氮肥施用技术对水稻产量和米质有较大影响[12]。 氮肥运筹直接关系高产栽培技术的提升与发展，也 是超级稻配套栽培技术形成的重要基础[3]。但目前 针对北方寒地粳稻新品种特别是超级稻的需肥特性
缺乏系统的研究，使得肥料投人过多，且受寒地气 温影响，品种的产量、品质潜力均不能正常发挥，严 重制约着粳稻生产及其发展+5]。因此，如何精确、 经济地施用氮肥并使水稻生产向超高产优质高效型
转变，是近年来众多科研工作者关注的问题[6—1(>’15_19]。 刘元英等认为前氮后移对水稻产量和干物质积累 有较大的影响。但不同氮肥运筹对水稻籽粒淀粉合 成关键酶的活性与淀粉积累变化究竟有何种影响， 相关研究较少。本试验采用5种不同氮肥运筹处理， 研究了两个寒地粳稻品种淀粉及淀粉组分积累、 ADPG焦磷酸化酶(EC2.4.1 • 18)、可溶性淀粉合酶(EC 2.4.1.18)及分支酶(EC2.4.1.18)活性的变化，旨在为寒地 粳稻优质高产栽培合理施用氮肥提供理论依据。
1材料与方法 1.1试验材料
松粳6号是由黑龙江省农业科学院第二水稻研 究所于1985年以合江20为父本、辽粳5号为母本 经系谱法选育而成，需活动积温2 650°C左右。籽粒 长形、黄色、米粒细长。超级稻品种松粳9号由黑 龙江省农业科学院五常水稻研究所1994年以通306 为父本，松93-8为母本经系谱法选育而成，2005年 被定为黑龙江省优质超级稻品种，需活动积温2 650°C 左右，米粒细长、短芒。
1.2试验设计
试验于2010年在东北农业大学实验基地进行。 试验地土壤有机质含量2.234%、全氮0.124%、全鱗
0.041%、缓效钾 706.5 mg kg_1、碱解氮 129.8 mg kg' 速效磷 18.7 mg kg—1、速效钾 99.1 mg kg' 土 壤pH 6.8。各处理氮磷钾用量相同(纯氮150 kg hnT2, 磷酸二铵120 kg hm—2,硫酸钾100 kg hm_2)，氮肥运
筹为：⑴Ml,基肥:分蘖肥：穗肥=631；⑵
M2,基肥分蘖肥：穗肥粒肥=5 :311；(3)
M3,基肥分蘖肥：穗肥粒肥=4 :311；⑷
M4,基肥分蘖肥：穗肥粒肥=3 :331；(5)
M5,基肥分蘖肥：穗肥粒肥=3 :322〇
钾、磷肥一次性施(表1)。采用随机区组设计，3
次重复；小区四周垒土埂并且插隔水板，小区16行 区，行长20 m,行距30 cm,穴距13.3 cm。4月n 日播种,5月25日移栽，5月24日施基肥,6月12日 施蘖肥(4.5叶),7月15日施穗肥(11.5叶),7月31日 施粒肥(13叶)，其他管理同一般生产田。
1.3试验方法
1.3.1取样 在齐穗期，各小区选取生长整齐一 致的植株120~150株挂牌标记。晴天上午9:30~10:30 取样，分别于齐穗后7、14、21、28、35和42 d选 取穗中部籽粒300-500粒，于液氮中速冻3 min,放 入-80°C冰箱内保存，用于测定籽粒的ADPG、SSS (soluble starch synthase)和Q酶的活性。在上述各时 期随机取各处理穗中部籽粒800~1 000粒，l〇5°C杀 青30 min，然后在80°C恒温条件下烘至恒重。粉碎 后，过100目筛，存放在干燥器内，用于测定籽粒中 直链淀粉、支链淀粉含量。
1.3.2籽粒淀粉合成关键酶测定 取样品籽粒lg, 去壳。在预冻的研钵中研磨，提取介质为1〇 mL缓冲
