CN108191488A - 一种提高稻米营养的营养液及其筛选方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种提高稻米营养的营养液的筛选方法，包括以下步骤：A.营养液原液配制；B.梯度设计；C.种子发芽；D.移栽；E.取样与数据处理。所述步骤进一步包括：A.营养液原液配制：在营养液原液配制前，准备实验试剂、电子天平、烧杯、玻璃棒搅拌以及dH2O，根据设计溶液比例配制。本发明研究探究影响稻米品质的因素，提出一种新的营养液配制方法，以提高稻米蛋白质及营养元素含量，满足人民生活的需求。

Description

一种提高稻米营养的营养液及其筛选方法
技术领域
本发明涉及农作物种植改良生物技术领域，特别涉及一种提高稻米蛋 白质及营养元素的营养液及其筛选方法。
背景技术
水稻(Oryza sativa L.)是主要的粮食作物之一，世界上50％以上人口 以大米为主食，大米占据人们食物来源60％左右。我国水稻种植面积居世 界第二位，总产量居世界第一位，占世界稻谷产量的36％。
随着人民生活水平的提高，对粮食的需求已逐渐由单一数量上的满足 向数量和品质兼顾，甚至以品质为主转变，广大消费者对优质稻米的需求 与日俱增，稻米品质的优化将倍受关注。但大多数稻米直链淀粉含量高、 口感差，尤其是早稻糙米，严重影响粮食流通和农民的积极性。
氨基酸作为蛋白质的基本单位，是稻米品质的重要指标，尤其是人体 必需氨基酸含量是评价稻米营养品质的重要指标。研究表明，增施钾肥可 以显著或极显著提高糙米率、精米率、整精米率，降低稻米的垩白度，提 高籽粒蛋白质含量，改善稻米的综合品质。
钙是水稻植株的一种常量元素，对植株的生长发育、新陈代谢以及生 理生化过程均有着举足轻重的作用，钙含量与稻米的直链淀粉以及淀粉谱 的黏滞特性关系密切。
全球90％以上的无土栽培为基质栽培，当基质中仅含有一定比例草 炭(无其它有机肥)时，由营养液全程补充供给蔬菜生长所需的各种营养 元素和水分的基质栽培中，营养液的供给时间、量和浓度是栽培技术的关 键，直接影响作物生长、产量和品质。实际生产中，营养液浓度的高低可 通过营养液电导率(electrical conductivity，简写为EC)表示，反映其盐 类含量，是温室营养液管理的重要参数之一。铵态氮(NH4+N)和硝态氮 (NO3-N)是水稻吸收的主要氮素形态，受到根际溶氧量的影响，两者在根
同时，根际氮的形态和氧浓度会影响水稻的根系形态建成和氮素吸收。 根际缺氧时，水稻根系通过增加通气组织功能提高氧气向根尖的转运效率， 减少吸收营养物质的根表面积，但能通过提高着生在主根上的侧根数目增 加对营养物质的吸收。
NH4+N和NO3-N对水稻生长发育的影响不同，NH4+N能够刺激根 系通气组织的形成，NO3-N能够刺激侧根的生长、增加最长根长。然而， 目前有关水稻根系的生长发育与氮素形态和溶氧量互作效应的研究还鲜 有报道。
大量研究表明，增加氮肥中NO3-N的比例会促进水稻的生长，提高 产量和氮肥利用率。植物在根系生长发育、氮素利用过程中存在根际溶氧 量和氮素形态的互作效应。
稻米品质的优劣主要是由品种本身的遗传特性和环境因子综合作用 的结果。国内外对稻米品质形成的遗传效应和环境效应的研究，初步阐明 了稻米品质的遗传表达方式和品质性状的质量-数量遗传模型；基本明确了 结实期日均温度是影响稻米品质的最重要气候生态因子，日辐射量和肥水 管理对米质均有较大影响。
利用营养液水培对水稻生理和形态方面的影响研究已有较多报道，而 关于在水培条件下，稻米的品质性状会发生哪些变化，结实期营养液浓度 变化对稻米品质有哪些影响，则还未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，本发明研究探究影响稻米品质的因 素，提出一种新的营养液配制方法，以提高稻米蛋白质及营养元素含量， 满足人民生活的需求。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高稻米营养的营养液，包 括以下组分：
