不同增香施肥處理對(duì)香稻產(chǎn)量、品質(zhì)和香氣風(fēng)味揮發(fā)物的影響

姚祥濱 羅昊文 韋劍嬌 丘鑫峰 童少杰 彭潔梅 何珍珍 段美洋 潘圣剛 田華 祁劍英 莫釗文 唐湘如

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/廣州市絲苗香米科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642；第一作者：yaoxbgd@126.com；*通信作者：tangxr@scau.edu.cn）

香稻是一種具有芳香的優(yōu)質(zhì)稻種，與普通水稻相比，其獨(dú)特的香味和卓越的品質(zhì)正越來越受到中國(guó)南方消費(fèi)者的喜愛，銷售價(jià)格也高出2 倍[1-3]。近年來，香稻在全球大米交易市場(chǎng)上所占份額逐年增加，目前已占15%~18%[4]?，F(xiàn)有香稻品種較多，如何通過栽培手段提高香稻的產(chǎn)量、品質(zhì)以及香氣風(fēng)味，已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

香稻中含有100 多種可揮發(fā)性物質(zhì)，這些物質(zhì)賦予香稻米獨(dú)特的香氣。其中，最主要的特征物質(zhì)是2-乙酰-1 吡咯啉（2-acetyl-1-pyrroline，2-AP），稻米香氣的濃度與其中2-AP 的濃度成正比[5]。此外，香稻還含有多種不同的風(fēng)味揮發(fā)物，如醛類、脂類、烯類和酮類，其也會(huì)提升香稻的香味。已有大量研究表明，環(huán)境條件和栽培措施對(duì)香稻香氣的產(chǎn)生起著重要作用[6-10]。香稻香氣的形成是基因和環(huán)境條件共同作用的結(jié)果。改變?cè)耘鄺l件，如施用不同肥料、調(diào)控水分等，可以從生理生化層面影響香稻香氣的產(chǎn)生。

2010 年華南農(nóng)業(yè)大學(xué)唐湘如教授團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了一種可以顯著提高香稻產(chǎn)量、品質(zhì)和2-AP 濃度的香稻增香專用肥[12]。多個(gè)研究表明，香稻增香專用肥在香稻品種如美香占2 號(hào)和象牙香占中均有不錯(cuò)的應(yīng)用效果[9,13-14]。鑒于此，本研究在大田條件下，開展了香稻增香專用肥在香稻品種青香優(yōu)19 香中的應(yīng)用效果試驗(yàn)，旨在為增香栽培技術(shù)推廣和香稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)田概況及參試品種

試驗(yàn)于2022 年在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)田間試驗(yàn)站（23°17′N，113°37′E，海拔12 m）開展。該試驗(yàn)站屬亞熱帶季風(fēng)氣候，2022 年年平均氣溫23 ℃，年降水量2 033 mm。土壤為砂質(zhì)壤土，有機(jī)質(zhì)11.20 g/kg，全氮1.08 g/kg，堿解氮96.61 mg/kg，速效磷5.07 mg/kg，速效鉀30.99 mg/kg，pH 值5.22。試驗(yàn)品種為青香優(yōu)19 香，種子從廣東鮮美種苗股份有限公司購(gòu)得。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置2 個(gè)增香施肥處理：T1，傳統(tǒng)施肥模式+馫香1 號(hào)肥；T2，香稻增香專用肥。以傳統(tǒng)施肥模式為對(duì)照（CK，尿素292.5 kg/hm2，過磷酸鈣300 kg/hm2，氯化鉀90 kg/hm2）。T1：在CK 的基礎(chǔ)上，增加馫香1 號(hào)增香肥30 kg/hm2。T2：香稻增香專用肥（含N 15%、P2O54%、K2O 6%、有機(jī)質(zhì)10%、硫酸鋅1.9%）900 kg/hm2。香稻增香專用肥和馫香1 號(hào)均由東莞富特生物技術(shù)有限公司制造和提供。每個(gè)處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積30 m2。不同施肥處理的田間管理措施保持一致。7 月15 日播種，在播種前用清水浸種12 h，然后轉(zhuǎn)移到恒溫（36 ℃）培養(yǎng)箱中催芽12 h。采用缽苗育秧盤旱育秧。8 月1 日使用缽苗插秧機(jī)移栽。移栽后，采用香稻增香栽培模式[7]進(jìn)行田間管理，11 月10 日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

