優(yōu)良食味新品種蘇香粳3號(hào)栽培特性和成香機(jī)理研究

朱勇良 葉亞新 謝裕林等

摘要 [目的]了解蘇香粳3號(hào)的栽培特性和成香機(jī)理。[方法]研究了蘇香粳3號(hào)的栽培特性，利用特異引物檢測(cè)了其香味的基因型，并利用全二維時(shí)間質(zhì)譜（GC×GCTOFMS）分析了致香物組分。[結(jié)果]蘇香粳3號(hào)播種量為90.0 kg/hm2、施氮量為225.0 kg/hm2 時(shí)采取直播栽培產(chǎn)量最高；蘇香粳3號(hào)的抗、耐高溫逆境的能力較好，并且較適宜網(wǎng)室栽培。香味基因檢測(cè)結(jié)果表明蘇香粳3號(hào)受fgr 基因控制，第2外顯子存在7 bp 的堿基缺失。利用全二維時(shí)間質(zhì)譜分析獲得了香稻特征化合物2乙?；量┻繛?.021 5 mg/kg和初步的致香物組分。[結(jié)論]為蘇香粳3號(hào)的推廣應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞 蘇香粳3號(hào)；栽培特性；成香機(jī)理

中圖分類號(hào) S511.2+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）05-052-02

Cultivation Characteristics of New Good Eating Quality Rice Variety Su Xiangjing 3 and Its Mechanism of Aroma

ZHU Yongliang1， YE Yaxin2， XIE Yulin1et al （1. Institute of Agricultural Sciences in the Taihu Lake Region of Jiangsu Province， Suzhou， Jiangsu 215155； 2. Suzhou Science and Technology College， Suzhou， Jiangsu 215009）

Abstract [Objective] The aim was to understand cultivation characteristics and aroma mechanism of Su Xiangjing 3. [Method] The cultivation characteristics and aroma mechanism of Su Xiangjing 3 were analyzed by special primers and GC×GCTOFMS. [Result] The yield was highest under the direct seeding conditions simultaneously the seeding quantity was 90.0 kg/hm2 and nitrogen application amount was 225.0 kg/hm2. Su Xiangjing 3 had good resistance to high temperature stress and late sowing. The production structure was changed under the network culture conditions. By using genetic analysis and specific primers， it was found that the fragrance of Su Xiangjing 3 was controlled by gene fgr for 7 bp deletion in the second exon. Meanwhile， the GC×GCTOFMS technology was used to determine the aroma compounds of Su Xiangjing 3， the results found 53 types of aroma compounds， and 2acetylpyrroline content was 0.021 5 mg/kg. [Conclusion] The result provided reference for the application of Su Xiangjing 3.

Key words Su Xiangjing 3； Cultivation characteristics； Mechanism of aroma

基金項(xiàng)目 江蘇省蘇州市應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（SYN201202）。

作者簡(jiǎn)介 朱勇良（1965- ），男，江蘇蘇州人，副研究員，從事水稻遺傳育種和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培研究。

收稿日期 20141218

蘇香粳3號(hào)，1999年在南京用江蘇本地豐產(chǎn)品種武粳13號(hào)作母本，日本優(yōu)質(zhì)優(yōu)味品種北明為父本配組，歷時(shí)近10年的田間評(píng)價(jià)、室內(nèi)鑒定和篩選，于2010年通過江蘇省審定并定名；2009年申請(qǐng)植物新品種保護(hù)，2010年獲得申請(qǐng)公告，公告號(hào)：CNA006188E。該品種由于抽穗期早，耐、抗高溫能力較強(qiáng)，米飯口感優(yōu)異，并且稻米商品性良好，深受適種地區(qū)廣大農(nóng)戶的歡迎，展示了較好的生產(chǎn)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的前景。鑒于此，筆者對(duì)該品種的栽培特性、香味的基因型、致香物成分進(jìn)行了分析，旨在為該品種的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)作物。蘇香粳3號(hào)；日本晴、蘇香粳 1號(hào)、揚(yáng)稻6號(hào)、南京11號(hào)、蘇香粳3號(hào)5個(gè)水稻品種，用于蘇香粳3號(hào)香味的基因型分析。

