環(huán)境和緩控釋肥復(fù)合處理對稻米品質(zhì)的影響

摘要：環(huán)境溫度和氮肥是影響稻米品質(zhì)的2個重要因素。灌漿期高溫嚴(yán)重影響水稻的品質(zhì)，緩控釋肥有利于水稻品質(zhì)的提升，緩控釋肥對脅迫高溫下不同粒位籽粒品質(zhì)的交互作用研究較少。本試驗采用2個播期、3種肥料下的雙因素試驗，研究緩控釋肥、環(huán)境溫度及其交互作用對脅迫下水稻不同粒位籽粒淀粉組成、貯藏蛋白積累和稻米淀粉糊化特性的影響，探討緩控釋肥對高溫脅迫下水稻不同籽粒品質(zhì)的潛在調(diào)節(jié)作用。結(jié)果表明，播期處理對各品質(zhì)的影響大于肥料處理。高溫播期顯著增加了清蛋白含量，顯著降低了直鏈淀粉、醇溶蛋白含量。緩控釋肥對直鏈淀粉和蛋白質(zhì)的影響因品種不一致。高溫播期對秈稻大米的適口性并未造成負(fù)面影響。粒位對直鏈淀粉和蛋白組分無顯著影響。高溫播期使米粉的峰值黏度和崩解值升高，消減值降低。整精米率與峰值黏度、崩解值BD呈負(fù)相關(guān)，高溫降低碾米品質(zhì)的同時利于食味品質(zhì)的提升。不同緩控釋肥對高溫下不同品種白堊發(fā)生的影響不一致，腐殖酸包膜緩釋肥加重了高溫下Y兩優(yōu)911的堊白，降低了桃優(yōu)香占的堊白。但緩控釋肥在高溫下對稻米食味品質(zhì)影響總體不顯著。

關(guān)鍵詞：緩控釋肥；播期；粒位；稻米品質(zhì)；淀粉糊化特性

中圖分類號：S511.04；S511.06" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）14-0054-10

收稿日期：2023-08-29

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2017YFD0301400）；湖北省重點研發(fā)計劃（編號：2020BBB060）。

作者簡介：田文濤（1989—），男，山東淄博人，博士研究生，研究方向為水稻栽培。E-mail：tianwentaocjdx@sina.com。

通信作者：田小海，博士，教授，主要從事作物生殖生物學(xué)和抗逆生理生態(tài)研究。E-mail：xiaohait@sina.com。

水稻（Oryza sativa L.）是世界上一半以上人口的主食。在過去的半個世紀(jì)里，由于育種和栽培技術(shù)的改進(jìn)，水稻產(chǎn)量大幅提高［1-2］。隨著生活水平的提高，糧食質(zhì)量越來越受到關(guān)注［3］。稻米品質(zhì)是一種復(fù)雜的農(nóng)藝性狀，包括碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)、食煮品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)［4-6］。近年來，快速黏度分析儀（rapid visco-analyzer，RVA）被廣泛用于評價食用和烹飪質(zhì)量［7-9］。在環(huán)境對稻米品質(zhì)的影響中，氣候條件和農(nóng)藝管理是影響稻米品質(zhì)的重要因素［3，10］。Li等研究發(fā)現(xiàn)，光照、溫度和濕度對碾磨品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)均有顯著影響，但與光照和濕度相比，溫度對品質(zhì)影響更穩(wěn)定［11］。Deng等研究認(rèn)為，在長江流域，對產(chǎn)量和品質(zhì)而言，溫度可能是比日照輻射更重要的一個限制因素［12］。大量研究表明，灌漿期高溫降低了精米率，增加了堊白度，降低了總淀粉和直鏈淀粉含量，提高了蛋白質(zhì)含量，并改變了米粉的RVA譜［4，9］；灌漿期高溫顯著縮短了籽粒灌漿時間，減少了籽粒淀粉積累，籽粒灌漿不足，進(jìn)而導(dǎo)致堊白分?jǐn)?shù)和堊白面積顯著增加［13-15］，使煮熟的大米的適口性較差［16-18］；并且認(rèn)為調(diào)整播期可以改變生長過程中的環(huán)境條件，是克服高溫對水稻生產(chǎn)的負(fù)面影響的低成本且易于實施的策略［19］。Ding等研究認(rèn)為，通過延遲播期的栽培方式可以降低稻田的最高和最低溫度，從而提高水稻產(chǎn)量，改善碾磨、蒸煮和食味品質(zhì)［20］。

