水稻對外源氨基酸的吸收與轉運

張志元 鄒朝暉 唐建洲 等

摘要：采用不同濃度的L-蛋氨酸培養液培養秧苗，并用L-亮氨酸15N噴施分蘗期、抽穗期和蠟熟期水稻葉面，研究水稻根系對L-蛋氨酸、水稻葉面對L-亮氨酸15N吸收情況。結果表明，用1 000、2 000、3 000、4 000 mg/L的L-蛋氨酸溶液浸根培養，與對照相比，秧苗L-蛋氨酸含量分別增加8.2%，9.8%、19.7%、21.3%；用500 mg/L的L-亮氨酸15N在分蘗期、抽穗期和蠟熟期噴施水稻葉面，三個時期都會不同程度吸收L-亮氨酸，吸收最好的時期是抽穗期和蠟熟期。

關鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）；稻米品質；L-蛋氨酸；L-亮氨酸15N

中圖分類號：S511 文獻標識碼：A 文章編號：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

水稻是主要的糧食作物之一，世界上50%以上的人口以大米為主食，占據人們食物來源的60%左右，可提供20%左右的能量和40%左右的蛋白質[1-3]。中國水稻種植面積居世界第二位，總產量居世界第一位，占世界稻谷產量的36%[4]，僅國內的稻谷產量占糧食總產量的2/5左右[5]。隨著人民生活水平的提高，對糧食的需求已逐漸由單一數量上的滿足向數量和品質兼顧，甚至以品質為主的轉變，廣大消費者對優質稻米的需求與日俱增，稻米品質的優化備受關注。但大多數稻米含直鏈淀粉多、口感差[6]，尤其是早稻糙米，嚴重影響了糧食流通和農民的種糧積極性。氨基酸作為蛋白質的基本單位，是稻米品質的重要指標，尤其是人體必需氨基酸含量是稻米營養品質的重要評價指標[7]。近年來，國內外科學工作者對如何提高水稻氨基酸的含量及其相關的影響因素做了大量的研究[8，9]，研究發現提高和影響稻米氨基酸含量的方法和因素很多[10，11]，在這些方面的研究已經取得了豐碩的成果，其中在農業生產中，根外噴施氨基酸營養液是提高水稻稻米品質的重要手段，目前，國內外已有不少葉面肥噴施效果的報道，但是研究內容不夠全面，不甚深入，很少有具體針對某一種氨基酸噴施對水稻稻米品質影響的效果研究，特別是對稻米氨基酸含量的影響機理目前仍不清楚。在前期研究中，從柑橘內分離出YS-45內生枯草芽孢桿菌，利用其發酵豆粕殘渣制成含有豆粕氨基酸營養液，噴施水稻葉面，發現能提高稻米氨基酸含量[12，13]。為了弄清楚外源氨基酸如何影響稻米品質，本研究利用外源L-亮氨酸15N、L-蛋氨酸分別配制成一定濃度的溶液，分別噴施到水稻葉面或者作為培養液培養水稻秧苗，研究水稻對氨基酸吸收及轉運的情況。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

湘早秈45號購于袁隆平農業高科技股份有限公司；Y兩優1號（13-1087）由湖南省核農學與航天育種研究所育種室提供；L-蛋氨酸購于湖南藝洲生物科技有限公司；L-亮氨酸，N-15標記，豐度為98.87%，購于中國同位素公司；所用的化學試劑為分析純，購于美國Sigma公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 水培法測定水稻對L-蛋氨酸的吸收 試驗設5個處理，每個處理3次重復，每重復2株秧苗（25日秧齡），定植在1 000 mL廣口瓶中，各處理分別灌入不同濃度的蛋氨酸溶液500 mL，劃上標記線。5個處理為：①0% L-蛋氨酸溶液，即清水對照；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。秧苗定植后每天觀察其生長情況，并注意補充相應因蒸騰作用而損失的L-蛋氨酸溶液。15 d后，剪取瓶口以上部分的莖和葉，清水洗3次，去離子水漂洗1次，紗布蘸干水分，置于烘箱105 ℃殺青12 h，再烘至恒重，粉碎，60目篩過篩，采用高效液相色譜（HPLC）法測定各處理L-蛋氨酸含量。

1.2.2 利用15N示蹤技術測定水稻葉面對L-亮氨酸的吸收 試驗采用盆栽法，設4個處理，3次重復，每重復栽2株秧苗（25日齡）。4個處理為：①L-亮氨酸15N為0 g，即清水對照（PK組）；②L-亮氨酸15N 0.3 g分3次噴施，每次用0.1 g定容至200 mL，其濃度為500 mg/L，于分蘗期、抽穗期、蠟熟期噴施（A組）；③L-亮氨酸15N 0.2 g，分2次噴施，每次0.1 g，定容至200 mL，分蘗期、抽穗期噴施（B組）；④L-亮氨酸15N 0.1 g，定容至200 mL，分蘗期噴施（C組）。在各生育期噴施L-亮氨酸15N時，將各處理的3盆重復秧苗擺成三角形，將200 mL L-亮氨酸15N溶液分4 d噴完，每天10：00、17：00各噴1次，以保證其被充分吸收。

取樣方法，葉片：劍葉以下（含劍葉）1～3葉，連同葉鞘剪下各供試株的葉片，清水洗3次，去離子水漂洗1次，用滅菌紗布蘸干表面水份，105 ℃殺青12 h，再烘至恒重。莖稈，齊根頸部切斷，剝去葉鞘，脫去谷粒，留下莖稈和稻穗枝梗，洗滌、去離子水漂洗、烘干方法與葉片處理方法相同。將谷粒脫下，曬干，用試驗型小型碾米機碾成精米，測定葉、莖、米粒的樣品中N及15N的含量。

