張淑娟，王 立，馬 放，張 雪，徐亞男，李 哲，姜曉峰

(1.城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室(哈爾濱工業(yè)大學)，150090哈爾濱;2.中國市政華北設計研究總院有限公司，300074天津)

稻米品質受土壤生態(tài)因子［4］、施肥種類［5］、施肥水平［6］和農(nóng)藝性狀［7］等多種因素的影響.其中稻米的加工品質受水稻株高、有效穗數(shù)和經(jīng)濟系數(shù)的影響［8］.而稻米的外觀品質與株高呈負相關關系［7-8］，同時，抽穗后較高群體的光合速率也會降低稻米的外觀品質［9］.另外，稻米的蒸煮品質、外觀品質和營養(yǎng)品質還受水稻根系化學訊號的調(diào)節(jié)［10］.過去國內(nèi)外學者對稻米品質的研究大多集中在生態(tài)條件、農(nóng)藝性狀及生理特征等方面.叢枝菌根技術是近年發(fā)展起來的一種綠色農(nóng)業(yè)非點源污染防治技術［11］，主要通過促進作物對營養(yǎng)物質的吸收來減少農(nóng)用化學品的施用量，進而從源頭上減少非點源污染物的來源［12］.前期研究證明，叢枝菌根技術不能完全替代化肥的施用［13-14］，與化肥共施是今后農(nóng)田非點源污染源頭減量的發(fā)展方向.本文從與水稻共生的微生物與稻米品質的關系入手，探討生物因子對稻米品質的影響，以期為稻米品質的改善提供新思路.

1 試 驗

1.1 試驗用地與試驗材料

試驗在城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室的“農(nóng)藥化肥源頭減量技術示范基地”進行.該基地位于黑龍江省雙城市朝陽鄉(xiāng)政安村，西為拉林河，北靠松花江，三面環(huán)水環(huán)繞市界，具體地理位置為45°13.819＇N，126°22.611＇E(圖 1).涉及的水稻土類型為潴育型，有機質為26.32 g·kg-1，水解性氮質量分數(shù)為125.25 mg·kg-1，速效磷為120.63 mg·kg-1，速效鉀為17.59 mg·kg-1.

圖1 試驗樣地方位

試驗作物為水稻(Oryza sativa L．)，合粳一號.采用的叢枝菌根真菌(AMF)為摩西球囊霉(Glomus mosseae)，保藏在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏號為CGMCC No.3012.

1.2 試驗方法

試驗設接種叢枝菌根真菌(AMF)和施肥兩個處理.其中接種處理有接種AMF和不接種AMF兩個水平.接種在育秧盤(58 cm×28 cm×3 cm)中進行，具體做法是先在水稻育秧盤內(nèi)放過篩后的秧床用土，并用木板刮平，厚度為2.5 cm.每育秧盤均勻拌入 AMF菌劑250 g(孢子數(shù)為33～35 g-1).并均勻撒入40 g發(fā)芽率達95%以上的水稻種子.最后秧床覆蓋過篩后的秧床用土，厚度約為0.5 cm.不接種的水稻秧苗用滅菌后的AMF菌劑代替.接種和不接種的水稻秧苗各10個育秧盤.秧床四周用包裹塑料薄膜的磚塊隔離，做好隔斷.秧苗的水分和肥料管理按當?shù)厮狙砻绲墓芾矸绞竭M行.6周后將兩種秧苗分別移栽到大田不同的小區(qū)內(nèi).

