四川雜交稻骨干恢復(fù)系稻米品質(zhì)對(duì)氮素水平的響應(yīng)

廖 爽，鄧 飛，田青蘭，李 武，胡 慧，蒲石林，李書先，任萬軍

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 611130）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，品質(zhì)優(yōu)、食味佳的稻米受到人們的青睞。然而我國長期偏重水稻產(chǎn)量的提高，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)稻品系選育和栽培技術(shù)的研究起步較晚，稻米行業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)和壓力[1]。稻米品質(zhì)受到遺傳與環(huán)境等多種因素影響[2]。邊嘉賓等[3]和胡晉豪等[4]分別對(duì)22個(gè)和81個(gè)水稻品系的稻米品質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同品系間米質(zhì)性狀差異明顯；Adu-Kwarteng等研究表明不同基因決定了稻米品質(zhì)的不同[5-7]。氮素營養(yǎng)是影響水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成最敏感的因素之一[8]。針對(duì)氮肥施用對(duì)稻米品質(zhì)的影響，前人已有大量研究。陶進(jìn)等[9]研究指出，增施氮肥，特別是氮肥過量施用會(huì)降低稻米食味品質(zhì)。楊世佳等[10]也指出，稻米的碾米品質(zhì)隨氮肥用量的增加呈下降趨勢(shì)。高輝等[11-12]研究表明直鏈淀粉含量隨著氮肥水平的增加而呈下降趨勢(shì)。陳瑩瑩等[13]研究結(jié)果則表明適當(dāng)增施氮肥以及施肥期后移有利于改善稻米的加工品質(zhì)。氮肥施用量的增加，稻米的加工品質(zhì)和蛋白質(zhì)含量增加，堊白度降低，稻米堊白粒率和直鏈淀粉含量逐漸降低，膠稠度變短[14-15]。同時(shí)Hao等研究表明氮肥可以提高稻米的營養(yǎng)品質(zhì)[16]，可見，現(xiàn)有施氮量對(duì)稻米品質(zhì)的研究結(jié)果不盡相同，并且不同品系稻米對(duì)氮敏感度的研究仍鮮有報(bào)道，在目前減氮增效大環(huán)境下，篩選高品質(zhì)且耐低氮品系是目前研究重點(diǎn)。為此，本研究以四川近年來的15個(gè)雜交稻骨干恢復(fù)系為研究對(duì)象，探索不同施氮水平對(duì)水稻恢復(fù)系稻米品質(zhì)的影響，以期為優(yōu)質(zhì)水稻品系選育和稻米品質(zhì)改良提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2015年在四川省成都市郫縣三道堰鎮(zhèn)程家船村 (30°52′N，103°55′E) 進(jìn)行。試驗(yàn)地年降水量為1067 mm，均溫為23.2℃，有機(jī)質(zhì)25.46 g/kg、全氮2.46 g/kg、全磷0.49 g/kg、全鉀7.60 g/kg、堿解氮122.54 mg/kg、有效磷63.50 mg/kg、速效鉀115.41 mg/kg。供試材料名稱及來源：樂恢188由四川省樂山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育；明恢63由福建省三明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育；雅恢2115由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院選育；成恢727、成恢3203、成恢838和成恢718由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育；綿恢523及綿恢725由四川省綿陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育；多恢1號(hào)由四川省內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育；西科恢768由西南科技大學(xué)水稻研究所選育；滬恢17及滬恢602由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高梁研究所選育；蜀恢498及蜀恢527由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻所選育；宜香優(yōu)2115由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院、宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院及四川省綠丹種業(yè)有限責(zé)任公司聯(lián)合選育。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用兩因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為施氮水平 (N)，設(shè)不施氮 (N0)、施純氮90 kg/hm2(N90) 和施純氮180 kg/hm2(N180) 3個(gè)水平；副區(qū)因素為15個(gè)恢復(fù)系和1個(gè)雜交中秈稻組合 (宜香優(yōu)2115)，共48個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。主區(qū)面積為48 m2，每品系栽3行，移栽方式選用精確定量手插，栽插規(guī)格為30 cm × 16 cm，穴栽2苗。主區(qū)間用塑料薄膜包埂，保證單獨(dú)的肥水管理。按施N 180 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O = 2∶1∶2 比例施用 P2O590 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2。其中磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀。氮肥施用按照基肥∶分蘗肥 = 7∶3，磷肥作基肥一次施用，鉀肥分基肥和促花肥2次施用，各占50%。統(tǒng)一采用高效灌溉技術(shù)，前期濕潤或淺濕交替灌溉促分蘗，并做到適時(shí)曬田；中期淺水灌溉促大穗；后期干濕交替灌溉保根促灌漿。同時(shí)做好病蟲草害防除。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

