1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
课题的意义：植物碳氮比是农业、生态及全球变化研究领域范围内广泛关注的重要因子。在植物生产中，植株体内可溶性糖与全氮的比值(C／N)，反映了植株的碳氮代谢状况，尤其是在谷类作物生育后期植株碳氮比与籽粒灌浆和品质形成密切相关，因而作物碳氮比在生长诊断和生产力预测中具有重要意义。本课题通过开展不同氮素水平、不同品种的稻田实验，对水稻全生育期的植株碳氮比进行测定和水稻籽粒的品质进行测定，通过分析同一品种不同生育期植株的碳氮比与水稻籽粒的品质的关系，分析不同品种的水稻植株的同一生育时期的碳氮比对水稻籽粒品质的影响，分析不同氮素水平下同一品种全生育期碳氮比与水稻籽粒品质的关系，阐述不同生育期植株的碳氮比与水稻籽粒品质的关系并分析其原因。这将有利于指导农业生产，而且对于水稻生长诊断和管理调控具有重要的理论意义和应用价值。国内外研究进展：水稻作为我国第一大粮食作物，长久以来我们只注重追求高产而忽视了品质问题。随着经济的发展以及人们生活水平的提高，人们对水稻品质的要求越来越高，从而促使了我国对水稻品质的研究。稻米品质是一个较为复杂的性状，不仅受其自身遗传特性和环境条件的影响、还受栽培技术及加工和储藏条件等的影响[5-7]。稻米品质的评价主要是从稻米的加工、销售和应用等方面进行的，可分为碾米品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质四个方面。稻米的主要化学组成包括淀粉、蛋白质、脂肪、氨基酸、维生素以及矿质元素，它们在米粒中的含量、分布以及结构共同决定着稻米品质的各个方面。其中，尤以淀粉和蛋白质对水稻稻米品质尤为重要。1．淀粉与稻米品质淀粉是稻米的主要成分，占稻米质量的75%~85%，可分为两大类，分别为直链淀粉和支链淀粉葡聚糖分子[8]，还有一些分子量介于直链淀粉和支链淀粉之间、分支度较少,链长较少的中间级分稻米。稻米中两大类淀粉的含量、分子量、空间结构及相互关系是决定稻米食用品质的重要因素。1.1．直链淀粉直链淀粉主要是由a-1，4糖苷键连接的线性分子，几乎无分支或者分支很少，其聚合度为920~1110葡萄糖单位，平均链长为250~370[9]。一般来说，稻米所含直链淀粉的比例越高，米饭越硬，米饭干燥而蓬松，色泽较暗；反之，米饭越软，饭粒光泽度好。张艳霞等[10]人的研究发现，米饭的硬度和劲性与直链淀粉含量分别呈显著正相关和负相关。因此，直链淀粉含量适中的水稻品种更受欢迎。1.2．支链淀粉支链淀粉是高度分支的大分子，由a-1，4糖苷键连接各葡萄糖单位构成主链，支链通过a-1，6糖苷键与主链相连。支链淀粉的分支链可分为主链、外链和内链，且其分支构成有规则的簇状结构[11，12]。以往的大量研究表明，直链淀粉的含量对稻米的蒸煮品质有着直接的影响，但Ong和Blanshard[13]的研究显示，支链淀粉中的长链越多，短链越少，米饭质地就越硬，反之，米饭质地就越松软。而且随着研究的深入，发现支链淀粉淀粉才是造成米饭质地差异的真正原因[14-17]。1.3．直链淀粉和支链淀粉与稻米品质的关系目前对稻米食味品质的评价，主要是以糊化温度、胶稠度、直链淀粉含量以及粘滞性谱 等些理化指标作为评价指标[18]。糊化温度是指稻米经蒸煮后，使其淀粉粒发生不可逆的膨胀及粘度增加，双折射现象消失时的温度，而且还了决定米饭的蒸煮时间及吸水量，因此一般食味品质较好的稻米的糊化温度居中。胶稠度是指室温下，米粉糊化后，４％米胶冷却之后在平板上流动的长度，反映了稻米淀粉胶体的流体特性，其值越小的稻米米饭干燥易裂，冷却后较硬，食味不佳；反之则米饭柔软，口感较好。直链淀粉含量指直链淀粉占稻米总淀粉含量的百分比，其值低的稻米，米饭膨胀性小，粘有光泽；其值高的稻米，米饭膨胀性大，干松且光泽暗淡，冷后质地较硬；因此中等直链淀粉含量的稻米蒸煮出的蓬松柔软的米饭，最受人们欢迎。粘滞性谱是指稻米淀粉在水中加热、冷却而表现出的粘度变化特征糊化曲线。