栽培環(huán)境影響香稻香味物質(zhì)積累的研究進(jìn)展

張曉磊 董卓婭 韋永貴 孫宏偉 羅龍

摘? ? 要：香稻的栽培環(huán)境對(duì)香稻香味物質(zhì)積累有重要的影響。研究表明，栽培的土壤環(huán)境通過(guò)氮、鉀、鋅、鑭和硒等重要營(yíng)養(yǎng)元素含量、水分含量和有機(jī)質(zhì)含量來(lái)影響香稻香味物質(zhì)積累。香稻在灌漿成熟期間當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境平均溫度為23℃左右時(shí)有利于香稻香味物質(zhì)積累。

關(guān)鍵詞：香稻;香味物質(zhì);栽培環(huán)境

中圖分類號(hào)：S511? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.08.016

Abstract： The cultivation environment has an important effect on the accumulation of aromatic substances in fragrant rice. The results showed that the content of nitrogen， potassium， zinc， lanthanum， selenium and other important nutrients， water content and organic matter content in cultivation environment could affect the accumulation of aromatic substances in fragrant rice. During the filling period of fragrant rice， the average temperature of local climate environment was about 23℃， which was conducive to the accumulation of aromatic substances.

Key words： fragrant rice; aromatic substances; cultivation environment

香稻與其他栽培水稻相比，因具有濃郁的香味而受人珍視。香米以優(yōu)異的蒸煮品質(zhì)和豐富的營(yíng)養(yǎng)成分不斷獲得消費(fèi)者的青睞，在國(guó)內(nèi)外稻米市場(chǎng)上的消費(fèi)量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，逐漸占據(jù)稻米貿(mào)易的重要位置[1-2]。國(guó)內(nèi)外栽培香稻的歷史久遠(yuǎn)，我國(guó)種植地區(qū)多，地方品種類型豐富，但是其種植區(qū)域的局限性和產(chǎn)量低的缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了香米的市場(chǎng)拓展[3-4]。國(guó)內(nèi)香米需求量與供給量失衡，需從國(guó)外進(jìn)口香米。

選育高產(chǎn)香稻品種和擴(kuò)大香稻栽培面積是提高國(guó)內(nèi)香稻產(chǎn)出量的重要措施。由于香稻香味成分復(fù)雜，各類成分含量多少不一，Buttery等[5]研究發(fā)現(xiàn)香稻香味主要成分是2-乙?；?1-吡咯啉。隨后在各類香稻種植資源中香味相關(guān)基因被克隆定位，為選育優(yōu)秀香稻品種奠定了良好基礎(chǔ)[6-7]。香稻種植過(guò)程中發(fā)現(xiàn)香稻香味質(zhì)量與栽培環(huán)境有很大關(guān)系，同一品種在非產(chǎn)區(qū)栽培香味減弱或消失。如河南的息縣香稻、山東的曲阜香稻和湖南的江永香稻只有在傳統(tǒng)產(chǎn)地的栽培環(huán)境中有香味，種植于其他地區(qū)則香味消失[8-10]。其他傳統(tǒng)香稻品種香味質(zhì)量也存在此種情況。因此研究香稻香味質(zhì)量與栽培環(huán)境之間的關(guān)系，尋找其中的關(guān)鍵因素，對(duì)于擺脫香稻種植區(qū)域限制以擴(kuò)大香稻種植面積具有重要意義。在不斷研究香稻栽培環(huán)境中影響香稻中香味質(zhì)量的因素后，關(guān)注點(diǎn)逐漸集中到土壤環(huán)境和氣候環(huán)境兩個(gè)方面。