成熟期收割1 m2的香稻，晾干后測(cè)定產(chǎn)量，3 次重復(fù)。收割前每小區(qū)調(diào)查香稻30 叢，記錄有效穗數(shù)。根據(jù)有效穗數(shù)在大田中選取6 叢代表性植株，晾干后脫粒風(fēng)選出實(shí)粒和空粒，計(jì)算結(jié)實(shí)率、每穗粒數(shù)和千粒重。

1.3.2 品質(zhì)指標(biāo)

將收獲的稻谷在自然晾干7 d 后進(jìn)行品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。參照NY/T 83—2017《米質(zhì)測(cè)定方法》測(cè)定糙米率、精米率和整精米率；采用萬深SC-E 大米外觀品質(zhì)分析系統(tǒng)測(cè)定大米長(zhǎng)寬比和堊白度。采用FOSS 近紅外谷物品質(zhì)分析儀（Infratec-1241 Grain Analyzer，F(xiàn)OSSTECATOR）測(cè)定稻米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和堿消值。

1.3.3 2-AP 含量及風(fēng)味揮發(fā)物

于成熟期取香稻10 穗置于冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室保存于-80 ℃，參考GUI 等[15]方法使用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（島津，GC-MS QP 2010 Plus）測(cè)定籽粒中的香氣物質(zhì)2-AP 含量及相關(guān)風(fēng)味揮發(fā)物。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2022 處理數(shù)據(jù)，SPSS Statistics 20 進(jìn)行最小極顯著差異法（LSD）多重比較分析（P＜0.05)，用Origin 2023b 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同增香施肥處理對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表1 可見，相比于CK，T1 和T2 處理的有效穗數(shù)分別提高14.22%和42.23%，結(jié)實(shí)率分別提高2.34%和4.90%，差異均達(dá)顯著水平。與CK 相比，T1 處理的穗粒數(shù)顯著提高8.99%，而T2 處理則顯著降低14.54%；不同處理千粒重?zé)o明顯差異。T1 和T2 處理的產(chǎn)量顯著高于CK 9.94%和11.94%。

表1 不同增香施肥處理對(duì)青香優(yōu)19 香產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.2 不同增香施肥處理對(duì)稻米品質(zhì)的影響

如表2 所示，T1 和T2 處理的加工品質(zhì)都顯著高于CK，糙米率分別提高2.14%和1.23%，精米率分別提高2.74%和1.61%，整精米率分別提高2.72%和3.25%。相較于CK，T1 處理長(zhǎng)寬比顯著降低2.64%，T2 處理長(zhǎng)寬比顯著提高2.96%；T1 處理堊白度顯著低于CK，T2 處理則沒有顯著差異。T2 處理蛋白質(zhì)含量相比CK顯著提高1.27%，T1 處理與CK 則無顯著差異；T2 處理直鏈淀粉含量相比CK 顯著降低0.50%，T1 處理與CK則無顯著差異；T1 和T2 處理的堿消值與CK 相比無顯著差異。

2.3 不同增香施肥處理對(duì)籽粒中2-AP 含量及風(fēng)味揮發(fā)物的影響

如圖1 所示，T2、T1 處理籽粒中2-AP 含量比CK分別顯著提高33.83%和11.11%。

圖1 不同增香施肥處理對(duì)青香優(yōu)19 香籽粒2-AP 含量的影響

風(fēng)味揮發(fā)物聚類熱圖（圖2）分析顯示，不同增香施肥處理籽粒中風(fēng)味揮發(fā)物含量有很大差異。相比于CK，T1 處理2-乙酰-1-吡咯啉、辛醛（Octana）、2-十烯醛（2-Decenal, (Z)）、庚醛（Heptanal）、檸檬烯（Limonene）含量顯著提高，而T2 處理3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮（3,4-dimethyl-2,5-Furandione）、2-乙酰-1-吡咯啉、4-乙基環(huán)己醇（4-Ethylcyclohexanol）含量顯著提高。