試驗區(qū)與農(nóng)田防護林距離50 m，外設寬6 m的農(nóng)田保護區(qū).小區(qū)面積36 m2，內(nèi)設1 m寬的保護行.邊界用高80 cm的土工膜做隔斷處理，其中50 cm作地下水文阻斷，30 cm為地上的水文阻斷，每小區(qū)設置單獨的進水口和出水口.小區(qū)間隔2 m，空間隔離(見圖2).移栽時每個小區(qū)20垅，每垅40穴，每穴3棵基本苗.移栽后的兩種水稻分別進行施肥和不施肥兩種處理.每個處理3個重復，采用隨機區(qū)組設計.施肥分4次進行，底肥為高濃度水稻復合肥(N-P2O3-K2O:16-17-12，總養(yǎng)分質量分數(shù)大于45%)，施肥量為50 g·m-2.移栽后第2天、第15天和第30天追肥.第1次和第3次追加硫酸銨，追加量分別為6.0和10.0 g·m-2.第2次追加尿素，追加量為12.5 g·m-2.稻田水分管理按當?shù)馗弋a(chǎn)管理方式進行.

圖2 試驗設置示意

1.3 數(shù)據(jù)采集與處理

AMF侵染率按網(wǎng)格交叉法測定.根系樣品用蒸餾水沖洗干凈，并剪成1 cm左右長度的根段;于10%(質量分數(shù))的KOH溶液中100℃下脫色30 min至透明，用蒸餾水沖洗干凈;2%鹽酸中和3～5 min，用蒸餾水沖洗干凈;酸性品紅染色液90℃染色30 min.將經(jīng)過上述處理的根樣，用鑷子和解剖針挑選出25條粗細一致的根段整齊地排列在干凈的載玻片上，加蓋潔凈的蓋玻片后在顯微鏡下觀察.每處理測定100條根段.根據(jù)每條根段上菌根結構多少按0%，10%，20%，30%，40%…100%的侵染比例給出每條根段的侵染率，代入以下公式:

侵染率(%)=∑(0%×Ⅰ0+10%×Ⅰ1+20% ×Ⅰ2+…+100% ×Ⅰ10)÷觀察總根段數(shù)．

總的來說，在子宮肌瘤患者圍手術期護理中運用層次需要論，可以改善患者的心理狀態(tài)，提高患者的生活質量，具有一定的臨床應用價值。

式中:Ⅰ為各侵染率下根段的條數(shù);Ⅰ0為侵染率為零的根段條數(shù);Ⅰ1為侵染率為1% ～10%的根段條數(shù);以此類推;Ⅰ10為侵染率為90% ～100%的根段條數(shù)．

待水稻成熟后，各個小區(qū)單打單收.去雜后存放90 d以上，待水稻含水率在13%左右，且理化性質穩(wěn)定后送農(nóng)業(yè)部谷物及制品檢驗中心(哈爾濱)對稻米品質進行測定.糙米率、精米率和堊白大小按《NY/T83—1988米質測定方法》測定.整精米率按照《GB1350—1999附錄A優(yōu)質稻谷》測定.粗蛋白按照《NY/T3—1982米質測定方法》測定.直鏈淀粉按照《NY/T55—1987米質測定方法》測定.堊白米率和堊白度按照《GB/T17891—1999優(yōu)質稻谷》測定.膠稠度按照《GB/T5497—1985優(yōu)質稻谷》測定.氨基酸按照《GB/T5009.124—2003優(yōu)質稻谷》測定.稻米中鐵、鋅和硒的質量分數(shù)按微波消解-電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法進行測定.

試驗數(shù)據(jù)通過正態(tài)分布檢驗和方差齊性檢驗后進行方差分析.數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用SPSS21.0軟件進行分析.

2 結果與討論

2.1 化肥的施加和AMF接種對水稻根系AMF侵染率及水稻產(chǎn)量的影響

在水稻收獲期測定了AMF在水稻根系的侵染率(見圖3)和水稻產(chǎn)量(見圖4).可以看出，化肥的施加和AMF接種對AMF在水稻根系侵染率的影響顯著不同.在不接種條件下，AMF在水稻根系的侵染率低于5%，且與是否施肥無關.接種AMF能夠顯著改善AMF在水稻根系的定殖情況.而化肥的施加抑制了接種的AMF在根系的生長.如圖4所示，施肥處理和AMF接種二者單獨使用均顯著提高了水稻的產(chǎn)量.但二者共同作用，與單獨接種AMF相比，水稻產(chǎn)量進一步提高;而與單獨施肥條件相比，水稻產(chǎn)量差異無統(tǒng)計學意義.可見在施肥條件下接種AMF并不能有效提高水稻產(chǎn)量.

