稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式優(yōu)質(zhì)食味粳稻的稻米營養(yǎng)品質(zhì)分析*

馬 亮, 李躍東, 田春暉, 張 悅, 張 睿, 董立強(qiáng), 孫富余**

稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式優(yōu)質(zhì)食味粳稻的稻米營養(yǎng)品質(zhì)分析*

馬 亮1, 李躍東1, 田春暉2, 張 悅1, 張 睿1, 董立強(qiáng)1, 孫富余2**

(1. 遼寧省水稻研究所 沈陽 110101; 2. 遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所 沈陽 110161)

本研究選用優(yōu)質(zhì)食味粳稻品種‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’(稻花香2號)為材料, 設(shè)置了稻蟹生態(tài)種養(yǎng)(ecological rice-crab, ERC)和水稻單植(rice monoculture, RM)2個模式, 測定與稻米品質(zhì)相關(guān)的蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和礦物質(zhì)元素含量, 采用非靶向代謝組學(xué)方法分析兩個模式之間與營養(yǎng)相關(guān)的差異代謝產(chǎn)物, 從多個方面分析稻蟹生態(tài)種養(yǎng)的稻米營養(yǎng)品質(zhì), 為稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式的應(yīng)用推廣提供理論依據(jù)。結(jié)果表明, 與RM相比, ERC的‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’糙米蛋白質(zhì)含量顯著降低6.75%和10.11%, Fe含量顯著增加, 為RM的2.03倍和4.99倍, Se含量顯著增加, 為RM的3.11倍和5.74倍, Pb含量顯著降低35.11%和44.35%。采用GC-MS檢測到233種代謝產(chǎn)物, 利用偏最小二乘法(PLS-DA)分析發(fā)現(xiàn), ERC和RM糙米的代謝產(chǎn)物差異顯著, ERC誘導(dǎo)‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’的4-氨基丁酸顯著上調(diào)為RM的2.11倍和11.99倍, 抗氧化性物質(zhì)α-生育酚、β-羥肉豆蔻酸以及奎寧酸分別顯著上調(diào)為RM的1.62倍和2.22倍、12.64倍和20.48倍以及14.25倍和4.67倍, 己糖醇顯著上調(diào)為RM的14.36倍和15.14倍, 半乳糖醇顯著上調(diào)為RM的3.13倍和2.87倍。此外, ERC的‘遼粳433’產(chǎn)量降低286.0 kg?km?2, ‘五優(yōu)稻4號’產(chǎn)量增加344.5 kg?km?2, 均與RM差異不顯著。綜上所述, 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式在穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)上可以增加優(yōu)質(zhì)食味粳稻稻米的營養(yǎng)價(jià)值。

稻蟹生態(tài)種養(yǎng); 代謝組學(xué); 營養(yǎng)品質(zhì); 產(chǎn)量; 礦物質(zhì)元素; 食味品質(zhì)

中國是世界上最早進(jìn)行稻田養(yǎng)殖的國家[1], 稻田養(yǎng)殖的方式大體可劃分為稻魚、稻蟹、稻蝦3種主要類型[2]。其中稻蟹種養(yǎng)模式在中國已經(jīng)有40多年的歷史[3], 是中國北方稻作區(qū)一種重要的種養(yǎng)模式[4], 在遼寧省約占水稻()種植面積的10%左右, 其中盤山縣經(jīng)過多年的稻蟹種養(yǎng)實(shí)踐形成了具有特色的“盤山模式”[5]。

傳統(tǒng)的水稻種植模式為了追求產(chǎn)量, 大量施用化肥和農(nóng)藥, 導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)和土質(zhì)被破壞[3], 加大環(huán)境污染。稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式是根據(jù)稻蟹共生互利原理[6], 利用螃蟹在田間爬行防治病蟲雜草, 利用螃蟹的排泄物為水稻提供天然營養(yǎng)物質(zhì), 減少了農(nóng)藥和化肥的使用量, 增加土壤有效礦物質(zhì)元素[7], 土壤有機(jī)碳和碳水化合物的含量[8], 調(diào)節(jié)水稻生長的田間小氣候[9]和微生物多樣性格局[10]。因此, 稻蟹種養(yǎng)模式是一種保護(hù)土壤環(huán)境和增加經(jīng)濟(jì)效益的生態(tài)種養(yǎng)模式[11-13]。

