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水稻旱作有利于节约水资源、节本省工、减少温室气体排放、适合机械化，是轻简化水稻栽培发展的重要方向。吉林农业大学武志海教授团队长期开展水稻抗逆高产高效轻简化栽培理论与技术研究和高产抗逆新品种选育工作。经过多年研究，筛选出“绥粳18”、“龙稻18”等20余份适合旱作且品质好的水稻旱作种质资源，并通过生长发育规律、生理生态机制的研究，集成旱作优质水稻节本增效栽培技术模式并示范推广，解决旱作整地播种出苗和除草关键技术难题，制定了地方标准水稻旱作优质安全生产技术规程（DB22/T 3196-2020）。但水稻旱作后品质下降问题是制约大面积推广的关键问题，探明旱作水稻品质下降的机制，对调控旱作水稻品质有重要指导意义。
近日，吉林农业大学农学院武志海教授领衔的水稻轻简化栽培创新团队在国际权威学术刊物Food Chemistry发表了题为Metabolomic study on the quality differences and physiological characteristics between rice cultivated in drought and flood conditions的最新研究成果，揭示了旱作水稻品质形成代谢调控新机制。
该研究通过对优质品种“龙稻18”在旱作和水作下比较研究表明，旱作稻米糙米率、精米率和整精米率下降，垩白度和垩白粒率、直链淀粉及蛋白质的含量上升 (图1)。旱作水稻品质形成的关键时期为开花8 ~ 15天，关键时期内氨基酸,有机酸,碳水化合物及脂质是降低水稻品质的主要代谢产物。在花后8天时，以氨基酸为信号分子和替代底物来应对能量短缺和适应干旱环境，导致迅速积累和合成过量的蛋白质；在花后15天时，合成过量的直链淀粉，加速生殖生长并迅速进入过早衰老 (图2)。
图1. 分析了BR(糙米率)、MR(整粒米率)、HMR(全粒米率)、CD(垩白度)、CP(垩白粒率)和AC(直链淀粉含量)、PC(蛋白质含量)、GC(胶稠度)、TV(口感值)的权重关系
该研究进一步明确旱作和水作条件下水稻品质形成的调控网络的差异性机制，从代谢水平上深入阐明了水稻旱作品质不佳的根本原因。该研究也提出通过适当增加水分供应、减少氮肥和增施硅肥可有助于改善旱作水稻品质。此项研究工作的开展，为水稻旱作品质改善途径提供了重要的理论依据，为进一步通过栽培措施调控旱作水稻品质提供重要参考。
图2.不同栽培方式下不同发育时期的差异代谢产物分析
吉林农业大学青年教师王冠为第一作者，武志海教授为通讯作者。该研究得到了吉林省科技发展计划项目的资助。
王冠简介：
王冠，2014年博士毕业于吉林大学生物化学与分子生物学专业，2014年到吉林农业大学农学院工作，致力于提高优质旱作水稻品质机制的研究 ，目前，承担吉林省教育厅项目1项，参与国家级、省级项目9项，在《Food Chemistry》等刊物上发表论文13篇。
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