朱满山等[19]人的研究表明，稻米淀粉粘滞性谱特征值与稻米的蒸煮食味品质有密切的关系，尤其是崩解值、消碱值、回复值能很好的反映稻米蒸煮食味品质的好坏。然而对于三者之间的关系，不同的研究者给出研究结果都不尽相同。2．蛋白质与稻米品质的关系2.1．蛋白质组分对稻米品质的影响在稻米中组成成分中，蛋白质的含量仅次于淀粉的含量，为8%左右，其含量及组分对稻米的蒸煮食味品质，加工品质，外观及营养品质等有着不可忽略的影响[20-22]。根据蛋白质的溶解性不同，可将其分为清蛋白，球蛋白，醇溶蛋白和谷蛋白四大类蛋白。大量研究表明，清蛋白含量对稻米食味的影响最大，张欣等[23]人的研究表明，清蛋白含量的提高会提高稻米的蒸煮食味，同样王跃鹏等[24]人的研究也表明清蛋白含量的提高会极显著降低稻米中直链淀粉的含量。而对于醇溶蛋白，张欣等[23]人和王跃鹏等[24]人的研究都表明醇溶蛋白对稻米的食味品质有负效应。已有研究[22，23，25，26]表明，球蛋白也对稻米食味有负效应，但谷蛋白对其并无相关性，然而张欣等[23]人的研究却表明谷蛋白含量的增加会使水稻食味品质降低。2.2．蛋白质含量对稻米品质的影响众多研究[27-30]表明，蛋白质含量与稻米的蒸煮食味品质呈显著的负相关。如Ｗakamatsu等人通过研究不同的氮肥水平处理的稻米蛋白质含量，发现蛋白质含量在６％－７％的稻米食味较好，而大于７％的稻米则食味会降低[27]。王跃鹏等[24]人的研究也显示总蛋白含量对稻米蒸煮食味品质有较大的影响，且除了对米饭色泽有一定的正影响外，对与食味有关的其他指标都呈负相关的效应。目前国内外学者对氮素对水稻籽粒品质的影响较为关注，但对不同生育时期的植株碳氮比与水稻籽粒品质的关系关注较为少，大多研究的是如何用光谱来监测植株叶片的碳氮比，如周冬琴等[31]人的研究基于不同水稻品种和不同施氮水平下2a的田，系统分析了不同生育时期水稻叶片碳氮比与对应冠层高光谱反射特征的定量关系，结果表明，叶片碳氮比与拔节后不同生育时期冠层原始反射率的相关性趋势一致。并没有从农学的角度去解释不同生育期植株碳氮比与水稻籽粒品质的关系。
3.应用前景：植物碳氮比作为农业、生态及全球变化研究领域范围内广泛关注的重要因子，尤其在植株生产中，碳氮比反映了碳氮代谢的状况，对水稻品质的形成有密切的关系。若能详细阐述不同生育期植株碳氮比与水稻籽粒品质的关系，将有利于指导农业生产，如通过监测植株各个生育时期的碳氮比来预测水稻籽粒品质，并及时进行合理的农业措施，如施肥来改善植株碳氮比。参考文献：[1] 凌启鸿， 张洪程， 丁艳锋, 等. 水稻高产技术的新发展：精确定量栽培[J].中国稻米, 2005, 11(1)：3-7.[2] 崔晶， 张欣.水稻食味研究[J].食味研究与开发，2008(2)：193.[3] 何海兵， 杨茹， 廖江，等.分和氮肥管理对灌溉水稻优质高产高效调控机制的研究进展[J].中国农业科学，2016，49(2)：305-318.[4] 黄发松， 孙宗修， 明培松，等.食用稻米品质形成的现状与展望中国水稻科学，1998，12（3）：172-176.[5] Diaz C, ematre T, Christ A, et al. Nitrogen recycling and remobilization are differentially controlled by leaf senescence and development stage in Arabidopsis under low nitrogen nutrition.Plant Physiology，2008，147:1437-1449.[6]Senthilvel S，Vinod KK，Malarvizhi P，et al． QTL and QTL X environment effects on agronomic and nitrogen acquisition traits in rice． Journal of Integrative Plant Biology，2008，50:1108-111.