稻田生態(tài)種養(yǎng)可以降低稻米的直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量, 改善稻米品質(zhì)[14-15], 但稻米營養(yǎng)品質(zhì)內(nèi)涵豐富, 還包括有益的礦物質(zhì)元素(鐵、硒等)、糖醇類物質(zhì)、有機(jī)酸類物質(zhì)、酚類化合物等。代謝組學(xué)(metabolomics)可以從生物學(xué)的角度對植物中的所有內(nèi)源代謝物進(jìn)行定性定量的研究。沈楓等[16]運(yùn)用非靶向代謝組學(xué)進(jìn)行了‘遼粳433’和‘越光’糙米代謝產(chǎn)物分析, 評價(jià)‘遼粳433’和‘越光’稻米營養(yǎng)價(jià)值。Heuberger等[17]利用代謝組學(xué)選擇了營養(yǎng)價(jià)值更高和具有保健功能的水稻品種。以往的稻蟹種養(yǎng)模式對稻米品質(zhì)的研究缺乏系統(tǒng)性, 本研究以優(yōu)質(zhì)食味粳稻‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’(稻花香2號)為材料, 在分析稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式對水稻產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量、礦物質(zhì)元素含量影響的基礎(chǔ)上, 采用非靶向代謝組學(xué)方法分析稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式與水稻單一種植模式之間稻米中與營養(yǎng)相關(guān)的代謝產(chǎn)物差異, 基于多個方面解析稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式的稻米營養(yǎng)品質(zhì), 為提升稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式的綜合效益和模式推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水稻品種為優(yōu)質(zhì)食味粳稻‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’(稻花香2號), 種子來源于遼寧省水稻研究所。螃蟹為中華絨螯蟹(), 來源于盤山縣河蟹研究所。

1.2 試驗(yàn)區(qū)域與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年4—10月在遼寧省盤錦市盤山縣壩墻子鎮(zhèn)姜家村(40°40′~41°27′N、121°31~122°28′E)北方稻蟹種養(yǎng)示范基地進(jìn)行。土壤基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)16.8 g?kg?1、全氮10.8 g?kg?1、堿解氮 112.51 mg?kg?1、速效磷 10.95 mg?kg?1、速效鉀131.5 mg?kg?1、pH 6.8。

試驗(yàn)設(shè)置稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式(ERC)和水稻單一種植模式(RM)兩個處理, 每個處理設(shè)置3次重復(fù), 每個重復(fù)面積為200 m2, 重復(fù)之間有擋板進(jìn)行隔離。水稻株距均為30 cm×20 cm。稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式(ERC)采用插秧時(shí)一次性側(cè)深施用稻蟹田專用肥900 kg?hm?2(含14%的N、5%的P和6%的K), 上一年的水稻秸稈還田和河蟹糞便為補(bǔ)充肥料。病蟲草害主要依靠河蟹生物除草、理化誘控防治二化螟、減氮控病。螃蟹苗為5250只?hm?2(80只?kg?1), 于水稻返青后(6月10日)投放稻田。投放第2 d開始投喂螃蟹專用飼料, 投放量為螃蟹體重的3%~5%。螃蟹于9月15日起捕, 水稻于10月15日收獲。為了貼近生產(chǎn), 本研究選用農(nóng)民傳統(tǒng)種植模式, 即水稻單一種植模式(RM)為對照, 該模式是兩次施肥, 底肥為750 kg?hm?2(含250 g?kg?1的N、150 g?kg?1的P和120 g?kg?1的K), 分蘗期追肥總量為尿素150 kg?hm?2、硫酸銨150 kg?hm?2、硫酸鉀112.5 kg?hm?2。分蘗盛期20%氯蟲苯甲酰胺懸浮劑150 g?hm?2進(jìn)行二化螟防治, 孕穗期噴施75%三環(huán)唑可濕性粉劑375 g?hm?2進(jìn)行稻瘟病防治。

