Elevated ozone concentration; 20DAH, 20 days after heading. Bold numbers indicate significant difference at<0.05 or<0.01, respectively. The same as below.

淀粉含量测定先将淀粉水解成葡萄糖[25]后，测定方法同可溶性测定：称取0.02 g样品，用80%乙醇提取3次后80℃烘干残渣，向残渣中加入0.4 mL去离子水，沸水浴25 min，冷却后加入0.4 mL HClO4超声波震荡，离心后收集上清液，重复两次，将两次上清液合并定容至10 mL。吸取0.125 mL提取液加入0.375 mL去离子水，加入蒽酮试剂，摇匀后100 ℃沸水浴15 min，冷却后吸取200 μL分散液置于酶标板中于620 nm波长处测定吸光度值。同时测定可溶性糖标准溶液，根据标准曲线计算淀粉含量。

1.4.4 总酚含量测定

参照Makkar等[26]方法，并稍作修改：称取0.03 g样品放入离心管中，加入1.5 mL混合液(丙酮∶去离子水体积比为7∶3)，震荡后离心。取0.1 mL上清液于试管中，依次加入0.4 mL去离子水，0.25 mL 1 mol/L福林酚试剂和1.25 mL 20 % Na2CO3溶液，摇匀后室温中静置30 min。吸取200 μL分散液置于酶标板中于760 nm波长处测定吸光度值。以没食子酸制作标准曲线计算总酚含量。

1.4.5 粗蛋白含量测定

参照国家标准 GB/T 17891－1999 《优质稻谷》，采用凯氏定氮法测定含氮量，乘以系数6.25转换为粗蛋白含量。

1.5 统计分析方法

使用Microsoft Excel 软件进行基础统计和图表绘制。数据以SAS 9.2进行统计分析(SAS Institute Inc., Cary NC)。将臭氧、品种、时期和植株部位以及各因素之间的相互作用作为固定因素，熏蒸室作为随机因素利用混合模型进行分析[19, 27]。

2 结果与分析

2.1 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草粗蛋白含量的影响

臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草粗蛋白含量的测定结果见表1和表2。1）各品种稻草平均粗蛋白含量的变幅为64~90 mg/g，品种间差异达极显著水平。2）抽穗期、穗后20 d和成熟期稻草粗蛋白含量平均分别为104、65和47 mg/g，各时期间达极显著差异。3）叶片和茎秆平均粗蛋白含量分别为117 mg/g和48 mg/g，部位间存在极显著差异。4）与对照相比，高臭氧浓度使稻草粗蛋白含量平均增加7.07%(=0.063)，但未达显著水平；从不同品种看，臭氧胁迫使武运粳27(+7.35%)和中早39(+16.02%)粗蛋白含量显著或极显著增加，而对其他品种无显著影响；从各时期看，高臭氧浓度对抽穗期和成熟期稻草粗蛋白含量没有显著影响，但使穗后20 d稻草粗蛋白含量极显著增加13.02%；从不同部位看，高臭氧浓度环境下茎秆粗蛋白含量的增幅(+14.35%)大于叶片(+2.89%)。方差分析表明，臭氧×品种、臭氧×时期、臭氧×部位、臭氧×品种×时期、臭氧×品种×部位和臭氧×品种×部位×时期对粗蛋白含量均有显著或极显著互作效应。

表2 臭氧胁迫对不同水稻品种稻草饲用品质相关理化指标影响的汇总显著性检验(P值)

