灌漿期溫度對稻米品質(zhì)性狀的影響及其相關(guān)性分析

徐錫明，張欣，崔晶，通信作者，松江勇次

（1.天津農(nóng)學院 農(nóng)學與資源環(huán)境學院，天津 300384；2.九州大學 大學院農(nóng)學研究院，九州819–0395）

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灌漿期溫度對稻米品質(zhì)性狀的影響及其相關(guān)性分析

徐錫明1，張欣1，崔晶1，通信作者，松江勇次2

（1.天津農(nóng)學院 農(nóng)學與資源環(huán)境學院，天津 300384；2.九州大學 大學院農(nóng)學研究院，九州819–0395）

摘 要：解析了2013年和2014年氣候因素對稻米品質(zhì)性狀的影響，進行了水稻灌漿期溫度與稻米品質(zhì)性狀相關(guān)關(guān)系分析。結(jié)果表明：年度間氣候因素對稻米直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和崩解值的影響均達到極顯著差異水平，對最高黏度影響不顯著。氣候因素中最主要的影響因素是水稻灌漿期溫度。水稻灌漿期溫度與稻米崩解值呈極顯著正相關(guān)，與稻米蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與直鏈淀粉含量呈極顯著負相關(guān)，與最高黏度呈弱正相關(guān)。水稻灌漿期溫度越高，稻米崩解值、蛋白質(zhì)含量越高，而直鏈淀粉含量越低，與最高黏度無關(guān)。

關(guān)鍵詞：水稻；品質(zhì)性狀；灌漿期溫度

全球的平均氣溫較過去100年相比，升高了0.85 ℃[1]，這主要是由于CO2濃度增加引起的[2]。2013年，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental panel on climate change，IPCC）發(fā)布第四份全球氣象報告指出，1983—2012年與歷年比較，可能是過去1 400年中最暖的30年[3]。2014年是自1880年以來地球最溫暖的一年[1-2]。有研究預(yù)測，21世紀末全球溫度變化可能超過1.5 ℃[1,4]。隨著全球極端氣候頻繁出現(xiàn)，世界各地都普遍出現(xiàn)了農(nóng)作物減產(chǎn)減質(zhì)。溫度升高導致各個地區(qū)的生態(tài)環(huán)境變化[4]。水稻灌漿期高溫會導致水稻生理損傷從而降低水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)[5]。 2003年，在中國的江淮地區(qū)，水稻揚花期遭受了35 ℃以上持續(xù)高溫，造成水稻減產(chǎn)20萬t，受災(zāi)面積約19萬hm2[5-7]。由于全球變暖現(xiàn)象而影響作物正常生長的主要因素有溫度、光照和水分等。由于溫度的高低變化和光照時間的長短變化引起了作物生理特性的改變，從而導致作物花期改變，進而其產(chǎn)量和品質(zhì)也會表現(xiàn)出下降趨勢。

目前，應(yīng)對全球變暖而導致的作物減產(chǎn)和品質(zhì)下降的措施主要分為兩類，一類是以栽培為基礎(chǔ)，改良農(nóng)作物所在環(huán)境，如改良土壤、農(nóng)藥、肥料、用水量、光照、溫度等，從而增產(chǎn)保質(zhì)；另一類是以育種為基礎(chǔ)，改良作物本身的基因型，增強作物本身對不良環(huán)境的耐性，從而達到穩(wěn)產(chǎn)增質(zhì)的效果。

灌漿期溫度對水稻品質(zhì)及產(chǎn)量起著十分重要的作用[8]。當水稻灌漿期溫度持續(xù)高于30 ℃時，會影響水稻的正常授粉，從而降低結(jié)實率，甚至引起水稻的穗死亡[9-10]。筆者通過研究灌漿期溫度對稻米品質(zhì)性狀的影響及其相關(guān)性分析，旨在探索水稻灌漿期溫度對稻米品質(zhì)性狀的影響規(guī)律，為水稻育種和優(yōu)質(zhì)栽培研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗分別于2013年和2014年在天津農(nóng)墾集團黃莊農(nóng)場（39° 35'N、117° 26' E）進行。年平均日照2 400～2 800 h，年平均可用積溫（≥10 ℃）為4 709.5 ℃[11]。

供試水稻（Oryza sativa L.）材料為56個水稻品系，命名為“津農(nóng)”品系，縮寫為“JN-1”。

1.2 試驗方法

試驗田為棕壤土，質(zhì)地偏輕，肥力中等，測土配方施肥。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，2次重復。小區(qū)長3.6 m，寬1.2 m，小區(qū)面積4.32 m2。單本插秧，行距30 cm，穴距15 cm。田間管理同當?shù)厣a(chǎn)田。