1.3 測定指標(biāo)

10月15日進(jìn)行水稻收獲, 自然風(fēng)干晾曬5 d進(jìn)行稻米代謝產(chǎn)物檢測, 自然風(fēng)干15 d進(jìn)行稻米品質(zhì)和產(chǎn)量性狀分析。

品質(zhì)性狀: 采用凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量[18], 利用620 nm比色測定直鏈淀粉含量[19]。同時(shí)測定糙米率、精米率和堊白率, 每個處理3次重復(fù)。

食味值: 采用日本佐竹satake食味儀進(jìn)行稻米食味值測定, 每個處理測定3次重復(fù)。

微量元素: 采用火焰原子吸收光譜[20]對糙米中Ca、P、K、Mg、Fe、Zn、Se、Cr和Pb的含量進(jìn)行測定, 測定在日立Z-2000型原子吸收分光光度計(jì)上完成, 每個處理設(shè)3次重復(fù)。

代謝產(chǎn)物: 采用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)方法進(jìn)行糙米代謝產(chǎn)物檢測, 具體步驟如下: 1.5 mL離心管中放入60 mg糙米冷凍磨碎的粉末樣本、兩顆鋼珠、360 μL的冷甲醇和40 μL的內(nèi)標(biāo)(L-2-氯-苯丙氨酸, 0.3 mg?mL–1, 甲醇配置), 在–80 ℃冰箱中放置2 min后研磨機(jī)研磨2 min, 超聲提取30 min。加入200 μL的氯仿, 混勻, 再加入400 μL的水, 超聲提取30 min。再12 000 r?min–1, 4 ℃離心10 min, 取300 μL的上清液裝入玻璃衍生瓶中。用冷凍濃縮離心干燥器揮發(fā)樣品。向玻璃衍生小瓶中加入15 mg?mL–1甲氧胺鹽酸鹽吡啶溶液80 μL, 渦旋振蕩 2 min后, 于振蕩培養(yǎng)箱中37 ℃進(jìn)行肟化反應(yīng), 肟化時(shí)間為90 min。樣品取出后再加入含1% TMCS的BSTFA衍生試劑80 μL和正己烷20 μL, 渦旋振蕩 2 min后, 于70 ℃反應(yīng)60 min。取出樣本后, 在室溫放置30 min, 使用安捷倫公司(Agilent Technologies Inc. CA, UAS)的7890B-5977A GC/MSD氣質(zhì)聯(lián)用儀對樣品進(jìn)行代謝產(chǎn)物檢測。采用MS-DIAL方法將GC-MS的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行定性分析, 采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行GC-MS的原始數(shù)據(jù)的歸一化定量分析。每個處理6次重復(fù)。每6個樣品中插入1個質(zhì)控(quality control, QC)樣本, 評價(jià)整個實(shí)驗(yàn)過程中系統(tǒng)質(zhì)譜平臺的穩(wěn)定性。

產(chǎn)量性狀: 每個重復(fù)5點(diǎn)取樣, 測定經(jīng)濟(jì)性狀, 包括有效穗數(shù)、一次枝梗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Excel和SPSS 20.0等軟件進(jìn)行品種性狀、微量元素含量和產(chǎn)量性狀的方差分析。代謝產(chǎn)物數(shù)據(jù)通過在線軟件進(jìn)行PCA (principal components analyses)、PLS-DA (partial least-squares discriminant analysis)和差異代謝產(chǎn)物分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式對稻米食味品質(zhì)的影響

與水稻單一種植模式(RM)相比, 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式(ERC)降低了‘遼粳433’的堊白粒率、蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量, 增加了糙米率、精米率和整精米率, 其中蛋白質(zhì)含量顯著降低6.75%, 其他性狀差異不顯著。ERC降低了‘五優(yōu)稻4號’的堊白粒率、蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量, 增加了糙米率、精米率和整精米率, 其中蛋白質(zhì)含量顯著降低10.50%, 堊白率顯著降低了64.82%, 其他性狀差異不顯著(表1)。與RM相比, ‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’的ERC食味值顯著增加5.00%和4.28%, 說明稻蟹種養(yǎng)顯著增加了稻米的食味水平。