液[100 mmol L_1 Hepes-NaOH (pH 7.6)，5 mmol L 1 MgCl2, 5 mmol L_1 DTT, 2%PVP]，研磨液在 30 000 x g4°C下离心10 min，上清液即为粗酶液。
(1)参照Douglas等[12]、程方民等[13]方法测定 ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合酶(SSS)活性。以 1 nmol作为一个单位(U)。
称2 g左右籽粒用0.05 mol L—1柠檬酸缓冲液 (pH 7.0)在冰浴中研磨成勻浆(1 mL缓冲液研磨，5 mL 洗研钵两次)然后在12 000 xg 4°C冷冻离心20 min, 上清液即为酶液。
(2)参照李太贵U4]方法测定淀粉分支酶的活性。
磷酸葡萄糖与无机焦磷酸生成ADPG,而ADPG是 淀粉生物合成中葡萄糖的直接供体。由图1可知，随 着齐穗后天数的增加，ADPG焦磷酸化酶活性均呈 单峰曲线变化，峰值均出现在齐穗后21 d，松粳9号 籽粒中ADPG焦磷酸化酶活性普遍高于松粳6,尤 其是齐穗后7 d表现更为明显。两品种达到峰值时 的酶活性为M5>M3>M2>M4>M1，在齐穗后7~14 d
缓慢升高，齐穗后14~21d开始迅速升高，达到峰值 后缓慢下降。在灌浆前期增加穗肥施氮比例有利于 提高籽粒中ADPG焦磷酸化酶的活性，但在灌浆后 期，穗粒肥比例过高反而不利于保持ADPG焦磷酸 化酶活，因此，穗肥比例过大或者粒肥比例过大都 不利于提高灌浆后期ADPG焦磷酸化酶活性，进而 影响淀粉的合成和积累，最终影响产量的提高。 2.1.2淀粉分支酶活性如图2所示，2个品种籽
粒淀粉分支酶(Q酶)活性在籽粒灌浆过程中呈单峰 曲线变化，各处理峰值均在齐穗后21 d。峰值酶活. 性以M2处理最高，M5处理最低。松粳9号籽粒淀 粉分支酶活性普遍高于松粳6号，且在齐穗后7~21 d 籽粒淀粉分支酶活性松粳9号升高的速度大于松粳 6号，而在齐穗后21~42 d籽粒淀粉分支酶活性松粳 9号下降的速度小于松粳6号。说明适当地减少基 肥施氮比例、增加穗粒肥施氮比例可以提高灌浆过
图1不同氮肥运筹下ADPG焦磷酸化酶活性 Fig. 1 ADPG PPase activities under different nitrogea applications
程中籽粒淀粉分支酶活性。氮肥运筹对淀粉分支酶 活性在不同生育时期变化速度的影响因品种而异, 这种升高速度快降低速度慢可能与超级稻高产潜力 有关。
2.1.3可溶性淀粉合酶可溶性淀粉合酶(SSS)
主要存在于造粉体中，1USSS催化一分子的ADPG 与淀粉引物反应，而将一分子的葡萄糖基连接到淀 粉引物上，使淀粉链加长。SSS是籽粒中淀粉生物合 成的重要调节位点，主要催化支链淀粉的合成。由图3 可知，两品种的淀粉合酶活性随着齐穗后天数的增 加呈单峰曲线变化。各处理峰值均出现在齐穗后14 d。 松粳6号峰值以M2处理最高,M5处理最低，松粳9 号峰值以Ml处理最高，M5处理最低。籽粒淀粉合 酶在齐穗后7~14 d活性迅速升高，之后开始下降, 但不同品种的下降趋势不尽相同。适当增加穗粒肥 施氮比例(M2处理)有利于提高灌浆后期可溶性淀粉 合酶活性。说明氮肥运筹对淀粉合酶活性在不同生 育时期变化快慢的影响因品种而异。合理的氮肥运 筹处理能够提高可溶性淀粉合酶活性。
2.2不同氮肥运筹对籽粒淀粉及组分形成积累 的影响
2.2.1总淀粉积累动态由图4可知，随灌浆后