收獲期取樣后，在陰涼處保存至稻谷含水量穩(wěn)定在15%時，在天津農(nóng)學院天津中日水稻品質(zhì)?食味研究中心實驗室進行品質(zhì)性狀測定。氣象資料來源于試驗田小型氣象站，水稻灌漿期溫度采用該時期的氣溫。

采用日本靜岡制機株式會社生產(chǎn)的PS-500食味計測定蛋白質(zhì)含量，采用德國Bran Luebbe公司生產(chǎn)的AA3型連續(xù)流動分析儀測定樣品中直鏈淀粉含量[12]，采用澳大利亞Newport公司生產(chǎn)的RVA-4型（Rapid viscos analyzer，RVA）快速黏度分析儀測定RVA特征值[13]。數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013和SPSS19.0進行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年度間溫度差異分析

水稻灌漿期間記載日平均氣溫，將每5日的日均氣溫做成曲線圖（圖1）。從圖1看出，在水稻抽穗期至灌漿期間，2013年8—9月份出現(xiàn)了45 d高溫天氣，而2014年8—9月份出現(xiàn)了35 d。特別是8月6日至8月21日期間，2013年氣溫明顯高于2014年。通過計算可得，2013年水稻灌漿期溫度均值為25.21 ℃，標準差為1.42；2014年溫度均值為24.12 ℃，標準差為1.07。進行兩年間水稻灌漿期溫度t檢驗顯示，t＝4.67，P0.01＝4.66，t＞P0.01，證明兩年間水稻灌漿期溫度差異達到了顯著水平。2013年水稻灌漿期溫度比2014年高出1.1 ℃左右。說明采用2013年和2014年兩年數(shù)據(jù)進行分析比較具有一定的代表性。

圖1 日平均氣溫變化曲線圖

2.2 年度間、品系間稻米品質(zhì)性狀平均值和均方分析

計算2013年和2014年水稻品系稻米品質(zhì)性狀平均值，兩年最大值、最小值和均值（表1）。年度間、品系間稻米品質(zhì)性狀的均方分析結(jié)果見表2。從表1和表2看出，在56個水稻品系中，蛋白質(zhì)含量范圍在7.35%～10.15%，直鏈淀粉含量范圍在16.74%～20.35%，最高黏度范圍在145.21～209.12 RVU，崩解值范圍在59.65～107.38 RVU。通過SPSS軟件分析，不同品系之間的稻米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、最高黏度、崩解值均達到極顯著差異水平。說明選用該56個品系作為試驗材料具有一定的代表性。

表1 2013年和2014年各個水稻品系稻米品質(zhì)性狀平均值

表2 年度間、品系間稻米品質(zhì)性狀均方分析結(jié)果

2013年各水稻品系蛋白質(zhì)含量比2014年平均提高0.56，直鏈淀粉含量平均降低1.28，崩解值平均提高7.55，兩年間的最高黏度變化不大。2013年與2014年年度間的稻米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、崩解值均達到極顯著差異水平，最高黏度在年度間差異不顯著。說明年度間氣候因素對稻米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、崩解值影響顯著，而對最高黏度無影響。

2.3 水稻灌漿期溫度與稻米品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

2.3.1 水稻灌漿期溫度與稻米蛋白質(zhì)含量的相關(guān)性

水稻灌漿期溫度與稻米蛋白質(zhì)含量的相關(guān)關(guān)系見圖2。從圖2看出，2013年水稻灌漿期溫度集中在24～26 ℃，稻米蛋白質(zhì)含量集中在8%～11%；2014年水稻灌漿期溫度集中在22～25 ℃，稻米蛋白質(zhì)含量集中在7%～10%。蛋白質(zhì)含量與灌漿溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r＝0.134。表明水稻灌漿期溫度高，稻米的蛋白質(zhì)含量提高；水稻灌漿期溫度低，稻米的蛋白質(zhì)含量降低。

圖2 水稻灌漿期溫度與稻米蛋白質(zhì)含量的分布圖（注：*表示在置信度（雙側(cè)）為 0.05 時，相關(guān)性為顯著；**表示在置信度（雙側(cè)）為 0.01 時，相關(guān)性為顯著。下同）

2.3.2 水稻灌漿期溫度與稻米直鏈淀粉含量的相關(guān)性

水稻灌漿期溫度與稻米直鏈淀粉含量的相關(guān)關(guān)系見圖3。從圖3看出，2013年水稻灌漿期溫度集中在24～26 ℃，稻米直鏈淀粉含量集中在15%～18%；2014年灌漿期溫度集中在22～25 ℃，直鏈淀粉含量集中在17%～20%。稻米的直鏈淀粉含量與水稻灌漿期溫度呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r＝-0.359。表明當水稻灌漿期溫度升高時，稻米的直鏈淀粉含量下降；當水稻灌漿期溫度下降時，稻米的直鏈淀粉含量升高。