所述提高稻米营养的营养液，还可以包括以下组分：
所述提高稻米营养的营养液，也可以包括以下组分：
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种提高稻米营养的营养液的 筛选方法，包括以下步骤：
A.营养液原液配制；
B.梯度设计；
C.种子发芽；
D.移栽；
E.取样与数据处理。
所述步骤进一步包括：A.营养液原液配制：在营养液原液配制前， 准备实验试剂、电子天平、烧杯、玻璃棒搅拌以及dH2O，根据设计溶液 比例配制。
所述步骤进一步包括：B.梯度设计：试验设置5个处理：
(A)全NP：标准的本发明营养液配方中的N、P用量；
(B)1/2N：标准营养液配方中1/2的N用量；
(C)0N：营养液中不加N)；
(D)1/2P：标准营养液配方中1/2的P用量；
(E)0P：营养液中不加P。
所述步骤进一步包括：C.种子发芽：在温度为15-26℃进行；种子 经过消毒、浸种、催芽，统计好发芽率，去除未发芽种子及有损伤种子， 挑选发芽情况均匀一致的种子准备移栽。
所述步骤进一步包括：D.移栽：株、行距为16cm×20cm，每穴2 苗，每个处理在一个水培池的种植面积为4m2，重复3次。
所述步骤进一步包括：D.移栽：移栽在水泥池中进行，移栽时用海 绵固定。
所述步骤进一步包括：E.取样与数据处理：每个处理分别于抽穗后 的8、16和24d，每材料取3穴，用自来水和蒸馏水洗净后，移栽于装 有去离子水1000mL的烧杯中并封杯口，培养后收集溶液测定氨基酸含量； 水稻成熟后，收集稻米，经过清洗、烘干等，进行称重与蛋白质与营养元 素含量的测定，并进行数据处理分析。
本发明有益效果包括：研究探究影响稻米品质的因素，提出一种新的 营养液配制方法，以提高稻米蛋白质及营养元素含量，满足人民生活的需 求。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明。为使本发明的目的、技术方案及优点更 加清楚、明确，以下举实施例对本发明进一步详细说明，但本发明并不局 限于这些实施例。
本发明实验操作步骤包括：
A.营养液原液配制：在营养液原液配制前，准备实验试剂、电子天 平、烧杯、玻璃棒搅拌以及dH2O，根据设计溶液比例配制；
B.梯度设计：试验设置5个处理：(A)全NP(标准的Yoshida营养液 配方中的N、P用量，CK)；(B)1/2N(标准营养液配方中1/2的N用 量)；(C)0N(营养液中不加N)；(D)1/2P(标准营养液配方中1/2的P用 量)；(E)0P(营养液中不加P)；
C.种子发芽：本试验在温度为15-26℃的实验室内进行。实验材料 种子经过消毒、浸种、催芽等过程，统计好发芽率，去除未发芽种子及有 损伤种子，挑选发芽情况均匀一致的种子准备移栽；
D.移栽：株、行距为16cm×20cm，每穴2苗，每个试验处理在 一个水培池的种植面积为4m2，重复3次。移栽在水泥池中进行，移栽 时用海绵固定。自始穗至成熟，每天用1.5mol L-1的H2SO4或NaOH 调节水培液pH至5.0，每周更换营养液一次；
E.取样与数据处理：每个处理分别于抽穗后的8、16和24d，每材 料取3穴，用自来水和蒸馏水洗净后，移栽于装有去离子水的烧杯(1000 mL)中并封杯口，培养后收集溶液测定氨基酸含量；水稻成熟后，收集稻 米，经过清洗、烘干等，进行称重与蛋白质与营养元素含量的测定，并进 行数据处理分析；
下面是本发明不同处理间蛋白质与营养元素含量测定相关情况：
表1结实期不同营养浓度下根系分泌的酸性氨基酸和碱性氨基酸 浓度
