日本寒冷地帶北海道大米蛋白質和直鏈淀粉含量的年度與地區間差異及其影響因素

丹野 久

（北海道農產協會，日本 北海道札幌，060-0004）

一般認為大米中蛋白質含量越低，同樣直鏈淀粉含量越低，米飯的食味就越好[1-3]（圖1）。但是，大米的這兩個指標含量在年度之間有很大差異（圖2），因此，日本北海道生產的大米，其食味在蛋白質或直鏈淀粉含量升高的年份而大幅度下降（圖3）。此外，研究顯示，大米中蛋白質含量的種植地區間差異也很大[5]。

圖1 大米的直鏈淀粉和蛋白質的含量與食味綜合評價之間的關系[1]

圖2 大米蛋白質和直鏈淀粉含量的全北海道均值的年度變化

圖3 東北以南生產的優質大米品種與北海道生產的大米品種之間食味綜合評價值、蛋白質和直鏈淀粉含量的年度差異[4]

為了實現北海道大米的食味優良和穩定，必須分析蛋白質和直鏈淀粉含量的年度及地區間差異的幅度及其產生原因，為此選擇優良食味大米栽培技術[6-7]及種植品種[8-9]很重要。本研究首先闡明了北海道生產的大米，在過去 16年間和 15個地區之間蛋白質和直鏈淀粉含量的年度和地區差異，進行了比較分析。接著，從與水稻的栽培時期和不同生長階段的氣溫、生長發育特性以及土壤類型等的關系闡述了其發生原因。最后分析了水稻初期生長發育不同的種植土壤和地區的差異對大米蛋白質含量及其年度差異的影響。

1 北海道大米的蛋白質和直鏈淀粉含量在年度間、地區間的差異及分析

北海道大米蛋白質含量在 1991—2006年的16年間，變化范圍 7.2%～8.6%，有 1.4%的差異（表1），直鏈淀粉含量在相同年度間變化范圍是18.3%～22.2%，存在3.9%的差異。在整個北海道15個水稻種植地區之間，大米蛋白質含量變化范圍是7.2%～8.2%，相差1.0%，而直鏈淀粉含量變化范圍是19.8%～21.2%，相差1.4%。也就是說，年度之間的差異與地區之間差異相比較，對蛋白質含量高達1.4倍，對直鏈淀粉含量高達2.8倍，蛋白質和直鏈淀粉含量年度間的標準偏差也很大，分別是地區間的標準偏差的1.5和3.2倍，尤其是直鏈淀粉含量的標準偏差更大。

圖 4～5顯示了大米蛋白質和直鏈淀粉含量的年度間和地區間變化。在它們的平均值與標準偏差之間的關系中，在年度間，蛋白質含量的平均值越高，標準偏差就越大，呈現了一定的相關關系。直鏈淀粉含量在年度之間平均值變化雖然很大，但是標準偏差的差異不大，僅為0.43%～0.76%，平均值與標準偏差之間沒有一定的相關關系。

表1 一定試驗年度和地區的水稻種植期間和各生長階段的氣溫、生長發育特性及大米蛋白質含量、直鏈淀粉含量的統計結果[5]

圖4 不同年度的大米蛋白質和直鏈淀粉含量的分布

圖5 年度間和地區間大米蛋白和直鏈淀粉的含量的平均值與其標準差之間的關系[5]

如上所述，大米蛋白質和直鏈淀粉含量在年度和地區之間均有很大的差異，并且前者比后者更大。特別是在蛋白質含量高的年份，其地區間的標準偏差也變大，會成為銷售、流通方面的重大問題。

2 水稻不同種植期間、生長階段的氣溫及生長特性的年度間與種植地區間的差異比較

水稻種植期間的5～7月和8～9月日均累計氣溫，其年度間（15個地區的均值）最大值和最小值的差，是各種植地區間（16個年度的均值）的2.0倍，標準偏差也是年度間比地區間大1.9～ 2.5倍（表1）。

分蘗期（6月份）的平均氣溫，抽穗前24天開始的30天期間即障礙型冷害危險期（以下稱障礙危險期）的平均氣溫，抽穗后40天期間的日均累計氣溫（以下稱為成熟期氣溫），以及抽穗后40天期間的日溫差累計氣溫（以下稱為成熟期日溫差氣溫），其年度間差異與地區間相比，以及年度間標準偏差與地區間相比，除去幾乎相同的成熟期日溫差累計氣溫外，分別有 1.9～4.2倍及2.0～4.3倍的很大差異（表1）。