[7]Lian X，Xing Y，Yan H，et al.QTLs for low nitrogen tolerance at seedling stage identified using a recombinant inbred line population derived from an elite rice hybrid．Theoretical and Applied Genetics，2005，112:85-96.[8]田丹青， 沈希宏， 舒小丽，等.稻米淀粉的理化特性及其应用现状和进展[J].核农学报，2010，24(1): 93-97.[10]张艳霞， 丁艳锋， 李刚华，等.直链淀粉含量不同的稻米淀粉结构、糊化特性研究[J].作物学报，2007，13(6): 1080-1085.[11]Kainuma， K.，and French，D.Naegeli amylodextrin and its relationship to starch granule structure .II Role of water in crystallization of B-starch. Biopolymers，1972，11:2241-2250.[12] Robin， J.P， Mercier， C.， Charbonniere， R Lintnerized starches .Gel filtration and enzymatic studies of insoluble residues from prolonged acid treatment of potato starch. Cereal Chem，1974，51:389-401.[13]Ong M H and Blanshard J M V. Texture detenninants in cooked， parboiled rice I： Rice starch amylase and the fine structure of amylopectin [J]. Journal of Cereal Science， 1995，21:251-260.[14] Vandeputte G E， Derycke V， Geeroms J， Delcour J A.Rice starches： Ⅱ. Structural aspects provide insight intoswelling and pasting properties. J Cereal Sci， 2003， 38(1):53-59.[15]朱昌兰， 翟虎渠， 万建民. 稻米食味品质的遗传和分子生物学基础研究[J].江西农业大学学报，2002，24(4): 454-460.
2. 研究的基本内容和问题
研究目标：通过田间试验，取样，室内测试获取色素含量，不同生育时期碳氮比及水稻籽粒品质指标等数据，通过数据分析探究不同生育期植株碳氮比与水稻籽粒品质的关系。
研究内容：（1）不同生育期植株碳氮比：全氮含量采用凯氏定氮法测定，可溶性总糖含量采用蒽酮比色法。
①叶片氮素积累量LNA(g Nm-2)=叶片氮含量LNC（%）×叶片干物重LDW(gDWm-2)②地上部植株氮素积累量PNA(gNm-2)=地上部植株氮含量PNC（%）×地上部干物重PDW(g DWm-2)③叶片糖氮比(C／N)=叶片可溶性总糖含量／叶片全氮含量（2）水稻籽粒的品质指标，包括蛋白质含量、直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度、垩白率、精米率等。
3. 研究的方法与方案
| 研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 研究方法 （1）取样时期：分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期、灌浆盛期、蜡熟期和黄熟期 取样方法：每小区破坏性取样3穴，于实验室内按叶片、茎秆和穗分离，在105℃下杀青30 min后，再于80℃下烘至恒质量，获得叶片干质量。样品粉碎。 （2）全氮含量采用凯氏定氮法测定，可溶性总糖含量采用蒽酮比色法。 = 1 \* GB3 ①叶片氮素积累量LNA(g N·m-2)=叶片氮含量LNC（%）×叶片干物重LDW(gDW·m-2) = 2 \* GB3 ②地上部植株氮素积累量PNA(gN·m-2)=地上部植株氮含量PNC（%）×地上部干物重PDW(gDW·m-2) = 3 \* GB3 ③叶片糖氮比(C／N)=叶片可溶性总糖含量／叶片全氮含量 技术路线