表3 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草木质素含量的影响

2.2 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草木质素含量的影响

臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草木质素含量的影响见表2和表3。1)各品种稻草木质素含量的变幅为114~148 g/kg，品种间差异达极显著水平。2)抽穗期、穗后20 d和成熟期稻草木质素含量平均分别为119、131和121 g/kg，各时期间差异达极显著水平。3)叶片和茎秆平均木质素含量分别为134 g/kg和118 g/kg，部位间差异达极显著水平。4)与对照相比，臭氧胁迫使稻草木质素含量平均增加10.88%(=0.059)；从不同品种看，高臭氧含量使各品种稻草木质素含量均呈增加趋势，其中淮稻5号(+4.12%)、武运粳27(+8.54%)、甬优1540(+17.63%)和中早39(+20.31%)增幅显著；从不同时期看，高臭氧浓度使抽穗期、穗后20 d和成熟期稻草木质素含量均增加，其中穗后20 d显著增加9.46%；从不同部位看，高臭氧浓度使叶片和茎秆木质素含量分别增加14.01%和8.82%，前者达显著水平。方差分析表明，臭氧×品种、臭氧×部位、臭氧×品种×部位和臭氧×部位×时期互作效应对水稻植株木质素含量影响达显著或极显著水平。

表4 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草纤维素含量的影响

2.3 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草纤维素含量的影响

不同品种水稻叶片、茎秆和稻草纤维素含量对臭氧胁迫的响应见表2和表4。1) 各品种稻草纤维素含量的变幅为413~477 g/kg，品种间差异达极显著水平。2)抽穗期、穗后20 d和成熟期稻草纤维素含量平均分别为417、481和467 g/kg，各时期间差异达极显著水平。3)叶片和茎秆纤维素含量分别为449 g/kg和460 g/kg，叶片纤维素含量显著小于茎秆。4)与对照相比，臭氧胁迫对稻草纤维素含量无显著影响；其中臭氧胁迫使得叶片纤维素含量下降0.64%，而茎秆纤维素含量上升3.04%，但均未达显著水平；从不同时期看，高臭氧浓度使抽穗期稻草纤维素含量极显著增加2.97%，而对穗后20 d和成熟期无显著影响；方差分析表明，臭氧×品种、臭氧×时期与臭氧×部位对水稻植株纤维素含量的影响均达显著或极显著水平。

2.4 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草半纤维素含量的影响

不同品种水稻叶片、茎秆和稻草半纤维素含量对臭氧胁迫的响应见表2和表5。1)各品种稻草半纤维素含量的变幅为182~206 g/kg，品种间差异达极显著水平。2)将所有臭氧处理和供试品种平均，抽穗期、穗后20 d和成熟期稻草半纤维素含量平均分别为187、204和202 g/kg，各时期间达极显著差异。3)叶片和茎秆半纤维素含量相当，均为198 g/kg。4)总体而言，臭氧胁迫对稻草半纤维素含量无显著影响，不同生育时期及植株不同部位趋势一致；从不同品种看，臭氧胁迫使深两优136稻草半纤维素含量极显著增加6.87%，而其他品种则无显著变化；从不同部位看，臭氧胁迫使得叶片半纤维素含量平均降低1.28%，而茎秆半纤维素含量平均增加1.92%，但均未达显著水平。方差分析表明，臭氧×品种、臭氧×部位、臭氧×品种×时期、臭氧×品种×部位和臭氧×部位×时期对植株半纤维素含量的影响均达极显著水平。

表5 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草半纤维素含量的影响

2.5 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草可溶性糖含量的影响

臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草可溶性糖含量的影响见表2和表6。1)各品种稻草可溶性糖含量的变幅为52~91 mg/g，品种间有极显著差异。2)抽穗期、穗后20 d和成熟期稻草可溶性糖含量平均分别为92、56和80 mg/g，各时期间达极显著差异。3)叶片和茎秆平均可溶性糖含量分别为59 和84 mg/g，茎秆部位极显著大于叶片。4)与对照相比，臭氧胁迫使稻草可溶性糖含量平均下降15.07%(=0.059)；从不同品种看，臭氧胁迫使除淮稻5号外所有品种稻草可溶性糖含量均呈下降趋势，其中，武运粳27、甬优1540、深两优136和中早39分别降低8.63%、21.97%、9.05%和19.46%，均达显著或极显著水平；从不同时期看，高臭氧含量使穗后20 d稻草可溶性糖含量显著下降16.25%，而抽穗期和成熟期的下降不显著；从不同部位看，臭氧胁迫使叶片可溶性糖含量显著下降28.08%，而茎秆可溶性糖含量无显著变化。方差分析表明，臭氧×品种、臭氧×时期、臭氧×部位、臭氧×品种×时期和臭氧×品种×部位×时期对水稻植株可溶性糖含量的影响均达极显著影响水平。

