不同農藝措施對蘇香粳3號中2—乙酰—1—吡咯啉2—AP含量的影響

張麗+朱勇良+葉亞新+謝裕林+胡翠英+程宏英+金琎+喬中英+李慶魁

摘要： 香稻蘇香粳3號因其具有天然濃郁的香味深受消費者歡迎，采取適當的農藝措施保持或者提高該品種的香味具有重要作用。以蘇香粳3號為試驗材料，研究播種期、收獲期、生長調節劑（鋅及含鋅微肥）和加工過程中的白度調節等不同農藝措施對蘇香粳3號中2-AP含量的影響，結果表明：LSE-1、硫酸鋅和稀土鈰3種生長調節劑均能顯著提高2-AP的含量，其中LSE-1效果最好。采用直播方式種植的香稻中2-AP含量高于機栽和人工移栽的，精米機白度調節3檔或者3.5檔的香稻中2-AP含量顯著高于其他處理。5月底到6月初播種處理的蘇香粳3號中 2-AP含量顯著高于其他時期播種的處理，綜合香味保持和實際生產2個因素考慮，最佳的播種期為5月25—30日，最佳收獲期在9月25日前后，但不能過10月，否則香味損失嚴重。本研究為制定蘇香粳3號的適宜保香栽培方法，以及該品種的推廣種植和優質栽培提供了理論依據和技術指導。

關鍵詞： 農藝措施；蘇香粳3號；2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）；含量

中圖分類號： S511.2+20.4 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）03-0078-04

隨著生活水平的不斷提高，消費者對稻米品質的要求也越來越高，香稻因具有優良的香味品質，為人們所喜愛。香型水稻谷粒中含有300多種揮發性化合物，研究發現香味化合物2-乙酰-1-吡咯啉（2-acetyl-1-pyrroline，簡稱2-AP）是香稻香味特征化合物和主要香氣貢獻物[1]。因此，香稻中2-AP含量成為水稻科技工作者研究香型水稻育種和栽培的熱點。

2-AP的形成與積累除了受遺傳因素影響外，還與環境條件、氣候、海拔高度、施肥、收獲時期、加工精度等密切相關[2]。研究表明，基肥施鋅肥[3-5]、基肥施鑭肥[6-7]、生育期使用香稻增香劑[8-9]和干旱脅迫[10-12]均能顯著增加香稻的香氣含量。另外，香稻在生長過程中，成熟時期的低溫有利于香稻快速形成香氣，而加工過度會造成香氣的減弱[13]。

蘇香粳3號是江蘇太湖地區農科所經過近5年10代的篩選，成功培育出的低直鏈淀粉、早熟型香粳新品種，因其具有天然的香味，深受消費者歡迎，在前期的推廣試驗中展示出了較好的生產應用潛能和產業化開發前景[14]。筆者所在項目組前期建立了利用GC-MS檢測大米中2-AP含量的檢測方法，為本研究奠定了基礎[15]。本試驗以蘇香粳3號為試驗材料，歷時3年對播種期、收獲期、生長調節劑（鋅及含鋅微肥）和加工過程中的白度調節等方面進行研究，探討不同農藝措施對蘇香粳3號中2-AP含量的影響，摸索和制定蘇香粳3號的適宜保香栽培方法，為蘇香粳3號優良特色品種的推廣種植和優質栽培提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 材料