在生長發育特性方面，每 0.1公頃的糙米產量年度間的分布在 205～576 kg之間，大小相差371 kg，標準偏差為99 kg，比地區間大1.8～1.9倍。在抽穗期、不結實率和千粒重的生長發育特性方面，年度間的差異與地區間差異相比，還有年度間的標準偏差與地域間標準偏差相比，分別大1.6～4.4、1.4～3.2倍（表1）。

如上所述，水稻種植期間的平均氣溫年度間差異比地區間差異大，而不同生長階段的平均氣溫也同樣存在較大的年度間差異。因此，可以認為水稻的糙米產量等生長發育特性指標的年度間差異比地區間差異大，從而蛋白質和直鏈淀粉含量也是年度間差異較大。

3 大米蛋白質含量的年度間及地區間差異的產生原因

在不同年度之間，抽穗期越早，障礙危險期的平均氣溫越高，不結實率越低[10]，千粒重越高[11-13]，糙米產量越高，蛋白質含量就越低（表2，圖 6～8）。另外，成熟期氣溫在年度間最低為843 ℃，比這個氣溫高[14-15]或低[16]時蛋白質含量增高，兩者之間的關系可通過二次回歸方程表示（圖9）。而另一方面，在不同地區之間，沒有發現在不同生長階段的平均氣溫及生長發育特性與蛋白質含量之間有相關關系。

表2 年度間和地區間大米蛋白質和直鏈淀粉的含量、糙米產量與生長發育特性、各生長階段氣溫之間的相關系數[5]

圖6 年度間和地區間的不結實率與大米蛋白質含量之間的關系[5]

圖7 年度間和地區間的千粒重與大米蛋白質含量之間的關系[5]

圖8 年度間和地區間的糙米產量與大米蛋白質含量之間的關系[5]

在不同地區的土壤類型中，泥炭土比率越低，褐色低地土和灰色低地土比率越高的地區，蛋白質含量越低（圖 10）。這些關系的決定系數中，分布幅度 0%～42%為最寬的泥炭土比率的決定系數最大，影響度很高[17-19]。

圖9 年度和地區間抽穗后40天期間的日平均累計氣溫與大米蛋白質含量之間的關系[5]

圖10 地區間的土壤類型比率與大米蛋白質含量之間的關系[5]

另外，在分孽期的平均風速和大米蛋白質含量之間，年度間沒有一定的相關性，而在地區間具有風速越小，蛋白質含量則有越低的傾向（圖11）。考慮原因是風速越小，水稻初期生長發育越好，蛋白質含量就越低。此外，泥炭土比例低的地區，風速也有變小的的傾向（r=0.578*，n=15）。

如上所述，在年度間，抽穗越早，障礙危險期因高溫導致的不結實率越低，千粒重越重、越豐收，蛋白質含量越低，與成熟期氣溫有著在843 ℃為最低的二次回歸方程的關系。但在地區間，與這些因素則沒有一定的相關關系。另外，在地區間，泥炭土比率越低，分孽期風速越小，大米蛋白質含量越低。

圖11 年度與地區間分蘗期的風速與大米蛋白質含量之間的關系[5]

4 初期生長發育情況不同的土壤和地區差異對于大米蛋白質含量和年度間差異形成因素之間關系的影響

在北海道的中央北部和南部地區，由于是水稻生長初期風速小，土壤氮素可吸態轉化速度大的褐色低地土（干田），水稻初期生長旺盛[20]（表3）。在這些地區，每平方米的結實稻谷籽粒數量越多，并且在中央北部的籽粒全重、南部的千粒重越重越豐收，蛋白質含量就越低[16]（表 4，圖12～ 13）。

與此相對，中央南部地區由于是生長初期風速大、土壤氮素可吸態轉化速度小的灰黏土（濕田），初期生長較差[20]（表 3）。在該地區，大米蛋白質含量和每平方米的稻谷數量，籽粒全重和糙米產量之間沒有明確的關系，而千粒重則相反，千粒重越重，蛋白質含量越高（表4，圖12～13）。

