河南沿黃稻區(qū)不同粳稻品種播期推遲后對(duì)稻米產(chǎn)量與品質(zhì)性狀的影響

袁澤科， 陳喜娜， 胡珍珍， 趙全志， 孫紅正

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450046)

隨著生活水平的提高，人們更加青睞優(yōu)質(zhì)稻米，稻米的品質(zhì)也影響著大米的市場價(jià)值[1]。因此，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)稻米一直是水稻育種和栽培研究的主要目標(biāo)[2]。稻米品質(zhì)是包括加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)在內(nèi)的綜合性狀，其中，與消費(fèi)者最相關(guān)的稻米品質(zhì)因素是外觀品質(zhì)、直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質(zhì)含量，它們分別影響著大米的外觀和蒸煮食味品質(zhì)[3-4]。稻米品質(zhì)性狀主要受復(fù)雜的遺傳和環(huán)境因素共同控制，除遺傳背景外，溫度等多種環(huán)境因素及氮肥和水分管理等栽培技術(shù)也會(huì)影響稻米品質(zhì)[5]。

溫度是水稻生長發(fā)育過程中最關(guān)鍵的因子之一，當(dāng)環(huán)境溫度超過水稻正常生長范圍臨界值時(shí)，就會(huì)影響水稻生長發(fā)育。水稻孕穗期和抽穗揚(yáng)花期這2個(gè)時(shí)期內(nèi)對(duì)溫度極為敏感，這2個(gè)時(shí)期遭遇高溫將對(duì)水稻產(chǎn)量影響較大，而灌漿期高溫將導(dǎo)致稻米品質(zhì)嚴(yán)重下降[6-7]。水稻在抽穗揚(yáng)花期最適宜的溫度是25～30 ℃，30 ℃以上就會(huì)產(chǎn)生不利影響而降低水稻穎花育性。如遇35 ℃以上持續(xù)高溫天氣即發(fā)生高溫?zé)岷?dǎo)致受精障礙，尤其是開花當(dāng)天遇有高溫脅迫，易誘發(fā)小花不育，嚴(yán)重影響結(jié)實(shí)率及產(chǎn)量[8]。另外，水稻灌漿期是水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)期，灌漿期高溫將嚴(yán)重影響子粒灌漿而導(dǎo)致稻米品質(zhì)變劣，特別是堊白粒率和堊白度[9]。有研究表明，灌漿期日平均溫度高于26 ℃時(shí)，隨著溫度增高稻米堊白粒率和堊白度均隨之升高，同時(shí)加工品質(zhì)如精米率和整精米率降低[10-11]。在稻米食味品質(zhì)方面，高溫條件下子粒中的直鏈淀粉含量增加，而直鏈淀粉含量過高會(huì)導(dǎo)致食味品質(zhì)降低[12]。

河南省沿黃稻區(qū)屬于華北粳稻稻作帶，處于中國南北稻區(qū)過渡地帶，主要分布在黃河兩岸，該區(qū)生態(tài)環(huán)境良好，擁有優(yōu)越自然條件，水稻種植區(qū)域地勢低平，土層深厚疏松，具有發(fā)展優(yōu)質(zhì)粳米的良好生態(tài)資源優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)前景。目前，河南沿黃稻區(qū)超過35 ℃極端高溫天氣多出現(xiàn)在8月上旬，而隨著氣候變化的影響，極端高溫出現(xiàn)的時(shí)期有可能會(huì)往后延遲[13]。而本區(qū)域的主栽水稻品種的抽穗期大多在8月中下旬，在未來氣候條件下，水稻抽穗開花期和灌漿期有可能會(huì)遇到極端高溫天氣，從而給水稻生產(chǎn)帶來不利影響。由于開花期和灌漿期對(duì)稻米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響最大，因此，可以推遲播期以避免高溫危害。為了評(píng)價(jià)播期推遲后沿黃稻區(qū)水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的變化，本研究選取了11個(gè)河南沿黃稻區(qū)粳稻品種進(jìn)行了正常播期和播期推遲的田間試驗(yàn)，以期為未來氣候條件下的粳稻生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水稻品種為河南沿黃稻區(qū)的11個(gè)粳稻品種，包括日本晴、黃金晴、豫粳6號(hào)、新豐2號(hào)、水晶3號(hào)、方欣1號(hào)、玉稻518、鄭選2號(hào)、方欣4號(hào)、新豐7號(hào)、徐稻3號(hào)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)原陽試驗(yàn)場(35°11’N，113°94’E)進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)不同播期處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。第I播期為沿黃稻區(qū)水稻種植正常播期(2019-05-07)，第Ⅱ和第Ⅲ播期每個(gè)播期分別延后推遲10，20 d，3個(gè)播期秧苗均為秧齡40 d時(shí)單株移栽，株行距為30 cm×13 cm。移栽后，按相同的常規(guī)水肥和病蟲害防治措施進(jìn)行田間管理。