水稻收獲后，在室溫下保存3個(gè)月，待其理化特性趨于穩(wěn)定后，測(cè)定稻米品質(zhì)。參照國標(biāo)《GB/T17891-1999優(yōu)質(zhì)稻谷》測(cè)定所取樣品加工品質(zhì) (糙米率、精米率、整精米率)和外觀品質(zhì) (堊白度、堊白粒率、長寬比)。將精米用CT410旋風(fēng)式粉樣機(jī)粉碎，過0.25 mm篩，采用雙波長比色法測(cè)定稻米直鏈淀粉含量[17]。

采用澳大利亞New port Scientific儀器公司生產(chǎn)的3-D型黏度速測(cè)儀測(cè)定稻米淀粉RVA(Rapid Visco Analyzer，簡稱RVA) 譜，用TCW(Thermal Cycle for Windows) 配套軟件進(jìn)行分析。根據(jù)AACC操作規(guī)程(2000 61-02)，含水量為12.0%時(shí)，水稻米粉的樣品量為3.00 g，加蒸餾水25.00 mL。加溫過程為50℃下保持1 min；以恒速升到95℃保持3.8 min；95℃下保持2.5 min；再以恒速下降到50℃保持3.8 min，在50℃下保持1.4 min。攪拌器在起始10 s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)速率為960 r/min，之后保持在160 r/min。RVA譜特征值主要以峰值黏度 (peak viscosity，PKV)、熱漿黏度(hot paste viscosity，HPV)、冷膠黏度 (cool paste viscosity，CPV)、崩解值 (breakdown viscosity，BDV，峰值黏度與熱漿黏度之差)、消減值 (setback viscosity，SBV，冷膠黏度與峰值黏度之差)、回復(fù)值(consistence viscosity，CSV，冷膠黏度與熱漿黏度之差)、峰值時(shí)間 (peak time，PeT) 和糊化溫度 (pasting temperature，PaT) 表示。每個(gè)樣品測(cè)定2次，取其均值。黏滯值用RVU(RVA黏度單位) 表示[18]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用DPS7.05對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差及聚類分析。 LSD(Least Significant Difference tests) 法進(jìn)行差異性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮水平對(duì)不同水稻品系稻米碾米品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響

2.1.1 施氮水平和品系主效應(yīng)對(duì)稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響 從表1可知，施氮水平主效顯著或極顯著影響稻米糙米率、整精米率、堊白度及堊白粒率，品系主效則顯著影響稻米糙米率、精米率、整精米率、長寬比、堊白度及堊白粒率，二者互作效應(yīng)則主要影響整精米率和堊白度。從F值可知，施氮水平對(duì)堊白度的影響最大，堊白粒率次之，長寬比最低；品系主效對(duì)外觀品質(zhì)的影響則大于碾米品質(zhì)。

