播期對高粱營養(yǎng)與食味品質的調控效應*

張瑞棟, 張 壯, 岳忠孝, 李佳衡, 陳小飛, 徐曉雪, 邢藝凡, 姜 冰, 周宇飛**, 黃瑞冬

(1.沈陽農業(yè)大學農學院 沈陽 110866; 2.山西省農業(yè)科學院經濟作物研究所 汾陽 032200)

高粱(Sorghum bicolor L.)是世界五大谷類作物之一, 具有光合能力高、抗逆性強等特點, 廣泛分布在世界各地[1]。高粱籽粒內含有豐富的淀粉、蛋白質、脂肪、鐵、鎂、硒等營養(yǎng)物質, 在一些干旱和半干旱地區(qū)被當作重要的食物來源[2-3]。高粱曾是我國重要的主糧作物, 被廣泛種植, 目前在我國的東北地區(qū)和黃河流域仍保持著食用高粱米和高粱面食的習慣[4-5]。由于高粱適口性不及水稻(Oryza sativa L.)、小麥(Triticum aestivum L.)和玉米(Zea mays L.), 使得高粱種植逐漸被其他作物所取代[6]。研究高粱的營養(yǎng)和食用品質對拓寬高粱用途, 推動高粱產業(yè)發(fā)展具有重要意義。

作物的品質受基因和環(huán)境共同調控。肖夢穎等[7]研究表明, 遼寧省地方高粱品種的營養(yǎng)和食用品質存在差異。景立權等[8]研究發(fā)現(xiàn), 作物的生長環(huán)境是影響營養(yǎng)和食用品質的主要因素。播期直接關系到氣候資源在作物生育期內的分布, 適宜的播種期是農業(yè)生產領域主要研究問題之一[9]。小麥晚播會增加籽粒蛋白質含量, 增加面粉的拉伸阻力, 而且弱筋小麥的品質對播期的響應比強筋小麥更加明顯[10-12]。沈新平等[13]研究表明, 水稻的堊白度與播期存在一定相關性, 堊白度較高的品種在晚播時, 堊白度顯著降低。邢志鵬等[14]研究表明, 水稻播期推遲, 稻米的碾米品質變優(yōu), 外觀品質提升, 但稻米的營養(yǎng)品質和蒸煮品質變差。播期也可改變稻米淀粉黏滯性(RVA)譜特征參數(shù), 隨著播期的推遲, 稻米的峰值黏度、熱漿黏度、崩解值均呈下降趨勢, 消減值在不同播期中變化較大[15]。關于播期對高粱的影響前人做了一定的研究, 但主要集中在形態(tài)性狀[16-17]和產量[18]性狀等方面。盡管也有研究[19]表明播期的延后 對高粱籽粒淀粉含量的增加有一定的促進作用, 但關于播期對高粱籽粒品質性狀, 特別是對食味品質的研究, 迄今還少見報道。因此, 本研究選用遼寧省的兩個高粱主栽品種, 系統(tǒng)研究播期對高粱營養(yǎng)和食味品質的影響, 以期為高粱的優(yōu)質高效生產及適宜播期的制定提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2013—2014年在沈陽農業(yè)大學試驗基地(41°49′N, 123°33′E)進行。該區(qū)域屬于北溫帶, 受季風氣候影響,年平均降水量716.2 mm,年平均溫度為8 ℃, 雨季主要集中在7—8月, 無霜期155～180 d, 2013年和2014年高粱生育期內氣象條件見表1。試驗田土壤類型為沙壤土, 0～30 cm 土層有機質含量15.6 g·kg-1, 堿解氮97.7 mg·kg-1, 速效磷26.3 mg·kg-1, 速效鉀128.5 mg·kg-1, 土壤pH 為6.5。本研究的高粱品種為‘遼雜11’(遼寧省農業(yè)科學院選育)與‘沈雜5 號’(沈陽市農業(yè)科學院選育)。

表1 2013年和2014年高粱生育期內的氣象條件 Table 1 Meteorological conditions during sorghum growth period in 2013 and 2014

1.2 試驗設計

試驗設置3 個播期, 2013年和2014年均4月30日(T1)、5月14日(T2)和5月28日(T3)進行播種。小區(qū)面積18 m2, 種植密度為90 000 株·hm-2, 試驗采取裂區(qū)試驗設計, 3 次重復。播種前施有機肥15 t·hm-2, 播種時施磷酸二銨 150 kg·hm-2, 拔節(jié)期追施尿素300 kg·hm-2, 其他田間管理同一般生產田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量指標的測定