2.6 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草淀粉含量的影响

臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草淀粉含量的影响见表2和表7。1)各品种稻草淀粉含量的变幅为61~116 mg/g，品种间差异达极显著水平。2) 抽穗期、穗后20 d和成熟期稻草淀粉含量平均分别为120、66和102 mg/g，各时期间达极显著差异。3)叶片和茎秆淀粉含量平均分别为41 和123 mg/g，部位间差异亦达极显著水平。4)与对照相比，臭氧胁迫使稻草淀粉含量总体平均下降18.55%，达极显著水平；从不同品种看，臭氧胁迫使所有品种稻草淀粉含量均呈下降趋势，其中武运粳27(−10.93%)、丰优香占(−16.34%)和中早39(−30.87%)降幅达显著或极显著水平；臭氧胁迫下水稻各期稻草淀粉含量均显著或极显著下降，其中抽穗期、穗后20 d和成熟期分别下降12.98%、24.03%和21.16%；从不同部位看，高臭氧浓度使叶片和茎秆淀粉含量分别极显著下降6.01%和20.21%，茎秆淀粉含量的降幅显著大于叶片。方差分析表明，臭氧×品种、臭氧×部位、臭氧×品种×生育期、臭氧×品种×部位和臭氧×品种×部位×生育期对水稻植株淀粉含量的影响均达极显著水平。

表6 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草可溶性糖含量的影响

表7 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草淀粉含量的影响

表8 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草总酚含量的影响

2.7 臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草总酚含量的影响

臭氧胁迫对不同品种水稻叶片、茎秆和稻草总酚含量的影响见表2和表8。1) 各品种稻草总酚含量的变幅为2.64~3.42 mg/g，品种间差异达极显著水平。2) 抽穗期、穗后20 d和成熟期稻草总酚含量平均分别为2.73、3.46和2.85 mg/g，各时期间达极显著差异。3)叶片和茎秆平均总酚含量分别为2.15和3.21 mg/g，两部位间差异亦达极显著水平。4)与对照相比，臭氧胁迫使稻草总酚含量平均增加5.01%，达极显著水平。从不同品种看，臭氧胁迫使所有品种稻草总酚含量均呈显著或极显著增加趋势，增幅以武运粳27最大(+7.40%)，桂农占最小(+2.18%)；从不同生育期看，臭氧胁迫使抽穗期(+4.69%)、穗后20 d(+4.11%)和成熟期(+6.43%)稻草总酚含量均显著或极显著增加，其中成熟期的增幅显著大于另两个生育期；从不同部位看，高臭氧浓度使叶片和茎秆总酚含量分别增加6.47%和5.51%，达极显著和显著水平。方差分析结果表明，臭氧×品种、臭氧×生育期、臭氧×品种×部位、臭氧×部位×生育期、臭氧×品种×生育期和臭氧×品种×部位×生育期对水稻植株总酚含量均达显著或极显著影响水平。