表1 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式對水稻品種‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’碾磨品質(zhì)和食味品質(zhì)的影響

*和**分別表示稻蟹生態(tài)種養(yǎng)和水稻單一種植間在<0.05和<0.01水平差異顯著。* and ** mean significant difference between ecological rice-crab and rice monoculture at<0.05 and<0.01 levels, respectively.

2.2 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式對稻米礦物質(zhì)元素含量的影響

與水稻單一種植模式(RM)相比, 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式(ERC)極顯著增加了‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’稻米中元素Fe和Se含量, Fe含量為RM的2.03倍和4.99倍, Se含量為RM的3.11倍和5.74倍; ERC極顯著(顯著)降低了‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’稻米中重金屬元素Pb的含量, 分別降低35.11%和44.35%; 提高了P、K和Ca的含量, P含量分別提高8.47%和26.87%, K含量分別提高33.29%和24.24%, Ca含量分別提高27.96%和10.08%(表2)。

表2 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式對水稻品種‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’礦質(zhì)元素含量的影響

*和**分別表示稻蟹生態(tài)種養(yǎng)和水稻單一種植間在<0.05和<0.01水平差異顯著。* and ** mean significant difference between ecological rice-crab and rice monoculture at<0.05 and<0.01 levels, respectively.

2.3 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式與水稻單一種植模式糙米代謝產(chǎn)物的差異

2.3.1 糙米代謝產(chǎn)物多變量分析

對‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’的稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式(ERC)和水稻單一種植模式(RM)下糙米進(jìn)行GC-MS檢測, 均定性到233種代謝物, 其中, 有機(jī)酸59種, 碳水化合物48種, 氨基酸類37種, 核苷酸類11種, 次生代謝物36種, 醇類及酯類18種, 其他24種。

PCA分析可見(圖1a), 所有的質(zhì)控樣品(QC)聚在一起, 表明所有檢測具有良好的分析穩(wěn)定性和試驗(yàn)重現(xiàn)性。PCA分析并未很好地將兩個品種ERC和RM的代謝產(chǎn)物分離開, 分析原因可能是PCA分析不僅對同一個品種的兩個處理之間代謝產(chǎn)物進(jìn)行比較分析, 同時(shí)兩個品種之間也進(jìn)行了比較分析。將‘遼粳433’的ERC和RM以及‘五優(yōu)稻4號’的ERC和RM分別進(jìn)行PLS-DA分析, 結(jié)果表明, ERC和RM的糙米代謝產(chǎn)物分別位于主成分1的左右兩邊, 主成分1分別解釋了所有變量的20.3%和25.4%(圖1b-c)。模型累積解釋率中發(fā)現(xiàn),2值為0.9387和0.8281,2值為0.6620和0.5293, 表明模型的擬合準(zhǔn)確性較好, 說明ERC顯著改變了‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’的代謝產(chǎn)物組成。

2.3.2 糙米中與營養(yǎng)相關(guān)的差異代謝產(chǎn)物分析

利用PLS-DA分析的變量權(quán)重值(VIP>1.0)進(jìn)行代謝產(chǎn)物差異分析, ‘遼粳433’的稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式(ERC)與水稻單一種植模式(RM)之間有47種代謝產(chǎn)物差異顯著, ‘五優(yōu)稻4號’的ERC與RM之間有54種代謝產(chǎn)物差異顯著(圖2)。兩組分析中共有變化趨勢一樣的代謝產(chǎn)物13種(圖3), 包括4-氨基丁酸(GABA)、α-生育酚、β-羥肉豆蔻酸、半乳糖醇、葡萄糖-6-磷酸、谷氨酸、谷氨酰胺、己糖醇、甘露酸、N-乙酰-D-己糖胺、油酸、苯乙胺和奎寧酸。