1 土壤環(huán)境對(duì)香稻香味質(zhì)量的影響

1.1 土壤環(huán)境中礦物元素含量對(duì)香稻香味質(zhì)量的影響

土壤是植物根系直接接觸的地方，各種營(yíng)養(yǎng)元素和水分通過(guò)根毛吸收到根部，再運(yùn)轉(zhuǎn)到植物他部位。土壤環(huán)境中各種營(yíng)養(yǎng)元素含量多少，直接影響植物生長(zhǎng)狀況和各類化合物合成。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)影響香稻香味合成的主要元素是氮、鉀、鋅和鑭，適量硒肥也有增加香稻香味質(zhì)量的作用;同時(shí)土壤中水分含量和有機(jī)質(zhì)對(duì)香稻香味質(zhì)量同樣有一定的影響。

香稻香味主要物質(zhì)成分是2-乙?；?1-吡咯啉，Tadashi等[11]發(fā)現(xiàn)水稻中脯氨酸是2-乙?；?1-咯吡啉重要的前體物質(zhì)，由此可知氮元素是合成香味物質(zhì)的必需元素。黃淑貞[12]和孫樹俠和劉書城[13]各自研究發(fā)現(xiàn)香稻香味含量多的種植地區(qū)，土壤中含氮量均高于其他地區(qū)。鐘群和唐湘如[14]研究在不同氮肥濃度處理下香稻籽粒中游離脯氨酸含量和2-乙?；?1-吡咯啉的含量變化，得出增施氮肥可增加籽粒游離脯氨酸的積累，進(jìn)而提高香稻香味質(zhì)量的結(jié)論，不同試驗(yàn)品種增幅各有差別。

孫樹俠和劉書城[13]研究同一香稻品種在不同地區(qū)香味含量時(shí)測(cè)定了3個(gè)地區(qū)的土壤各類元素含量，從數(shù)據(jù)中不難發(fā)現(xiàn)香味含量高的產(chǎn)地（葫蘆頭和昌平沙河）含全鉀和速效鉀均高于香味含量少的產(chǎn)地（沙窩）。在傳統(tǒng)晉祠香米、夾溝香米和萬(wàn)年香米等產(chǎn)地也發(fā)現(xiàn)用于澆灌的泉水中含有豐富的鉀元素，用其他地區(qū)水灌溉則香味質(zhì)量下降或者全無(wú)香味[15-16]。羅一鳴等[17]探索了施用不同含量鉀肥對(duì)提高香稻品種的糙米香氣含量的影響，認(rèn)為施加適量鉀肥能有效提高香味質(zhì)量，不同品種施肥量有所不同。

胡樹林等[18]用“江永香稻”與“香稻80-66”兩個(gè)公認(rèn)香稻品種分別在原產(chǎn)地和非產(chǎn)地進(jìn)行種植檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，原產(chǎn)地的兩個(gè)品種香稻中的鋅元素含量均比非產(chǎn)地含量高，同一地區(qū)的香稻品種中鋅元素含量也比普通水稻要高，說(shuō)明鋅含量與香稻香味質(zhì)量呈正相關(guān)。并注意到灌溉水中含量豐富的鋅元素不斷補(bǔ)充進(jìn)土壤從而防止原產(chǎn)地香稻香味退化。鋅元素含量并不是越多越好，黃錦霞等[19]研究發(fā)現(xiàn)施用鋅肥會(huì)提高香稻香味質(zhì)量，但當(dāng)每公斤土壤的鋅肥施用量達(dá)到120 mg后，不僅香稻香味質(zhì)量提升不明顯還將會(huì)出現(xiàn)鋅元素脅迫，進(jìn)而降低香稻香味質(zhì)量，各個(gè)品種對(duì)鋅肥施用量也有不同的反應(yīng)。鋅肥既可基肥施用也可噴施，噴施鋅肥宜在齊穗期操作。張麗等[20]經(jīng)過(guò)3年大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在蘇香粳3號(hào)齊穗期噴施含鋅元素的調(diào)節(jié)劑可以顯著提高籽粒中的2-AP2-乙?；?1-吡咯啉含量。