3 讨论

总体而言，臭氧胁迫对稻草饲用品质的影响报道很少[11]。与稻草的饲用品质密切相关的化学组成主要有粗蛋白、木质素、纤维素和酚类物质等，下面对主要指标加以讨论。

粗蛋白是动物饲料中含氮化合物的总称，主要以结构蛋白形式存在。直接研究臭氧胁迫下稻草粗蛋白含量变化的试验较少，Frei等[19]报道，相对于洁净空气，环境臭氧浓度使稻草粗蛋白有增加趋势，当臭氧浓度是环境臭氧浓度2倍或2.5倍时稻草中粗蛋白含量显著升高。在三叶草的研究中也发现臭氧胁迫引起粗蛋白极显著升高[28]。植物体内粗蛋白含量与总氮含量密切相关，总氮含量对臭氧的响应可间接反映粗蛋白的响应。郑飞翔等[29]报道，不同含量臭氧胁迫下稻草中氮含量均大幅度升高。邵在胜等[30]研究发现，臭氧浓度为100 nL/L时，水稻植株中N含量呈显著增加趋势。本研究结果与前人报道一致，高臭氧浓度使8个供试品种稻草中粗蛋白含量均呈增加趋势，臭氧胁迫使稻草粗蛋白含量增加可能是由于水稻植株暴露在高含量臭氧环境下，植株组织中应激防御蛋白的诱导和积累造成的[31]。还有一种解释是：臭氧胁迫下碳同化的下降大于氮同化导致“稀释效应”[32]。本研究生长数据表明，与植株粗蛋白含量相反，臭氧胁迫下水稻的最终生物量和籽粒产量均显著下降，降幅分别为4.7%~33.5%和15.4%~43.1%，品种间亦存在很大差异(数据未发表)。从营养角度考虑，稻草粗蛋白增加是有利的，因为蛋白是重要营养物质，其次，在反刍动物的饲料中高含量粗蛋白水平对于维持瘤胃中完整的微生物种群有至关重要的作用[19]；但是有研究结果显示，稻草粗蛋白含量增加与稻草消化率呈显著负相关[19]，说明臭氧胁迫导致的粗蛋白含量增加并不有利于瘤胃中稻草的分解。

高臭氧浓度对结实期稻草粗蛋白含量的影响因品种而异，表现在臭氧与品种间存在极显著互作。其中，臭氧熏蒸使中早39粗蛋白含量极显著增加16.02%，而使淮稻5号平均略微下降2.36%。这种差异可能与品种对臭氧的敏感性有关。臭氧处理对稻草粗蛋白的影响还因不同部位而异，表现在臭氧与部位间有极显著互作效应。其中，水稻叶片粗蛋白含量远高于茎秆，但臭氧处理对茎秆的影响要远远大于叶片，这与邵在胜等[30]研究一致。这一现象可能与臭氧胁迫下，植物产生适应性响应有关：当植株处于氧化胁迫下，叶片分配到更多的物质和能量进行损伤细胞的修复，以应对胁迫和维持生命[30]。

水稻植株结构性碳水化合物主要包括木质素、纤维素和半纤维素等，它们是细胞壁的主要组成成分，共同构成水稻植株的骨架部分，起到支撑作用。但对于反刍家畜而言，木质素是一种抗营养成分，不容易被反刍动物瘤胃中的微生物分解，使稻草的消化率和适口性变差[33-34]。本研究结果与前人报道基本一致，即水稻植株木质素含量在臭氧胁迫下呈显著增加趋势，但纤维含量无明显变化[19-20]。除了水稻，高臭氧浓度使木质素含量增加的现象在豆科[35]和温带牧草[36]中均有报道。臭氧胁迫使木质素含量增加主要与木质素生物合成途径中苯基丙酸类代谢因臭氧胁迫而被诱导有关[19]。臭氧胁迫下酚类物质的增加具有与木质素相似的机理，也与苯基丙酸类代谢被臭氧处理诱导有关。酚类物质的增加有助于提高植物的抗氧化能力，但这种增加趋势对动物来说是不利的，因为酚类物质抑制瘤胃中的微生物酶活性，干扰饲料的酶降解效率，从而影响饲料的消化[37]。

臭氧与生育时期互作对稻草纤维素、可溶性糖和总酚含量的影响均达显著或极显著水平，说明臭氧处理对稻草纤维素、可溶性糖和总酚含量的影响因不同时期而异。具体而言，纤维素、可溶性糖和总酚含量均表现出成熟期的影响大于抽穗期和穗后20 d。这种响应的差异可能是由于成熟期水稻植株在高含量臭氧环境下的胁迫时间更长，更多地受到逆境的影响，是由臭氧的累积效应所致[38-39]。