ERC誘導(dǎo)糙米顯著變化的13種代謝產(chǎn)物均與稻米品質(zhì)有關(guān), 其中氨基酸類物質(zhì)3種, 谷氨酰胺顯著上調(diào)為RM的2.97倍和2.01倍, 4-氨基丁酸顯著上調(diào)為RM的2.11倍和11.99倍, 谷氨酸顯著下調(diào)為RM的32%倍和8%倍; 糖醇類物質(zhì)2種, 己糖醇顯著上調(diào)為RM的14.36倍和15.14倍, 半乳糖醇顯著上調(diào)為RM的3.13倍和2.87倍; 多酚類物質(zhì)2種, 奎寧酸顯著上調(diào)為RM的14.25倍和4.67倍, β-羥肉豆蔻酸顯著上調(diào)為RM的12.64倍和20.48倍; 維生素類物質(zhì)2種, α-生育酚顯著上調(diào)為RM的1.62倍和2.22倍, 油酸顯著降低為RM的0.52倍和0.11倍; 有機(jī)酸類物質(zhì)2種, 葡萄糖-6-磷酸顯著上調(diào)為RM的1.91倍和4.37倍, 甘露酸顯著下調(diào)為RM的0.06倍和0.90倍; 胺類物質(zhì)2種, 苯乙胺顯著上調(diào)為RM的5.15倍和7.97倍, N-乙酰-D-己糖胺顯著上調(diào)為RM的2.23倍和1.63倍。

A: ‘遼粳433’的ERC; B: ‘遼粳433’的RM; C: ‘五優(yōu)稻4號’的ERC; D: ‘五優(yōu)稻4號’的RM; QC: 質(zhì)控樣品。A: ‘Liaojing 433’ of ERC; B: ‘Liaojing 433’ of RM; C: ‘Wuyoudao No.4’ of ERC; D: ‘Wuyudao No.4’ of RM; QC: quality control sample.

A: ‘遼粳433’的ERC; B: ‘遼粳433’的RM; C: ‘五優(yōu)稻4號’的ERC; D: ‘五優(yōu)稻4號’的RM. A: ‘Liaojing 433’ of ERC; B: ‘Liaojing 433’ of RM; C: ‘Wuyoudao No.4’ of ERC; D: ‘Wuyudao No.4’ of RM.

A: ‘遼粳433’的ERC; B: ‘遼粳433’的RM; C: ‘五優(yōu)稻4號’的ERC; D: ‘五優(yōu)稻4號’的RM. A: ‘Liaojing 433’ of ERC; B: ‘Liaojing 433’ of RM; C: ‘Wuyoudao No.4’ of ERC; D: ‘Wuyudao No.4’ of RM.

2.4 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式對‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

產(chǎn)量構(gòu)成因素分析表明(表3), 與水稻單一種植模式(RM)相比, ‘遼粳433’的稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式(ERC)降低了有效穗數(shù)和千粒重, 增加了枝梗數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)和結(jié)實(shí)率, 其中枝梗數(shù)顯著增加3.65%, 其他性狀差異不顯著?！鍍?yōu)稻4號’的ERC降低了有效穗數(shù), 增加了枝梗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率, 顯著(極顯著)增加了5.85%的枝梗數(shù)和10.41%的千粒重, 其他性狀差異不顯著。與RM相比, ‘遼粳433’的ERC產(chǎn)量降低了286 kg·km–2, ‘五優(yōu)稻4號’的ERC產(chǎn)量增加344.5 kg·km–2, 但差異不顯著。

