抽穗-灌漿期不同低溫處理對三江平原水稻主栽品種品質(zhì)的影響

褚春燕，孫桂玉，張洪梅，于宏敏，鄭冠龍

(1.佳木斯氣象局，黑龍江 佳木斯154004； 2.哈爾濱市氣象局，黑龍江 哈爾濱150028；3.黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱150030； 4.北大荒通用航空有限公司，黑龍江 哈爾濱150000)

0 引言

水稻是喜溫作物，低溫冷害會影響水稻的產(chǎn)量與品質(zhì)。水稻品質(zhì)既受遺傳因素的控制，又受栽培生態(tài)環(huán)境，尤其是氣候生態(tài)因子的影響[1]。溫度是影響水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量的重要環(huán)境因素，也是影響稻米品質(zhì)的首要環(huán)境因子[2]。氣溫在水稻發(fā)育抽穗-灌漿期變化較大，低溫會不同程度地影響水稻的品質(zhì)。抽穗至灌漿結(jié)實期是水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的主要生育期，灌漿初期(齊穗后20 d)是溫度影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵時期，低于21 ℃不利于提高稻米產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。灌漿結(jié)實期遭遇低溫冷害，降低水稻灌漿速率，造成精米率、整精米率和直鏈淀粉含量下降，堊白粒率、堊白度和蛋白質(zhì)含量增加[4]。薛文多[5]認(rèn)為孕穗期、抽穗期和灌漿期低溫脅迫導(dǎo)致稻米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉降低。沈楓等[6]研究遼粳433灌漿期最適合溫度為22～25 ℃；與25 ℃相比，灌漿期溫度降低6 ℃糙米率、精米率和整精米率降低，直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量增加，食味值降低13.99%。王士強(qiáng)等[7]認(rèn)為孕穗期低溫處理會使水稻RVA譜特征參數(shù)的最高黏度和崩解值降低，糊化溫度和消減值升高。張國發(fā)等[8]提出，隨播期推后灌漿期溫度降低，RVA譜特征參數(shù)中冷膠黏度、消減值、回復(fù)值和糊化開始溫度降低，崩解值、峰值黏度升高。

黑龍江省作為主要寒地水稻作物生產(chǎn)區(qū)，低溫冷害頻繁發(fā)生，已成為限制黑龍江省水稻生產(chǎn)發(fā)展的主要因素之一[9]。三江平原地處于黑龍江東北部，屬于溫帶季風(fēng)氣候，雨熱同期，水源充足，水稻種植面積逐年擴(kuò)大，水稻在抽穗-灌漿期主要的氣象災(zāi)害是低溫冷害。低溫冷害是造成水稻減產(chǎn)的主要?dú)庀髼l件，同時也影響稻米的品質(zhì)。目前對水稻耐冷性研究開展的比較深入，國內(nèi)外已有很多報道，多集中在低溫冷害對產(chǎn)量影響、防御對策、監(jiān)測方法和時空變化等，在低溫對水稻抽穗-灌漿期的碾米品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)、RVA譜特征影響方面研究較少[10-14]。本研究通過盆栽試驗，在抽穗-灌漿期分期設(shè)置不同低溫處理，以正常栽培管理的水稻為對照，探討抽穗-灌漿結(jié)實期不同時段低溫對三江平原主栽水稻品種稻米品質(zhì)的影響，探索稻米品質(zhì)形成及淀粉黏滯性譜在抽穗-灌漿期低溫響應(yīng)規(guī)律及其時段效應(yīng)差異，以期為三江平原水稻氣候品質(zhì)認(rèn)證提供理論依據(jù)，同時也為水稻生產(chǎn)栽培和抗性育種提供理論參考，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水稻提質(zhì)增收。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016—2018年在富錦市水田示范區(qū)內(nèi)開展，以3個寒地主栽水稻品種龍粳29(L29)、龍粳31(L31)和龍粳46(L46)為試驗材料，進(jìn)行為期3年的試驗研究，2017年與2018年試驗設(shè)計相同，由于2018年試驗期間氣候異常，導(dǎo)致數(shù)據(jù)沒有代表性，因此本文利用2016年和2017年的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2 試驗方法