水稻与其他谷物秸秆不同的是茎对反刍动物的营养价值往往高于叶片[18]。以往的研究对象只有稻草，并没有区分叶片和茎秆对臭氧胁迫响应的差异[19]。本研究把叶片和茎秆两部位分开测定，结果发现，除总酚含量外，臭氧与部位互作对碳水化合物各指标均有显著影响。臭氧胁迫使茎鞘木质素的增幅小于叶片，使纤维素和半纤维素均表现出茎秆含量增加而叶片含量下降的趋势；臭氧胁迫对叶片可溶性糖和总酚含量的影响均大于茎秆，而淀粉含量则表现相反。总体而言，臭氧胁迫对叶片的影响多大于茎秆，这与臭氧胁迫下植株的整体适应性响应一致[29]。

与前人报道一致[40-43]，稻草饲用品质各指标的品种间差异均达显著水平。总体而言，籼型水稻的饲用品质略优于粳型水稻(表1~表7)。本研究还发现，臭氧胁迫对不同品种水稻的影响均达显著或极显著水平，表现在臭氧与品种对各测定指标均有显著的互作效应(表8)。这与Frei等[19-20]对不同基因型水稻品种的研究一致。进一步分析表明，稻草饲用品质参数对臭氧的响应与供试品种的生育期长短无明显关联，但籼型水稻的响应明显大于粳型品种。综合前人和本研究结果可知，与稻米品质性状类似[44]，臭氧胁迫对稻草饲用品质各指标的影响受供试品种的影响。这为通过遗传育种途径选育抗臭氧污染水稻，减轻臭氧胁迫对稻作生产的负面影响提供了科学依据。

4 结论

本文研究了8个不同类型水稻品种饲用品质对臭氧胁迫的响应及其与供试品种、生育时期和植株部位的关系。研究发现臭氧胁迫使稻草总酚含量极显著增加，使淀粉含量极显著降低，而其他指标的影响未达显著。臭氧胁迫对所有测定指标的影响存在品种、生育期和茎叶分配的差异。总体而言，臭氧胁迫下稻草饲用品质有明显变劣的趋势。

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Effects of Ozone Stress on Feeding Quality of Straw of Different Rice Varieties During the Whole Growth Period

ZHANG Yanliu1, SHAO Zaisheng1, YANG Yang2, TONG Kaicheng2, WANG Yunxia2,*, JING Liquan1,WANG Yulong1, YANG Lianxin1

(Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology/Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops/ College of Agronomy,,;College of Environmental Science and Engineering,,,;,)

【】The purpose of this study is to investigate the effects of ozone stress on feeding quality of rice straw. 【】By using a new-type natural-light gas fumigation platform, eight rice varieties were treated with high ozone (80 nL/L) or clean air from transplanting to maturity. The physicochemical indexes related to feed quality of rice straw at heading, 20 days after heading (DAH20) and maturity were analyzed.【】The ozone stress increased the concentrations of crude protein, lignin, cellulose, hemicellulose and total phenol in rice straw by 7.07% (< 0.1), 10.88% (< 0.1), 1.98%, 0.92% and 5.01% (<0.01), respectively; while the concentrations of soluble sugar and starch decreased by 15.07% (< 0.1) and 18.55% (<0.01). In most cases, the changes of feed quality index in leaves under ozone stress were greater than those in stems, respectively. Significant genotypic differences were detected for each measured feed value indexes. The concentrations of lignin, cellulose, hemicellulose and total phenol in straw followed the tendency of DAH20 > maturity > heading, the concentrations of soluble sugar and starch showed the opposite trend of heading > maturity > DAH20, while the crude protein concentration decreased successively with the growth process. Analysis of variance revealed significant interactions between ozone stress and varieties for all measured feed value indexes. Significant interactions between ozone and plant organs were detected for all feed value indexes except total phenol concentration. Significant interactions between ozone and growth period were found for the concentrations of crude protein, cellulose, soluble sugar and total phenol. 【】Physicochemical indexes related to feed value of rice straw varied with the growth stages, varieties and organs of plants, ozone concentration of 80 nL/L leads to deterioration of feed value of rice straw.

ozone; rice; feed quality; total phenol; starch

10.16819/j.1001-7216.2021.0710

2020-07-17；

2020-09-29。

国家自然科学基金资助项目(31471437, 31371563); 江苏高校优势学科建设工程资助项目。