2.1.2 施氮水平和品系互作效應(yīng)對(duì)稻米加工及外觀品質(zhì)的影響 由表2可知，氮素水平對(duì)恢復(fù)系的加工及外觀品質(zhì)影響極顯著。隨氮素水平升高，稻米糙米率及整精米率呈上升趨勢(shì)，與N0處理相比，N90與N180處理下稻米糙米率及整精米率分別提高0.8%、1.4%，5.7%、7.9%；堊白度及堊白粒率呈明顯下降趨勢(shì)，與N0處理相比，N90與N180處理下稻米堊白度及堊白粒率分別降低26.1%、55.0%；12.6%、32.8%。且差異均達(dá)顯著性水平，長寬比、精米率在氮素作用下差異較??；由此可見氮素水平對(duì)稻米加工及外觀品質(zhì)有顯著的主效應(yīng)。

表1 稻米加工、外觀品質(zhì)聯(lián)合方差分析 (F值)Table 1 Combined analysis of variance of rice processing and appearance qualities(F-value)

表2 互作 效 應(yīng)對(duì) 稻米 加 工及 外觀 品 質(zhì)的 影響 (%)Table 2 Effect of the interaction on rice processing and appearance qualitie

表2 續(xù) Table 2 continued

稻米品系對(duì)稻米加工及外觀品質(zhì)具有調(diào)控作用，不同稻米品系使稻米加工及外觀品質(zhì)出現(xiàn)明顯差異。糙米率、精米率均以蜀恢498高于其余品系；整精米率則為成恢3203最優(yōu)。堊白度及堊白粒率均以成恢3203明顯低于其余品系。由此可見，品系主效對(duì)稻米外觀及加工品質(zhì)同樣有明顯的影響。

稻米加工及外觀品質(zhì)受氮素水平及不同品系互作的顯著影響。氮素和品系的改變均導(dǎo)致稻米加工及外觀品質(zhì)發(fā)生明顯變化。表2顯示，樂恢188及西科恢768在各個(gè)施氮水平下整精米率及堊白度較其余品系表現(xiàn)出明顯的劣勢(shì)，而隨氮素水平提高，整精米率及堊白度明顯升高或降低的品系包括明恢63，綿恢523，成恢838，滬恢 (17、602)，蜀恢(498、527) 及宜香優(yōu)2115，表明這類品系在N180條件下加工及外觀品質(zhì)表現(xiàn)要優(yōu)于N90條件，這類恢復(fù)系在N180條件下品質(zhì)表現(xiàn)好。而雅恢2115，成恢727(3203、718)，綿恢725及多恢1號(hào)在N90條件下與N180處理相比，上述品系加工及外觀品質(zhì)表現(xiàn)更優(yōu)。表明這類品系在低氮條件下更易得到較優(yōu)的加工及外觀品質(zhì)。

N0處理下整精米率及堊白度分別介于35.3%～62.8%、2.4%～63.3%，整精米率以成恢3203最高，較均值提高22.0%，以樂恢188最低，較均值下降31.5%；堊白度則以成恢3203最低，較均值下降87.3%，西科恢768則具有最高的堊白度，較均值提高241.1%。N90及N180條件下各品系仍然以成恢3203最高，樂恢188最低，整精米率較均值分別上升或下降14.4%、13.6%；31.4%、22.8%。堊白度則與整精米率表現(xiàn)相反，以成恢3203最低，樂恢188最高，較均值分別下降或上升87.2%、87.7%；315.5%、319.7%。

由此可見，氮素水平是影響稻米加工及外觀品質(zhì)的主因素之一，而對(duì)氮敏感度不一樣的品系的外觀及加工品質(zhì)因氮素變化所受影響程度不同，同一指標(biāo)因在不同氮素條件或不同品系下會(huì)出現(xiàn)不同的變化。