天数增加，两品种的总淀粉含量增加趋势为S型变 化曲线。即随着灌浆进程，总淀粉含量不断增加，增 加速率呈先快后慢的趋势。在灌浆后的不同时期松. 粳6号总淀粉含量表现不同，在灌浆后14 d为M2> M1>M4>M3>M5,在灌浆后 21 d 为 M3>M2>M1> M4>M5,在灌浆后 28d 为 M3>M1>M2>M5>M4,在 灌浆后35 d为M2>M3>M5>M1>M4,在灌浆后42 d 为 M2>M1>M3>M5>M4。
随基肥施氮比例的增加松粳9号总淀粉含量在灌 浆后14 d为M3>M1>M4>M5>M2,在灌浆后21 d为 M2>M3>M4>M1>M5,在灌浆后 28 d 为 M2>M1> M4> M3>M5,在灌浆后 35~42 d 为 M2>M3>M1> M5> M4。
由此说明，适当减少基蘖肥施氮比例，增加穗 粒肥施氮比例能够提高水稻总淀粉含量，但是穗粒 肥比例过高时，总淀粉相对含量反而下降。这可能 是相同土地面积内的前期施氮量不足，不利于碳水 化合物的形成和积累；后期穗粒肥比例大，施氮量 大致使代谢旺盛，延缓了衰老的过程，容易受北方 寒地气温下降影响而不能正常成熟(相对提前成熟)， 造成后期对肥料的吸收时间较短，形成碳水化合物 较少。
2.2.2支链淀粉积累动态由图5可知，随灌浆
后天数增加，两品种的支链粉含量呈S型增加趋势。 即随着灌浆进程，支链淀粉含量不断增加，增加速 率呈先快后慢的趋势。
随基肥施氮比例的减小、穗粒肥施氮比例的增 加松粳6号支链淀粉含量在灌浆后14 d为M2>M1> M4>M3>M5,在灌浆后 21 d 为 M3>M2>M1>M4> M5, 在灌浆后28 d为M3>M1>M5>M2>M4,在灌浆后35 d 为 M2>M3>M5>M1>M4,在灌浆后 42 d 为 M2>M1> M3>M5>M4。
随基肥施氮比例的减小、穗粒肥施氮比例的增 加松粳9号支链淀粉含量在灌浆后14 d为M3>M1> M4>M2>M5,在灌浆后 21 d 为 M2>M3>M1>M4>M5, 在灌浆后28 d为M2>M1>M4>M3>M5,在灌浆后 35~42 d 为 M2>M3>M1>M5>M4,
由此说明，适当提高后期氮肥、穗粒肥比例能 够提高支链淀粉合成速率，进而提高支链淀粉的含 量，但是穗粒肥比例过大(减小了基肥比例)，反而不 利于提高支链淀粉含量，两品种支链淀粉最高的氮 肥运筹处理均为M2处理。
随着基肥施氮比例的减小、穗粒肥施氮比例的 增加松粳6号直链淀粉含量在灌浆后14 d为M3>M1> M2>M4>M5,在灌浆后 21~28 d 为 M1>M2>M3>M4> M5,在灌浆后 35~42 d 为 M2>M1> M5>M3>M4。随 着基肥施氮比例的减小、穗粒肥施氮比例的增加松 粳9号直连淀粉含量在灌浆后14 d为M4>M5>M1> M2>M3,在灌浆后 21~28 d 为 M2>M5>M4>M3>M1, 在灌浆后 35~42 d 为 M2>M3>M4>M1>M5。
由此说明，适当增加穗粒肥能够有利于直链淀 粉的形成，但后期施用穗粒肥施氮比例过大反而降 低直链淀粉合成速率，从而降低直链淀粉相对含量， 有可能对稻米品质产生较大影响。
2.3不同氮肥运筹下淀粉含霣分析
成熟期水稻淀粉组分含量分析如表2所示，松 粳6号M2处理直链淀粉含量最高，与Ml处理差异 不显著，与M5处理差异显著，与其他处理差异极显 著；表现为M2>M1>M5>M3>M4;松粳9号直连淀 粉含量以M2处理最高，与M3处理差异显著，与其 他处理差异极显著；表现为M2>M3>M4>M1>M5。 说明不同氮肥运筹处理对不同品种水稻籽粒直连淀 粉调节效应不同。对于松粳6号，适当提高穗粒肥 比例能够提高籽粒直链淀粉含量，后期提高粒肥氮 肥施用比例均能促进直链淀粉含量的提高；对于松 粳9号，适当减少基肥比例、增加穗肥比例能够提 高籽粒直链淀粉含量，后期提高粒肥氮肥施用比例 反而使直链淀粉含量降低。