圖3 不同處理對AMF在水稻根系侵染率的影響

圖4 不同處理對AMF在水稻產(chǎn)量的影響

2.2 化肥的施加和AMF接種對稻谷加工品質的影響

加工品質又叫碾磨品質，反應稻米對加工的適應性.稻米的加工品質主要取決于籽粒的灌漿特性、胚乳結構及糠層厚度等，如籽粒充實、胚乳結構致密、硬性好的谷粒，加工適應性較好.其中整精米率是影響稻米商品價值的主要因素，整精米率高，意味著稻谷食用部分大，經(jīng)濟價值高，且有利于提高優(yōu)質稻米的商品價值.

如圖5所示，化肥的施加和AMF接種對稻谷加工品質的影響顯著不同.其中化肥的施加對糙米率、精米率和整精米率均有不同程度的改善，即化肥的施加提高了水稻對加工的適應性.而接種AMF對稻谷加工品質的作用受土壤肥料條件的影響.在不施肥條件下，接種AMF顯著降低了稻谷的糙米率、精米率和整精米率.其中，AMF接種對整精米率的負面效應降低了稻谷食用部分所占比例，進而嚴重影響了稻米的商品價值.而在施肥條件下，接種AMF對體現(xiàn)稻米加工品質的3個指標均無顯著影響.以上結果說明單獨接種AMF降低了水稻的加工品質，但與化肥共施后其對稻米加工品質的負面效應消失.因此，接種AMF可與化肥共施來保證稻谷的加工品質及商品價值.

水稻產(chǎn)量和品質的形成包括3個方面，即物質生產(chǎn)、物質轉運和物質分配.只有這3方面相協(xié)調(diào)時水稻才能形成較高的產(chǎn)量和品質［15］.有研究表明，齊穗后水稻群體光合速率的提高，會導致碳水化合物轉化成淀粉的速度加快，從而使稻米胚乳內(nèi)的淀粉間隙加大，籽粒充實度變差，最終降低稻米的加工品質［9］.另外，AM共生結構能夠提高宿主光合速率［16-17］.本實驗在前期階段亦發(fā)現(xiàn)接種AMF能夠提高水稻抽穗后光合作用速率［18］.可見，接種AMF對水稻加工品質的負面效應源于對光合作用的改善.

圖5 不同處理對稻米加工品質的影響

2.3 化肥的施加和AMF接種對稻米外觀品質的影響

在水稻米貿(mào)易中，外觀性狀在一定程度上決定了市場上稻米的價格.我國目前出口的優(yōu)質米關于堊白性狀的標準是無堊白.在本試驗中，化肥的施加提高了稻米的堊白米、率堊白大小和堊白度.可見化肥的施加降低了稻米的外觀品質(如圖6所示).AMF接種對稻米外觀品質的作用受施肥條件的影響.在不施肥條件下，與不接種處理相比，AMF接種提高了稻米的堊白米率、堊白大小和堊白度，因而降低了稻米的外觀品質.但在施肥條件下，AMF接種降低了稻米的堊白米率、堊白大小和堊白度，從而改善了稻米的外觀品質.可見在不施加肥料的條件下稻米外觀品質較好，而傳統(tǒng)的施肥和單獨接種AMF均降低了稻米的外觀品質.化肥的施加與接種AMF共同作用則能改善稻米的外觀品質，從而提高稻米吸引消費者的能力.

