結(jié)實期動態(tài)高溫和干旱對軟米粳稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

余恩唯 夏陳鈺 叢舒敏 薛建濤 胡雅杰

（揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院/江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚州 225009；第一作者：enweiyu@outlook.com；*通訊作者：huyajie@yzu.edu.cn）

優(yōu)良食味粳稻是指稻米直鏈淀粉含量在2%～15%之間的一類水稻[1]，亦稱軟米粳稻，因其香軟彈韌的風(fēng)味口感，受到大眾的喜愛。隨著軟米粳稻市場需求的增大，種植面積也逐年增加，據(jù)江蘇省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站統(tǒng)計，2020年江蘇省優(yōu)良食味粳稻種植面積達100萬hm2，約占全省水稻總面積的50%。

近些年，我國水稻生長期間高溫頻發(fā)及其伴隨而來的干旱，給水稻生產(chǎn)帶來嚴(yán)重危害，特別是水稻灌漿結(jié)實期受影響更大。前人對結(jié)實期高溫或干旱對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究認(rèn)為，在一定范圍內(nèi)結(jié)實期高溫會促進水稻籽粒灌漿，利于干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運，提高千粒重[2-3]。但高溫脅迫則會阻礙籽粒灌漿[4]，導(dǎo)致植株早衰，千粒重下降，稻米精米率、整精米率、直鏈淀粉含量和食味值降低，稻米蛋白質(zhì)含量、堊白粒率、堊白度和糊化溫度升高[5-11]。高煥曄等[12-13]和段驊等[7,14]認(rèn)為，與單一高溫脅迫或干旱脅迫相比，高溫與干旱復(fù)合脅迫對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響更大。

盡管前人對結(jié)實期高溫、干旱對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響已有較多研究，但前人所采用的試驗材料多為直鏈淀粉含量較高的秈稻或粳稻，且多數(shù)結(jié)實期高溫處理設(shè)置在灌漿前期或中期，采用的高溫處理多為恒定溫度。本研究采用直鏈淀粉含量較低的軟米粳稻為試驗材料，設(shè)置灌漿結(jié)實期動態(tài)高溫、干旱和高溫干旱復(fù)合處理，研究灌漿結(jié)實期動態(tài)高溫和干旱脅迫對軟米粳稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以為軟米粳稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗地點為揚州大學(xué)盆栽試驗場，選用軟米粳稻品種揚農(nóng)香28為試驗材料。

1.2 栽培管理

采用盆栽試驗。2020年5月13日浸種，5月15日播種，采用旱育秧，28 d秧齡，6月13日移入盆缽，采用環(huán)形栽插，每盆10叢，每叢2苗，8月20日抽穗。移栽前每盆施尿素1.0 g和磷酸氫二鉀0.5 g，移栽7 d后追施尿素0.5 g，穗分化期每盆施尿素和磷酸氫二鉀各0.5 g。其他管理措施按常規(guī)高產(chǎn)栽培要求實施。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理：HT，結(jié)實期動態(tài)高溫；D，結(jié)實期干旱；HTD，結(jié)實期動態(tài)高溫并干旱；CK，常溫濕潤。水稻50%抽穗后，將水稻移入高溫氣候室，高溫處理持續(xù)整個水稻灌漿結(jié)實期。灌漿結(jié)實期溫度動態(tài)模式詳見表1，該模式是根據(jù)當(dāng)?shù)亟?0年（2009—2019年）氣象資料，模擬水稻結(jié)實期至收獲時的（50 d）相對高溫，根據(jù)自然界溫度（日均溫、日高溫、日低溫）5 d為1個周期進行調(diào)節(jié)。通過模擬自然溫度變化規(guī)律控制溫室溫度變化，設(shè)置14∶00時為日最高溫度，設(shè)置5∶00為日最低溫。智能溫室光照強度、CO2濃度等指標(biāo)與自然環(huán)境一致，相對濕度恒定70%±5%，風(fēng)速0.5 m/s。

表1 結(jié)實期高溫處理溫度變化情況 （單位：℃）

干旱處理是將抽穗后水稻移入四周通風(fēng)塑料大棚，用土壤水分測定儀監(jiān)測土壤水勢，待土壤水勢降到閾值（-20 kPa±5 kPa），覆水2～3 cm，反復(fù)數(shù)次，持續(xù)至成熟期前7 d。同一時間，在高溫氣候室內(nèi)設(shè)置高溫干旱復(fù)合處理，在塑料大棚中設(shè)置濕潤灌溉作為對照（CK）。

1.4 測定內(nèi)容與方法

水稻成熟后，各處理取5盆植株，考查每盆穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重，收獲后測定實際產(chǎn)量。稻谷收獲后，自然晾曬，倉庫存放3個月后，用NP4350型風(fēng)選機除去空秕粒。參照GB/T17891-2017測定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率和堊白度。采用碘比色法測定稻米直鏈淀粉含量。采用FOSS公司的近紅外谷物分析儀測定稻米蛋白質(zhì)含量。用米飯食味計（STA 1A）測定米飯的食味值。采用Newport Scientific儀器公司的Super 3型RVA（Rapid Viscosity Analyzer）快速測定米粉譜黏滯特性。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019進行試驗數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 16.0軟件進行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)實期高溫和干旱對軟米粳稻產(chǎn)量的影響