每年的4月8日水稻開始浸種催芽，4月15日播種育苗，分別于2016年5月19日和2017年5月17日將秧苗移栽至營養(yǎng)箱中，每個營養(yǎng)箱種植3穴水稻，每穴4株；每個品種進(jìn)行4個處理批次，3次重復(fù)，共36箱。將移栽后的營養(yǎng)箱置于試驗田內(nèi)種植，每個重復(fù)間隔3穴，每個批次間隔20穴，品種間留40行保護(hù)行，營養(yǎng)箱中水稻的種植密度及管理與大田一致[15]。

2016年和2017年試驗的平均低溫分別為17 ℃和16 ℃，在抽穗期、灌漿前期、灌漿中期和灌漿后期4個批次進(jìn)行低溫處理，低溫處理日期及積溫如表1所示[15-17]。

表1 低溫處理時段與積溫條件

低溫處理時，將種植水稻植株的營養(yǎng)箱按發(fā)育期分批移入人工氣候箱。人工氣候箱的參數(shù)設(shè)置如表2所示。對照材料是水田內(nèi)自然生長的水稻。低溫處理結(jié)束后，去掉營養(yǎng)箱將水稻植株移入大田，使其自然生長，收獲后晾曬水稻至稻米含水量13%以下后開始品質(zhì)測量。

表2 每批次處理人工氣候箱參數(shù)設(shè)置

1.3 測定指標(biāo)

加工品質(zhì)測定：糙米率(%)、精米率(%)、整精米率(%)。

營養(yǎng)品質(zhì)測定：蛋白質(zhì)、直鏈淀粉含量，食味評分。

RVA譜特性參數(shù)測定：最高黏度、冷膠黏度、熱漿黏度、崩解值、消減值和回復(fù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫處理對水稻加工品質(zhì)的影響

從圖1中可以看出，2016年(17 ℃/3d)水稻的糙米率、精米率和整精米率都明顯高于2017年(16 ℃/5d)，這說明溫度越低、低溫時間越長對水稻的加工品質(zhì)影響越大。2016年低溫處理對水稻的加工品質(zhì)影響：糙米率下降幅度-1%～14%、精米率下降幅度-3%～14%、整精米率下降幅度為-2%～16%；2017年低溫處理對水稻的加工品質(zhì)影響：糙米率下降幅度0～8%、精米率下降幅度0～10%、整精米率下降幅度0～22%。與對照相比，2016年水稻抽穗期低溫處理，稻米的糙米率、精米率和整精米率都有不

圖1 不同低溫處理對水稻加工品質(zhì)的影響

同程度的提升，水稻灌漿前期L29和L46的加工品質(zhì)提高，L31的加工品質(zhì)下降，水稻灌漿中期，L29和L31的加工品質(zhì)降低，L46的加工品質(zhì)升高，在水稻灌漿后期，3個品種加工品質(zhì)降低；2017年抽穗期-灌漿期低溫處理后3個品種的水稻加工品質(zhì)均降低，這說明水稻的耐冷性提高，抽穗期短期的低溫，對稻米加工品質(zhì)影響較小，甚至有利于提高加工品質(zhì)，抽穗期-灌漿期5 d日平均溫度低于低溫冷害臨界溫度17 ℃會降低稻米加工品質(zhì)，且灌漿后期影響最大。綜上所述，2017年的低溫處理對水稻各生育期的影響要高于2016年，說明溫度越低、處理時間越長，對水稻加工品質(zhì)的影響越大。其中水稻抽穗期耐冷性比較強(qiáng)，加工品質(zhì)受低溫影響較小，水稻灌漿前期的耐冷性次之，水稻灌漿后期的耐冷性最弱，變化幅度也最大。

2.2 低溫處理對水稻營養(yǎng)品質(zhì)的影響

從表3中可以看出，3個品種在2016—2017年經(jīng)過低溫處理后各生育期的蛋白質(zhì)含量均有上升，但2016年低溫對蛋白質(zhì)的影響更大，變幅為13%～39%，2017年低溫對蛋白質(zhì)的影響較小，變幅為0～14%。通過以上研究結(jié)果表明，適宜的低溫對蛋白質(zhì)的合成具有促進(jìn)作用，溫度越低，越不利于蛋白質(zhì)含量的增加。兩年試驗中，低溫對水稻蛋白質(zhì)影響最大的時期是抽穗期，影響最小的時期是灌漿末期。