3 討論

代謝組學(xué)是研究生物脅迫、水稻品種分類和水稻米質(zhì)[21-22]的重要手段。可以通過PCA和PLS-DA分析進(jìn)行數(shù)據(jù)中的相似性模式分析[23]和進(jìn)行組之間的分離[24]。本研究通過PCA和PLS-DA分析發(fā)現(xiàn), 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)顯著改變了糙米的代謝產(chǎn)物組成, 誘導(dǎo)糙米中多種與人類身體健康和抗氧化活性有關(guān)的代謝產(chǎn)物顯著變化。己糖醇具有一定抗癌作用, 半乳糖醇具有潤腸通便作用。GABA雖為非必需氨基酸, 但它被認(rèn)為是一種具有生物活性的植物代謝物, 發(fā)芽糙米因含有較高的GABA被稱為具有保健功能的大米[25]。維生素和酚類是有益的代謝物, 可以保護(hù)膜蛋白和DNA[26]。α-生育酚不僅是抗氧化物質(zhì)[27]和脂溶性維生素[28], 同時(shí)在植物個體發(fā)育代謝過程中起著關(guān)鍵作用。從小分子角度分析表明, ERC顯著改變了稻米中抗氧化活性物質(zhì), 增加了稻米的營養(yǎng)價(jià)值。

表3 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)對水稻品種‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’產(chǎn)量構(gòu)成因素影響

*和**分別表示稻蟹生態(tài)種養(yǎng)和水稻單一種植間在<0.05和<0.01水平差異顯著。* and ** mean significant difference between ecological rice-crab and rice monoculture at<0.05 and<0.01 levels, respectively.

微量元素含量是評價(jià)食品食用安全的一項(xiàng)重要指標(biāo), 稻米中Fe含量可以通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)得以提高[29], 富硒大米因其營養(yǎng)價(jià)值較高備受人們矚目[30]。本研究發(fā)現(xiàn), 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)增加了‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’稻米中有益礦物質(zhì)含量, Fe和Se含量成倍增加。分析原因, 一方面可能是河蟹在稻田爬行增加水稻根系從土壤中吸收有效態(tài)的礦物質(zhì)元素的量[10]; 另一方面, 葡萄糖-6-磷酸是植酸中肌醇環(huán)唯一來源[31], 代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)稻蟹生態(tài)種養(yǎng)的‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’的葡萄糖-6-磷酸顯著上調(diào)為單一種植的2.23倍和1.63, 抑制稻米中植酸含量, 降低了與植酸絡(luò)合的Fe和Zn等金屬離子, 增加了稻米中這些礦物質(zhì)元素的含量。具體原因有待進(jìn)一步分析。稻蟹生態(tài)種養(yǎng)和水稻單一種植模式下稻米中Pb和Cd的含量均符合食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)[32], 但是, 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)顯著降低了Pb含量, 增加了的稻米食用安全性。

稻米品質(zhì)和產(chǎn)量除了和自身遺傳因素有關(guān), 還與外界環(huán)境條件和栽培措施有一定關(guān)系。氮肥施用方法和施用量在一定程度上影響水稻的品質(zhì)。張欣等[33]的研究結(jié)果表明, 與常規(guī)施肥相比, 施用豬糞有機(jī)肥與生物肥能顯著提升稻米的食味品質(zhì)。本研究結(jié)果也證明這一點(diǎn), 稻蟹種養(yǎng)模式顯著提高稻米的食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì), 與該模式為水稻提供的肥料以生物有機(jī)肥和螃蟹糞便為主有一定關(guān)系。與水稻單一種植相比, ‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’稻蟹生態(tài)種養(yǎng)可以達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)效果, 分析原因一方面是由于螃蟹取食減少水稻無效分蘗, 合理調(diào)節(jié)植株氮素分配并促進(jìn)稻粒氮素吸收; 另一方面是稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式利用一次性側(cè)深施有機(jī)稻蟹專用肥, 減少施用化肥產(chǎn)生氨態(tài)氮, 同時(shí), 螃蟹取食稻田雜草、水生生物、專用配合飼料等過腹糞便還田, 滿足了水稻生育期對養(yǎng)分的需求, 提高水稻各器官氮素運(yùn)轉(zhuǎn)酶活性[34]和氮肥利用率[35]。該模式充分利用稻田種養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中有利因子, 減施肥藥, 最終實(shí)現(xiàn)水稻穩(wěn)產(chǎn)和增加品質(zhì)的目的。

