日本寒地北海道稻作極限地帶糯米蛋白質(zhì)含量和白度的年度間地區(qū)間差異及其產(chǎn)生因素

丹野 久

（日本水稻品質(zhì) ?食味研究會(huì)，日本 東京都中央?yún)^(qū)，104-0033）

為了防止由于粳稻花粉直感作用產(chǎn)生粳性顆粒以及粳米混入照成的品質(zhì)下降，在北海道遠(yuǎn)離粳稻品種的種植地區(qū)種植糯稻品種，從而形成了糯米生產(chǎn)區(qū)[1]。北海道的糯稻種植地區(qū)是氣候條件嚴(yán)峻的稻作極限地帶（圖1）。因此，北海道的糯稻生產(chǎn)容易受氣候條件的影響，容易產(chǎn)生年度間差異和地區(qū)間差異（圖2）。糯米大多被作為加工原料，在應(yīng)用上品質(zhì)很重要。為了使糯米品質(zhì)穩(wěn)定化，有必要明確糯米品質(zhì)的年度間和地區(qū)間差異及其產(chǎn)生因素。

圖1 日本北海道主要糯稻和粳稻產(chǎn)地的水稻栽培期的平均氣溫推移

圖2 稻作極限地帶的糯稻種植地區(qū)網(wǎng)走以及北海道整體的糙米產(chǎn)量年度推移[1]

因此，我們從糯稻種植的主要地區(qū)收集了產(chǎn)量和品質(zhì)變化較大的4個(gè)年度（2000—2003年）生產(chǎn)的糯米品種“天鵝糯米”[2]的糙米樣品。比如，在以糯稻種植為主的網(wǎng)走地區(qū)這4年的糙米產(chǎn)量為86～520 kg/10a，平均281 kg/10a，變異系數(shù)71%，最小值與最大值之差達(dá)到434 kg/10a。這與網(wǎng)走地區(qū)種植同品種較多的 20年（1991—2010年）的糙米產(chǎn)量 35～546 kg/10a，平均368 kg/10a，變異系數(shù) 42%相比，其最小值與最大值之差要小些為0.85倍，變異系數(shù)要大為1.7倍[1]。因此，通過(guò)調(diào)查分析這些收集的樣品可知北海道糯米品質(zhì)的年度間和地區(qū)間差異。

為此，使用這些樣品分析了糯米品質(zhì)中的大米蛋白質(zhì)含量（以下稱“蛋白質(zhì)”）、米粒白度、與等級(jí)有關(guān)的米粒外觀品質(zhì)、以及搗制年糕的硬化特性和與其有關(guān)的糊化特性等，將這些數(shù)據(jù)按照6個(gè)主要的糯稻種植地區(qū)分開(kāi)，調(diào)查了年度間差異和地區(qū)間差異以及這些差異與氣候和水稻生育特性之間的關(guān)系[3]。

比如，糯米品質(zhì)中要求對(duì)影響搗制年糕食味[4]以及年糕面胚的伸展性[5]和膨化伸展性[6]的蛋白質(zhì)要低，對(duì)影響以糯米為原料的加工品外觀的大米白度要高[7]。但是，北海道的糯米與日本東北以南的糯米相比，一般認(rèn)為蛋白質(zhì)要高，大米白度要低[7-8]（圖3、圖4）。在此，本文首先解明了蛋白質(zhì)和米粒白度的年度間和地區(qū)間差異及其產(chǎn)生因素，然后提出了要達(dá)到目標(biāo)米粒白度的施肥量計(jì)算方法[9]。

圖3 北海道糯稻的大米蛋白質(zhì)含量的年度推移以及與東北地區(qū)以南產(chǎn)糯米的比較[8]

圖4 北海道糯稻的大米白度的年度推移以及與東北以南產(chǎn)糯米的比較[8]

1 各栽培期和生育期的氣溫及生育特性的年度間地區(qū)間差異

栽培期的營(yíng)養(yǎng)成長(zhǎng)期（即出穗期前，大概5-7月份）的累計(jì)氣溫，從出穗開(kāi)花期到灌漿期（大概8-9月份）的累計(jì)氣溫，以及從出穗24天前開(kāi)始的30天之間（以下稱為障礙型冷害危險(xiǎn)期）的平均氣溫和出穗后 40天之間的日平均累計(jì)氣溫（以下稱為“灌漿氣溫”）的最小值與最大值之差以及變異系數(shù)，其年度間要比地區(qū)間大為2.5～8.5倍。生育特性也同樣，其年度間與地區(qū)間相比，除了出穗期是0.9、1.1倍（為基本相同）以外，秕粒比率、千粒重和糙米產(chǎn)量其年度間要比地區(qū)間大1.3～1.8倍（表1）。

表1 北海道糯稻不同試驗(yàn)?zāi)甓群偷貐^(qū)的栽培期間的日平均累計(jì)氣溫，各生育期的氣溫及生育特性[3,10]