2013年和2014年收獲時期一致, 3 個播期的高粱收獲期分別為9月7日、9月16日和9月25日, 每個小區(qū)收獲中間兩行, 收獲后置于通風的遮雨棚下進行風干, 然后考種, 測定穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重, 計算每個小區(qū)產量。測產完的籽粒分別置于紗網袋中用于高粱營養(yǎng)品質和食味品質指標測定。

1.3.2 高粱營養(yǎng)品質的測定

測產后的籽粒分別粉碎, 參照何照范[20]的方法, 利用凱氏定氮法測定樣品粗蛋白含量, 利用索氏抽提法測定粗脂肪的含量, 采用雙波長法測定支、直鏈淀粉含量, 參照GB/T 15686—2008 測定籽粒單寧含量。每組樣品分別進行3 次測定。

1.3.3 高粱淀粉特性的測定

利用Newport Scientific 公司制造的Super 3 型 快速黏度分析儀進行測定并分析高粱淀粉RVA 譜特征參數(shù)。參照阮少蘭等[21]的方法測定高粱淀粉的蒸煮膨脹率。

1.3.4 高粱食味的測定

參照肖夢穎等[7]的研究方法, 測定高粱米粥的感官食味品質, 包括氣味、外觀、適口性、滋味、冷飯質地5 個指標。5 個指標滿分分別為20、20、30、25、5 分, 共計100 分。

1.4 氣象資料和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

氣象資料來自于沈陽農業(yè)大學氣象觀測站。采用Microsoft Excel 2010 進行數(shù)據(jù)處理、作圖, 利用SPSS 18.0 對數(shù)據(jù)進行方差分析與相關分析。

2 結果與分析

2.1 播期對高粱產量及構成因素的影響

如表2 所示, 播期對‘沈雜5 號’產量有顯著影響, 與T1(4月30日)相比, 2013年‘沈雜5 號’T2(5月14日)和T3(5月28日)處理產量分別增加12.35%和11.64%, 2014年產量分別增加12.47%和13.29%, 產量增加的主要原因是有效穗數(shù)的增加, 與T1相比, 2013年‘沈雜5 號’T2 和T3 的穗數(shù)分別增加18.97%和30.26%, 2014年穗數(shù)分別增加27.26%和29.38%。而播期推遲提高了‘遼雜11’穗數(shù), 但對產量無顯著影響。

表2 播期對不同高粱品種產量及構成因素的影響 Table 2 Effects of sowing dates on grain yield and yield components of different sorghum varieties

2.2 播期對高粱籽粒營養(yǎng)品質的影響

由表3 可知, 高粱籽粒粗蛋白、單寧、粗脂肪、支鏈淀粉和總淀粉含量在年份、品種和播期3 個因素下差異均達顯著或者極顯著水平, 直鏈淀粉的變異來源主要來自于年份和播期之間, 品種之間的差異未達顯著水平。粗蛋白和單寧含量隨播期的推遲呈降低趨勢, ‘遼雜11’和‘沈雜5 號’粗蛋白和單寧含量均在T3處理最低?！|雜11’粗脂肪含量隨播期推遲呈增加變化趨勢, T3 比T1、T2 分別增加20.94%～23.49%和21.29%～25.41%, ‘沈雜5 號’粗脂肪含量在播期間的變化規(guī)律不明顯。支鏈淀粉和總淀粉含量都隨播期的推遲呈增加趨勢, ‘遼雜11’和‘沈雜5 號’的支鏈淀粉和總淀粉含量在T3 處理下均達到最大。

2.3 播期對高粱淀粉特性的影響

隨著播期的推遲, 高粱淀粉的峰值黏度、崩解值、最終黏度均呈現(xiàn)增加趨勢, ‘遼雜11’峰值黏度在T2 和T3 處理下比T1 分別增加7.41%～13.65%和13.51%～18.50%, ‘沈雜5 號’的峰值黏度在不同播期間差異不顯著?！|雜11’的崩解值在T2 和T3 處理下比T1 分別增加32.05%～51.39%和52.19%～53.08%, ‘沈雜5 號’的崩解值T2 和T3 處理比T1 增加37.14%和39.93%(2014年)。2013年‘遼雜11’的最終黏度T2 處理比T1 增加8.61%, ‘沈雜5 號’的最終黏度在播期間差異不顯著。兩品種的峰值時間在不同播期間差異不顯著。糊化溫度隨播期的推遲呈減小趨勢, ‘遼雜11’糊化溫度T3 達到最低, ‘沈雜5 號’糊化溫度T2 達到最低(表4)。