由表1可知，营养液中的氮磷营养水平对根系分泌氨基酸的影响较大， 在不同氮磷营养水平下，结实期根系分泌的酸性氨基酸含量(，天冬氨酸、 谷氨酸)大于碱性氨基酸(组氨酸、精氨酸、赖氨酸)，随着灌浆进程，这两 类氨基酸的含量均逐渐降低。氮磷营养水平对灌浆前中期(抽穗后8d和16 d)根系分泌的酸性氨基酸和碱性氨基酸有较大的影响。与对照相比，在低 氮或缺氮胁迫(1/2N，0N)条件下，试验材料根系分泌的酸、碱性氨基酸 含量均显著降低；在低磷或磷胁迫(1/2P，0P)条件下，根系分泌的两种酸 性氨基酸含量有显著的增加，而3种碱性氨基酸含量有所降低。结实后 期(抽穗后24d)，不同氮磷营养水平下根系分泌的酸性氨基酸和碱性氨基 酸含量变化较小，只有在缺氮(0N)条件下，几种氨基酸含量有所降低。说 明缺氮抑制根系氨基酸的分泌，缺磷则明显促进酸性氨基酸的分泌，并且 表现出一定的时期效应。
同时，我们考察不同N、P含量营养液处理对稻米蛋白质含量及氨基 酸含量的影响，结果如表2：
表2结实期不同营养浓度下稻米中蛋白质、氨基酸含量以及产量的变 化
注：同一栏内不同字母所标数值在0.05水平上差异显著；
由表2可以看出，在氮素和磷素胁迫下，籽粒中的蛋白质和氨基酸总 量均显著降低。其中以在缺磷(0P)条件下的蛋白质和氨基酸总量降幅最大， 与对照(全N全P)相比，试验材料分别减少26.1％、38.9％。氨基酸是蛋 白质组成的基本单位，籽粒中氨基酸的相对含量(籽粒中氨基酸含量/籽粒 蛋白质含量)，在氮素胁迫下有所增加，而在缺磷条件下显著降低。此外， 在缺氮(0N)或缺磷(0P)条件下，供试材料的千粒重、结实率以及产量均较对照显著降低。
本发明另一实施例中实验操作步骤包括：
A.营养液原液配制：在营养液原液配制前，准备实验试剂、电子天 平、烧杯、玻璃棒搅拌以及dH2O，根据设计溶液比例配制；
B.梯度设计：试验设置5个处理：
(A)全NP：标准的本发明营养液配方中的N、P用量；
(B)1/2N：标准营养液配方中1/2的N用量；
(C)0N：营养液中不加N)；
(D)1/2P：标准营养液配方中1/2的P用量；
(E)0P：营养液中不加P；
C.种子发芽：在温度为15-26℃进行；种子经过消毒、浸种、催芽， 统计好发芽率，去除未发芽种子及有损伤种子，挑选发芽情况均匀一致的 种子准备移栽；
D.移栽：株、行距为16cm×20cm，每穴2苗，每个处理在一个 水培池的种植面积为4m2，重复3次；移栽在水泥池中进行，移栽时用 海绵固定；自始穗至成熟，每天用1.5mol L-1的H2SO4或NaOH调节 水培液pH至5.0，每周更换营养液一次；
E.取样与数据处理：每个处理分别于抽穗后的8、16和24d，每材 料取3穴，用自来水和蒸馏水洗净后，移栽于装有去离子水1000mL的 烧杯中并封杯口，培养后收集溶液测定氨基酸含量；水稻成熟后，收集稻 米，经过清洗、烘干等，进行称重与蛋白质与营养元素含量的测定，并进 行数据处理分析。试验仪器及材料
实验仪器材料主要有：试验水稻品种隆两优619、高效液相色谱、塑 料碗、烧杯、蒸馏水、自来水、数粒仪、近红外谷物快速品质分析仪(瑞 典福斯特卡托(FossTecator)、衍生剂、NZJ15/15-F小型碾米机、电子天 平、NP-4350型风选机、电子天平、烘箱、去离子水、配制培养液所需试 剂耗材、Excel 2007软件、SPSS 18.0统计分析软件等。
营养液配制方法
Yoshida培养液主要含有A、B、C、D、E、F共6种溶质，分别用电 子天平称取溶质，用量筒量取去离子水，溶解溶质，6种溶质分别溶解后， 将A、B、C、D、E、F共6种溶液混合，搅拌均匀，实践操作时按比例 加倍去离子水与溶质质量，培养液原液成分及含量如下表：
表3培养液原液成分及含量
实验具体操作
1.种子发芽：将实验材料种子置于直径10cm、高5cm的一次性塑 料碗内，用升汞消毒，并用清水浸种48h后催芽，统计前4d的发芽率 和终发芽率；再将发芽种子移植于同样大小的碗内(碗内盛等量细沙)， 每碗15株，然后置于相同培养条件下，并用等量的清水供幼苗生长。待 幼苗长到三叶一心期时移栽到水泥池中；