氮肥的施用對水稻（Oryza sativa L.）產(chǎn)量和品質(zhì)起著重要作用［21］，特別是食用和烹飪品質(zhì)［18，22］。氮素會在淀粉粒徑、鏈長分布、晶體結(jié)構(gòu)和糊化性能等方面使籽粒品質(zhì)惡化［18，22-23］，而氮肥可以在某些非生物脅迫環(huán)境下提高糧食品質(zhì)［24］。常規(guī)施氮水平上減少或增加氮肥施用量，可有效緩解高溫對稻米品質(zhì)的負(fù)面影響［13，25］。在水稻生產(chǎn)中使用緩控釋肥可以提高水稻產(chǎn)量品質(zhì)［26-28］和氮的利用效率［27，29］。根據(jù)之前的研究，水稻生長因使用不同的緩控釋肥而異［30-31］。緩控釋肥對水稻產(chǎn)量、氮素吸收和氮素利用的影響已被廣泛研究，但緩控肥料對水稻品質(zhì)的影響尚不清楚，且多集中在碾磨品質(zhì)和外觀品質(zhì)。為探究緩控釋肥在不同環(huán)境下對品質(zhì)的影響，試驗采用包膜尿素（PCU）、腐殖酸包膜復(fù)合肥（HCF）和普通尿素（CK）作基肥，研究緩控釋肥在2個播期下一次性施用對水稻品質(zhì)的影響，進(jìn)一步評價緩控釋肥在實際稻田高溫情景下對淀粉理化性質(zhì)和稻米品質(zhì)的貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點和材料

試驗于2022年在湖北省荊州市長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗農(nóng)場（112.15°E，20.36°N）進(jìn)行。供試試驗品種為Y兩優(yōu)911（YLY911，雜交稻，生育期 112 d）、桃優(yōu)香占（TYXZ，雜交優(yōu)質(zhì)稻，生育期 113 d）。供試肥料：腐殖酸包膜緩釋肥（22-8-12），由湖北豐樂種業(yè)科技有限公司生產(chǎn)；樹脂包膜尿素（緩釋期3個月，含N 43%）、普通尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%）和氯化鉀（含K2O 60%），由金正大集團(tuán)生產(chǎn)。

1.2 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，播期為主區(qū)，肥料處理為副區(qū)。第1播期為5月15日（C1），第2播期為6月9日（C2）。3個肥料處理，分別為常規(guī)施肥（施氮量180 kg/hm2，CK）、施腐殖酸包膜緩釋肥（施氮量 180 kg/hm2，HCF）、施樹脂包膜摻混肥（施氮量 180 kg/hm2，PCU；樹脂包膜尿素氮、尿素氮質(zhì)量比為7 ∶3）。所有處理用過磷酸鈣和氯化鉀補(bǔ)充磷鉀肥，使磷鉀肥用量一致，磷肥施用量65.5 kg/hm2，鉀肥施用量98.2 kg/hm2。裂區(qū)試驗設(shè)計。小區(qū)面積為6 m2，重復(fù)3次。主副區(qū)由覆蓋薄膜的田壟組成，以防止肥料和水的滲漏，而副區(qū)設(shè)計沒有田壟。用常規(guī)方法在稻田中育苗，在4葉期前后人工移栽。移栽株距、行距分別為30、13 cm，每穴3株。