黃淑貞[12]在分析對(duì)比江永地區(qū)香稻原產(chǎn)地與非產(chǎn)地的土壤養(yǎng)分發(fā)現(xiàn)，土壤中鋅、鐵、鑭和鈦元素可能是影響香稻香味形成的重要因素。肖迪等[21]在試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用鑭肥的劑量與香稻香味質(zhì)量呈正相關(guān)，在梯度試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)以基施Lacl 180 mg·kg-1時(shí)糙米香氣含量最高。施用鑭肥不僅提高香稻齊穗后籽粒和莖稈的香氣物質(zhì)含量，而且提高香稻的結(jié)實(shí)率和千粒重，從而促進(jìn)產(chǎn)量增加和改善稻米品質(zhì)。

微量硒元素的攝入可以增強(qiáng)人體抵抗力，預(yù)防多種疾病。富硒大米逐漸受到消費(fèi)者歡迎，通過(guò)噴施葉面硒肥可以提高水稻籽粒中硒元素含量。李夢(mèng)興等[22]研究了不同濃度硒肥對(duì)不同品種香稻香味質(zhì)量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臐舛鹊奈士梢栽黾酉愕鞠阄稘舛龋蕽舛冗^(guò)高會(huì)降低香稻香味質(zhì)量。噴施硒肥后香稻莖鞘和葉片中的香味含量葉有明顯提升。

1.2 土壤環(huán)境中水分含量對(duì)香稻香味質(zhì)量的影響

土壤環(huán)境中水分含量對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)影響極大。水分含量多少對(duì)于香稻香味積累也有一定的影響。謝黎虹等[23]發(fā)現(xiàn)在香稻成熟期間減少土壤水分含量有利于香稻籽粒中香味的積累。王培等[24]人設(shè)計(jì)在不同水勢(shì)條件下香稻中香味物質(zhì)積累變化情況，發(fā)現(xiàn)在香稻分蘗期和孕穗期土壤水勢(shì)維持于0～25（±5） kPa時(shí)香稻香味能有效積累。田卡等[25]研究表明香稻齊穗后土壤水勢(shì)維持在-5～20 kPa時(shí)，能同時(shí)提高香稻糙米率和香稻籽粒中香味質(zhì)量。

1.3 土壤環(huán)境中有機(jī)質(zhì)含量對(duì)香稻香味質(zhì)量的影響

有機(jī)質(zhì)是土壤重要組成部分，不僅供給養(yǎng)分而且能夠有效阻止?fàn)I養(yǎng)元素淋失。有機(jī)質(zhì)在分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸，不斷酸溶和絡(luò)合礦質(zhì)養(yǎng)分，對(duì)提高土壤肥力和調(diào)節(jié)土壤pH值有著重要作用[26]。研究發(fā)現(xiàn)豐富的發(fā)酵有機(jī)肥和火山灰對(duì)泰國(guó)香米香味形成有重要的影響[27]。含有豐富的有機(jī)質(zhì)土壤中存在大量蘋果酸、檸檬酸和植酸等有機(jī)酸，有機(jī)酸的存在不僅促進(jìn)植株對(duì)土壤中鋅等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，而且能螯合土壤中一些重金屬，解除重金屬對(duì)植物根系的傷害[28-29]。