由圖 1 可知, 兩個高粱品種蒸煮膨脹率均達300%以上, ‘遼雜11’的膨脹率在不同播期之間差異不顯著, ‘沈雜5 號’蒸煮膨脹率隨播期的推遲呈增加的變化趨勢, T3 處理較T1 增加6.30%(2013年)和12.09%(2014年)。

2.4 播期對高粱食味品質的影響

由表5 可知, 播期推遲后高粱的適口性、滋味、氣味、外觀和冷粥質地得分均表現(xiàn)為增加趨勢。兩品種的T3 綜合得分均達到最大, ‘遼雜11’的T3 處理綜合得分較T1 和T2 分別增加11.86%～12.81%和6.83%～8.44%; ‘沈雜5 號’T3 處理的綜合得分與T1和T2 相比分別增加6.48%～7.18%和3.33%～4.06%, 食味品質綜合得分在播期間的差異達極顯著水平。

表3 播期對不同高粱品種營養(yǎng)品質的影響 Table 3 Effects of sowing dates on nutritional quality of different sorghum varieties

表4 播期對不同高粱品種淀粉RVA 譜特征參數(shù)的影響 Table 4 Effects of sowing dates on the starch RVA profile characteristics of different sorghum varieties

圖1 播期對不同高粱品種蒸煮膨脹率的影響 Fig.1 Effects of sowing dates on cooking expansion rates of different sorghum varieties

2.5 高粱食味與高粱營養(yǎng)品質和RVA 譜各特征值的關系

由表6 可知, 粗蛋白含量和單寧含量與食味指標(冷粥質地除外)呈極顯著負相關, 說明高粱富含粗蛋白和單寧的食味品質較差。粗脂肪、直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量與食味指標之間呈顯著或極顯著正相關, 說明淀粉和粗脂肪較高有利于改善高粱的食味品質。

由表7 可知, 峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度、回復值與高粱的適口性、滋味、氣味呈顯著或極顯著正相關, 說明峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度、回復值對高粱食味的貢獻為正效應。高粱的冷粥質地與熱漿黏度、峰值時間和糊化溫度呈極顯著或顯著正相關。

表5 播期對不同高粱品種食味的影響 Table 5 Effects of sowing dates on edible flavor of different sorghum varieties

表6 高粱食味品質與營養(yǎng)品質的相關分析 Table 6 Correlation analysis of food quality and nutrition quality of sorghum

表7 高粱食味品質與淀粉RVA 譜各特征值的相關分析 Table 7 Correlation analysis among eating quality indices and RVA profile characteristics of sorghum

2.6 氣象因子對高粱營養(yǎng)品質和食味品質的影響

通過氣象因子與高粱的食味品質、營養(yǎng)成分及RVA 譜特征值進行相關分析(表8), 結果表明: 高粱適口性與高粱生育期間的平均溫度呈極顯著正相關, 高粱生育期內的平均溫度與支鏈淀粉含量、總淀粉含量和膨脹率呈顯著或極顯著正相關, 說明高粱生育期內較高的平均溫度有利于高粱支鏈淀粉和總淀粉的積累, 生育期間的溫度對高粱的適口性有正向效應; 高粱生育期內的日最高溫度與直鏈淀粉的含量呈極顯著正相關, 與最終黏度呈顯著負相關。高粱生育期內的日最低溫度與適口性、氣味值、支鏈淀粉含量、峰值黏度和最終黏度呈顯著正相關。生育期內的降水量與直鏈淀粉含量呈顯著負相關。日照時數(shù)與綜合評分、適口性、滋味、氣味、支鏈淀粉、總淀粉、峰值黏度和膨脹率呈顯著或極顯著負相關。

表8 氣象因子與高粱食味、營養(yǎng)成分及淀粉RVA 譜特征值的相關性 Table 8 Correlation between meteorological factors and sorghum nutrient component, edible flavor, RVA profile characteristics