在蛋白質和成熟期氣溫的關系中，初期生長良好的北海道中央北部和南部，除去因為不結實率高達30%以上而大米高蛋白的數據，可以看到在 835～840 ℃時為最低值的二次回歸關系。另外，在初期生長較差的中央南部，除去特別是在成熟后期由于土壤氮吸收較多而被推測為高蛋白的年度數據之外，同樣觀察到了在832 ℃時為最低值的二次回歸關系。（圖14）。

綜上所述，在水稻初期生長不良的土壤和地區，土壤中的氮在生長前期沒有被充分吸收，或者由于在氣溫變高的夏季容易進行氮可吸態轉化，因此在成熟期，導致水稻的氮吸收也比較多。特別是到成熟期后期為止，由于土壤中水分多且高溫，水稻作物還沒有老化等從而導致光合作用條件良好的情況下，同時土壤中的氮吸收也較多。其結果是，即使豐收也不會產生大米低蛋白化，或者是千粒重變重的同時大米高蛋白化等，與前述的在北海道水稻栽培全區域以及，在初期生長發育良好的土壤和地區發現大米蛋白質含量與水稻生長發育特性之間的關系不同。

表3 初期生長發育情況不同的土壤和地區的栽培特性比較[16,20]

表4 初期生長發育情況不同的土壤、地區的年度間大米蛋白含量與生長特性之間的相關系數[16]

圖12 水稻初期生長發育情況不同的土壤和地區的年度間千粒重與大米蛋白質含量之間的關系[16]

圖13 初期生長發育情況不同的土壤和地區的年度間精糙米產量與大米蛋白質含量之間的關系[16]

圖14 初期生長發育情況不同的土壤、地區的年度間抽穗后40天期間的日均累計氣溫與大米蛋白質含量之間的關系[16]（去除了不結實率30%以上和成熟后期土壤氮吸收量多的數據）

5 大米直鏈淀粉含量的年度與地區間差異的形成原因

大米中直鏈淀粉含量在年度和地區之間，都是在水稻成熟氣溫越高，含量就越低（表 2，圖15）。雖然地區之間大米直鏈淀粉含量也有差異，但分蘗期的平均氣溫越高（年度間r=–0.637**，n=16，地區間r=–0.786**，n=15，以下相同），障礙危險期的平均氣溫越高（r=–0.721**，r=0.427ns），抽穗期越早，而抽穗期越早，成熟氣溫越有升高的傾向[21]（r=–0703**，r=–0415ns）。由于抽穗期的促進效果，除去地區之間分蘗期的平均氣溫，在年度間和地區間，都是分蘗期和障礙危險期的平均氣溫越高，越容易形成低的大米直鏈淀粉含量（表2）。

圖15 年度間及地區間抽穗后40天期間的日均累計氣溫與直鏈淀粉含量之間的關系[5]

此外，直鏈淀粉含量在地區之間隨著成熟期日溫差累計氣溫的降低而降低[2]（圖16）。還有，離海距離越近，緯度（北緯）越低，越容易形成低的大米直鏈淀粉含量（圖 17）。但是，離海距離和緯度與成熟氣溫之間，都未發現有一定的相關關系（表5）。由此，考慮離海距離和緯度與直鏈淀粉之間形成的關系是由于離海距離越近，成熟期日溫差累計氣溫越低造成的。并且在北海道緯度越低的水稻種植地區，大多離海距離越近，從而也就造成緯度越低，日溫差累計氣溫就越低[23]（表5）。

圖16 年度間及地區間抽穗后40天期間的日溫差累計氣溫與直鏈淀粉含量之間的關系[22]

圖17 地區之間離海距離及緯度（北緯）與直鏈淀粉含量之間的關系[22]

如上所述，大米直鏈淀粉含量在年度和地區都是成熟氣溫越高，其含量越低。另一方面，在地區之間，緯度越低，離海距離越近，成熟期日溫差累計氣溫越低，則大米直鏈淀粉含量越低。

備注：

1. 參考文獻中，除注明國家的期刊外，其余均為日語期刊。

2. 本文的彩色圖表可從本刊官網（http://lyspkj.ijournal.cn/ch/index.axpx）、中國知網、萬方、維普、超星等數據庫下載獲取。