2 氣候環(huán)境對(duì)香稻香味質(zhì)量影響

同一香稻品種在不同的栽培環(huán)境氣候下，合成和積累的香味物質(zhì)會(huì)有很大差異。一般認(rèn)為，氣候冷涼、晝夜溫差大的地區(qū)香稻香味更加濃郁[30-31]。這類冷涼地區(qū)的香稻有響水香稻、晉祠香米和明水香稻等，此類地區(qū)香米比普通稻米含有更多的氨基酸和不飽和脂肪酸，正是這些次生代謝物質(zhì)極大豐富了各種香稻的風(fēng)味[32-33]。研究發(fā)現(xiàn)晉祠香米只有用常年水溫為17.5 ℃的泉水灌溉才能保持其特色，明水香稻的灌溉山泉水為18 ℃時(shí)有利于香味物質(zhì)積累[34-35]。泰國(guó)的KDML105只有種植于該國(guó)北部和東北部時(shí)，收獲的稻米香味才濃郁，主要因?yàn)檫@一地區(qū)從水稻從揚(yáng)花期開始?xì)鉁刂饾u降低，有利于香味物質(zhì)積累[27]。徐振江等[36]利用人工氣候室控溫方法研究灌漿成熟期不同溫度對(duì)香稻香味質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)日均溫度為23 ℃時(shí)香稻香味物質(zhì)含量高。陽(yáng)樹英等[37]通過(guò)檢測(cè)灌漿初期、中期和末期3個(gè)時(shí)期不同試驗(yàn)地的日均氣溫、日均最高氣溫、日均最低氣溫和日均溫差，發(fā)現(xiàn)在日均氣溫、日均最高氣溫和日均最低氣溫都低且日均溫差大的傳統(tǒng)香稻產(chǎn)區(qū)的香稻香味質(zhì)量最高;不同的地貌和海拔也是以影響香稻栽培的小氣候環(huán)境來(lái)影響香稻香味質(zhì)量。

香稻大田生產(chǎn)時(shí)因播種日期不同，后期灌漿成熟期的環(huán)境溫度也不盡相同，對(duì)香稻香味質(zhì)量也有很大影響。楊曉娟等[38]以桂香占和濃香18為試驗(yàn)材料進(jìn)行大田試驗(yàn)，研究不同播種日期對(duì)兩個(gè)香稻香味質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)播種提前或推后對(duì)香稻香味質(zhì)量積累有很大影響。只有播種日期適當(dāng)，成熟期平均溫度在23 ℃左右時(shí)，香稻香味物質(zhì)含量最高。同樣品種做為晚季稻時(shí)，其香味物質(zhì)含量高于早季稻。因?yàn)殡S時(shí)間推移環(huán)境整體溫度逐漸降低，所以晚稻灌漿期和成熟期平均溫度整體低于早稻，進(jìn)一步說(shuō)明溫度是影響香稻香味質(zhì)量的重要因素。張麗等[20]也研究了不同播種日期對(duì)蘇香粳3號(hào)籽粒中的香味質(zhì)量的影響，經(jīng)過(guò)綜合產(chǎn)量和香味因素得出最佳播種日期為5月25—30日。這一時(shí)間播種的蘇香粳3號(hào)，在其灌漿成熟期可以有效利用環(huán)境低溫和晝夜溫差，以合成并積累大量游離氨基酸和不飽和脂肪酸，從而提高香稻香味質(zhì)量。

3 展 望

隨著近年來(lái)消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)香稻需求的增加，香米的經(jīng)濟(jì)價(jià)值逐漸升高。通過(guò)研究栽培環(huán)境對(duì)香稻香味物質(zhì)積累的影響，總結(jié)出科學(xué)精細(xì)化的栽培方法對(duì)擴(kuò)大香稻生產(chǎn)面積和提高香稻生產(chǎn)質(zhì)量具有重要意義。總結(jié)以上研究成果，筆者認(rèn)為擴(kuò)大香稻種植區(qū)域的三個(gè)主要因素分別是當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境中香稻所需元素含量豐富程度和適合當(dāng)?shù)卦耘嗟南愕酒贩N。由于栽培環(huán)境中氣候影響因素不可抗拒力量強(qiáng)大，因此選擇栽培香稻區(qū)域應(yīng)首先考慮當(dāng)?shù)貧夂蛴绊懸蛩?，可根?jù)當(dāng)?shù)貧庀蠼y(tǒng)計(jì)來(lái)選擇相應(yīng)的區(qū)域。當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)元素含量可以通過(guò)土壤檢測(cè)選取適宜種植的具體地塊。同時(shí)選取合適的耐冷品種為宜以適應(yīng)低溫環(huán)境下香味物質(zhì)的積累。在不同香稻品種栽培過(guò)程中，通過(guò)適時(shí)補(bǔ)充相關(guān)元素和調(diào)整栽培時(shí)間以擴(kuò)大香稻香味物質(zhì)的積累。

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