圖3 灌漿期溫度與稻米中直鏈淀粉含量的分布圖

2.3.3 水稻灌漿期溫度與稻米最高黏度的相關(guān)性

水稻灌漿期溫度與稻米最高黏度的相關(guān)關(guān)系見圖4。從圖4看出，水稻灌漿期溫度和稻米的最高黏度之間相關(guān)系數(shù)r＝0.033。灌漿期溫度和稻米的最高黏度之間呈現(xiàn)弱相關(guān)。最高黏度受灌漿期溫度影響不顯著。

圖4 灌漿期溫度與稻米最高黏度的分布圖

2.3.4 水稻灌漿期溫度與稻米崩解值的相關(guān)性

水稻灌漿期溫度與稻米崩解值的相關(guān)關(guān)系見圖5。從圖5看出，水稻灌漿期溫度與稻米崩解值之間的相關(guān)系數(shù)r＝0.195。兩者之間呈極顯著正相關(guān)。表明當水稻的灌漿期溫度升高時，水稻的崩解值上升；當水稻的灌漿期溫度下降時，水稻的崩解值下降。

圖5 灌漿期溫度與稻米崩解值的分布圖

3 討論

本研究表明，年度間氣候因素對稻米直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和崩解值的影響均達到極顯著差異水平，對最高黏度影響不顯著。水稻灌漿期溫度與稻米崩解值呈極顯著正相關(guān)，與稻米蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與直鏈淀粉含量呈極顯著負相關(guān)，與最高黏度呈弱正相關(guān)。由此可知，在影響稻米品質(zhì)性狀的諸多氣候因素中，最主要的影響因素是水稻灌漿期溫度。

本研究認為，水稻灌漿期溫度越高，稻米崩解值、蛋白質(zhì)含量越高，而直鏈淀粉含量越低，與最高黏度無關(guān)；水稻灌漿期高溫可使蛋白質(zhì)含量提高，低溫會引起直鏈淀粉含量提高，從而影響稻米的品質(zhì)和食味。這與松江勇次[2]、張桂蓮等[7]、劉洪亮等[14]、沈慶雷等[15]、李潔等[16]、李永杰等[17]人的研究結(jié)果一致。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會的報告指出，世界各地整體氣溫將在今后幾年明顯上升。當水稻的灌漿期溫度逐年遞增時，水稻的品質(zhì)也將逐年降低[4]。Satoshi Morita研究發(fā)現(xiàn)，水稻在灌漿期間受到熱害會導致水稻產(chǎn)量、品質(zhì)下降，可以通過有效的水管理和延長灌漿時間來降低高溫天氣對水稻的傷害，從而提高產(chǎn)量和品質(zhì)[18]，也可通過選取合適的品種以適應(yīng)當?shù)厮竟酀{期間的高溫，來保證水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。

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Effect of Temperature during Grain Filling on Rice Quality Characters and Correlation Study

XU Xi-ming1,ZHANG Xin1,CUI Jing1,Corresponding Author,Yuji Matsue2
(1.College of Agronomy and Resource Environment,Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384,China; 2.Graduate School of Agricultural Sciences,Kyushu University,Kyushu 819-0395,Japan)

Abstract:This article resolved the effects of climate factors on rice quality traits in 2013 and 2014,and the correlation analysis were studied between rice grain filling of temperature and grain quality traits.The results showed that the effects of climate factors on the amylose content,protein content and breakdown of inter-annual were highly significant differences,the effect on the highest viscosity was not significant.The most important factor among the climatic factors was the temperature of the rice grain filling stage.Rice grain filling stage had a very significant positive correlation with rice disintegration,it had a significant positive correlation with the protein content of rice,and it was negatively correlated with the content of amylose content,and it had a weak positive correlation with the highest viscosity.The higher the breakdown value,the higher protein content of rice and the lower amylose content appeared with the higher the temperature during grain filling stage,and it was no relationship with the maximum viscosity.

Key words:rice; quality characteristic; temperature of rice grain filling

通信作者：崔晶（1960-），男，黑龍江佳木斯人，研究員，博士，主要從事水稻食味育種、栽培技術(shù)及水稻產(chǎn)業(yè)化研究。E-mail：cuijing@tjau.edu.cn。

作者簡介：徐錫明（1991-），男，天津市人，碩士在讀，主要從事水稻品質(zhì)（食味）改良研究。E-mail：610150204@qq.com。

基金項目：天津市科技計劃項目“中日合作水稻品質(zhì)食味提升技術(shù)研究”（14RCGFNC00102）和“優(yōu)質(zhì)食味水稻產(chǎn)業(yè)化綜合技術(shù)成果轉(zhuǎn)化”（12ZCZDJC35400）；天津市科技特派員項目“水稻食品提升技術(shù)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)”（15JCTPJC62300）

收稿日期：2015-10-27

文章編號：1008-5394（2016）01-0010-04

中圖分類號：S511

文獻標識碼：A