圖6 不同處理對稻米外觀品質的影響

有研究表明，中國東北地區(qū)稻米的一些外觀品質與國家優(yōu)質指標有較大差距，達標率低的性狀是堊白米率和堊白度［19］.本試驗施加化肥后稻米的堊白米率高達5.5%，已不屬于優(yōu)質稻范疇，這與前人研究結果一致.但是，AMF接種與化肥施加共同作用則改變了稻米外觀品質的等級，即將稻米品質從非優(yōu)質稻提升至三級優(yōu)質稻.另外，前期研究表明，AMF接種能夠增加水稻株高［20］.水稻農(nóng)藝性狀與稻米品質相關關系的研究表明，株高較高的水稻稻米堊白性狀不顯著，外觀品質較好［9］.盡管株高與加工品質關系密切的機理還不明確，但這能夠說明施肥條件下接種AMF可能通過影響水稻株高而提高稻米的外觀品質.

2.4 化肥的施加和AMF接種對稻米蒸煮和食味品質的影響

稻米的膠稠度是衡量米飯軟硬的標準，對米飯軟硬適口性有重要影響.膠稠度大的稻米做出的米飯較柔軟.稻米中粗蛋白質質量分數(shù)也是衡量稻米蒸煮和食味品質的指標之一，但其對稻米品質的影響具有兩面性.一方面，蛋白質質量分數(shù)高的稻米顏色淺黃，貯藏過程中容易變質，有時還有令人“倒胃口”的氣味.因此，稻米的高蛋白質質量分數(shù)意味著較低的外觀品質與食味品質.另一方面，稻米蛋白質含有的谷蛋白易消化吸收，營養(yǎng)價值較高，被認為是品質最好的植物蛋白質.因此，如何權衡粗蛋白這兩方面的作用值得探討.此外，直鏈淀粉質量分數(shù)能夠反映稻米的蒸煮品質.直鏈淀粉質量分數(shù)高的稻米，米飯硬而松散，柔軟性和粘性都差，食味不好.直鏈淀粉質量分數(shù)低的稻米，直鏈淀粉的相對分子質量也相對較低，米飯柔軟和粘聚性都好，食味也好，冷飯重蒸仍如新鮮飯一樣.

如圖7所示，施肥能夠提高稻米的膠稠度，使蒸煮的米飯較柔軟，改善了稻米的蒸煮品質.但是AMF接種對稻米膠稠度的作用受土壤營養(yǎng)條件的影響.在不施加化肥的條件下，AMF接種對稻米膠稠度無顯著影響.而在施肥條件下，AMF接種顯著降低了稻米的膠稠度.與國際水稻研究所制定的標準相比，施肥條件下接種AMF的稻米膠稠度仍處于“軟”水平.可見，施肥條件下接種AMF并不會對稻米的蒸煮品質造成本質的影響.

與不接種處理相比，AMF接種在兩種施肥條件下均顯著提高了稻米粗蛋白的質量分數(shù)(見圖8).可見，無論是否與化肥配合使用，AMF接種均能夠提高稻米中谷蛋白的質量分數(shù)，提高稻米的營養(yǎng)品質.但是AMF接種生產(chǎn)的稻米容易變質，產(chǎn)生令人不愉快的氣味，因此，需要較好的儲藏條件.此外，在兩種施肥條件下，AMF接種還降低了稻米的直鏈淀粉質量分數(shù)，改善了稻米的粘聚性和食味.

圖7 不同處理對稻米蒸煮品質的影響

圖8 不同處理對稻米食味品質的影響

可見，AMF接種與化肥配施不僅提高了稻米的蒸煮品質和食味品質，而且在一定程度上改善了稻米的營養(yǎng)品質.

2.5 化肥的施加和AMF接種對稻米氨基酸總量和人體必需氨基酸質量分數(shù)的影響

營養(yǎng)品質是指稻米營養(yǎng)成分的豐富程度，氨基酸總量和人體必需氨基酸的質量分數(shù)是表示稻米營養(yǎng)成分豐富程度的重要指標.其中，人體必需氨基酸質量分數(shù)的高低對稻米的營養(yǎng)價值尤為重要，因為這些氨基酸在人體內(nèi)不能合成，需要從食物中攝取.這些人體必需氨基酸包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、賴氨酸和蘇氨酸.