4 結(jié)論

稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式在保證優(yōu)質(zhì)食味粳稻‘遼粳433’和‘五優(yōu)稻4號’產(chǎn)量的前提下, 降低稻米蛋白質(zhì)含量, 增加了稻米食味值; 顯著增加稻米中Fe含量, 降低了有毒物質(zhì)Pb含量, 提高了稻米的食用安全性;增加了有益物質(zhì)GABA和α-生育酚含量, 提高了稻米的抗氧化能力。因此, 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式具有重要的生態(tài)意義、經(jīng)濟(jì)意義和推廣價(jià)值。

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Nutritional quality of japonica rice with good taste quality in an ecological rice-crab mode*

MA Liang1, LI Yuedong1, TIAN Chunhui2, ZHANG Yue1, ZHANG Rui1, DONG Liqiang1, SUN Fuyu2**

(1. Liaoning Rice Research Institute, Shenyang 110101, China; 2. Institute of Plant Protection, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161, China)

In this study, we investigated the effects of an ecological rice-crab mode on the nutritional value of rice using two cropping patterns, ecological rice-crab (ERC) and rice monoculture (RM). Two japonica rice cultivars with good taste quality, ‘Liaojing 433’ and ‘Wuyoudao No.4’ (Daohuaxiang No.2), were selected as the study materials, and the rice contents of protein, amylose, and mineral elements, which are related to rice quality, were measured. Differences in the nutrition-related metabolites of ERC and RM were analyzed using non-targeted metabolomics. This study aimed to provide a theoretical basis for the application and popularization of the ecological rice-crab mode. The results showed that compared with RM, the protein content of brown rice of ‘Liaojing 433’ and ‘Wuyoudao No.4’ under the ERC mode significantly decreased by 6.75% and 10.11%, respectively, and Pb content decreased by 35.11% and 44.35%, respectively. The Fe content significantly increased by 1.03 and 3.99 times, respectively, and the Se content increased by 2.11 and 4.74 times, respectively. Two hundred and thirty-three metabolites were detected by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Significant differences in the metabolites were found between ERC and RM brown rice by partial least-squares discriminant analysis (PLS-DA). Compared with RM, the content of 4-aminobutyric acid in ‘Liaojing 433’ and ‘Wuyoudao No.4’ under the ERC mode increased significantly by 1.11 and 10.99 times, respectively; and the contents of antioxidant substances, such as alpha-tocopherol, beta-hydroxamic acid, and quinic acid, significantly increased by 0.62 and 1.22 times, 11.64 and 19.48 times, and 13.25 and 3.67 times, respectively. The hexitol content increased by 13.36 and 14.14 times, respectively, and the galactitol content increased by 2.13 and 1.87 times, respectively. Rice yield of ‘Liaojing 433’ under the ERC mode decreased by 286.0 kg?km?2, whereas that of ‘Wuyoudao No.4’ under the ERC mode increased by 344.5 kg?km?2. However, there were no significant differences in rice yield between ERC and RM. In conclusion, the ERC mode can increase the nutritional value of high-quality japonica rice without reducing its production.

Ecological rice-crab mode; Metabolomics; Nutritional quality;Yield; Mineral elements;Taste quality

10.13930/j.cnki.cjea.200441

馬亮, 李躍東, 田春暉, 張悅, 張睿, 董立強(qiáng), 孫富余. 稻蟹生態(tài)種養(yǎng)模式優(yōu)質(zhì)食味粳稻的稻米營養(yǎng)品質(zhì)分析[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2021, 29(4): 716-724

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S511.4

* 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD0200200)和遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(青年)基金(2020QN2411)資助

孫富余, 主要從事農(nóng)作物病蟲害綠色防控及食品安全控害生產(chǎn)技術(shù)研究。E-mail: laassfy@163.com

馬亮, 主要從事水稻病蟲害防控和優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)研究。E-mail: malhd@126.com

2020-06-11

2020-10-30

* This work was supported by the National Key R&D Program of China (2018YFD0200200) and the Dean Fund of Liaoning Academy of Agricultural Sciences (2020QN2411).

, E-mail: laassfy@163.com

Jun. 11, 2020;

Oct. 30, 2020