2.2 施氮水平對(duì)不同水稻品系稻米R(shí)VA特征值和直鏈淀粉含量的影響

2.2.1 施氮水平和品系主效應(yīng)對(duì)稻米R(shí)VA特征值和直鏈淀粉含量的影響 對(duì)稻米R(shí)VA特征值和直鏈淀粉含量進(jìn)行聯(lián)合方差分析 (表3) 可知，施氮水平主效顯著或極顯著影響峰值粘度、熱漿粘度、冷膠黏度、回復(fù)值及直鏈淀粉含量，品系主效則顯著影響稻米R(shí)VA各特征值及直鏈淀粉含量，二者互作效應(yīng)則顯著或極顯著影響RVA各特征值及直鏈淀粉含量。從F值可知，施氮水平對(duì)直連淀粉的影響最大，冷膠黏度及熱漿粘度次之，峰值粘度最低；品系主效對(duì)直鏈淀粉含量影響則明顯大于RVA特征值。

2.2.2 施氮水平和品系互作效應(yīng)對(duì)稻米R(shí)VA特征值及直鏈淀粉含量影響 由多重比較可知（表4），消減值、崩解值、峰值時(shí)間和糊化溫度隨氮素水平提高表現(xiàn)出上升或下降趨勢(shì)，但差異均不顯著；回復(fù)值隨氮素水平提高呈下降趨勢(shì)，差異達(dá)顯著水平；峰值粘度、熱漿粘度和冷膠黏度均隨氮素水平升高而下降，且施氮水平變高后，其下降趨勢(shì)變緩，多重比較發(fā)現(xiàn)，不施氮和施氮處理下差異達(dá)顯著水平。直鏈淀粉含量隨氮素水平升高呈明顯下降。由此可見，氮素對(duì)稻米食味品質(zhì)有明顯的主效應(yīng)。

表3 稻米R(shí)VA特征值及直鏈淀粉含量聯(lián)合方差分析(F值)Table 3 Combined analysis of variance of RVA and amylose contents(F-value)

不同品系的RVA特征值及直鏈淀粉含量有明顯的差異，明恢63、綿恢523及蜀恢527的峰值粘度、崩解值、峰值時(shí)間及糊化溫度明顯高于其余品系，且差異達(dá)顯著水平。熱漿粘度及冷膠黏度則以樂恢188最高；西科恢768及樂恢188的消減值及回復(fù)值明顯高于其余品系。樂恢188則具有最高的直鏈淀粉含量。

表4 互作效 應(yīng)對(duì)稻 米R(shí)VA 特 征值及 直鏈淀 粉含量 的影響Table 4 Effect of the interaction on RVA profile characteristic values and amylose contents

表4 續(xù) Table 4 continued

氮素水平與不同稻米品系的互作對(duì)稻米R(shí)VA特征值及直鏈淀粉含量有明顯的影響。一般而言，稻米峰值粘度、消減值及崩解值可作為稻米蒸煮食味品質(zhì)的判斷標(biāo)準(zhǔn)[17]。由表4中各稻米品系對(duì)氮素水平的不同響應(yīng)程度可知，樂恢188及西科恢768與其余品系相比其蒸煮食味品質(zhì)處于明顯的劣勢(shì)，明恢63、成恢 (727、3203、838)、多恢1號(hào)及蜀恢527在氮素作用下峰值粘度、消減值及崩解值變化幅度較小，表明此類品系對(duì)氮敏感度低，在各氮素處理下均有穩(wěn)定的蒸煮食味品質(zhì)。雅恢2115、綿恢725、滬恢602、蜀恢498及宜香優(yōu)2115的蒸煮食味品質(zhì)隨氮素水平上升下降幅度較大，表明其最佳蒸煮食味品質(zhì)所對(duì)應(yīng)的氮素條件為N0水平。綿恢523、滬恢17、成恢718及蜀恢527隨氮素水平升高，其蒸煮食味品質(zhì)先上升后下降，表明其蒸煮食味品質(zhì)最佳氮素條件為N90。從直鏈淀粉含量來看，各品系直鏈淀粉含量隨氮素水平升高出現(xiàn)下降或變化不大的趨勢(shì)。依據(jù)稻米分級(jí)直鏈淀粉含量標(biāo)準(zhǔn) (NY/T593-2013) 可知，樂恢188、成恢727(718)、西科恢768、蜀恢498的直鏈淀粉在各氮素水平下含量過高或過低，導(dǎo)致其口感差。綿恢725、成恢838、蜀恢527及宜香優(yōu)2115在各氮素水平下均有合適的直鏈淀粉含量，其口感度較高。滬恢17(602) 及成恢3203則在N180條件下具有適宜的直鏈淀粉含量；雅恢2115、多恢1號(hào)及綿恢523則在低氮條件下口感優(yōu)。

