不同氮水平下代表性籼稻和粳稻品种的产量及食用品质评估

《Molecular Breeding》：Evaluation of yield and eating quality of representative indica and japonica rice varieties in response to nitrogen levels

氮肥对水稻产量、品质及基因型响应的影响。田间试验表明，多数品种在氮肥100 kg/ha时产量达峰值，更高水平不再增效。籼稻蛋白质含量（GPC）随氮肥增加而线性上升，粳稻则先降后升；籼稻食味品质随氮肥增加而下降，粁稻在50-100 kg/ha时提升但150 kg/ha时下降。基因型分析显示籼稻携带高GPC和氮利用效率（NUE）基因，导致更敏感的反应。高氮肥（200 kg/ha）在南方试验点导致籼稻谷物中P、K、Mg、Mn、Zn减少，而Cd、Hg增加。综合建议试验条件下氮肥约100 kg/ha可平衡产量与品质。

　　

摘要

氮（N）施肥是水稻生产中影响产量、品质和环境影响的主要因素。从概念上讲，高水平的氮肥施用通常与高产量、较低的品质和高环境成本相关联。然而，很少有研究探讨在田间条件下，不同基因型水稻品种的产量、食用品质和蛋白质含量对氮肥施用水平的响应情况，尤其是那些具有不同氮利用效率（NUE）基因的品种。在这项研究中，我们在湖北省（南部）和黑龙江省（北部）进行了田间试验，每个试验点设置了四种不同的氮肥施用量。南部试验点包括11个籼稻品种和3个粳稻品种，北部试验点包括9个粳稻品种。结果表明，对于大多数品种而言，产量随着氮肥施用量的增加而线性增加，从N₀（0公斤氮/公顷）增加到N₁₀₀（100公斤氮/公顷），但在更高的氮肥施用量下，产量没有显著进一步增加。值得注意的是，不同品种之间存在显著差异，一些表现优异的品种即使在最高氮肥施用量下也能保持产量增长。在籼稻品种中，籽粒蛋白质含量（GPC）与氮肥施用量呈线性关系，直到N₂₀₀；而在粳稻品种中，GPC含量在N₀到N₅₀期间下降，然后在N₅₀到N₁₀₀期间略有增加，在N₁₅₀期间再次略有增加。籼稻品种的口感值与氮肥施用量呈显著负相关，即在最高氮肥施用量下口感值最低。粳稻品种的口感值在N₀到N₅₀期间显著增加，在N₁₀₀期间有所下降。总体而言，口感值与GPC之间存在高度显著的负相关。虽然在北部地区，适量的氮肥施用可以同时优化粳稻的产量和口感值，但对于籼稻品种来说并未找到这样的最佳施用量。我们对这些品种的11个GPC和NUE基因进行了基因分型，发现籼稻品种在几乎所有位点上都携带高GPC和NUE等位基因，而粳稻品种的情况则相反，这导致了它们在氮响应上的差异。因此，籼稻品种在氮肥作用下的产量和品质性状变化较大，而粳稻品种的变化较为平缓。此外，在南部试验点，高氮肥施用量（N₂₀₀）降低了籼稻籽粒中磷（P）、钾（K）、镁（Mg）、锰（Mn）和锌（Zn）的含量，并增加了镉（Cd）和汞（Hg）的含量。综上所述，在实验田间条件下，氮肥施用量约为100公斤氮/公顷可能是一种平衡水稻产量和品质的合理做法。