2 大米蛋白質(zhì)含量和米粒白度的年度間地區(qū)間差異

蛋白質(zhì)的最小值與最大值之差以及變異系數(shù)在年度間分別為1.5%（最小值8.4%～最大值9.9%，以下同樣）和8.9%，在地區(qū)間分別為1.5%（8.4%～9.9%）和7.1%。同樣，糙米白度在年度間分別為4.9（21.6～26.5）和 9.2，在地區(qū)間分別為 2.1（22.3～24.4）和 3.6。大米白度在年度間分別為8.0（45.1～53.1）和 7.7，在地區(qū)間間分別為 5.0（45.2～50.2）和 4.3。這些最小值與最大值之差以及變異系數(shù)，其年度間與地區(qū)間相比，蛋白質(zhì)分別是 1.0和 1.3倍，為相同或年度間稍大。糙米白度分別為2.3和2.6倍，大米白度分別為1.6和1.8倍，年度間要比地區(qū)間大（表1）。

根據(jù)上述結(jié)果，栽培期氣溫其年度間差異大于地區(qū)間差異，因此水稻生育期的氣溫也同樣，年度間的差異要大。受其影響，在包括糙米產(chǎn)量的水稻生育特性上，除了出穗期以外其年度間差異要大于地區(qū)間差異。而蛋白質(zhì)其年度間差異與地區(qū)間差異相比為相同或稍大，糙米白度和大米白度的年度間差異要大。

3 各栽培期和生育期的氣溫及生育特性其年度和地區(qū)的各平均值與變異系數(shù)之間的關(guān)系

從年度和地區(qū)的各平均值與變異系數(shù)（各年度的6個(gè)地區(qū)之間的變異系數(shù)、各地區(qū)的4個(gè)年度之間的變異系數(shù)）之間的相關(guān)系數(shù)可知，5-7月份和8-9月份的累計(jì)氣溫中只有5-7月份的年度間有負(fù)相關(guān)關(guān)系，累計(jì)氣溫越低的年度其地區(qū)間的變動(dòng)越大。出穗期和灌漿氣溫在年度間和地區(qū)間均無(wú)一定的相關(guān)關(guān)系。而障礙型冷害危險(xiǎn)期的平均氣溫其年度間和地區(qū)間均為負(fù)值，秕粒比率為正值，千粒重以及糙米產(chǎn)量均為負(fù)相關(guān)關(guān)系（表2，圖5）。

圖5 糙米產(chǎn)量的平均值與變異系數(shù)之間的關(guān)系[10]

表2 北海道糯稻的各栽培期間和生育期的氣溫以及生育特性其試驗(yàn)?zāi)甓群偷貐^(qū)的各平均值與變異系數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)[10]

在蛋白質(zhì)的平均值與變異系數(shù)之間的關(guān)系上，年度和地區(qū)都是平均值越高變異系數(shù)越大（表3，圖6、圖7）。但是，綜合年度和地區(qū)的所有數(shù)據(jù)，蛋白質(zhì)超過(guò) 10.5%后變異系數(shù)有變小的趨勢(shì)，可以推測(cè)地區(qū)整體的高蛋白質(zhì)化使蛋白質(zhì)均一化。糙米白度和大米白度的年度和地區(qū)都是平均值越低其變異系數(shù)越大（表3，圖8、圖9）。

圖8 大米白度的各年度頻數(shù)分布

圖9 大米白度的平均值與變異系數(shù)之間的關(guān)系[10]

表3 北海道糯稻的大米蛋白質(zhì)含量和米粒白度其試驗(yàn)?zāi)甓燃暗貐^(qū)的各平均值與變異系數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)[10]

綜上所述，糙米產(chǎn)量及蛋白質(zhì)、米粒的兩種白度越是在收成不好的年度和地區(qū)其地區(qū)間和年度間的變異系數(shù)就越大。所以，這些成為穩(wěn)定生產(chǎn)一定品質(zhì)糯米的困難因素。

4 大米蛋白質(zhì)含量、米粒白度、各生育期氣溫以及生育特性之間的關(guān)系

在年度之間，出穗期越早，障礙型冷害危險(xiǎn)期的平均氣溫越高，秕粒比率越低，灌漿期的日照時(shí)間（以下稱“灌漿日照”）越長(zhǎng)，千粒重越重，產(chǎn)量越高，蛋白質(zhì)就越低（表4，圖10～12）。在地區(qū)之間，蛋白質(zhì)與秕粒比率、糙米產(chǎn)量以及千粒重之間具有和年度間類似的關(guān)系，而與其它指標(biāo)之間的關(guān)系不明確。另外，綜合分析年度和地區(qū)的所有數(shù)據(jù)，蛋白質(zhì)在灌漿氣溫849 ℃時(shí)為最低，在849 ℃以下或以上時(shí)變高（圖13）。