1.3 取樣

于抽穗期各小區(qū)選取同日抽穗、穗型大小一致的穗子約 30 個，掛上紙牌作標(biāo)記，成熟期將各小區(qū)標(biāo)記的穗摘取，按穗上枝梗部位取樣。供試品種的穗部劃分標(biāo)準(zhǔn)參照Liu等的辦法［32］。

1.4 稻米品質(zhì)

水稻收獲脫粒、曬干，室內(nèi)貯藏3個月后參照GB/T 17891—2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》中規(guī)定的方法測定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度等。

1.5 稻米淀粉糊化特性

按照美國谷物化學(xué)家協(xié)會 （AACC）規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)方法，采用快速黏度分析儀RVA-TecMaster快速測定稻米淀粉譜黏滯特性（RVA譜），運(yùn)用配套軟件進(jìn)行分析。 RVA譜特征值包括峰值黏度（PV）、熱漿黏度（TV）、最終黏度（FV）、崩解值（BD，峰值黏度-熱漿黏度）、消減值（SB，最終黏度-峰值黏度）、峰值黏度時間（PT）和起始糊化溫度（PaT）。

1.6 水稻直鏈淀粉含量的測定

將精米試樣混勻，取約10 g試樣，按NY/T 2639—2014《稻米直鏈淀粉的測定 分光光度法》測定直鏈淀粉含量。

1.7 稻米4種蛋白質(zhì)含量的測定

1.7.1 清蛋白含量的測定 稱取0.1 g米粉于 1.5 mL 離心管中，加1 mL蒸餾水，于搖床上振蕩提取2 h，然后在10 000 r/min條件下離心10 min，將上清液傾入10 mL刻度試管中，重復(fù)提取3次，合并提取液，加1 mL 0.1%考馬斯亮藍(lán)-G250比色液定容至10 mL，然后用UV-754分光光度計于 595 nm 處比色。另外，配制牛血清白蛋白標(biāo)準(zhǔn)溶液作工作曲線，從工作曲線上讀出清蛋白含量。

1.7.2 球蛋白含量的測定 在提取過清蛋白的米粉沉淀中加1 mL 5%氯化鈉溶液以提取球蛋白，其提取方法及測定方法與清蛋白含量的相同。

1.7.3 醇溶蛋白含量的測定 在提取過球蛋白的米粉沉淀中加1 mL 70%乙醇溶液，其提取方法及測定方法與清蛋白含量的相同。

1.7.4 谷蛋白含量的測定 在提取過醇溶蛋白的米粉沉淀中加1 mL 0.2%氫氧化鈉溶液，于搖床上振蕩提取2 h，然后在12 000 r/min條件下離心 10 min，將上清液傾入50 mL容量瓶中，重復(fù)提取3次，合并提取液并定容至50 mL，從定容液中吸取 3 mL 置于10 mL試管中，加1 mL 0.1%考馬斯亮 藍(lán)-G250 比色液定容至10 mL，然后用UV-754分光光度計于595 nm處比色。

1.8 數(shù)據(jù)處理

結(jié)果用Excel 2010、SPSS 21.0和Origin 2023進(jìn)行分析，用LSD法進(jìn)行顯著性分析（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象數(shù)據(jù)與水稻生長情況

由表1可知，2個品種在C1播期處理下，在8月8日齊穗；在C2播期處理下，分別在8月25日、8月27日齊穗。2012年度水稻栽培試驗期間經(jīng)歷的主要氣象條件為：在8月1—23日整體經(jīng)歷了一個長時間高溫（最高溫≥35 ℃）過程，在9月4—17日平均氣溫在26～28 ℃，其適宜的溫度有利于水稻灌漿（圖1）。水稻齊穗后氣溫條件統(tǒng)計結(jié)果顯示，水稻品種在2個播期水稻齊穗后的平均氣溫相差