1.1.2 主要儀器與試劑。全二維飛行時(shí)間質(zhì)譜（GC×GCTOFMS，美國(guó)Zoex公司）；固相微萃取儀（美國(guó)Supelco公司）；固相微萃取纖維頭（DVB/CAR/PDMS，美國(guó)Supelco公司），頂空樣品瓶等。乙腈（色譜級(jí)TEDIA），配置內(nèi)標(biāo)，乙酸苯乙酯，均由J&K Chemica提供，純度均大于99.9%。

1.2 方法

1.2.1 栽培特性研究。

1.2.1.1 直播栽培條件下蘇香粳3號(hào)的收獲產(chǎn)量對(duì)播種量和投氮量的響應(yīng)。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，播種量為主因素，投氮量為副因素。播種量分3個(gè)水平，分別為45.0、67.5和90.0 kg/hm2 ；投氮量分5個(gè)水平，分別為0、150、225、300和375 kg/hm2 純氮，肥料運(yùn)籌中：基肥占總施氮量的25%（播種前2 d施用），苗肥（2葉1心期施用）占30%，分蘗肥（4葉1心期施用）占30%，穗肥（播后60 d施用）占15%；鉀肥用氯化鉀150 kg/hm2，全部用作基肥投入。

1.2.1.2 蘇香粳3號(hào)對(duì)高溫逆境栽培的反應(yīng)。采用盆缽試驗(yàn)（盆徑30 cm），自孕穗期（8月12日）開始對(duì)其進(jìn)行高溫處理，高溫處理模式為玻璃溫室安置，播種期和肥水管理統(tǒng)一，其中播種期為5月13日。對(duì)處理的全部材料收回進(jìn)行單穗考種，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)樣本的結(jié)實(shí)率和千粒重。

1.2.1.3 蘇香粳3號(hào)設(shè)施栽培的產(chǎn)量表現(xiàn)。采用網(wǎng)室設(shè)施栽培，試驗(yàn)用防蟲網(wǎng)室長(zhǎng)60 m、寬20 m，立柱直立，間距3 m。采用30目白色網(wǎng)。

1.2.1.4 播種期對(duì)蘇香粳3號(hào)生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響。采用播種期試驗(yàn)及4個(gè)遲直播播種期處理為6月30日、7月10日、7月20日、7月30日的水直播試驗(yàn)。

1.2.2 蘇香粳3號(hào)香味的基因型分析。

1.2.2.1 引物標(biāo)記及DNA提取。利用Prime Premier 5.0將控制稻米香味基因fgr的第2外顯子7 bp的缺失和第7外顯子8 bp的缺失分別設(shè)計(jì)成InDel標(biāo)記，分別命名為Badh2、Badh7，引物由Invitrogen 公司合成，Badh2F： GGGAGGCGCTGAAGAGGA；Badh2R：GGGTAGTCACCACCCTACCTTG；Badh7F：ATACCCCATCAATGGAAAT；Badh7R： GAAAAGGACAACATTGAGAA。水稻苗期分單株取6～8 cm長(zhǎng)的嫩葉片，水稻基因組DNA提取采用CTAB法。

1.2.2.2 PCR 擴(kuò)增和電泳。10.0 μl反應(yīng)體系包括BUTaq 2×Master PCR Mix 5.0 μl，Primer （4 pmol/L） 2.0 μl，模板DNA（約15 ng/μl） 2.0 μl，滅菌雙蒸水1.0 μl。在Eppendorf PCR儀上進(jìn)行擴(kuò)增，反應(yīng)條件為：94 ℃預(yù)變性5 min；94 ℃ 30 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 1 min，共35個(gè)循環(huán)；72 ℃再延伸10 min。反應(yīng)產(chǎn)物在6%非變性聚丙烯酰胺凝膠上電泳，用硝酸銀染色。

1.2.3 蘇香粳3號(hào)致香物的初步分析。

1.2.3.1 樣品預(yù)處理。稱取2 g精米粉樣品至20 ml頂空樣品瓶中，加入1.0 μl內(nèi)標(biāo)化合物（乙酸苯乙酯22.9 μg/ml），用頂空瓶蓋將其密封。然后將頂空瓶放入到固相微萃取加熱裝置中，在80 ℃下平衡40 min，利用固相微萃取纖維頭（DVB/CAR/PDMS）吸附平衡10 min，最后在250 ℃進(jìn)樣口解析進(jìn)行全二維飛行時(shí)間質(zhì)譜分析。

