武育粳3号脆茎突变体的鉴定及饲料价值研究

摘要

水稻脆茎突变体，是指水稻茎秆及其其他组织器官脆硬度性状发生可遗传变异，或者控制脆硬度的基因发生突变的材料。与传统水稻相比，水稻脆茎突变体纤维素、木质素含量变化，细胞壁结构改变，因而容易粉碎加工，成为选育“粮-饲”兼用稻的材料，既可以收获稻谷作为粮食，还能开发稻秆作为新的饲料资源用于畜牧养殖。但目前对脆茎水稻稻秆、稻米的饲料价值研究相对较少，尤其在不同器官之间在饲料营养成分上的差异及肥料、收获期的效应上相对滞后。本文以武育粳3号及其两个脆茎突变体D12W230、D12W231为材料，研究了脆茎突变体的植株形态、茎秆化学组成、茎秆解剖学特征，并通过氮肥运筹和不同收获时期处理，探讨了农艺措施对脆茎突变体饲料营养成分的影响。主要研究结果如下:
　　(1)在农艺学性状上，脆茎突变体与野生型在植株形态、茎秆化学组成、茎秆解剖学特征等方面存在显著差异。在植株形态上，与野生型相比，突变体D12W230呈现茎叶鞘穗弯曲易折、株高变矮等表型，产量约8.0t/hm2-10.1 t/hm2，其基部第二节间增长3.44％、重心高显著下降9.78％，茎粗减小约6.88％;突变体D12W231茎叶鞘穗折断易碎，株高无显著变化，产量约9.0t/hm2-10.6t/hm2，其第二节间显著增长约7.73％，重心高略微下降2.32％，茎粗、茎壁厚无显著变化。在茎秆化学组成上，突变体D12W230茎纤维素含量下降11.23％、木质素含量上升7.68％，粗纤维含量下降约6.21％;突变体D12W231茎纤维素、木质素含量下降约12.34％、10.22％。在茎秆解剖学特征上，突变体D12W230表皮厚壁细胞细胞壁厚度增加，细胞腔增大，细胞排列疏松;突变体D12W231表皮厚壁细胞细胞壁厚度减小，细胞排列疏松。两个脆茎突变体植株形态均发生了改变，细胞壁组分含量变化、细胞壁结构疏松，表皮厚壁组织细胞细胞壁厚度发生变化。突变体D12W230基部节间短细，木质素含量上升，硬度增加，表皮厚壁组织增厚;突变体D112W231基部节间长细，细胞壁组分均下降，脆性增加，表皮厚壁组织变薄。
　　(2)在力学性状上，脆茎突变体抗折力、弯曲力矩、折断弯矩显著下降，茎秆机械强度显著降低。在抗折力上，与野生型相比，突变体D12W230抗折力显著减小15.7％-37.5％;突变体D12W231抗折力极显著降低35.6％-45.9％。在弯曲力矩上，突变体D12W230虽然折断部位至穗顶长度无显著变化，但是折断部位至稳顶鲜重显著下降11.3％-15.7％，茎秆弯曲力矩显著降低约6.83％-7.8％，故茎秆机械强度显著下降;突变体D12W231虽然折断部位至穗顶长度显著增加5.89％-9.33％，但折断部位至穗顶鲜重显著减小10.16％-12.45％，因而茎秆弯曲力矩仍显著低于野生型约7.99％-12.10％，故茎秆机械强度显著降低。在折断弯矩上，突变体D12W230断面系数、弯曲应力略小于野生型分别降低约3.44％-5.79％、6.31％-7.28％，而茎秆折断弯矩显著降低8.42％-10.33％，故茎秆机械强度显著降低;突变体D12W231断面系数略小于野生型约3.81％-4.55％、弯曲应力显著减小约6.75％-8.12％，使得茎秆折断弯矩显著低下降约9.28％-11.38％，故茎秆机械强度显著降低。两个水稻脆茎突变体的抗折力、弯曲力矩、折断弯矩等茎秆机械强度均显著下降，而突变体D12W231比D12W230下降更明显。
　　(3)氮肥运筹对水稻脆茎突变体饲料价值具有显著影响。增施氮肥提高了脆茎突变体粗蛋白、无氮浸出物、粗灰分含量和积累量，降低了脆茎突变体粗纤维含量与积累量。在粗纤维上，增施氮肥，降低了茎叶鞘中中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、纤维素、木质素积累，特别是木质素的含量，突变体D12W230的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、纤维素、木质素等粗纤维物质显著降低，分别降低3.4％-6.9％、1.1％-10.3％、3.8％-11.5％、6.73％-9.88％;突变体D12W231的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、纤维素、木质素等粗纤维物质分别降低约4.69％-7.82％、2.02％-9.76％、4.28％-7.11％、5.6％-9.27％。在粗蛋白上，施氮能够显著提高秸秆和穗各部位粗蛋白含量，氮肥处理促进突变体D12W230粗蛋白含量上升约13.46％-15.71％，提高突变体D12W231粗蛋白含量约10.28％-11.13％。在无氮浸出物上，增施氮肥可以提高无氮浸出物的含量，使突变体D12W230无氮浸出物含量上升约5.5％-19.2％，使突变体D12W231含量增加约4.8％-14.0％。在粗灰分上，增施氮肥使突变体D12W230灰分含量升高约2.23％-6.56％，使突变体D12W231灰分含量上升约1.3％-4.41％。基蘖肥与穗肥平衡配施(N5-5)时脆茎突变体粗蛋白含量最高，基蘖肥比例较高(N10-0)时对脆茎突变体无氮浸出物积累的促进作用、使粗纤维含量与积累下降的作用更明显。
　　(4)收获期对水稻脆茎突变体饲料价值具有显著影响。不同收获时期脆茎突变体粗纤维、粗蛋白、无氮浸出物、粗灰分含量与积累量变化较大。在粗纤维上，从抽穗期至成熟期，随着生育期进程，突变体12W230的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、半纤维素、纤维素、木质素等粗纤维积累量分别增加约4.41％-10.3％、3.48％-6.5％、3.32％-4.17％、5.26％-10.3％、4.99％-12.13％;突变体D12W231的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、半纤维素、纤维素、木质素等粗纤维积累量分别增加约3.83％-10.11％、2.78％-7.61％、3.42％-4.3％、3.45％-7.89％、3.46％-7.89％。在粗蛋白上，突变体D12W230粗蛋白含量下降约2.17％-6.29％,突变体D12W231减小约3.1％-6.6％。在无氮浸出物上，突变体D12W230积累量增幅约3.41％-5.63％，突变体D12W231升高约2.85％-5.93％。在粗灰分上，突变体D12W230增加约2.24％-5.6％，突变体D12W231上升约2.46％-4.33％。脆茎突变体水稻粗纤维、无氮浸出物及粗灰分含量与积累量随生育进程均呈递增趋势，粗蛋白呈递减趋势。穗部粗纤维物质减少，粗蛋白、无氮浸出物积累丰富，因此是主要收获器官。在成熟期收获脆茎水稻饲料价值最佳，但是为了避免与其他水稻收获时存在竞争关系，宜适当提前收获。
　　综上所述，水稻脆茎突变体水稻脆茎突变体D12W230、D12W231具有优良的饲料营养品质，通过平衡配施水稻基蘖肥、穗肥比例，成熟期之前收获，可以为解决饲料原料供应不足的问题提供新的途径。