3 討論

播期影響作物的生長發(fā)育, 進而影響作物產量形成。品質性狀也容易受生育期內環(huán)境因子的影響[22], 調整播期是改變作物生育期內環(huán)境資源分布的最重要栽培措施。李筠等[23]研究發(fā)現(xiàn), 播期對小麥籽粒粗蛋白含量具有明顯的調控作用, 隨著播期的推遲小麥籽粒粗蛋白含量呈明顯上升趨勢。但在本研究中, 高粱籽粒粗蛋白含量隨播期的推遲呈降低趨勢, 這與彭波等[24]在水稻上的研究相類似。相關分析表明, 高粱粗蛋白含量與食味綜合得分呈顯著負相關, 播期推遲后籽粒粗蛋白含量的降低可提高高粱的食味品質。粗脂肪在加熱過程中可參與美拉德反應, 產生揮發(fā)性香味物質。本研究中, 粗脂肪含量與高粱的食味品質呈顯著正相關。郭宗學等[25]在玉米上 研究發(fā)現(xiàn), 晚播也可使玉米籽粒粗脂肪含量上升, 但張勝等[26]研究發(fā)現(xiàn)玉米早播籽粒粗脂肪含量顯著高于晚播。本研究中, 隨著播期的推遲, ‘遼雜11’的粗脂肪含量顯著增加, 粗脂肪含量的提高對改善高粱米質的外觀和適口性方面具有正向作用, 但‘沈雜5 號’在不同播期下粗脂肪含量變化與‘遼雜11’不同, 關于籽粒中粗脂肪含量對播期的響應, 其具體原因尚需要進一步研究。單寧含量高的高粱籽粒, 在食用過程中會產生一定的苦澀感, 影響高粱的食用品質, 本研究發(fā)現(xiàn), 隨著播期的推遲, 高粱籽粒單寧含量呈減小趨勢。高粱單寧含量的減少, 有助于改善高粱的口感和營養(yǎng)品質[27-29]。粗蛋白、粗脂肪和單寧含量與氣象因素未發(fā)現(xiàn)顯著相關性, 但是播期對其影響較為顯著, 這可能與氣象因子在高粱生育期內的分配格局有關。

高粱籽粒淀粉含量的多少是決定其品質的另一個重要因素[30], 直鏈淀粉含量過高的米飯質地較硬, 黏性較小, 直鏈淀粉含量過低, 米飯較軟, 黏性較大[31]。本試驗表明, 晚播對高粱籽粒中支鏈淀粉和總淀粉含量的增加有明顯效果, 而此現(xiàn)象伴隨著適口性的上升, 綜合評分增加, 從而導致食味品質的提升, 李超等[19]研究也發(fā)現(xiàn)高粱適時晚播可提高高粱的支鏈淀粉與直鏈淀粉的比值, 改善高粱的品質。

稻米的RVA 譜特征值是評價稻米品質的一種簡單快捷的方式, 肖夢穎等[7]研究發(fā)現(xiàn), 高粱的RVA譜特征值也可作為高粱食用品質的評價指標。在水稻中峰值黏度大、崩解值大、最終黏度小、消減值小則食味好, 具有這種特性的米飯, 冷熱均較軟而黏[32]。本試驗研究表明, 播期推遲后, 兩個高粱品種的淀粉RVA 譜特征參數(shù)表現(xiàn)出不同程度的增長, 高粱的崩解值和峰值黏度在播期推遲后顯著增加, 這可能與高粱在播期推遲后高粱支鏈淀粉和總淀粉含量的增加有關, 孔令平等[33]研究發(fā)現(xiàn), 晚播條件下玉米峰值黏度增加, 可改善玉米籽粒品質, 而成臣等[34]在水稻上發(fā)現(xiàn), 隨著播期推遲, 秈、粳稻峰值黏度、熱漿黏度、冷膠黏度和崩解值均呈降低趨勢。由此可見, 籽粒淀粉的RVA 譜特征值與播期的關系, 在不同地區(qū)和不同品種中存在一定的差異。這可能是由于不同播期內的環(huán)境差異, 或者不同品種對環(huán)境的響應差異造成的。在本研究中, 崩解值與生育期內的平均溫度呈顯著正相關, 說明生育期內較高的溫度有利于提高高粱的崩解值, 從而提高高粱的品質。本研究還發(fā)現(xiàn), 播期推遲后, 高粱的蒸煮膨脹率有增加的趨勢, 蒸煮膨脹率可反映高粱米的膨脹性, 蒸煮膨脹率增加表明高粱米的彈性提高。高粱膨脹率與生育期內的平均溫度呈極顯著正相關, 說明生育期內較高溫度也有利于增加高粱的膨脹率。

4 結論

高粱的食味品質受品種和環(huán)境影響較大, 高粱生長期的日平均溫度與高粱籽粒中支鏈淀粉含量呈顯著正相關。對‘遼雜11’和‘沈雜5 號’而言, 適當晚播(沈陽地區(qū)在5月28日), 可減少高粱籽粒中粗蛋白和單寧含量, 有利于增加支鏈淀粉含量, 提高高粱的峰值黏度和崩解值, 從而提升高粱的食味品質。播期推遲有利于‘沈雜5 號’產量的提高。