水稻成熟后測定株高、有效穗數(shù)、穗長、結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等產(chǎn)量相關(guān)性狀和糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、直鏈淀粉含量、膠稠度、蛋白質(zhì)含量等品質(zhì)性狀。株高測定：隨機(jī)選取10株測量其莖基部到穗頂部的高度，取其平均值。有效穗數(shù)：成熟后隨機(jī)選取10株，計(jì)算總穗數(shù)取其平均值。穗長：測定隨機(jī)10株稻穗穗長，計(jì)算其平均值。穗粒數(shù)：隨機(jī)選取10株平均每穗實(shí)粒數(shù)來測定。結(jié)實(shí)率：以隨機(jī)選取10株實(shí)粒數(shù)/總粒數(shù)×100%為結(jié)實(shí)率指標(biāo)。千粒質(zhì)量：隨機(jī)選擇1 000粒,測定質(zhì)量，重復(fù)3次。稻米品質(zhì)性狀測定：于收獲后將成熟稻谷進(jìn)行晾曬干燥，室溫貯藏90 d后進(jìn)行糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、膠稠度、直鏈淀粉含量各項(xiàng)指標(biāo)測定，測定方法參照國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 83—2017《米質(zhì)測定方法》進(jìn)行。蛋白質(zhì)含量采用AA3流動(dòng)分析儀測定烘干米粉氮含量后測定氮含量以后乘以5.95作為蛋白質(zhì)含量。所有產(chǎn)量與品質(zhì)性狀處理間進(jìn)行采用方差分析(ANOVA)確定處理間的顯著性，使用LSD法(P<0.05)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播期對(duì)河南沿黃稻區(qū)不同粳稻品種抽穗期的影響

11份水稻材料在3個(gè)播期條件下均能正常抽穗成熟，但不同播期間抽穗期存在差異(表1)。各供試粳稻品種第Ⅰ播期的抽穗開花期除日本晴和黃金晴為8月15—17日外，其余品種均為8月21—28日。第Ⅱ與第Ⅲ播期抽穗開花期均在8月下旬至9月初。第Ⅱ與第Ⅰ播期推遲10 d的情況下，開花期均延遲3～5 d。第Ⅱ與第Ⅲ播期播種時(shí)間相差10 d的處理，抽穗開花期相差3～6 d，第Ⅰ與第Ⅲ播期相差20 d的處理，抽穗期差異為10～15 d。由此可見，隨著播期推遲，供試粳稻品種播種至抽穗開花時(shí)間逐漸縮短，導(dǎo)致生育期縮短。

表1 不同播期對(duì)河南沿黃稻區(qū)不同粳稻品種抽穗開花期及播種至開花時(shí)間的影響Table 1 Effects of different sowing dates on heading to flowering time and sowing to flowering time of different japonica rice varieties in the rice planting area along the Yellow River in Henan Province

2.2 不同播期對(duì)河南沿黃稻區(qū)不同粳稻品種產(chǎn)量和相關(guān)性狀的影響

在株高方面，相對(duì)于第Ⅰ播期，所有參試品種第Ⅱ和第Ⅲ播期的株高均顯著低于第Ⅰ播期。第Ⅱ與第Ⅲ播期之間除了粳稻品種方欣4號(hào)，其余10個(gè)品種也表現(xiàn)為第Ⅲ播期株高均顯著低于第Ⅱ播期。由此可見，株高有隨著播期推遲逐漸降低的趨勢。在穗長方面，有5個(gè)品種在播期間存在顯著差異，其他6個(gè)品種播期間差異不顯著。在5個(gè)播期間差異顯著的品種中，水晶3號(hào)表現(xiàn)為穗長略有增加，其余4個(gè)品種均表現(xiàn)為第Ⅱ、第Ⅲ播期穗長變短。3個(gè)播期間的單株有效穗數(shù)有豫粳6號(hào)、新豐2號(hào)、新豐7號(hào)3個(gè)品種表現(xiàn)為差異顯著，其變化趨勢均為隨播期推遲有效穗數(shù)減少(表2)。

表2 不同播期對(duì)河南沿黃稻區(qū)不同粳稻品種株高、穗長、穗數(shù)的影響Table 2 Effects of different sowing dates on plant height, panicle length, panicle number of different japonica rice varieties in the rice planting area along the Yellow River in Henan Province

