早晚兼用型水稻稻米品質(zhì)在早、晚季的差異特征

楊陶陶 韋 佳， 鄒積祥 伍龍梅 包曉哲 黃 慶陳青春 張 彬，*

（1廣東省農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術重點實驗室/廣東省水稻工程實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南優(yōu)質(zhì)稻遺傳育種實驗室（部省共建），廣東 廣州 510640； 2仲愷農(nóng)業(yè)工程學院農(nóng)業(yè)與生物學院，廣東 廣州 510225）

稻米品質(zhì)主要包括加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)。糙米率、精米率和整精米率常用來評價稻米的加工品質(zhì)，其中以整精米率最受育種家和生產(chǎn)者關注。稻米的外觀品質(zhì)常以堊白粒率和堊白度等表征。不同消費者對稻米外觀品質(zhì)的喜好基本一致，即堊白少、透明度高的稻米較受歡迎。直鏈淀粉含量、稻米糊化特性和米飯質(zhì)構等指標用來評價稻米蒸煮食味品質(zhì)。優(yōu)質(zhì)秈稻往往具有較低的直鏈淀粉含量、消減值、糊化溫度和米飯硬度，以及較高的稻米崩解值和米飯黏性［1-2］。

我國雙季稻的種植面積和產(chǎn)量分別占全國水稻種植面積和產(chǎn)量的33.0%和27.5%，在保障糧食安全方面發(fā)揮著至關重要的作用［3］。在雙季稻區(qū)，與早稻相比，晚稻具有較高的整精米率和消減值，較低的堊白度、堊白粒率、峰值黏度和崩解值［4-6］。稻米品質(zhì)主要由品種特性決定，同時受氣候條件影響［7-8］。籽粒灌漿期是稻米品質(zhì)形成的關鍵時期，該時期溫度對稻米品質(zhì)影響最大［8］。有研究表明，灌漿期溫度與稻米整精米率呈顯著負相關，而溫度對稻米整精米率的影響與其堊白大小有關［8-9］。溫度不僅影響稻米的加工和外觀品質(zhì)，對稻米組分和淀粉結構也有一定影響，從而導致蒸煮食味品質(zhì)的改變［10-12］。其他氣象因子，如太陽輻射對稻米品質(zhì)也有一定影響［7，13］。例如，灌漿期太陽輻射量與稻米整精米率呈顯著正相關，與蛋白質(zhì)含量呈顯著負相關［8］。另外，水稻的每個生育階段都有不同的適宜溫度和光照范圍，溫光資源的變化會影響水稻生長發(fā)育、物質(zhì)生產(chǎn)和轉運，進而影響稻米品質(zhì)的形成［13-15］。

早晚兼用型水稻品種在雙季稻區(qū)早、晚季均可種植［16］。如，湖南許多短生育期（110～120 d）的早稻品種在晚季種植，不僅可以保證較高的稻谷產(chǎn)量，還能緩解茬口矛盾，有利于雙季稻機械化集約化生產(chǎn)［17-18］；在江西早季種植優(yōu)質(zhì)短生育期常規(guī)晚稻品種，其產(chǎn)量和品質(zhì)較常規(guī)早稻品種均顯著提高［4］。華南雙季稻區(qū)是我國優(yōu)質(zhì)秈稻的主產(chǎn)區(qū)之一，其中以“絲苗米”最為典型；特別是廣東和廣西等地區(qū)，選育了許多早晚兼用型水稻品種，以滿足該地區(qū)水稻生產(chǎn)的需求［16］。該區(qū)域溫、光、水資源充足，但在早、晚季分配不均，從而導致早、晚稻產(chǎn)量具有較大差異［19］。然而早晚兼用型水稻稻米品質(zhì)在早、晚季之間的差異特征尚不清楚，是亟需明確的生產(chǎn)實際問題。因此，本研究選取6 個典型的優(yōu)質(zhì)早晚兼用型水稻品種為試驗材料，分析稻米品質(zhì)在早、晚季的變化特征及其與氣象因子的關系，以期為華南雙季稻，特別是“絲苗米”的品種選育和優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021 年在廣東省農(nóng)業(yè)科學院白云試驗基地（23.39°N、113.43°E）進行。土壤耕層（0～15 cm）基礎理化性質(zhì)為：pH 值5.92，有機質(zhì)20.10 g·kg-1，全氮1.29 g·kg-1。該試驗點為亞熱帶季風氣候，2021 年水稻生長季日平均氣溫、日降水量和日照時數(shù)見圖1。其中，抽穗至成熟期早、晚季平均溫度、平均最高溫度、平均最低溫度、降水量和日照時數(shù)如表1所示。

圖1 2021年試驗點水稻生長季日平均溫度、日降水量和日照時數(shù)Fig.1 Daily mean temperature， daily precipitation and sunshine hours during rice growing season in 2021