本項試驗通過研究施肥和AMF接種對稻米中氨基酸總量及人體必需氨基酸質量分數(shù)的影響，為高產(chǎn)、高效、優(yōu)質的水稻生產(chǎn)提供依據(jù).如表1所示，AMF接種對稻米氨基酸總量影響不顯著.另外，亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、賴氨酸、蘇氨酸這些人體必需氨基酸質量分數(shù)也不受施肥和AMF接種的影響.

表1 不同處理對稻米氨基酸總量和人體必需氨基酸質量分數(shù)的影響 %

2.6 化肥的施加和AMF接種對稻米礦質元素質量分數(shù)的影響

微量元素鐵、鋅和硒是與人體健康密切相關的必需營養(yǎng)元素.提高稻米中的微量元素質量分數(shù)及其生物有效性是改善稻米營養(yǎng)品質的重要指標，研究稻米中微量元素的變化及其影響因素具有重要意義.

如圖9所示，化肥的施加和AMF接種對稻米硒質量分數(shù)無顯著影響.與不施肥對照相比，施用化肥降低了稻米中鐵和鋅的質量分數(shù)，接種AMF在不施肥條件下對鐵和鋅的質量分數(shù)無顯著影響，而在施肥條件下與不接種AMF處理相比，接種AMF對二者有不同程度的改善，從而施肥對稻米鐵和鋅質量分數(shù)的副作用消失.有研究表明鋅與磷存在拮抗效應，即磷施加過量后會影響水稻對鋅的吸收，導致鋅缺乏［21］.此外，磷肥也能夠降低稻米中鐵的質量分數(shù)［22］.國際水稻研究所還發(fā)現(xiàn)了稻米鐵和鋅的質量分數(shù)正相關［23］.在本實驗中，二者對化肥施加和AMF接種的響應也是一致的.可見，AMF在改善植物礦質營養(yǎng)方面起著重要作用.

圖9 不同處理對稻米礦質元素質量分數(shù)的影響

Cavagnaro［24］發(fā)現(xiàn)AM共生結構甚至能夠在大田條件下提高宿主鋅的質量分數(shù).與不能形成菌根的變異植株相比，在大田條件下，被AMF侵染的番茄地上部分和果實鋅質量分數(shù)提高了50%［25］.在本試驗施肥條件下，AMF接種將稻米鋅質量分數(shù)提高44%.AMF接種是否提高宿主鐵質量分數(shù)受AMF菌種和宿主種類的影響.在本實驗中，對水稻接種AMF(摩西球囊霉)保證了施肥條件下稻米鐵的質量分數(shù).而對小麥、水稻和黑莓接種根內(nèi)球囊霉發(fā)現(xiàn)，AMF只提高了小麥鐵質量分數(shù)，對水稻鐵質量分數(shù)無顯著影響［26］.原因可能是不同AMF菌種對宿主礦質營養(yǎng)的影響不同［27］.

3 結論

1)AMF接種與化肥施加共同作用可改善稻米的外觀品質，將稻米品質從非優(yōu)質稻提升至三級優(yōu)質稻.

2)AMF接種與化肥共施還提高了稻米的蒸煮品質和食味品質，保證了鐵和鋅的質量分數(shù)，改善了稻米的營養(yǎng)品質.而不施肥條件下，AMF接種降低了稻谷的加工品質和外觀品質，對蒸煮、食味及營養(yǎng)品質無顯著影響.

3)從改善稻米品質的角度出發(fā)，AMF接種不能完全替代化肥，化肥也不能替代AMF接種，只有AMF接種和化肥共施才能改善水稻品質.

4)叢枝菌根技術在稻米生產(chǎn)中能夠提高稻米品質，對促進農(nóng)民增收、企業(yè)增效具有重要意義，可以在水稻優(yōu)質生產(chǎn)中推廣應用.

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