表3 不同低溫處理下水稻營養(yǎng)品質(zhì)的變化幅度

低溫對水稻直鏈淀粉的合成具有促進(jìn)作用，2016年3個品種在其各發(fā)育期低溫處理后，水稻的直鏈淀粉含量均上升，變幅為0～4%；2017年3個品種在灌漿期低溫處理后稻米的直鏈淀粉均上升，變化幅度0～3%，抽穗期低溫處理降低稻米的直鏈淀粉含量，降幅最大為6%，說明抽穗期溫度過低會抑制直鏈淀粉的合成。

不同低溫處理對水稻食味評分的影響也各不相同，2016年低溫處理下水稻的食味評分變幅為-38%～36%，對耐冷性較強(qiáng)的L29具有提高效果，對L46的食味評分具有降低效果；2017年低溫處理下水稻的食味評分變幅為-31%～0，幾乎全部降低了食味評分，這說明日平均溫度達(dá)到16 ℃后更易降低水稻的食味評分。

綜上所述，2017年低溫處理后的營養(yǎng)品質(zhì)變幅小于2016年，表明溫度越低，蛋白質(zhì)含量增加越緩慢，對直鏈淀粉的促進(jìn)作用越弱，食味評分越低。

2.3 低溫處理對水稻RVA譜特征參數(shù)的影響

稻米淀粉的RVA譜特征是評價稻米品質(zhì)的重要指標(biāo)，主要包括最高黏度、冷膠黏度、熱漿黏度、崩解值、消減值和回復(fù)值。最高黏度反映淀粉的膨脹能力，從表4中可以看出，2016年水稻各個生育期的最高黏度值均小于2017年，與對照相比，2016年低溫處理對水稻最高黏度的影響大于2017年，2016年的變化幅度為-25%～3%，2017年的變化幅度為-11%～10%，這可能是由于溫度越低對最高黏度的影響越小。熱漿黏度是淀粉粒膨脹后破裂黏度急劇下降的最低值，反映了淀粉粒在高溫下耐剪切的能力，2016年熱漿黏度值幾乎都小于2017年，這與最高黏度相似，與對照相比，2016年各品種的熱漿黏度均下降，變化幅度為-29%～-6%，2017年L29和L46的熱漿黏度下降，L31熱漿黏度上升，變化幅度為-11%～4%，2016年的溫度對熱漿黏度的影響更大。冷膠黏度反映糊化淀粉的回升特性，2016年L46各生育期的冷膠黏度值均小于2017年，其余兩個品種在各生育期表現(xiàn)均不相同，與對照相比，2016年3個品種在各生育期的冷膠黏度均下降，幅度為-20%～-5%，2017年L31在各生育期的冷膠黏度均上升，L29和L46在各生育期的冷膠黏度均下降，幅度為-10%～8%。綜上所述，不同低溫處理對水稻RVA譜特征參數(shù)的一級參數(shù)影響較大，規(guī)律較明顯，不同生育期間差異不大，不同品種間有一定的差異。

表4 不同低溫對水稻各生育期RVA譜特征參數(shù)的影響

2016年L29和L31在水稻抽穗期崩解值小于2017年，在灌漿前、中期崩解值大于2017年，兩個品種具有較好的一致性，與對照相比，2016年低溫提高了L29灌漿期的崩解值，對其他兩個品種有抑制作用，崩解值的變幅為-17%～21%，2017年低溫提高了L46各生育期的崩解值，對其他品種有抑制作用，變幅為-17%～23%。2016年L29各生育期的消減值小于2017年，其他兩個品種沒有明顯規(guī)律，與對照相比，2016年L31和L46的消減值都有大幅度的上升，2017年各品種有不同幅度的下降。2016年L29和L31各個生育期的回復(fù)值均小于2017年，L46的回復(fù)值變化不大，與對照相比，2016年L29在抽穗-灌漿期的回復(fù)值下降幅度大于2017年，變化幅度較小，2016年為-13%～7%，2017年為-7%～7%，L31和L46在灌漿前期回復(fù)值上升。低溫處理對水稻生育后期的RVA譜特征參數(shù)的一級參數(shù)影響較大，二級參數(shù)影響稍小，且無明顯規(guī)律。