參試品種蘇香粳3號由江蘇太湖地區農科所選育和提供。除試驗處理外，其他栽培管理和條件控制均一致。

液體鋅和LSE-1（一種含鋅螯合多元復合液體微肥），由蘇州聯勝化工有限公司提供，其中LSE-1的質量指標為：Cu：1.50%、Fe：4.00%、MgO：9.00%、Mn：4.00%、Zn：1.50%、B：0.50%、Mo：0.10%、Co：0.05%。硫酸鋅（ZnSO4·7H2O）市售化學純，稀土鈰自配，由蘇州科技大學提供，日本石撥精米機NXP-55由金子農機（無錫）有限公司提供。試驗選用商品化100 μm聚二甲基硅氧烷 （PDMS） SPME萃取纖維頭。厭氧管，規格16 mm（外徑）×160 mm（長度），購于中國海門市華凱實驗玻璃儀器公司；2-AP購自上海默達醫藥科技有限公司；SPME試驗用的混合標準溶液均用水稀釋至所需濃度；試驗用水為經 Milli-Q 純水器 （MILLIPORE公司，Bedford，MA，USA） 凈化的超純水；5.00%Nafion與25%PDDAC溶液購自Aldrich 公司 （Milwaukee，WI，USA）。

1.2 方法

1.2.1 農藝措施處理 分別對蘇香粳3號進行以下農藝措施處理，其他田間管理均一致。不同產地的農藝措施按照產地栽培習慣。（1）生長調節劑：清水（CK）、螯合微量元素營養肥LSE-1、硫酸鋅、稀土鈰；（2）不同播種期：5月15日、5月22日、5月30日、6月2日、6月10日和7月2日；（3）不同收獲期：9月14日、9月18日、9月24日、9月28日、10月5日、10月15日、10月25日、10月31日和11月12日；（4）不同播種方式：直播、機栽、人工移栽；（5）不同產地：相城區、吳中區、昆山市、張家港市、太倉市、常熟市；（6）精米機白度調節：采用日本石撥精米機NXP-55（由金子農機提供）手工調節，白度調節1檔、2檔、3檔、3.5檔和6檔。

試驗設計和實施：鋅元素和含鋅營養元素配施，采用葉面噴施，施用時間為齊穗期。噴施濃度以含鋅計為0.2%，30 mg/L 稀土鈰100倍液，噴施量37.5 mL/m2，所有試驗都以噴施清水為對照。3次重復，隨機區組排列，小區面積 13.3 m2。葉面噴施由專門的技術工人負責，以保障噴施均勻一致。 播種期和收獲期處理在江蘇太湖地區農科所本部實施，生產水平相對一致；栽培方式處理采用相近的播種期，選取地力均勻的田塊；不同產地的樣本獲取力求要有較好的地域代表性。

1.2.2 香氣物質2-AP含量的測定 （1）PDDAC萃取頭的制備：試驗采用自制的 SPME 手柄。將普通點樣毛細管分別用丙酮、乙醇以及二次去離子水依次超聲清洗后自然晾干，待用。 各取5.00%Nafion 溶液200 μL 和 0.50%的PDDAC溶液200 μL分別置于微量離心管中。將毛細管插入Nafion 溶液中浸泡2 min，取出自然晾干后，插入PDDAC溶液中浸泡 2 min，取出自然晾干，并重復上述操作，制得PDDAC-SPME涂層。使用前，將PDDAC-SPME萃取頭在260 ℃老化，至無雜質峰出現。（2）樣品預處理：稱取3 g大米粉于20 mL 厭氧管中，加入2 mL無水乙醇作為提取試劑，加入2 ng 2-AP標準品（先將標準品配成0.2 μg/mL的母液，向厭氧管中加入10 μL 母液，此時2-AP的濃度為1 ng/mL），靜置10 min，管口塞緊密封，插入實驗室自制的SPME萃取頭，于80 ℃水浴萃取30 min。萃取完成后，取出萃取頭，插入GC進樣口，解吸8 min 后進行測定分析。（3）GC-MS檢測：GC-112A 型氣相色譜儀 （配FID 檢測器），SE-30毛細管柱 （30 m×0.25 mm×0.25 μm），進樣口溫度：260 ℃，檢測器溫度：300 ℃，載氣和尾吹氣：高純氮 （含量≥99.999%），總流量19.5 mL/min，尾吹流量：60 mL/min，柱溫程序：140 ℃（恒溫2 min） →7 ℃/min升溫至240 ℃（恒溫2 min） →10 ℃/min升溫至260℃ （恒溫2 min）。固相微萃取時間：30 min，進樣口解吸時間：8 min。（4）測試樣本和2-AP含量計算：除精米機白度調節試驗外，2-AP測試樣本均為蘇香粳3號稻谷使用高速萬能粉碎機（天津泰斯特FW100型），定時（60 s）定量（100 g）粉碎的全谷粉。2-AP含量利用標準曲線，計算響應面積對應的2-AP含量，減去加入的標準品量，得到實際米粉中2-AP的含量。