2 結果與分析

2.1 水稻根系秧苗期對L-蛋氨酸的吸收與轉運

由圖1可知，水稻在秧苗時期，根系能有效地吸收L-蛋氨酸，并向上部莖葉運輸。其吸收量隨濃度的升高而增加，與對照相比，秧苗L-蛋氨酸含量分別增加8.2%、9.8%、19.7%、21.3%。

2.2 水稻葉面對L-亮氨酸15N的吸收與轉運

通過觀察發現當稻谷成熟后，水稻葉面保持綠色時間依次為C>B>A，由此可以看出在分蘗期、抽穗期、蠟熟期都噴L-亮氨酸15N，葉片衰老比較晚。

2.2.1 莖稈氮含量的變化 由圖2可知，噴施L-亮氨酸15N的水稻莖比處理1（PK組）L-亮氨酸15N的含量要高，差異顯著，且噴施次數越多，含量越高。

由圖2可知，A、B、C三個處理水稻的莖稈N和15N的含量都增加了，15N依次增加了35.1%、22.6%、6.3%。增加最多的時期為蠟熟期，其次是抽穗期，由此說明葉面能夠有效地吸收L-亮氨酸，并能轉運到水稻的莖部。

2.2.2 葉片氮含量的變化 由圖3可知，A、B、C三個處理水稻葉片中的15N含量均高于對照，以A組含量最高，且與對照差異均達顯著水平（P<0.05），較對照依次增加了42.4%、41.6%、5.9%。A和B處理水稻葉面N含量也顯著增加（P<0.05），說明葉面吸收L-亮氨酸15N的同時，也能促進水稻根部對氮肥的吸收。

2.2.3 子粒（精米）中氮含量的變化 由圖4可知，A、B、C三個處理所產的子粒與對照相比N和15N含量均有所增加，15N依次增加了21.5%、16.3%、3.5%，從而促進了子粒中總氮含量的增加，說明子粒中總氨基酸含量增加，從而提高了稻米品質。

2.2.4 與對照相比水稻中葉、莖、子粒15N含量增加百分率 由表1可知，噴施兩次比噴施一次水稻各器官中的15N含量高，噴施三次比噴施兩次的要高，這說明水稻對L-亮氨酸15N的吸收與轉運呈現就近分配和累加效應。

3 小結

水稻根系能吸收溶液中的蛋氨酸，吸收量隨：L-蛋氨酸濃度的升高而增加，用1 000、2 000、3 000、4 000 mg/L L-蛋氨酸浸根培養，與清水對照比，秧苗（莖、葉）L-蛋氨酸含量分別增加8.2%，9.8%、19.7%、21.3%。

噴施L-亮氨酸15N能顯著提高水稻植株中氮的含量，促進水稻對氮的吸收，從而促進水稻的生長，提高稻谷的產量，噴施的最佳時期應是水稻抽穗期和蠟熟期。水稻從葉片吸收的L-亮氨酸15N向子粒轉移，呈現就近分配和累加效應。

通過在不同時期向水稻葉面噴施L-亮氨酸15N，成熟后稻米中的氮含量顯著提高，表明稻米中氨基酸的含量顯著增加，因此，噴施外源L-亮氨酸15N有利于提高稻米的品質。

參考文獻：

[1] ZIMMERNANN M B， HURRELL R F. Improving iron， zinc and vitamin A nutrition through plant biotechnology[J]. Current Oponion in Biltechonology，2002，13：142-145.

[2] GREGORIO G B. Progress in breeding for trace minerals in staple crops[J]. American Society for Nutritional Sciences，2002，132（3）：500-502.

[3] 肖層林.地方陸稻品種性狀的研究[J].農業科技譯叢，1990， 10（1）：4-8.

[4] 余剛哲.稻米化學加工貯藏[M].北京：中國商業出版社，1994.

[5] 周惠民.早稻資源的開發與利用[J].糧食與飼料工業，1999（11）：10-11，20.

[6] 鄭藝梅，鄭 琳，徐福寶，等.不同品種早稻糙米蛋白質和氨基酸組成研究[J].營養學報，2004，26（6）：482-485.

[7] 舒小麗，張琳琳，舒慶堯，等.富含氨基酸水稻研究進展[J].科技創新導報，2010（35）：13.

[8] 劉世平，聶新濤，戴其根，等.免耕套種與秸稈還田對水稻生長和稻米品質的影響[J].2007，21（1）：71-76.

[9] CHEONG J L.Effects of slow-release fertilizer application on ricegrain quality at different culture methods[J]. Korean Crop Sci，1996，41（3）：286-294.

[10] LU X H， WU L H， PANG L J. Effects of plastic film mulching cultivation under non- flooded condition on rice quality[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture，2007，87（2）：334-339.

[11] MEZHLUMYAN L G， RAKHIMOVA S K， YULDASHEV P K， et al. Ratio of protein fractions in cereal grains cultivated in Uzbekistan[J]. Chemistry of Natural Compounds，2004，40（1）：59-62.

[12] 張 翼，白 晨，張志遠，等.柑桔內生細菌YS45的鑒定、抗菌物質分析及其對油菜菌核病的防治作用[J].2009，39（6）：638-645.

[13] 張志元，郭清泉，羅永蘭，等.柑桔內生菌YS45發酵液對糙米品質的影響[J].2013，12（52）：2796-2798.