圖2 不同增香施肥處理下青香優(yōu)19 香籽粒中風(fēng)味揮發(fā)物含量熱圖

通過風(fēng)味揮發(fā)物數(shù)據(jù)庫FlavourDB ( https://cosylab.iiitd.edu.in/flavordb/ ) 檢索得到不同風(fēng)味揮發(fā)物的感官反應(yīng)及香氣描述（表3）。

表3 稻米中不同風(fēng)味揮發(fā)成分信息表

2.4 不同增香施肥處理下2-AP 及多種風(fēng)味揮發(fā)物的主成分分析

對(duì)所獲得的青香優(yōu)19 香產(chǎn)量（每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、產(chǎn)量）、大米品質(zhì)（糙米率、精米率、整精米率、長(zhǎng)寬比、堊白度、蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、堿消值）做主成分分析，結(jié)果（圖3A）顯示，PC1 覆蓋率為42.6%，PC2 覆蓋率為23.6%，兩者總覆蓋率為66.2%，表明PCA 具有代表性，在PCA 中，T1 和T2 處理的點(diǎn)與CK 處理的點(diǎn)出現(xiàn)了強(qiáng)烈的分離，表明與CK 相比，T1 和T2 處理對(duì)青香優(yōu)19 香的產(chǎn)量與品質(zhì)有著顯著的影響。

圖3 不同增香施肥處理下青香優(yōu)19 香籽粒中產(chǎn)量與品質(zhì)主成分分析圖（A）和風(fēng)味揮發(fā)物主成分分析圖（B）

對(duì)所獲得的不同化合物做主成分分析，結(jié)果（圖3B）顯示，PC1 覆蓋率為57.3%，PC2 覆蓋率為28.3%，兩者總覆蓋率為85.6%，表明PCA 具有代表性。在PCA中，CK、T1 和T2 處理下，不同風(fēng)味化合物指標(biāo)均出現(xiàn)了強(qiáng)烈的分離，表明與CK 相比，T1 和T2 處理對(duì)青香優(yōu)19 香籽粒中不同風(fēng)味揮發(fā)物有顯著影響。

3 討論與結(jié)論

3.1 不同增香施肥處理對(duì)青香優(yōu)19 香產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

在本研究中，相比CK，T2 和T1 處理產(chǎn)量顯著提高11.94%和9.94%。但產(chǎn)量構(gòu)成因素中，T2 處理的有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率比CK 分別顯著提高42.23%和4.90%，而每穗粒數(shù)降低了14.54%（表1），說明T2 處理通過提高有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率使得香稻增產(chǎn)。T1 處理的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率比CK 分別提高14.22%、8.99%和2.34%，說明T1 處理通過提高有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率使得香稻增產(chǎn)。

相關(guān)研究表明，香稻增香施肥可以促進(jìn)稻米品質(zhì)的提高[14,16]。在本研究中，相比CK，T2 和T1 處理的糙米率、精米率和整精米率都有顯著提高。在外觀品質(zhì)上，T1 處理的長(zhǎng)寬比、堊白度比CK 有所降低，說明馫香1號(hào)肥可能通過促進(jìn)籽粒灌漿的方式使得長(zhǎng)寬比減小，堊白度降低。

3.2 不同增香施肥處理對(duì)青香優(yōu)19 香籽粒中2-AP含量和風(fēng)味揮發(fā)物的影響

有研究發(fā)現(xiàn)，香稻中含有多種風(fēng)味揮發(fā)物，共同組成了香稻的香氣特征[17]。在本研究中，聚類熱圖分析（圖2）表明，T1 和T2 處理青香優(yōu)19 香中籽粒多種風(fēng)味揮發(fā)物含量有顯著提高。這些風(fēng)味揮發(fā)物賦予了香稻青香優(yōu)19 香稻米獨(dú)特的香氣。