1.2.3.2 全二維質(zhì)譜分析條件。柱1：DB5（30 m×0.25 mm×1.0 μm）；柱2：DB17（1.5 m ×0.10 mm×0.1 μm）；程序升溫：60 ℃（保持2 min）以3 ℃/min 升到250 ℃（保持5 min）；進(jìn)樣口壓力：程序升壓模式；35 psi（保持2 min）以0.3 psi/min 升到49 psi（保持5 min）；樣品運(yùn)行時(shí)間：70 min；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；進(jìn)樣模式：不分流；吹掃時(shí)間：3.5 min；調(diào)制周期：6 s；持續(xù)周期：300 ms；熱噴口：370 ℃；冷噴口流速：18 L/min；熱噴口壓力：40 psi。質(zhì)譜條件：離子源EI， 70 eV；離子源溫度280 ℃；傳輸線溫度300 ℃；質(zhì)量范圍45～450 m/z；分辨率4 000 FWHM；采集速度100 Hz；質(zhì)譜庫(kù)NIST08。

2 結(jié)果與分析

2.1 栽培特性

2.1.1 直播栽培條件下蘇香粳3號(hào)的收獲產(chǎn)量對(duì)播種量和投氮量的響應(yīng)。結(jié)果表明，播種量與施氮量對(duì)直播水稻蘇香粳3號(hào)產(chǎn)量影響顯著。播種量在90 kg/hm2 時(shí)產(chǎn)量最高，達(dá)到6 174.53 kg/hm2 ，顯著高于播種量為45.0和67.5 kg/hm2時(shí)的產(chǎn)量；施氮量水平在225.0 kg/hm2 時(shí)產(chǎn)量最高，達(dá)到6 497.48 kg/hm2，顯著高于施氮量水平為0和150.0 kg/hm2的產(chǎn)量；當(dāng)播種量為90.0 kg/hm2，施氮量為225.0 kg/hm2 時(shí)直播水稻蘇香粳3號(hào)的產(chǎn)量最高，達(dá)到6 697.50 kg/hm2[1]。

2.1.2 蘇香粳3號(hào)對(duì)高溫逆境栽培的反應(yīng)。結(jié)果表明，高溫處理引起了蘇香粳3號(hào)結(jié)實(shí)率的下降，并且高溫處理時(shí)間越長(zhǎng)，其結(jié)實(shí)率降低越多。試驗(yàn)中蘇香粳3號(hào)抽穗揚(yáng)花期間玻璃房?jī)?nèi)的最高氣溫高于35 ℃的天數(shù)有10 d，并且有連續(xù)7 d的最高氣溫高于40 ℃，受該期間高溫處理的樣本的最低結(jié)實(shí)率為82.3%。初步說明蘇香粳3號(hào)具有較好的抗耐高溫逆境的能力[2]。

2.1.3 蘇香粳3號(hào)設(shè)施栽培的產(chǎn)量表現(xiàn)。結(jié)果表明，網(wǎng)栽條件下，蘇香粳3號(hào)成熟期的植株高度顯著增加，平均增幅達(dá)5%左右，一般植株高度為93 cm。網(wǎng)栽對(duì)蘇香粳3號(hào)的水稻產(chǎn)量影響較大，平均降幅達(dá)29.50%。網(wǎng)栽條件下蘇香粳3號(hào)單位面積總穗數(shù)分別較常規(guī)栽培有顯著降低，降幅達(dá)7.19%；蘇香粳3號(hào)每穗穎花數(shù)較常規(guī)栽培降低1.46%；同時(shí)蘇香粳3號(hào)的結(jié)實(shí)率也有所降低，降幅為4.49%；網(wǎng)栽蘇香粳3號(hào)水稻的千粒重也有所降低，降幅為0.24%[3]。