4.61 ℃，最高氣溫平均相差3.82 ℃，最低氣溫平均相差4.87 ℃（表2）。第1播期C1為高溫播期，第2播期C2為常溫播期。

2.2 緩控釋肥和環(huán)境復(fù)合處理對水稻不同粒位稻米加工品質(zhì)的影響

由表3可知，播期、肥料處理和不同粒位對糙米率和精米率無顯著影響。播期對2個品種的整精米率影響極顯著，常溫播期C2的整精米率顯著大于高溫播期C1。肥料處理對2個品種的整精米率影響不顯著。不同粒位對桃優(yōu)香占的整精米率影響不顯著，對Y兩優(yōu)911有極顯著影響，表現(xiàn)為Y兩優(yōu)911上部粒位籽粒的整精米率顯著大于中、下穗粒位。

2.3 緩控釋肥和環(huán)境復(fù)合處理對水稻不同粒位稻米外觀品質(zhì)的影響

由表4可知，播期、肥料處理和粒位對堊白粒率影響極顯著，且播期對堊白粒率的影響相同，高溫播期C1的堊白粒率顯著大于常溫播期C2。肥料處理對各品種的堊白粒率影響不相同，Y兩優(yōu)911品種HCF處理的堊白粒率顯著大于CK處理，桃優(yōu)香占的PCU處理顯著大于其余2個處理。Y兩優(yōu)911 的上部的堊白粒率平均值顯著大于中、下部，桃優(yōu)香占中部的堊白粒率平均值顯著大于上部和下部。

播期、肥料處理和粒位對堊白度影響顯著或極顯著，高溫期C1的堊白度顯著大于常溫期C2，肥料處理對各品種的堊白度影響不相同，Y兩優(yōu)911的 HCF處理的堊白度平均值顯著大于CK和PCU處理，桃優(yōu)香占的PCU和CK處理的堊白度平均值顯著大于HCF處理。2個品種穗中部的堊白度平均值都顯著大于穗下部，Y兩優(yōu)911 上部的堊白度平均值與中部差異不顯著，桃優(yōu)香占中部的堊白度平均值顯著大于上部。

2.4 緩控釋肥和環(huán)境復(fù)合處理對水稻不同粒位稻米直鏈淀粉和儲藏蛋白含量的影響

由表5可知，播期對2個品種的直鏈淀粉、清蛋白和醇溶蛋白含量影響顯著或極顯著，2個品種的高溫播期C1的直鏈淀粉含量和醇溶蛋白含量顯著小于常溫播期C2，高溫播期C1的清蛋白含量顯著大于常溫播期C2。穗粒位對直鏈淀粉含量和各蛋白組分含量無顯著影響。

播期對2個品種的球蛋白和谷蛋白含量表現(xiàn)不一致，播期對Y兩優(yōu)911的球蛋白含量影響不顯著，對桃優(yōu)香占影響顯著。播期對Y兩優(yōu)911的谷蛋白含量影響顯著，對桃優(yōu)香占影響不顯著。不同肥料處理對2個品種的直鏈淀粉含量和各蛋白組分影響不一致。肥料處理對Y兩優(yōu)911 的直鏈淀粉、清蛋白和醇溶蛋白含量影響極顯著，對桃優(yōu)香占影響不顯著。Y兩優(yōu)911 HCF處理的直鏈淀粉含量平均值顯著大于CK和PCU處理，Y兩優(yōu)911品種HCF處理的清蛋白含量平均值顯著大于PCU和CK處理。Y兩優(yōu)911品種PCU和HCF處理的醇溶蛋白含量平均值顯著大于CK處理。播期和肥料處理對各品種清蛋白、球蛋白和醇溶蛋含量的交互影響顯著或極顯著。