松粳6号和松粳9号支链淀粉含量均以M2处 理最高，与其他处理差异极显著；松粳6号表现为
M2>M1>M3>M5>M4D 松粳 9 号表现为 M2>M3> M1>M5>M4。说明随着基肥比例减少、穗粒肥比例 增加籽粒支链淀粉含量相对增加，后期增大粒肥施 用比例可以促进支链淀粉含量的提高。不同品种水 稻受氮肥运筹处理的调节效应不尽一致。
松粳6号总淀粉含量以M2处理最高，与Ml处 理差异显著，与其他处理差异极显著；表现为M2> M1>M3>M5>M4;松粳9号成熟期M2处理总淀粉 含量最高，与其他处理差异极显著，表现为M2>M3> M1>M5>M4;说明水稻籽粒总淀粉受氮肥运筹处理. 的调节效应一致，随着基肥减少、穗粒肥施氮比例 增加籽粒总淀粉含量增加，后期增大粒肥施用比例 可以促进总淀粉含量的提高。
分析结果表明，氮肥运筹对水稻籽粒淀粉及组 分含量影响显著，合理的基肥、蘖肥、穗肥、粒肥 配比能够增加籽粒淀粉及组分含量，前期基施肥过 高，或者过低都会使籽粒总淀粉含量下降，如M4和 Ml处理；后期适当提高穗粒肥施氮比例可以提高 支链淀粉含量，穗粒肥比例过大，会导致基肥比例 偏小也不利于支链淀粉的积累，如M4处理；后期适 当增加粒肥比例对直链淀粉含量的影响因品种不同 而异。
2.4淀粉合成关键酶活性与淀粉及淀粉组分之 间的相关分析
如表3所示，成熟期总淀粉含量、支链淀粉含 量与齐穗后7 d和42 d ADPG焦磷酸化酶活性间均 呈显著或极显著正相关，与齐穗后14d、35d,ADPi3 焦磷酸化酶活性均不相关；成熟期直链淀粉含量与 齐穗后42 d ADPG焦磷酸化酶活性呈显著正相关， 与齐穗后7 d和35 d ADPG焦磷酸化酶活性不相关。
许多研究表明，无论是高等植物的光合还是非 光合器官，ADPG焦磷酸化酶、淀粉合酶和淀粉分支 酶或Q酶在淀粉合成过程中均起重要作用[16]。冰稻 上研究表明，在籽粒灌浆中ADPGPPase、SSS和SBE 活性具有重要的调控作用[17_18];有关小麦上研究表 明，SS、ADPGPPase、SSS可能是籽粒淀粉合成的 限制因子['但其活性与同化产物供应情况无关[2()]〇 在水稻抽穗期施用氮素可提高籽粒中ADPG-PPase 活性[1°],后期穗、粒肥施氮也可提高ADPG-PPase、 Q酶活性[7],但后期施氮过量反而会降低ADPG- PPase的活性[21]。本研究结果表明，松粳9号籽粒中 ADPG焦磷酸化酶、淀粉分支酶、淀粉合酶活性普 遍高于松粳6号。受氮肥运筹影响两品种的淀粉合 成关键酶活性变化不尽相同，适当减少基肥施氮比 例、增加穗粒肥施氮比例能够提高灌浆中后期 ADPG焦磷酸化酶和淀粉分支酶活性；灌浆前期随 着基肥施氮比例减小淀粉合酶峰值变小，但灌浆后 期随着穗粒肥施氮比例的增加，淀粉合酶峰活性活 性升高。由此说明合理的氮肥运筹可以在一定程度 上提高灌浆过程中淀粉合成关键酶的活性，有利于 籽粒淀粉的合成，为实现高产奠定基础。