2.3 稻米主要品質(zhì)屬性聚類分析

2.3.1 N90與N0比較下差值聚類分析 對(duì)稻米整精米率、堊白度、峰值粘度、消減值、崩解值以及直鏈淀粉含量在N90與N0的變化差值進(jìn)行聚類分析，種間距離采用歐式距離，聚類方法采用最長距離法，結(jié)果見圖1。由圖1可知，當(dāng)歐式距離為58.90時(shí)，可將供試品系劃為3個(gè)類群，分別為低氮敏感型、低氮遲鈍型、低氮中間型。低氮敏感型包括樂恢188、成恢727及滬恢602，與對(duì)照相比，該類群在N90條件下整精米率、消減值升高最多，堊白度、峰值粘度、崩解值及直鏈淀粉含量下降最多。低氮中間型由綿恢725、滬恢17、綿恢523及西科恢768組成，該類群在N90條件下整精米率、消減值升高較多，堊白度、峰值粘度、崩解值及直鏈淀粉含量下降較多；低氮遲鈍型由明恢63、多恢1號(hào)、成恢838(718、3203)、雅恢2115、蜀恢498(527)、宜香優(yōu)2115組成，該類群在N90條件下整精米率、消減值升高最少，堊白度、峰值粘度、崩解值及直鏈淀粉含量下降最少。

圖1 各水稻品系N90與N0處理差值對(duì)氮敏感度的聚類分析Fig. 1 Cluster analysis of different rice strains in N90 and N0 treatment difference comparsion

2.3.2 N180與N0比較下差值聚類分析 對(duì)稻米整精米率、堊白度、峰值粘度、消減值、崩解值以及直鏈淀粉含量在N180與N0的比較進(jìn)行聚類分析 (圖2)。由圖2可知，當(dāng)歐式距離為44.45時(shí)，可將供試品系劃為氮敏感型、氮遲鈍型、氮中間型。氮敏感型包括樂恢188、綿恢725、滬恢17、西科恢768，該類群在N180條件下，整精米率、消減值升高較多，堊白度、峰值粘度、崩解值及直鏈淀粉含量下降較多；氮中間型包括明恢63、多恢1號(hào)、蜀恢498(527) 及宜香優(yōu)2115，該類群在N180條件下整精米率、消減值升高較多，堊白度、峰值粘度、崩解值及直鏈淀粉含量下降較多；氮遲鈍型由雅恢2115、成恢3203(838、718、727)、綿恢523及滬恢602組成，該類群在N180條件下整精米率、消減值升高最少，堊白度、峰值粘度、崩解值及直鏈淀粉含量下降最少。

圖2 各水稻品系N180與N0處理差值對(duì)氮敏感度的聚類分析Fig. 2 Cluster analysis of different rice strains in N180 and N0 treatment difference comparsion

3 討論

3.1 不同骨干恢復(fù)系加工及外觀品質(zhì)對(duì)氮素水平的響應(yīng)