表1 早、晚季水稻抽穗至成熟期平均溫度、降水量和日照時數(shù)Table 1 Mean temperature， precipitation and sunshine hours of early and late season rice from heading to maturity

1.2 試驗設計和田間管理

試驗采用單因素（品種）完全隨機排列，3 次重復。供試早晚兼用型水稻品種為美香占2 號、象牙香占、19 香、南晶香占、二廣香占3 號和莉香占，均由廣東省農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所提供，適宜在廣東省各稻作區(qū)作早、晚稻種植。采用濕潤育秧，手工移栽，行株距為19.8 cm×16.5 cm，每穴3 苗。2021 年早、晚季播種期、移栽期、抽穗期和成熟期見表2。早、晚季肥料施用量一致。氮肥為尿素（N 含量46.4%），施用量（純N）為135 kg·hm-2，其中，基肥∶分蘗肥∶穗肥為5∶3∶2。磷肥為過磷酸鈣（P2O5含量12.0%），施用量（P2O5）為60 kg·hm-2。鉀肥為氯化鉀（K2O 含量60.0%），施用量（K2O）為120 kg·hm-2，其中，基肥∶穗肥為5∶5?；视谝圃郧? d施用，分蘗肥于移栽后7 d施用，穗肥在幼穗分化二期施用。水分管理與病蟲草害防治等按當?shù)馗弋a(chǎn)田塊進行。

表2 2021年早、晚季水稻播種、移栽、抽穗和成熟期Table 2 Sowing， transplanting， heading and maturity of early and late season rice in 2021

1.3 測定指標與方法

1.3.1 加工和外觀品質(zhì)測定 于成熟期，在每個小區(qū)收獲100 穴脫粒、曬干。室溫保存3 個月后，參照《GB/T 17891-2017 優(yōu)質(zhì)稻谷》［20］，測定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率和堊白度。

1.3.2 直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量測定 整精米中直鏈淀粉含量的測定方法參照《GB/T 17891-2017 優(yōu)質(zhì)稻谷》［20］。采用Kjeltec 8400 全自動凱氏定氮儀（丹麥福斯分析儀器公司）測定整精米中氮含量，再乘以換算系數(shù)5.95即為蛋白質(zhì)含量。

1.3.3 稻米糊化特性測定 整精米粉碎后過60目篩，按照美國谷物化學師協(xié)會規(guī)程Method 61-02.01［21］，使用RVA-TecMaster 快速黏度分析儀（瑞典波通儀器公司）測定稻米峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值（峰值黏度與熱漿黏度的差值）、消減值（最終黏度與峰值黏度的差值）和糊化溫度。

1.3.4 米飯質(zhì)構和食味值測定 稱取整精米30 g 于不銹鋼盒中，用超純水淘洗3次，米水質(zhì)量比為1∶1.3，置于Z12YN6-G2 電飯煲（浙江蘇泊爾股份有限公司，杭州）中蒸煮30 min，室溫下冷卻30 min。將盒中表層米飯撥開，挑選3 個完整的米粒，呈三角形放置在測試平臺上。使用帶有不銹鋼圓柱型探頭（P-CY36R，直徑36 mm）的TVT 6700 質(zhì)構儀（瑞典波通儀器公司），采用兩次壓縮法測定米飯的硬度、黏性和咀嚼性。其中，硬度為第一次擠壓樣品時的壓力峰值；黏性為第一次擠壓完成后，探頭回復過程中所形成的區(qū)間。每個處理蒸煮兩份米飯樣品，每份米飯樣品測定6次重復。與此同時，采用STA1B 米飯食味計（日本佐竹公司）測定米飯的綜合食味值。

1.4 統(tǒng)計與分析

使用SPSS 25.0 軟件對稻米加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量、稻米糊化特性、米飯質(zhì)構和食味值進行單因素（季別）方差分析，顯著性水平為P＜0.05；對稻米加工和外觀品質(zhì)、直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量與抽穗至成熟期氣象因子進行相關性分析；對稻米糊化特性、米飯質(zhì)構和食味值與直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量進行相關性分析，顯著性水平為P＜0.05和P＜0.01。

2 結果與分析

2.1 加工和外觀品質(zhì)