淀粉作为作物籽粒中主要贮藏物质，很多学者 对其合成及调节进行了研究。氮肥施用时期对稻米 淀粉合成、积累的影响较大，后期施氮处理有利于 提高直、支链淀粉积累速率[5]。也有人认为施氮期 处理对稻米不同淀粉含量没有影响[22]。本研究结果 表明，随着灌浆进程，总淀粉、支链淀粉含量不断增 加，增加速率呈先快后慢的趋势。松粳6号灌浆前 期总淀粉和支链淀粉含量高于松粳9号，而灌浆后 期又低于松粳9号，可知超级稻品种较常规稻品种 淀粉积累速率快；后期合理地减少基肥施氮比例、 增加穗粒肥施氮比例能提高总淀粉、支链淀粉含量, 但超过一定范围反而下降，分析原因可能是相同土 地面积内的前期营养供给不足，不利于叶绿素的形 成和光合作用的进行，影响到碳水化合物的形成， 不利于形成大“源”，后期营养供给过剩，容易造成 贪青晚熟[3]，生育后期受北方寒地气温的限制，吸 收不足，容易提前成熟，从而影响了碳水化合物的 形成和积累，前期“源”小导致向籽粒中转移碳水化 合物少，后期成熟早不利于碳水化合物最大限度地 转移到籽粒，导致茎鞘物质转移率低[5];随着灌浆' 后天数增加，两品种的直链淀粉含量呈上升趋势， 但氮肥运筹处理两品种没有明显统一的变化规律， 分析原因可能与品种不同，超级稻的产量潜力较常 规稻大，以及栽培方式不同有关。适当增加穗粒肥 能够有利于直链淀粉的形成，但穗粒肥施氮比例过 大降低直链淀粉合成速率，可能对稻米品质产生较 大影响。
不同施氮量和不同施氮方式对淀粉积累有着不 同的影响，水稻灌浆前期籽粒中淀粉分支酶、ADPG 焦磷酸化酶和淀粉合酶的活性变化与籽粒灌浆动态 密切联系[23];李太贵等[12]研究认为，淀粉分支酶活 性与淀粉积累极显著相关，且淀粉分支酶不足不是 在灌浆前期而在灌浆后期；本研究结果表明，在籽 粒灌浆的前期和后期，ADPG焦磷酸化酶活性与成 熟期支链淀粉及总淀粉呈极显著相关，说明灌浆前 期和后期ADPG焦磷酸化酶活性对淀粉的形成积累 影响较大，ADPG焦磷酸化酶是调节合成淀粉之前
1-磷酸葡萄糖转化为腺苷二磷酸葡萄糖供体的关键 酶，其活性直接关系到淀粉合成时必要的原料供给， 通过氮肥运筹提高籽粒灌浆前期和后期ADPG焦磷 酸化酶活性可以有效地提高淀粉含量；在籽粒灌浆 过程中淀粉分支酶(Q酶)与成熟期总淀粉含量、支链 淀粉含量呈显著或极显著正相关(齐穗后42 d除外), Q酶与直链淀粉含量在齐穗后7、14 d表现为显著相 关，说明在灌浆期通过氮肥运筹提高淀粉分支酶活 性能够显著增加支链淀粉的含量，进而影响直链淀 粉合成与积累；水稻籽粒中淀粉合酶(SSS)活性与成 熟期总淀粉和支链淀粉含量呈正相关(除齐穗后7 d); 在灌浆初期可溶性淀粉合酶(SSS)活性与成熟期总 淀粉和支链淀粉含量呈负相关，在灌浆中期SSS活 性与成熟期总淀粉和支链淀粉含量呈显著或极显著 正相关，在整个灌浆期SSS活性与成熟期直链淀粉 含量呈正相关，说明合理的氮肥运筹可以提高灌浆 中期可溶性淀粉合成酶(SSS)活性对淀粉的形成和 积累有重要意义。
4结论
通过氮肥运筹调节籽粒淀粉合成关键酶ADPG 焦磷酸化酶、Q酶和SSS的活性在一定的条件下是 可行的；合理基肥、蘖肥、穗肥、粒肥配(M2处理5 :
3 : 1 : 1)能够提高这些酶的活性，有利于淀粉及淀 粉组分的合成积累；ADPG焦磷酸化酶活性在籽粒 灌浆的前期和后期与成熟期支链淀粉、总淀粉及产 量形成呈极显著的相关关系，与籽粒灌浆后期的直 链淀粉含量成显著正相关，淀粉分支酶与成熟期总 淀粉含量、支链淀粉含量呈显著或极显著正相关(齐 穗后42 d除外)，与籽粒灌浆前期的直链淀粉含量呈 显著正相关，淀粉合成酶活性在灌浆中期与成熟期 总淀粉和支链淀粉含量呈显著或极显著正相关。超 级稻品种的淀粉合成关键酶活性较常规稻品种高， 淀粉积累速率较常规稻品种快，受氮肥运筹的影响 较常规稻品种大。