目前稻米品質(zhì)愈發(fā)得到重視，而氮素對(duì)稻米品質(zhì)影響的較多研究結(jié)論尚不一致，有研究表明增施氮素可以明顯提高稻米加工以及外觀品質(zhì)[19-21]，也有研究表明氮素對(duì)稻米加工品質(zhì)沒有顯著影響[22]，同時(shí)更有研究表明增施氮素會(huì)使稻米加工及外觀品質(zhì)變劣[10,23-24]，本研究結(jié)果則表明氮素增施在一定程度上可以明顯提高恢復(fù)系稻米加工及外觀品質(zhì)。但以上研究均只針對(duì)氮素對(duì)稻米品質(zhì)的變化，不同品系對(duì)氮敏感度的分析仍舊缺乏，在目前減氮增效的大環(huán)境下，減少氮素施用為作物種植的主要研究方向，因此，選擇高品質(zhì)耐低氮品系是目前優(yōu)質(zhì)水稻栽培的主要研究方向。陳瑩瑩等[13]通過聚類分析將江蘇省主要的粳稻品種品質(zhì)進(jìn)行分級(jí)，將不同稻米的品質(zhì)按照對(duì)氮敏感度分為氮遲鈍型、氮中間型及氮敏感型。本研究氮遲鈍型恢復(fù)系中，雅恢2115、成恢3203及成恢727在低氮條件下仍然保持較高的加工及外觀品質(zhì)，氮敏感型的中綿恢725、滬恢17在N0條件下品質(zhì)較劣，氮素水平稍提高，其外觀及加工品質(zhì)就得到顯著提高。因此，生產(chǎn)實(shí)際中雅恢2115、成恢3203(727)、綿恢725及滬恢17更適應(yīng)低氮條件。

3.2 不同骨干恢復(fù)系RVA特征值及直鏈淀粉含量對(duì)氮素水平的響應(yīng)

關(guān)于稻米淀粉RVA譜特征參數(shù)的結(jié)果表明，峰值黏度高、崩解值大、消減值低，稻米食味優(yōu)[25]。本研究發(fā)現(xiàn)隨著氮素水平升高，峰值粘度和崩解值明顯下降，消減值明顯升高，這與金軍等[26]的研究結(jié)果一致，但氮素水平提高到一定程度，其減少 (升高)幅度降低。本研究也發(fā)現(xiàn)，氮素水平的提高對(duì)直鏈淀粉的積累有明顯的抑制作用，其原因可能是隨著供應(yīng)氮肥水平的提高，水稻生育期明顯延長，營養(yǎng)生長旺盛，導(dǎo)致灌漿期環(huán)境溫度與對(duì)照相比要低一些，可能正是由于改變了灌漿期環(huán)境溫度，從而影響了稻米的直鏈淀粉含量。聚類分析則表明隨氮素水平提高，氮遲鈍型恢復(fù)系包括雅恢2115、成恢3203(838、718)、綿恢523及滬恢602的食味品質(zhì)較優(yōu)且變化幅度較低，低氮條件下仍可得到較高的食味品質(zhì)；氮敏感型恢復(fù)系包括樂恢188、綿恢725、滬恢17、西科恢768的食味品質(zhì)隨氮素水平提高變化幅度較大，故在生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)選擇氮遲鈍型恢復(fù)系以得到在低氮條件下仍保證其品質(zhì)的品系。

4 結(jié)論

隨氮素水平提高，恢復(fù)系稻米的品質(zhì)發(fā)生明顯變化，聚類分析表明氮敏感型品系包括樂恢188、綿恢725、滬恢17、西科恢768，這類品系在N0條件下品質(zhì)較劣，隨氮素水平提高，可顯著改善品質(zhì)，因此在生產(chǎn)上較易通過提高氮素水平來達(dá)到優(yōu)質(zhì)目標(biāo)；氮遲鈍型品系包括雅恢2115，成恢3203(838、718、727)，綿恢523及滬恢602，這類品系隨氮素水平提高變化較小，在生產(chǎn)中減少氮素施用亦可達(dá)到優(yōu)質(zhì)目標(biāo)。

參 考 文 獻(xiàn)：

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