圖10 秕粒比率與糙米產(chǎn)量之間的關(guān)系[10]

圖11 糙米產(chǎn)量與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[10]

圖12 秕粒比率與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[10]

圖13 出穂后40天之間的日平均累計(jì)氣溫與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[10]

表4 北海道糯稻年度間和地區(qū)間的大米蛋白質(zhì)含量、米粒白度、生育特性以及各生育期氣溫之間的相關(guān)系數(shù)[10]

糙米白度與大米白度之間，在年度間和地區(qū)間都有明確的正相關(guān)關(guān)系（圖14）。在年度之間，障礙型冷害危險(xiǎn)期以及灌漿氣溫越高，秕粒比率越低，千粒重越重，產(chǎn)量就越高；蛋白質(zhì)越低，糙米白度和大米白度就越高（表4，圖15～17）。而在地區(qū)之間，米粒的兩種白度當(dāng)秕粒比率越低，千粒重越重，產(chǎn)量越高，蛋白質(zhì)越低時(shí)就越高，但是與灌漿氣溫以及灌漿日照之間沒(méi)有明確的相關(guān)關(guān)系。

圖14 糙米白度與大米白度之間的關(guān)系

圖15 出穂后40日天之間的日平均累計(jì)氣溫與糙米白度之間的關(guān)系

圖16 糙米產(chǎn)量與大米白度之間的關(guān)系[10]

圖17 大米蛋白質(zhì)含量與大米白度之間的關(guān)系[10]

綜合上述項(xiàng)目1和項(xiàng)目 2，在生育氣溫和生育特性之間，最小值與最大值之差和變異系數(shù)其年度間要比地區(qū)間大。因此，這些指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系也是年度間比地區(qū)間要明確。從這些相關(guān)關(guān)系可以推測(cè)在上述項(xiàng)目3的年度和地區(qū)的各平均值與變異系數(shù)之間的關(guān)系上，5-7月份的氣溫下降帶來(lái)障礙型冷害危險(xiǎn)期的氣溫下降，產(chǎn)生秕粒的同時(shí)抑制稻殼形成而使千粒重變輕[11]，糙米產(chǎn)量下降，蛋白質(zhì)上升，米粒的兩種白度下降。這成為年度間和地區(qū)間的這些品質(zhì)指標(biāo)越差變異系數(shù)就越大的因素。

5 低蛋白米的生產(chǎn)技術(shù)以及根據(jù)目標(biāo)米粒白度決定施肥量

為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大米，需要降低蛋白質(zhì)并提高米粒的兩種白度。根據(jù)蛋白質(zhì)與米粒的兩種白度之間具有的負(fù)相關(guān)關(guān)系（表4，圖17），降低蛋白質(zhì)的栽培很重要。因此，有必要推廣為優(yōu)良食味粳稻開(kāi)發(fā)的低蛋白米生產(chǎn)技術(shù)[12]。

糙米白度和大米白度都與每平方米每粒稻谷的灌漿氣溫（以下稱“每粒稻谷的灌漿氣溫”）成正相關(guān)關(guān)系（圖18、圖19）。如果設(shè)定糙米白度的目標(biāo)值為25（根據(jù)以往的研究結(jié)果[7]相當(dāng)于大米白度50，圖14），根據(jù)一次回歸方程每粒稻谷的灌漿氣溫需要 0.025 ℃/粒/m2以上。以糯稻主要產(chǎn)地之一的名寄市正常年份的灌漿氣溫760 ℃為例，0.025 ℃/粒/m2時(shí)的每 m2稻谷粒數(shù)為30 000（圖20）。而與每 m2稻谷粒數(shù) 30 000相對(duì)應(yīng)的灌漿期氮吸收量為10 kg/10a（圖21）。然后明確各種土壤的施肥量與灌漿期氮吸收量以及糙米產(chǎn)量之間的關(guān)系，同時(shí)考慮目標(biāo)產(chǎn)量，這樣可以決定達(dá)到目標(biāo)糙米白度的各種土壤的施肥量[9]。

圖18 每m2每粒稻谷的出穂后40天之間的日平均累計(jì)氣溫（每粒稻谷的灌漿氣溫）與糙米白度之間的關(guān)系[9]

圖19 每平方米每粒稻谷出穂后40天之間的日平均累計(jì)氣溫（每粒稻谷的灌漿氣溫）與大米白度之間的關(guān)系[9]

圖20 每平方米每粒稻谷出穂后40天之間的日平均累計(jì)氣溫（每粒稻谷的灌漿氣溫）與每平方米的稻谷粒數(shù)以及灌漿氣溫之間的關(guān)系[9]

圖21 灌漿期氮吸収量與每m2稻谷粒數(shù)之間的關(guān)系[9]

（術(shù)語(yǔ)備注：文中的“硬化性”在日本主要用于評(píng)價(jià)糯米、年糕的回生特性。）