對于加工品質(zhì)，早季稻米糙米率、精米率和整精米率分別為77.8%～80.0%、66.6%～69.8%和47.2%～59.3%，晚季稻米糙米率、精米率和整精米率分別為72.3%～76.3%、64.2%～68.1%和53.0%～64.9%；與早季相比，晚季稻米糙米率和精米率分別平均降低4.8和2.5 個百分點，而整精米率平均提高5.6 個百分點（圖2）。對于外觀品質(zhì)，早季稻米堊白粒率和堊白度分別為4.5%～9.1%和2.3%～7.8%，晚季稻米堊白粒率和堊白度分別為1.2%～2.6%和0.7%～2.4%；與早季相比，晚季稻米堊白粒率和堊白度分別平均降低2.4 和0.7 個百分點（圖3）。相關性分析結果表明（表3），早晚兼用型水稻糙米率和精米率與抽穗至成熟期平均溫度、平均最高溫度和平均最低溫度均呈顯著或極顯著正相關；整精米率與平均溫度和平均最高溫度呈顯著負相關；堊白粒率和堊白度與平均溫度、平均最高溫度和平均最低溫度均呈顯著正相關。

圖2 早晚兼用型水稻加工品質(zhì)在早、晚季的差異特征Fig.2 Differences in milling quality of early and late season dual-use rice cultivars planted in early and late seasons

圖3 早晚兼用型水稻外觀品質(zhì)在早、晚季的差異特征Fig.3 Differences in appearance quality of early and late season dual-use rice cultivars planted in early and late seasons

表3 早晚兼用型水稻加工和外觀品質(zhì)、直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量與抽穗至成熟期氣象因子的相關性（r值，n=12）Table 3 Correlations of milling and appearance quality， amylose and protein content of early and late season dual-use rice cultivars with meteorological factors from heading to maturity （r value， n=12）

2.2 直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量

由圖4 可知，早季稻米直鏈淀粉含量顯著低于晚季（象牙香占和莉香占除外），而蛋白質(zhì)含量均顯著高于晚季。與早季相比，晚季稻米直鏈淀粉含量平均提高0.9 個百分點，而蛋白質(zhì)含量平均降低0.8 個百分點。相關性分析結果表明（表3），早晚兼用型水稻直鏈淀粉含量與抽穗至成熟期平均溫度、平均最高溫度和平均最低溫度均呈極顯著負相關，而蛋白質(zhì)含量與抽穗至成熟期平均溫度、平均最高溫度和平均最低溫度均呈極顯著正相關。

圖4 早晚兼用型水稻直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量在早、晚季的差異特征Fig.4 Differences in amylose and protein content of early and late season dual-use rice cultivars planted in early and late seasons

2.3 糊化特性、米飯質(zhì)構和食味值

與早季相比，晚季稻米峰值黏度、崩解值和糊化溫度呈降低趨勢，平均降幅分別為10.7%、19.5%和1.60 ℃，而消減值平均升高32.4%（圖5）。與早季相比，晚季米飯硬度、黏性、咀嚼性和食味值均呈升高趨勢，平均增幅分別為36.7%、37.1%、37.5%和10.3%（圖6）。相關性分析結果表明（表4），早晚兼用型水稻峰值黏度、崩解值和糊化溫度與直鏈淀粉含量呈極顯著負相關，消減值、米飯硬度、黏性和咀嚼性與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關；崩解值和糊化溫度與蛋白質(zhì)含量呈顯著或極顯著正相關，消減值、米飯硬度、粘性和咀嚼性與蛋白質(zhì)含量呈極顯著負相關。

圖5 早晚兼用型水稻糊化特性在早、晚季的差異特征Fig.5 Differences in pasting property of early and late season dual-use rice cultivars planted in early and late seasons

3 討論

3.1 早晚兼用型水稻加工和外觀品質(zhì)、直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量在早、晚季的差異特征

加工和外觀品質(zhì)的形成與灌漿結實期的氣象因子，特別是與環(huán)境溫度密切相關［7-8］。灌漿期較高的環(huán)境溫度會加快籽粒灌漿速度，縮短灌漿時間，導致淀粉體松散堆積和堊白形成［9-10］。也有研究表明，較高的環(huán)境溫度會加強水稻植株的呼吸作用，提高α-淀粉酶對胚乳中淀粉的降解，導致胚乳中同化物的供應不足［22］。本研究中，早季抽穗至成熟期平均溫度、平均最高溫度、平均最低溫度均高于晚季（表1），且堊白粒率和堊白度與抽穗至成熟期平均溫度、平均最高溫度和平均最低溫度均呈顯著正相關（表3）。因此，早季較高的灌漿期溫度可能導致早稻具有較高的堊白粒率和堊白度（圖3）。另外，早晚兼用型水稻在早季種植時的整精米率較低（圖2-C），可能與其具有較高的堊白度和堊白粒率有關，導致堊白米在碾磨過程中易斷裂［23］。

除了環(huán)境溫度，其他氣象因子也會影響稻米的外觀品質(zhì)。如，弱光條件下稻米的堊白度顯著提高，導致外觀品質(zhì)變差［24］。本研究中，早季灌漿期較多的降雨量和較短的日照時數(shù)也可能導致堊白度提高。另外，早、晚季整精米率在品種間差異較大，其中，象牙香占和19 香的整精米率在早、晚季之間無顯著差異，即使其早季堊白粒率和堊白度顯著高于晚季；這可能與其粒型和堊白發(fā)生位置有關［25-26］，有待進一步研究。