在穗粒數(shù)方面，參試的11個(gè)粳稻品種中，日本晴、黃金晴、豫粳6號(hào)、新豐2號(hào)、玉稻518、新豐7號(hào)、徐稻3號(hào)共7個(gè)品種表現(xiàn)出在第Ⅱ和第Ⅲ播期相對(duì)于第Ⅰ播期顯著減少，水晶3號(hào)表現(xiàn)出在第Ⅱ播期對(duì)于第Ⅰ播期顯著減少，鄭選2號(hào)表現(xiàn)出在第Ⅲ播期相對(duì)于第Ⅰ播期顯著減少。方欣1號(hào)第Ⅱ和第Ⅲ播期穗粒數(shù)均少于第Ⅰ播期，但統(tǒng)計(jì)分析未達(dá)到顯著。方欣4號(hào)在第Ⅱ播期間也表現(xiàn)為穗粒數(shù)小于第Ⅰ播期但不顯著。因此，從總體趨勢看，播期推遲會(huì)導(dǎo)致穗粒數(shù)減少。在結(jié)實(shí)率方面，有5個(gè)品種播期間存在顯著差異，其中玉稻518僅在第Ⅱ播期結(jié)實(shí)率顯著降低，而新豐2號(hào)和鄭選2號(hào)表現(xiàn)為第Ⅲ播期結(jié)實(shí)率升高，日本晴和方欣4號(hào)表現(xiàn)為第Ⅱ和第Ⅲ播期結(jié)實(shí)率升高。在千粒質(zhì)量性狀方面，豫粳6號(hào)、方欣1號(hào)、玉稻518、鄭選2號(hào)、方欣4號(hào)、徐稻3號(hào)均表現(xiàn)為播期間差異不明顯。相對(duì)于第Ⅰ播期，日本晴、新豐2號(hào)第Ⅲ播期千粒質(zhì)量顯著增加，黃金晴、新豐7號(hào)第Ⅱ播期顯著降低，水晶3號(hào)第Ⅱ與第Ⅲ播期均顯著降低。但從整體趨勢看，3個(gè)播期間千粒質(zhì)量差異不明顯(表3)。

表3 不同播期對(duì)各個(gè)品種的穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量的影響Table 3 Effects of different sowing dates on grain number per panicle, setting rate, 1 000 grain weight of each rice variety

2.3 不同播期對(duì)河南沿黃稻區(qū)不同粳稻品種稻米品質(zhì)性狀的影響

在加工品質(zhì)方面，11個(gè)品種的糙米率在第Ⅰ和第Ⅱ播期間都沒有顯著差異，僅日本晴、水晶3號(hào)、鄭選2號(hào)和方欣4號(hào)4個(gè)品種在第Ⅲ播期糙米率稍有降低，其余品種3個(gè)播期間均無顯著差異。在精米率性狀上，11個(gè)品種中有9個(gè)品種不同播期間的精米率有顯著差異。其中，日本晴、玉稻518、鄭選2號(hào)3個(gè)品種第Ⅱ和第Ⅲ播期精米率均顯著高于第Ⅰ播期。方欣4號(hào)精米率僅第Ⅱ播期顯著高于第Ⅰ播期，但第Ⅲ播期顯著低于第Ⅰ播期，新豐7號(hào)、徐稻3號(hào)精米率僅第Ⅲ播期顯著高于第Ⅰ播期。新豐2號(hào)第Ⅱ播期精米率顯著低于第Ⅰ和第Ⅲ播期精米率，水晶3號(hào)第Ⅲ播期顯著低于第Ⅰ和第Ⅱ播期。整精米率性狀是決定稻米商品性的重要指標(biāo)，在整精米率上，11個(gè)品種中有9個(gè)品種播期間整精米率差異顯著，其中，日本晴、黃金晴、玉稻518表現(xiàn)為第Ⅱ和第Ⅲ播期整精米率顯著高于第Ⅰ播期，鄭選2號(hào)、徐稻3號(hào)、新豐7號(hào)表現(xiàn)為第Ⅲ播期整精米率顯著高于第Ⅰ播期，方欣4號(hào)第Ⅱ播期整精米率顯著提高，其余2個(gè)品種中新豐2號(hào)僅在第Ⅱ播期整精米率顯著降低，水晶3號(hào)第Ⅲ播期整精米率顯著降低(表4)。

堊白是反映稻米外觀品質(zhì)的重要指標(biāo)。在堊白粒率方面，11個(gè)品種3個(gè)播期間均有顯著差異。除了鄭選2號(hào)，其余10個(gè)品種均表現(xiàn)為隨播期推遲，堊白粒率顯著降低，且變化幅度極大。日本晴第Ⅰ播期堊白粒率為12.2%，第Ⅱ和第Ⅲ播期堊白粒率分別降為2.5%，2.0%。方欣4號(hào)的堊白粒率由第Ⅰ播期的85.1%降到第Ⅱ、第Ⅲ播期的48.9%，49.9%，稻米外觀品質(zhì)得到極大提升(表4)。

表4 不同播期對(duì)水稻各個(gè)品種的糙米率、精米率、整精米率和堊白粒率的影響Table 4 Effects of different sowing dates on brown rice rate, milled rice rate, head rice rate and chalky grain rate of each rice variety %

