水稻作为全球半数人口的主粮，其品质与产量平衡一直是农业研究的核心挑战。近年来，随着消费升级，市场对低垩白、高口感稻米的需求激增。然而，我国籼稻优质率仅54.44%，其中垩白——那些影响米粒透光性的白色不透明部分，成为制约品质提升的"卡脖子"难题。更棘手的是，传统育种改良周期长，而栽培措施如灌溉与施肥对垩白的影响机制尚未明晰。尤其令人困惑的是，同一稻穗不同部位籽粒品质存在显著差异：穗中部籽粒虽贡献40%以上产量，但其垩白形成与淀粉代谢的调控规律长期未被揭示。
四川农业大学的研究团队独辟蹊径，选择高垩白型超级杂交籼稻为材料，创新性地提出"分穗位调控"策略。通过两年田间试验，系统比较了秸秆覆盖等水氮管理模式对穗上、中、下部籽粒淀粉合成酶活性、多级结构及热稳定性的影响。研究发现，优化水氮管理能特异性激活穗中部籽粒的淀粉代谢通路：ADPG和SBE活性提升驱动支链淀粉合成，GBSS活性抑制减少直链淀粉积累，最终形成粒径更小（增幅2.03–11.81%）、结晶度更高（增幅1.41–9.69%）的淀粉颗粒。这种"酶活-结构-功能"的级联调控使垩白率降低14.23%的同时，创下10,314.64 kg ha?1的高产纪录。该成果发表于《Food Chemistry》，为靶向穗位精准栽培提供了新范式。
关键技术方法
研究采用定位试验设计，在四川成都（30°70′N）连续两年进行田间试验，设置不同水氮处理组合。通过高效液相色谱测定淀粉链长分布（DP13–24），差示扫描量热仪分析糊化焓（ΔH），X射线衍射评估相对结晶度，并结合红外光谱（1045/1022 cm?1峰比）表征淀粉短程有序性。酶活检测涵盖ADPG、GBSS和SBE等关键淀粉合成酶。
研究结果
穗位产量差异
水氮耦合使穗中部籽粒产量提升55.63%，贡献总产量40.77%，其增产机制与灌浆期碳同化物优先分配相关。
淀粉合成酶活性调控
秸秆覆盖处理使穗中部SBE活性峰值提高29.68%，GBSS活性降低50.49%，导致直链淀粉/支链淀粉比例重构。
多级结构改良
处理组淀粉B1链（DP13–24）比例增加，1045/1022 cm?1红外峰比提升，证实短程有序性增强。小淀粉颗粒（<10μm）比例增加11.81%，结晶度提高9.69%。
热力学特性优化
糊化焓提升38.88%，表明淀粉分子双螺旋结构稳定性增强，这与垩白率降低呈显著负相关。
结论与意义
该研究首次阐明水氮管理通过"ADPG-SBE-GBSS"代谢轴调控穗中部籽粒淀粉合成的分子机制。创新性发现秸秆覆盖可同步实现"增产-降垩白-优品质"三重效应，其核心在于诱导淀粉颗粒形成更致密的晶体结构。这一成果突破了传统栽培技术"重整体轻局部"的局限，为建立基于穗位分型的精准农艺措施奠定基础，对推动水稻优质高产协同发展具有重要实践价值。