2.取样方法与时期：收取成熟时期的试验品种稻谷，脱粒，用事先准 备好的去离子水漂洗，烘箱烘干至恒重。将烘干的谷粒用NZJ15/15-F小 型碾米机(河北德科机械科技有限公司)碾成精米。称重与测试：将稻谷用 天平称重。米的样品中N及15N的含量委托河北省农林科学院遗传生理 研究所测定。试验所需所有样品均在成熟期取样。
3.根系分泌物的收集：分别于抽穗后的10、20和30d，每材料取3 穴，用自来水和蒸馏水洗净后，移栽于装有去离子水的烧杯(1000mL)中并 封杯口，每杯放1穴。在光下(光强为700-800μmol m-2 s-1，冠层温度 28-30℃)培养4h，收集烧杯中的溶液，过滤后浓缩用于测定其中氨基酸。
4.根系分泌氨基酸的测定：根系分泌物中氨基酸组分和浓度经衍生后 用高效液相色谱法(HPLC)测定。吸取10μL根系分泌物提取液注入衍 生小中，加入AccQ·Fluor缓冲液70μL，边混合边加入衍生剂(购自 Waters，美国)20μL，置55℃烘箱保温10min，转入微量进样小瓶，于 HPLC(Waters 2695，美国)检测。用2695分离单元、2487紫外监测器及Empower色谱管理系统，反相AccQ·Tag分析柱为3.9mm×150mm， 流动相A为140mmol L-1乙酸钠-17mmol L-1三乙胺(pH4.95，磷酸调 节)，B为乙腈(色谱纯)，C为超纯水。流速为1.0mLmin-1，柱温37℃， 紫外检测波长248nm，进样量10 μL；
5.籽粒中氨基酸的测定：准确称取试样0.1000g于10mL安碚瓶中， 准确加入6molL-1盐酸5mL，将安碚瓶封口并用胶布包好(防止恒温消 化时安碚瓶破裂)，于110℃恒温干燥箱中消化24h。然后取出安碚瓶冷 却至室温，打开安碚瓶，过滤消化液。最后吸取2mL过滤液到试管中， 在冷冻干燥机上进行减压蒸发以去除HCl，残留物用2mL超纯水溶解， 再通过0.45μm孔径的滤膜，即得籽粒氨基酸水解液。取10μL水解液于 衍生小管中，经衍生后用HPLC测定稻米氨基酸含量，方法同根系分泌 物中氨基酸浓度的测定；
6.籽粒中蛋白质含量的测定：参照中华人民共和国国家标准 《GB/T17891-1999优质稻谷》，用凯氏定氮法测定精米中的含氮量，乘 以换算系数5.95。米质测定前各处理统一用NP-4350型风选机风选，测 定方法参照中华人民共和国国家标准《GB/T 17891-1999优质稻谷》进行。 其中蛋白质含量以精米为测试样，用近红外谷物快速品质分析仪(瑞典福 斯特卡托(FossTecator)测定，以米粒的干重为基数计算；
7.数据处理和统计分析：试验数据采用Excel 2007软件对数据进行处 理和绘图，采用SPSS 18.0统计分析软件对数据进行差异显著性检验 (LSD法)
对根系分泌物的研究，目前大多集中在苗期，而对于结实期根系分泌物 及稻米品质的影响研究甚少。本研究表明，结实期不同的氮素和磷素营养 水平对于根系分泌物的含量和组成均有较大的影响。结实期低氮或缺氮使 根系衰老加快，根系分泌能力明显降低，根系分泌的各种氨基酸均有不同 程度的减少；而在低磷或缺磷条件下，根系活力没有明显的下降，根系分 泌能力增强。前人研究认为，根系分泌物的组成变化反映了植物的新陈代谢和生长发育状况，结实期供氮不足会使叶片的叶绿素含量下降、光合速 率降低、根系活力下降从而促进植株的衰老。由此推测，在缺氮或低氮 条件下根系分泌能力下降可能与缺氮或低氮促进植株衰老有关。有研究报 道，苗期低磷胁迫会促进根系分泌更多的有机酸和酸性氨基酸，降低根际 的pH值，从而促进对根际难溶性磷的活化。这可能与植物对低磷胁迫响 应的适应性有关。我们还观察到，在缺磷或低磷条件下叶片的光合速率显 著降低，生物产量和籽粒产量显著下降。分析其原因，可能是低磷胁迫改 变了植株光合产物的分配，优先转移到根部，从而促进了根系的分泌。有 关低磷胁迫促进根系分泌的机理有待深入研究。本研究表明，根系分泌的 氨基酸与稻米的蛋白质组分都呈显著相关。表明结实期水稻的根系分泌物 与稻米品质有密切的关系，通过调节结实期的营养供应状况，可以改变根系分泌物的含量和组成，进而调控稻米品质的形成。