稻米的膠稠度、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量是影響稻米蒸煮食味品質(zhì)的重要指標(biāo)。對(duì)不同播期的稻米蒸煮食味品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測定的結(jié)果表明，11個(gè)品種直鏈淀粉含量在各個(gè)播期的稻米之間均沒有顯著差異，膠稠度和蛋白質(zhì)含量在不同播期間有差異。在膠稠度性狀上，除了新豐7號(hào)，有10個(gè)品種不同播期間的膠稠度存在顯著差異，其中，僅玉稻518表現(xiàn)為第Ⅱ和第Ⅲ播期膠稠度顯著增加，黃金晴、水晶3號(hào)、方欣1號(hào)、方欣4號(hào)表現(xiàn)為膠稠度在第Ⅱ和第Ⅲ播期顯著降低，日本晴、豫粳6號(hào)、鄭選2號(hào)、徐稻3號(hào)表現(xiàn)為膠稠度在第Ⅱ播期顯著降低，新豐2號(hào)在第Ⅲ播期顯著降低。在稻米蛋白質(zhì)含量上，僅有豫粳6號(hào)和水晶3號(hào)2個(gè)品種在第Ⅲ播期蛋白質(zhì)含量顯著降低，其他品種播期間均差異不顯著(表5)。

表5 不同播期對(duì)水稻各個(gè)品種的膠稠度、直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量的影響Table 5 Effects of different sowing dates on gel consistency, amylose and protein contents of each rice variety

3 結(jié)論與討論

水稻是短日照植物，當(dāng)日照時(shí)數(shù)達(dá)到一定閾值時(shí)，水稻植株會(huì)由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)入生殖生長時(shí)期。隨播期推遲，供試品種播種至開花時(shí)間縮短，縮短了水稻的生育進(jìn)程。在大多數(shù)供試品種中，生育期縮短導(dǎo)致株高降低，穗長變短，穗粒數(shù)減少。這一結(jié)果與在秈稻和粳稻上報(bào)道的結(jié)果較為一致[14-15]。前人研究也表明，灌漿期高溫影響精米率、整精米率、堊白粒率、蛋白質(zhì)含量和子粒淀粉結(jié)構(gòu)等品質(zhì)性狀，灌漿期溫度升高會(huì)導(dǎo)致堊白粒率增加，直鏈淀粉含量降低，加工品質(zhì)下降[16-17]。而本研究中，大多數(shù)供試品種只有整精米率和堊白粒率在播期處理間存在顯著差異，在其他品質(zhì)性狀中，播期處理沒有明顯的變化趨勢。

隨著人們對(duì)稻米品質(zhì)要求的提升，優(yōu)質(zhì)稻米的需求量日趨增加。堊白是稻米重要的外觀品質(zhì)指標(biāo)，播期推遲以后，絕大多數(shù)品種隨播期推遲堊白粒率顯著降低，外觀品質(zhì)變優(yōu)。灌漿期環(huán)境溫度與稻米堊白顯著相關(guān)，灌漿初期(齊穗后20 d)是溫度影響水稻品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)期，過高或過低溫度均不利于提高稻米品質(zhì)[18]。研究表明，堊白的產(chǎn)生與活性氧和過氧化氫的積累有關(guān)。LIU等[19]發(fā)現(xiàn)，稻米堊白較高的近等基因系與堊白較低的近等基因系相比，前者子粒中過氧化氫濃度較高，較高濃度的活性氧可能有助于稻米堊白的形成。YU等[20]的研究也證明，植物主要抗氧化劑抗壞血酸的缺乏將會(huì)導(dǎo)致過氧化氫濃度增加，并導(dǎo)致更高的子粒堊白。堊白的形成與活性氧密切相關(guān)，而高溫可能導(dǎo)致水稻體內(nèi)活性氧的積累[21-22]。在田間條件下，日平均氣溫21～26 ℃較適宜子粒灌漿充實(shí)[23]，結(jié)合河南原陽地區(qū)2019年的氣象資料，8月15日—8月31日15 d中平均日氣溫有7 d超過26 ℃，而9月1日—9月15日僅有2 d平均氣溫超過26 ℃，播期推遲后水稻子粒灌漿期相應(yīng)推遲，日平均氣溫均相應(yīng)降低，因此,更有利于稻米品質(zhì)提升。

綜上所述，河南沿黃稻區(qū)粳稻品種播期推遲后導(dǎo)致生育期縮短，產(chǎn)量相關(guān)性狀如株高、單株穗數(shù)、穗長和穗粒數(shù)呈降低趨勢，水稻產(chǎn)量將有所降低,而稻米品質(zhì)性狀如整精米率提高、稻米堊白粒率降低、外觀品質(zhì)得到提升。