3 討論

影響稻米品質(zhì)因素較多，前人研究發(fā)現(xiàn)，稻米品質(zhì)受溫度影響很大，特別是水稻發(fā)育中后期，溫度過低，減緩水稻的灌漿速度，降低成熟度、整精米率和蛋白含量，增大堊白和直鏈淀粉含量，從而使水稻品質(zhì)降低。呂曉等[18]提出，抽穗期低溫脅迫使水稻中蛋白質(zhì)、直鏈淀粉含量增加，糙米率增加，精米率減少，比日常溫度低5 ℃低溫處理與對照差異顯著性低于比日常溫度低3 ℃的低溫處理。張誠信等[19]研究認(rèn)為，灌漿結(jié)實期低溫降低稻米糙米率、精米率和整精米率，提高稻米的蛋白質(zhì)含量，降低直鏈淀粉含量，稻米的RVA譜特征參數(shù)峰值黏度、崩解值、熱漿黏度呈下降趨勢，峰值時間、消減值、最終黏度上升。曾研華等[20]研究發(fā)現(xiàn)，水稻開花中后期低溫對水稻的外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)影響最大，對RVA譜特征值中的回復(fù)值和消減值有提高作用，其余有降低作用。武琦[21]研究結(jié)論略有不同，提出灌漿期低溫脅迫RVA譜中的最高黏度、冷膠黏度、回復(fù)值和消減值顯著上升，峰值黏度、崩解值下降，最終導(dǎo)致稻米品質(zhì)變劣。

本研究結(jié)果可以看出，抽穗-灌漿期低溫處理對水稻的品質(zhì)有負(fù)面影響，會降低加工品質(zhì)，溫度越低，影響越大；對于營養(yǎng)品質(zhì)，低溫促進(jìn)蛋白質(zhì)含量上升，溫度越低，蛋白質(zhì)上升的幅度越小，直鏈淀粉在17 ℃/3d低溫處理后上升，16 ℃/5d低溫處理后，抽穗-灌漿前期的直鏈淀粉下降，灌漿中后期的直鏈淀粉上升，食味評分與低溫的關(guān)系沒有明顯的規(guī)律；RVA譜特征參數(shù)的一級參數(shù)在不同低溫處理后，熱漿黏度、冷膠黏度下降，隨著溫度的降低，熱漿黏度影響減??；低溫對RVA譜特征參數(shù)的二級參數(shù)(崩解值、消減值和回復(fù)值)的影響根據(jù)品種和生育期的不同而有不同的效果，沒有一致的規(guī)律，有待進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

以三江平原3個主栽粳稻品種為試材，在抽穗-灌漿期分別于2016年和2017年進(jìn)行日平均溫度17 ℃/3 d和16 ℃/5 d兩個處理，以正常栽培管理的試材為對照，對抽穗-灌漿期低溫脅迫下寒地水稻的品質(zhì)進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論。

(1)加工品質(zhì)方面，低溫處理會降低糙米率、精米率和整精米率，且溫度越低，處理時間越長，加工品質(zhì)影響越大。

(2)營養(yǎng)品質(zhì)方面，低溫處理后在抽穗-灌漿期蛋白質(zhì)含量會顯著上升，隨著溫度的降低，蛋白質(zhì)上升緩慢；直鏈淀粉含量在不同溫度下表現(xiàn)不同，2016年低溫提高直鏈淀粉含量，2017年低溫對水稻抽穗-灌漿前期有促進(jìn)作用，對灌漿中后期有抑制作用；低溫會降低水稻的食味評分，其中17 ℃/3d對L29的食味評分有提升作用。

(3)RVA譜特征參數(shù)方面，RVA譜特征參數(shù)的一級參數(shù)處理后規(guī)律相對明顯，低溫處理后，最高黏度和熱漿黏度下降，冷膠黏度根據(jù)品種和生育期的不同表現(xiàn)也各不相同。RVA譜特征參數(shù)的二級參數(shù)與溫度的關(guān)系較復(fù)雜，3個品種之間、各生育期間沒有明顯規(guī)律。