由表2可知，與CK相比，HT處理理論產(chǎn)量和實際產(chǎn)量顯著增加，分別增產(chǎn)8.84%和6.68%；而D處理產(chǎn)量顯著降低，分別減產(chǎn)6.43%和10.02%；HTD處理產(chǎn)量略低，但差異不顯著。進一步分析產(chǎn)量構(gòu)成因素發(fā)現(xiàn)，與CK相比，各處理的每盆穗數(shù)和每穗粒數(shù)差異不顯著；與CK相比，HT處理結(jié)實率高3.06%，而D處理和HTD處理分別低5.06%和0.91%；HT和HTD處理的千粒重分別高7.78%和4.36%，而D處理低1.11%。

表2 結(jié)實期不同處理下軟米粳稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.2 結(jié)實期高溫和干旱對軟米粳稻加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響

由表3可知，處理間的糙米率、精米率和整精米率大小均表現(xiàn)為CK＞HT＞D＞HTD，不同處理間的精米率和整精米率存在顯著差異，HTD處理的糙米率與CK存在顯著差異；處理間的堊白粒率和堊白度表現(xiàn)為HTD＞HT＞D＞CK，且處理間均存在顯著差異。說明結(jié)實期高溫和干旱處理均顯著降低了稻米的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)，兩者復(fù)合脅迫的影響更大。

表3 結(jié)實期不同處理下軟米粳稻加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)（單位：%）

2.3 結(jié)實期高溫和干旱對軟米粳稻蒸煮食味品質(zhì)的影響

由表4可知，不同處理的稻米食味值和直鏈淀粉含量均表現(xiàn)為HTD＜HT＜D＜CK，且不同處理間存在顯著差異；不同處理的稻米蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為HTD＞HT＞D＞CK，HTD、HT和D處理均顯著高于CK，且HTD處理顯著高于HT和D處理。

表4 結(jié)實期不同處理下軟米粳稻蒸煮食味品質(zhì)

2.4 結(jié)實期高溫和干旱對軟米粳稻RVA譜特征值的影響

由表5可知，與CK相比，HT、D和HTD處理的崩解值顯著降低，而消減值、糊化溫度和熱漿黏度則顯著增高。

表5 結(jié)實期不同處理下軟米粳稻RVA譜特征變化

3 討論與結(jié)論

3.1 結(jié)實期高溫和干旱對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

多數(shù)研究認(rèn)為，水稻抽穗后的高溫脅迫會降低千粒重和結(jié)實率[15-16]。但石春林等[17]試驗發(fā)現(xiàn)，在水稻揚花期33℃的相對高溫對粳稻品種的結(jié)實率影響不大。高煥曄等[12]也研究認(rèn)為，31℃的輕度高溫處理下稻米的千粒重有所提升。而干旱脅迫會導(dǎo)致花粉敗育[18]，限制莖部同化物向籽粒運輸[19]，進而降低結(jié)實率和千粒重。有研究認(rèn)為，高溫和干旱復(fù)合脅迫下水稻千粒重和結(jié)實率較單一脅迫影響更大[7,20]，但高煥曄等[13]研究發(fā)現(xiàn)，輕度高溫和干旱脅迫的復(fù)合處理下千粒重卻增加。本研究結(jié)果表明，結(jié)實期高溫處理提高了軟米粳稻結(jié)實率和千粒重，進而提高產(chǎn)量，而結(jié)實期干旱處理則降低結(jié)實率，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

3.2 結(jié)實期高溫和干旱對稻米品質(zhì)的影響

一般認(rèn)為，結(jié)實期高溫和干旱脅迫降低稻米精米率和整精米率，增大堊白粒率和堊白度[3,7-11,21]。本研究中，結(jié)實期高溫和干旱處理顯著降低了稻米的精米率和整精米率，顯著增大了稻米堊白粒率和堊白度，其中高溫的影響小于干旱，高溫干旱復(fù)合處理的影響大于單一高溫或干旱處理。前人研究表明，結(jié)實期高溫和干旱脅迫增加稻米蛋白質(zhì)含量，降低直鏈淀粉含量，使糊化時間變長和糊化溫度升高[3,7-11,21]。本研究結(jié)果也表明，結(jié)實期高溫和干旱處理顯著降低了稻米的直鏈淀粉含量，顯著提高了稻米蛋白質(zhì)含量，且高溫干旱復(fù)合處理影響更大。本研究還發(fā)現(xiàn)，與常溫濕潤處理相比，結(jié)實期高溫和干旱降低了稻米食味值和崩解值，提高了糊化溫度、糊化時間和消減值，且高溫干旱復(fù)合處理的影響大于單一處理。因此，本試驗條件下，結(jié)實期高溫和干旱處理顯著降低了稻米加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)，但提高了稻米營養(yǎng)品質(zhì)，且高溫干旱復(fù)合處理對稻米品質(zhì)的影響大于單一處理。