2.5 緩控釋肥和環(huán)境復(fù)合處理對水稻不同粒位稻米RVA譜的影響

由表6可知，播期對峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值、消減值、糊化溫度和峰值時間的影響極顯著，且在峰值黏度、崩解值和糊化溫度都表現(xiàn)為高溫播期C1顯著大于常溫播期C2，在最終黏度、消減值和峰值時間表現(xiàn)為常溫播期C2顯著大于高溫播期C1。肥料處理對2個品種的峰值黏度和熱漿黏度無顯著影響，對2個品種的消減值影響顯著；肥料處理對其余RVA指標(biāo)表現(xiàn)不一致，對Y兩優(yōu)911的最終黏度、崩解值、糊化溫度和峰值時間無顯著影響，對桃優(yōu)香占影響顯著或極顯著。粒位對2個品種的最終黏度和糊化溫度無顯著影響，對崩解值、消減值和峰值時間影響極顯著，且都表現(xiàn)為穗上部的崩解值顯著大于穗下部，穗下部的消減值和峰值時間顯著大于穗上部。粒位對2個品種峰值黏度和熱漿黏度影響不一致，粒位對Y兩優(yōu)911的峰值黏度和桃優(yōu)香占的熱漿黏度影響顯著或極顯著。

2.6 緩控釋肥和環(huán)境復(fù)合處理下水稻不同粒位各品質(zhì)性狀相關(guān)關(guān)系

由圖2可知，糙米率BGR與精米率MGR呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與其余指標(biāo)相關(guān)關(guān)系不顯著。整精米率HGR與堊白粒率GCR、直鏈淀粉AC、球蛋白Globulin、醇溶蛋白Prolamin和谷蛋白含量Glutelin及RVA各參數(shù)都呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系。堊白粒率GCR與谷蛋白含量Glutelin和熱漿黏度TV無顯著相關(guān)關(guān)系，與其余指標(biāo)顯著或極顯著相關(guān)。堊白度GCD與糙米率BGR、精米率MGR、整精米率HGR、球蛋白含量Globulin和熱漿黏度TV無

顯著相關(guān)，與其余指標(biāo)顯著或極顯著相關(guān)。清蛋白含量Albumin與崩解值BD和糊化溫度PaT呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與最終黏度FV、消減值SB和峰值時間PT呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，堊白粒率GCR、堊白度GCD與RVA特征值的相關(guān)性和直鏈淀粉含量AC、醇溶蛋白含量Prolamin與RVA特征值的相關(guān)性表現(xiàn)相反。

3 討論

3.1 緩控釋氮肥和灌漿期高溫處理對碾米品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響

稻米的品質(zhì)性狀不僅取決于基因型，還取決于生長環(huán)境［2-3］。有研究表明，高溫年份品種間的整精米率變幅為4%～70%，堊白度變幅為1%～100%，表明稻米品質(zhì)的高溫耐性在品種間有巨大差異［33］。并且前人研究認(rèn)為影響水稻品質(zhì)的2個主要因素為灌漿期環(huán)境溫度和氮肥施用［10，12，21］。前人研究普遍認(rèn)為高溫誘導(dǎo)白堊粒的形成并降低外觀和碾磨質(zhì)量［4，34-35］。在灌漿期特別是抽穗后 20 d 內(nèi)的平均溫度高于27 ℃時堊白粒大量產(chǎn)生［36］。居靜等研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)氮肥相比較，施用包膜控釋氮肥對稻米糙米率、精米率、整精米率等加工品質(zhì)沒有明顯影響［37］；Wei等研究表明，與常

規(guī)分次施肥相比，樹脂包膜控釋肥和尿素配比一次性基施可以顯著降低稻米堊白粒率、堊白面積和堊白大?。?8］。與此相反，成臣等研究發(fā)現(xiàn)，施用緩控釋肥未能明顯提高稻米加工品質(zhì)，同時在一定程度上增加了稻米堊白粒率和堊白度［39］。

本試驗研究結(jié)果顯示，播期和肥料處理對不同粒位的糙米率和精米率影響不顯著，對堊白粒率和堊白度影響顯著。這與前人研究堊白性狀比碾磨品質(zhì)更容易受到高溫和其他環(huán)境逆境的影響［3，40］表現(xiàn)一致。通過研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高溫播期C1處理下2品種的堊白粒率和堊白度顯著增加，2期之間的堊白粒率平均值相差7.5%及以上，遠(yuǎn)高于肥料對堊白的影響，這與前人研究高溫處理對白堊發(fā)生的影響比不同氮處理對堊白粒發(fā)生的影響更大［41］表現(xiàn)一致。且高溫播期下，HCF肥料處理比普通肥料CK顯著增加了Y兩優(yōu)911的堊白粒率和堊白度，與成臣等的研究結(jié)論［39］一致。高溫播期C1處理下所有品種穗中部的堊白度平均值都顯著大于穗下部。