1.3 數據處理

采用Excel 2003和SPSS 18.0軟件對數據結果進行統計處理及顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 生長調節劑對蘇香粳3號2-AP含量的影響

表1表明，在齊穗期噴施3種不同類型的生長調節劑，對蘇香粳3號收獲期2-AP含量有顯著影響，3種生長調節劑與對照（清水）之間的差異達到顯著水平（P<0.05）。與對照相比，生長期噴施LSE-1、硫酸鋅、稀土鈰分別提高了2-AP含量15.05%、13.46%和4.51%。其中，噴施LSE-1對蘇香粳3號2-AP含量提高效果最好，施用效果次序為LSE-1>硫酸鋅>稀土鈰。

2.2 不同播種期和收獲期對蘇香粳3號2-AP含量的影響

2012年的試驗（圖1）表明，在不同時期播種、收獲，對蘇香粳3號2-AP含量的影響較大。5月30日播種的蘇香粳3號中2-AP含量顯著高于其他時期播種的（P<0.05），5月15日播種和6月10日播種對蘇香粳3號中2-AP含量的影響不顯著（P>0.05）。2-AP含量隨著播種期的變化呈現先增加后降低的趨勢，5月30日之前播種，2-AP含量較低，在5月30日播種，2-AP的含量達到峰值，如果播種期再延后，則香味物質2-AP含量逐漸下降。2013年的試驗結果總體趨勢與2012年是一致的（圖2），蘇香粳3號在5月22日到6月2日之間播種對2-AP的含量影響不大，二者之間差異不顯著（P>0.05），但是如果在5月15日播種，則含量較低。由此看出，適當的播種期對于保持或者提高蘇香粳3號的香味非常重要，過早或者過晚播種均會造成香味損失。

本試驗表明，適時收獲對蘇香粳3號的香味保持也同樣重要。如圖1和圖2所示，蘇香粳3號中2-AP的含量隨著收獲期的延遲呈現先增加后下降的趨勢，在9月25日前后進行采收，可以保持最好的香味品質，采收期提前到9月中旬，香味會稍有損失，若延遲到10月1日之后進行采收，2-AP的含量逐漸下降。

2.3 不同播種方式對蘇香粳3號2-AP含量的影響

不同播種方式對蘇香粳3號2-AP含量的影響如圖3所示，機栽和人工移栽2種方式間無顯著差異（P>0.05），但是直播方式2-AP含量顯著高于機栽和人工移栽，因此，直播方式能更好地保持蘇香粳3號中的香味物質2-AP的含量。

2.4 蘇州地區不同產地對蘇香粳3號2-AP含量的影響

在不同產地對蘇香粳3號收獲期2-AP含量的影響如表2所示。本試驗結果表明在緯度相對較高的常熟、張家港、相城產地的2-AP含量較高，三者之間差異不顯著（P>0.05），其次是太倉市和吳中區，相對來說，在本試驗中表現含量較低的是昆山市。

2.5 精米機白度調節對蘇香粳3號2-AP含量的影響

本試驗表明，精米機白度調節對蘇香粳3號大米中2-AP含量的影響較大（圖4）。隨著白度檔數的增加，2-AP含量呈現先增加后下降的趨勢，1檔到3檔，2-AP含量逐漸增加，3.5檔時2-AP出現峰值，隨后2-AP含量下降，2013年的試驗結果與2012年總體趨勢一致。因此，在加工過程中，為更好地保持蘇香粳3號中的香味物質，精米機白度調節適宜在3～3.5檔白度。