籽粒中直鏈淀粉的合成主要受顆粒結合淀粉合酶的調(diào)節(jié)［27］，而蛋白質(zhì)的合成主要受谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶的調(diào)控［28］。本研究中，早季灌漿期溫度較高，高溫會降低籽粒中顆粒結合淀粉合酶活性，提高籽粒中谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶的活性，導致直鏈淀粉含量降低和蛋白質(zhì)含量升高［29-30］。另外，Deng等［24］研究表明，寡照條件下稻米的直鏈淀粉含量顯著降低，蛋白質(zhì)含量顯著升高。由此推測，早晚兼用型水稻在早季具有較低的直鏈淀粉含量和較高的蛋白質(zhì)含量，可能是由早季灌漿期高溫寡照的氣象條件所致。

3.2 早晚兼用型水稻蒸煮食味品質(zhì)在早、晚季的差異特征

在淀粉糊化過程中，較高的直鏈淀粉含量不利于淀粉顆粒的吸水膨脹，而在冷卻過程中，較高的直鏈淀粉含量會加速淀粉的回生，導致較低的峰值黏度、崩解值和較高的消減值［31］。前人研究表明，稻米的糊化溫度與直鏈淀粉含量呈負相關，與支鏈淀粉含量呈正相關［32］。另外，高溫條件下支鏈淀粉長分支鏈比例的增加會導致淀粉結晶度和糊化溫度的升高［11］。本研究中，早晚兼用型水稻直鏈淀粉含量與稻米峰值黏度、崩解值和糊化溫度呈顯著負相關，與消減值呈顯著正相關（表4）?？梢姡缂据^高的峰值黏度、崩解值和糊化溫度及較低的消減值與直鏈淀粉含量的降低有關。

本研究中，早晚兼用型水稻在晚季種植時的米飯硬度較高（圖6-A），可能與其較高的直鏈淀粉含量有關。這主要是由于直鏈淀粉分子與支鏈淀粉分子共結晶限制了淀粉顆粒的膨脹，導致米飯質(zhì)地較硬［33］。米飯黏性指質(zhì)構儀探頭與米飯表面的相互作用力，一般與直鏈淀粉含量呈負相關［34］，但本研究中早晚兼用型水稻在晚季種植時的米飯黏性較高（圖6-B），且與直鏈淀粉含量呈顯著正相關（表4）。食味值是對稻米食味品質(zhì)的綜合評價。本研究中，早晚兼用型水稻在晚季種植時具有較高的食味值（圖6-D）。相關性分析結果表明（表4），早晚兼用型水稻食味值與直鏈淀粉含量、消減值、米飯硬度和黏性呈顯著正相關，與峰值黏度、崩解值和糊化溫度則呈顯著負相關。與Chen 等［1］的研究結果不完全一致，即秈稻稻米食味值與峰值黏度、崩解值呈顯著正相關，與直鏈淀粉含量、消減值和糊化溫度呈顯著負相關。前人研究稻米直鏈淀粉含量、糊化特性、米飯質(zhì)構和食味值的相互關系時，直鏈淀粉含量（1.2%～32.8%）變化范圍較大［1，34］。而本研究早、晚季稻米直鏈淀粉含量變化均相對較小。在稻米組分相近的情況下，稻米的理化特性主要與其淀粉顆粒形態(tài)、晶體結構、淀粉分子結構、瀝出物組分和結構有關［33，35-36］。后續(xù)應進一步從淀粉精細結構角度揭示早晚兼用型水稻蒸煮食味品質(zhì)在早、晚季的差異機理。另外，早晚兼用型水稻蛋白質(zhì)含量與崩解值和糊化溫度呈顯著正相關，與消減值、硬度、黏性和食味值呈顯著負相關（表4）。前人研究表明，蛋白質(zhì)對稻米理化特性的影響僅次于淀粉，但對稻米蒸煮食味品質(zhì)的影響研究結果不一致［1，12，34］，可能與稻米中蛋白組分含量，淀粉-蛋白復合物結構有關［32-34］。

4 結論

本研究明確了早晚兼用型水稻稻米品質(zhì)在早、晚季的差異特征及其與氣象因子和稻米組分的關系。與早季相比，晚季稻米整精米率整體顯著提高，堊白粒率和堊白度整體顯著降低，主要與其灌漿期溫度較低有關；晚季稻米峰值黏度、崩解值和糊化溫度呈降低趨勢，消減值、米飯硬度、黏性、咀嚼性和食味值呈升高趨勢，與其較高的直鏈淀粉含量和較低的蛋白質(zhì)含量有關。