3.2 緩控釋氮肥和灌漿期高溫處理對直鏈淀粉含量和各貯藏蛋白的影響

淀粉是米粉最主要的成分，前人研究表明，灌漿期高溫脅迫顯著影響水稻直鏈淀粉和支鏈淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)［42］。直鏈淀粉含量和貯藏蛋白質(zhì)含量較低和中等的品種適口性好［43-44］，較高的籽粒蛋白質(zhì)濃度抑制了淀粉消化率，阻礙了蒸煮早期的水分吸收［44-45］，使食味品質(zhì)下降。醇溶蛋白很難被人體消化，而且還增加了煮熟米飯的硬度［46］。谷物中心堊白區(qū)域發(fā)現(xiàn)了明顯較低濃度的醇溶蛋白［47］，與前文高溫增加了堊白一致。本研究表明，高溫播期顯著增加了清蛋白含量，顯著降低了直鏈淀粉含量和醇溶蛋白含量，高溫對秈稻大米的適口性并未造成負(fù)面影響。不同肥料處理對直鏈淀粉和蛋白的影響因品種不一致。粒位對直鏈淀粉和蛋白組分無顯著影響。

3.3 緩控釋氮肥和灌漿期高溫處理對淀粉糊化特性的影響

RVA譜特征值在不同環(huán)境和栽培條件下均有一定的差異［48-49］。大米的高食用品質(zhì)一般表現(xiàn)為峰值黏度和崩解值高，消減值低，口感值高［50-51］。本研究表明，高溫使米粉的峰值黏度和崩解值升高，消減值降低，與對直鏈淀粉和蛋白含量的影響一致，即高溫對秈稻大米的適口性并未造成負(fù)面影響。此結(jié)果與Siddik等的研究結(jié)論［52］一致，即高溫導(dǎo)致糊化溫度和峰值黏度升高。不同緩控釋肥處理對峰值黏度和熱漿黏度無顯著影響，對消減值影響顯著，因品種不同影響不一致。高溫下穗上中部的崩解較大、消減值較小，蒸煮食味品質(zhì)較好，這與李武等的研究結(jié)果［53］一致。

3.4 稻米RVA譜與各稻米品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系

前人研究表明，直鏈淀粉含量與PT、BD、PaT、SB和FV呈極顯著相關(guān)［54］，本研究與前人研究一致。此外，Baxter等研究證明，水不溶性儲存蛋白降低了大部分RVA的黏度，而水溶性白蛋白具有相反的效果［55］本研究表明整精米率與峰值黏度、崩解值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與前人研究提高碾米品質(zhì)的同時不利于食味品質(zhì)的提升［53］一致。

4 結(jié)論

高溫脅迫、緩控釋肥及其交互作用對2個水稻品種的籽粒堊白有顯著或極顯著影響，播期對直鏈淀粉、清蛋白、醇溶蛋白和RVA特征值有顯著或極顯著影響，緩控釋肥處理度、直鏈淀粉、貯藏蛋白含量和RVA特征值有顯著或極顯著影響。播期和肥料處理交互作用對清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、崩解值有顯著或極顯著影響，粒位對堊白、崩解值、消減值和峰值時間有極顯著影響。相比之下，播期處理對淀粉理化性質(zhì)的影響大于不同緩控釋肥處理。不同緩控釋肥處理對高溫下不同品種堊白發(fā)生的影響不一致，腐殖酸包膜緩釋肥加重了高溫下Y兩優(yōu)911的堊白，降低了桃優(yōu)的堊白。但肥料處理在高溫下對稻米食味品質(zhì)影響總體不顯著。

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