3 討論

3.1 生長調節劑對蘇香粳3號2-AP含量的影響

本試驗在蘇香粳3號齊穗期噴施LSE-1、硫酸鋅和稀土鈰，這3種生長調節劑均能顯著提高2-AP的含量。已有研究表明脯氨酸是2-AP的主要前體物質，含鋅肥料能夠能促進香稻灌漿前、中期劍葉的脯氨酸含量增加，促進運輸到籽粒中脯氨酸含量的提高，從而有利于香稻香氣含量提高[6]。稀土鈰作為鑭系元素之一，在有機體中含量很少，但對生命活動具有重要的調節作用，稀土微肥對農作物有明顯的增產提質效果[16]。肖迪等已經證明氯化鑭處理提高了培雜軟香水稻齊穗后籽粒脯氨酸氧化酶的活性，從而使得籽粒中的脯氨酸能更加有效快速地轉化為香氣物質、增加糙米的香氣含量[17]。2012—2014年3年試驗表明噴施LSE-1的效果最好。LSE-1是一種EDTA螯合微量元素的復合肥，含有Cu、Fe、Mg、Mn、Zn、B、Mo、Co等多種微量元素。鄭傳剛研究表明在土壤中補充錳、銅、鋅、鉬等微量元素能協調平衡土壤中的養分，形成適應香稻優質生產良好的土壤環境，從而能提高香稻米品質[18]。本研究中LSE-1顯著提高了蘇香粳3號中2-AP 的含量，除了有鋅肥的作用外，其他微量元素的相互協調作用促進了香稻全面吸收土壤中的營養成分，有利于香氣前體物質的合成，從而更好地提高了蘇香粳3號中2-AP的含量。

3.2 播種期和收獲期對蘇香粳3號2-AP含量的影響

筆者所在項目組前期研究表明，為保證蘇香粳3號的產量，正常播種期在5月中下旬，因為該品種屬于中熟中粳品種，推遲播種會造成水稻營養生長期縮短，生育期內的有效積溫下降，溫光條件不足，進而導致有效穗、每穗粒數、結實率和千粒質量呈不同程度的下降[19]。本研究通過2012年和2013年試驗表明，5月底到6月初播種處理的蘇香粳3號中2-AP含量顯著高于其他時期播種的處理，過早或者過晚播種均會造成香味損失。不同播期的水稻由于生育進程不同，對溫光資源的利用情況發生改變，導致產量的差異，稻米香氣的含量也存在差異，推遲播種會使抽穗期延后，影響籽粒的灌漿速度和時間，造成籽粒充實度差，實粒數減少[20]。研究表明不同品種的香稻對不同氣候因子的響應不完全一致，播種期對香稻籽粒游離脯氨酸的影響也呈品種差異，2-AP含量與光照時數呈顯著負相關，表明在一定的范圍內較少的光照時數有利于香稻2-AP的合成[20]。對于蘇香粳3號而言，綜合產量和香味保持2個因素考慮，最佳的播種期為5月25—30日。

本試驗研究表明，蘇香粳3號的最佳收獲期在9月25日前后，但不能過10月，否則香味損失嚴重。已有研究表明，收獲越遲，香氣越弱，因此要提高香米的香氣強度，應當提早1周進行收割[2]，對于蘇香粳3號而言，籽粒在90%～95%黃熟時應及時組織收獲，避免在高溫環境下干燥過度導致香氣過多散發[21]。

3.3 不同播種方式對蘇香粳3號2-AP含量的影響

已有研究表明不同播種方式因水稻生長發育、氮素利用、根系生長等不同會影響水稻產量。不同栽培方式水稻經濟產量與干物質積累總量和抽穗后干物質積累量均呈極顯著正相關，其中手栽和拋秧方式水稻抽穗到灌漿期干物質積累速度最快[22]。李杰等研究表明不同栽培方式會造成水稻生育進程不同，對溫度、光照的利用情況也不盡相同，因此造成產量的差異[23]。但是播種方式對香稻香味物質的影響卻缺乏研究，本試驗中直播方式的香稻2-AP含量顯著高于機栽和人工移栽，推測原因主要是直播是在稻田里撒上種子之后沒有移植的過程，讓水稻單純地在稻田里生長直至成熟，這樣從播種到拔節營養期可以更有效地吸收土壤中的養分，而且直播稻分蘗早，節位低，早發優勢明顯，有利于營養物質向香味物質的轉化。機栽或者移栽容易造成植傷較重，緩苗期延長，莖蘗動態發展大起大落，返青后分蘗集中，無效分蘗較多，影響了營養物質從葉片向籽粒運輸，進而影響了籽粒中香味物質的合成。