根据实验结果推测，根系分泌的氨基酸等信号物质可能改变植株的根 际环境和养分吸收状况，使植株吸收更多的K、Mg、Zn等营养元素， 从而影响稻米品质。另一方面，根系分泌物的组成和含量是植株根系生理 的重要组成部分，它反映了整个植株的生理状况，根系在缺磷状况下的过 度分泌或在缺氮条件下过少分泌都有可能改变同化物运输的方向，使得地 上部植株的光合效率、干物质积累以及籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶的 活性均受到影响，从而导致稻米品质变劣。
结实期低氮或缺氮降低了水稻根系氧化力和根系分泌能力，低磷或缺 磷则促进了根系氨基酸的分泌。根系分泌的各种氨基酸的含量与籽粒的外 观品质、蒸煮食味品质及营养品质均有密切的关系。结实期N、P营养水 平可以改变根系分泌物的含量和组成，从而影响稻米品质的形成。本研究 中的营养液配制方法，对提高稻米蛋白质与营养元素含量具有显著影响， 可以确定为一种新的水稻栽培的新方法。
以上所述，仅是本发明的几个实施例，并非对本发明做任何形式的限 制，虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本发明，任何 熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭 示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于本发 明技术方案保护范围内。

Claims (10)

1.一种提高稻米营养的营养液，其特征在于，包括以下组分：
2.根据权利要求1所述提高稻米营养的营养液，其特征在于，包括以下组分：
3.根据权利要求1所述提高稻米营养的营养液，其特征在于，包括以下组分：
4.一种提高稻米营养的营养液的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.营养液原液配制；
B.梯度设计；
C.种子发芽；
D.移栽；
E.取样与数据处理。
5.根据权利要求4所述提高稻米营养的营养液的筛选方法，其特征在于，所述步骤进一步包括：A.营养液原液配制：在营养液原液配制前，准备实验试剂、电子天平、烧杯、玻璃棒搅拌以及dH2O，根据设计溶液比例配制。
6.根据权利要求4所述提高稻米营养的营养液的筛选方法，其特征在于，所述步骤进一步包括：B.梯度设计：试验设置5个处理：
(A)全NP：标准的本发明营养液配方中的N、P用量；
(B)1/2N：标准营养液配方中1/2的N用量；
(C)0 N：营养液中不加N)；
(D)1/2P：标准营养液配方中1/2的P用量；
(E)0 P：营养液中不加P。
7.根据权利要求4所述提高稻米营养的营养液的筛选方法，其特征在于，所述步骤进一步包括：C.种子发芽：在温度为15-26℃进行；种子经过消毒、浸种、催芽，统计好发芽率，去除未发芽种子及有损伤种子，挑选发芽情况均匀一致的种子准备移栽。
8.根据权利要求4所述提高稻米营养的营养液的筛选方法，其特征在于，所述步骤进一步包括：D.移栽：株、行距为16cm×20cm，每穴2苗，每个处理在一个水培池的种植面积为4m2，重复3次。
9.根据权利要求4所述提高稻米营养的营养液的筛选方法，其特征在于，所述步骤进一步包括：D.移栽：移栽在水泥池中进行，移栽时用海绵固定。
10.根据权利要求4所述提高稻米营养的营养液的筛选方法，其特征在于，所述步骤进一步包括：E.取样与数据处理：每个处理分别于抽穗后的8、16和24d，每材料取3穴，用自来水和蒸馏水洗净后，移栽于装有去离子水1000mL的烧杯中并封杯口，培养后收集溶液测定氨基酸含量；水稻成熟后，收集稻米，经过清洗、烘干等，进行称重与蛋白质与营养元素含量的测定，并进行数据处理分析。
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