2.1.4 播種期對(duì)蘇香粳3號(hào)生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響。根據(jù)播種期試驗(yàn)得出的溫光反應(yīng)模式表明，常規(guī)移栽的蘇香粳3號(hào)在蘇州適宜播種期播種，如在夏至日播種時(shí)30 ℃的氣溫下，從播種到齊穗的時(shí)間為70.50 d，平均氣溫每降低1 ℃，播始?xì)v期相應(yīng)增加2 d左右，播種期每提早1.00 d，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期則相應(yīng)增加0.28 d。蘇香粳3號(hào)隨著播種期的推遲，產(chǎn)量呈下降的趨勢(shì)，5月10日左右播種的產(chǎn)量最高，在適宜播種期內(nèi)，適當(dāng)?shù)脑绮ピ缭杂欣诎l(fā)揮中粳類品種蘇香粳3號(hào)的產(chǎn)量潛力[4]。4個(gè)遲直播播種期處理為6月30日、7月10日、7月20日、7月30日的水直播試驗(yàn)結(jié)果表明，蘇香粳3號(hào)的全生育期隨著播種期的推遲而延長(zhǎng)，變化幅度為102～126 d，極差達(dá)24 d，播種期每推遲10 d，抽穗期則推遲8～10 d。生育期變化主要表現(xiàn)在灌漿成熟期拉長(zhǎng)，播種期越遲，齊穗期至成熟期的歷時(shí)越長(zhǎng)，差異幅度達(dá)28 d；播種期至齊穗期歷時(shí)總體呈縮短趨勢(shì)，變化較穩(wěn)定。在遲直播條件下，6月30日播種的能正常成熟，7月10日、7月20日和7月30日播種的均不能正常成熟[5]。

2.2 蘇香粳3號(hào)香味的基因型分析 利用Badh2 第7外顯子特異引物擴(kuò)增，結(jié)果顯示供試的5個(gè)材料都沒有缺失，利用Badh2 第2外顯子特異引物擴(kuò)增，結(jié)果顯示第2外顯子有缺失。第2外顯子的特異引物檢測(cè)表明，蘇香粳3號(hào)和蘇香粳1號(hào)2個(gè)香米材料都攜帶相同的香米等位基因，在fgr 基因的第2外顯子存在7 bp 的堿基缺失，結(jié)果導(dǎo)致翻譯提前終止，產(chǎn)生無功能的截短BADH2 蛋白，從而表現(xiàn)出香味[6]。

2.3 蘇香粳3號(hào)致香物的初步分析 經(jīng)過全二維質(zhì)譜的進(jìn)一步分析，共分析鑒定了53種主體香味成分，其中烴類物質(zhì)有3種，約占總量的0.89%，醛類物質(zhì)13種，約占總量的33.40%，酮類物質(zhì)有10種，約占總量的2.50%，酯類物質(zhì)1種，約占總量的2.20%，醇類物質(zhì)10種，約占總量的8.40%，雜環(huán)類物質(zhì)最多，約占總量的53.70%，未檢測(cè)到酸類物質(zhì)。檢測(cè)到香稻的特征致香物2乙酰基1吡咯啉（2AP）的含量為0.021 5 mg/kg，與應(yīng)興華等[7]利用氣質(zhì)聯(lián)儀分析的試驗(yàn)結(jié)果相近。

3 討論

香稻是一種珍貴的具有天然香味的功能稻和特種稻，具有食味品質(zhì)好、營(yíng)養(yǎng)保健、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，因而深受消費(fèi)者青睞，是目前水稻研究的熱點(diǎn)問題。蘇香粳3號(hào)成熟期早、食味良好并且富有香味，因此，研究和總結(jié)其栽培特性和利用現(xiàn)代基因分析技術(shù)探明其成香機(jī)理，對(duì)于提高其種植效益具有實(shí)際意義。栽培試驗(yàn)表明，蘇香粳3號(hào)能較好地適用于輕型栽培，播種量為90 kg/hm2、施氮量為225 kg/hm2時(shí)，采用直播栽培，能達(dá)到6 697.50 kg/hm2的較高產(chǎn)量；高溫逆境栽培試驗(yàn)得出，蘇香粳3號(hào)在有連續(xù)7 d的最高氣溫高于

40 ℃的環(huán)境條件下，最低結(jié)實(shí)率仍可達(dá)82.3%，表現(xiàn)出較好

的抗耐高溫逆境能力；蘇香粳3號(hào)的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)較合理，還可用于設(shè)施栽培，耐遲播性較好。利用遺傳分析和基因標(biāo)記鑒定的方法，分析了優(yōu)質(zhì)食味新品種蘇香粳3號(hào)的香味基因型。蘇香粳3號(hào)香味受單一的隱性核基因fgr控制，在fgr 基因的第2 外顯子存在7 bp 的堿基缺失，和蘇香粳1號(hào)的香味基因相同，從分子水平闡明了該品種香味的來源，也初步找到了高產(chǎn)、保香栽培的理論和技術(shù)借鑒。水稻香味物質(zhì)的檢測(cè)尚沒有國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)蘇香粳3號(hào)等香稻的致香物質(zhì)的分析研究工作還有待于開展。

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責(zé)任編輯 黃小燕 責(zé)任校對(duì) 李巖