3.4 蘇州地區不同產地對蘇香粳3號2-AP含量的影響

香稻中2-AP的形成與積累除了受遺傳控制外，還受氣候因子、生態環境和栽培措施等外界因素的影響，氣候因子中溫度和光照是影響產量和品質形成的重要因子。區域溫度和光照及其季節性變化制約著水稻的生育過程，從而影響著水稻的產量和香味[24]。研究表明，香稻在生長過程中，成熟時期的低溫有利于香稻快速形成香氣[25]。除此之外，成熟期的相對濕度與香氣含量呈現正相關，即平均最高溫和光照時數增加會降低稻米的香氣含量，而降水量升高有利于香氣含量的提高[26]。本試驗中，常熟、張家港地區的香稻中2-AP含量顯著高于其他地區，這與前人的研究結果一致，分析原因可能是香稻生長期環境溫度或者相對濕度影響了2-AP合成的重要酶，如脯氨酸氧化酶或者脯氨酸脫氫酶的合成、表達或者酶活性，從而導致2-AP的含量差異，詳細機理還有待進一步研究。

3.5 加工過程中的精米白度對蘇香粳3號2-AP含量的影響

已有研究表明，香稻中香味物質的含量隨碾磨程度的提高而遞減，糙米中的香氣物質含量遠高于精米，稻米的外表層對稻米的香味起重要作用[2]。對于香稻中的特征性香氣物質2-AP而言，其累積階段主要集中在水稻生長后期，即籽粒灌漿期，因此籽粒中90%以上的2-AP分布于精米中[13]。本試驗采用日本石撥精米機對蘇香粳3號進行加工，手動調節精米機白度，發現1檔、2檔加工得到的稻米2-AP的含量較低，3檔或者3.5檔加工的稻米2-AP含量較高，分析原因可能是檔數較低時，對稻米殼層的破壞程度低，穎殼殘留較多，穎殼中的2-AP含量很低；而3檔或者3.5檔加工，清除了稻殼，又較好地保護了稻米表層部分的糊粉層，因此2-AP含量測定值較高；6檔加工，徹底破壞了大米的糊粉層，造成了精米中2-AP含量顯著下降，因此，為了更大程度獲得蘇香粳3號稻米的香味，綜合考慮出糙率和居民食用習慣，精米機白度可以控制在3檔到3.5檔。

4 結論

本試驗以蘇香粳3號為試驗材料，研究播種期、收獲期、生長調節劑和加工過程中的白度調節等不同農藝措施對蘇香粳3號中2-AP含量的影響，結果表明：LSE-1、硫酸鋅和稀土鈰3種生長調節劑均能顯著提高2-AP的含量，其中LSE-1效果最好。采用直播方式種植的香稻中2-AP含量高于機栽和人工移栽，精米機白度調節3檔或者3.5檔的香稻中2-AP含量顯著高于其他處理。5月底到6月初播種處理的蘇香粳3號中2-AP含量顯著高于其他時期播種的處理，綜合香味保持和產量效益2個因素考慮，如采用機械化移栽，最佳的播種期可選擇為5月25—30日。如采用人工移栽，正常年景的常規播種期5月20日左右，其最佳收獲期在9月25日前后，但不能過10月，否則香味損失嚴重。本研究為摸索和制定蘇香粳3號的適宜保香栽培方法，以及該品種的推廣種植和優質栽培提供了理論依據和技術指導。

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