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（全氮，色素，可溶性糖，籽粒品质）
叶片碳氮比
| 统计分析 |
| 碳氮比与籽粒品质的关系
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试验地点：如皋市白蒲镇国家信息农业工程技术中心试验示范基地
小区设计：裂区设计，供试品种为主区，氮素为副区，随机区组排列，小区面积约30 m2(5 m×6 m)，共24个小区
行 株 距：30 cm，50 cm
氮肥水平：N1（240 kg·ha-1），N2（270 kgha-1）
供试品种：天隆粳6号，天隆619，苏香粳100，苏香粳3号，丰优香占（籼稻），常优5号（粳稻），淮香粳15号，宁粳8号，武运粳30，南粳5055，南粳46，
W30（晚粳）
测试时期：分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期、灌浆盛期、蜡熟期和黄熟期
取样：每小区破坏性取样3穴，于实验室内按叶片、茎秆和穗分离，在105℃下杀青30 min后，再于80℃下烘至恒质量，获得叶片干质量。样品粉碎。
测量方法：
（1）碳氮比：采用半微量凯氏定氮法测定叶片全氮含量，用蒽酮比色法测定叶片可溶性总糖含量。叶片碳氮比=叶片可溶性总糖含量(％)／叶片全氮含(％)；
（2）品质指标：对收获的籽粒进行主要品质指标的测定，品质指标包括蛋白质含量、直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度、垩白率、精米率等。籽粒淀粉含量测定采用旋光比色法测定。
可行性分析
植物碳氮比是农业、生态及全球变化研究领域范围内广泛关注的重要因子。在植物生产中，植株体内可溶性糖与全氮的比值(C／N)，反映了植株的碳氮代谢状况，尤其是在谷类作物生育后期植株碳氮比与籽粒灌浆和品质形成密切相关，因而作物碳氮比在生长诊断和生产力预测中具有重要意义。本课题通过开展不同氮素水平、不同品种的稻田实验，对水稻全生育期的植株碳氮比进行测定和水稻籽粒的品质进行测定，通过分析同一品种不同生育期植株的碳氮比与水稻籽粒的品质的关系，分析不同品种的水稻植株的同一生育时期的碳氮比对水稻籽粒品质的影响，分析不同氮素水平下同一品种全生育期碳氮比与水稻籽粒品质的关系，阐述不同生育期植株的碳氮比与水稻籽粒品质的关系并分析其原因。这将有利于指导农业生产，而且对于水稻生长诊断和管理调控具有重要的理论意义和应用价值。且试验条件及设备完善，因此该课题是可行的。
4. 研究创新点
本试验通过测量植株不同生育期碳氮比来分析其与水稻籽粒品质的关系，不像以往笼统的说碳氮比对植株生长发育的影响，而是较为详细的阐述植株不同生育时期碳氮比与水稻籽粒品质的关系，多品种试验。
5. 研究计划与进展
（1）2018年5月 ：设计水稻播种方案，完成水稻播种，（共12个品种，氮素水平两个，分别为N16和N18）（2）2018年6月 - 2018年10月：取样，取样时期分别为分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期、灌浆盛期、成熟期，每小区破坏性取样3穴，于实验室内按叶片、茎秆和穗分离，在105℃下杀青30 min后，再于80℃下烘至恒质量，获得干物重。
样品粉碎。
（3）2018年10月： 进行水稻收获并进行测产。
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