目录

声明

摘要

缩写词(Abbreviations)

第一章 文献综述

1 水稻脆茎突变体的重要性

2 水稻脆茎突变体的研究进展

2．1 水稻脆茎突变体的获得

2．2 水稻脆茎突变体的生理生态学研究

2．3 水稻脆茎突变体的生化基础

2．4 水稻脆茎突变体的分子基础

3 水稻脆茎突变体的应用前景

4 水稻饲用开发利用概况

4．1 脆茎突变体的饲料价值

4．2 饲料营养品质

5 栽培和环境对饲料营养品质的影响

6 本研究的目的和意义

7 本研究的技术路线

第二章 脆茎突变体水稻生物学特性和力学特性研究

1 材料与方法

1．1 材料

1．2 试验设计

1．3 测定内容及方法

1．4 统计分析方法

2 结果与分析

2．1 突变体与野生型表型差异

2．2 突变体与野生型农艺性状差异

2．3 突变体与野生型茎秆形态差异

2．4 突变体与野生型茎秆化学组成差异

2．5 突变体与野生型茎秆结构解剖特征比较

2．6 突变体与野生型机械强度比较

3 讨论

3．1 突变体与野生型植株形态差异

3．2 突变体与野生型茎秆化学组成差异

3．3 突变体与野生型茎秆解剖学特征差异

3．4 突变体与野生型机械强度差异

参考文献

第三章 栽培措施对脆茎突变体水稻饲料价值影响研究

1 材料与方法

1．1 材料

1．2 田间试验

1．3 实验方法

1．4 数据处理

2 结果与分析

2．1 不同收获时期突变体与野生型水稻茎叶鞘化学成分

2．2 不同收获时期突变体与野生型水稻穗部化学成分

2．3 不同收获时期突变体与野生型水稻植株化学成分

2．4 氮肥对不同收获时期水稻茎叶鞘化学成分的影响

2．5 氮肥对不同收获时期水稻穗部化学成分的影响

2．6 氮肥对不同收获时期水稻植株化学成分的影响

3 讨论

3．1 脆茎突变体D12W230、D12W231的饲料价值

3．2 水稻脆茎突变体D12W230、D12W231适宜的氮肥管理方式

3．3 水稻脆茎突变体D12W230、D12W231不同收获时期的饲料价值

参考文献

第四章 全文讨论与总结

1 全文讨论

1．1 水稻脆茎突变体及其饲料价值

1．2 栽培措施对水稻脆茎突变体饲料价值的影响

2 主要结论

3 创新点

4 不足之处

参考文献

致谢

附录