環境和緩控釋肥復合處理對稻米品質的影響

摘要：環境溫度和氮肥是影響稻米品質的2個重要因素。灌漿期高溫嚴重影響水稻的品質，緩控釋肥有利于水稻品質的提升，緩控釋肥對脅迫高溫下不同粒位籽粒品質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的潛在調節作用。結果表明，播期處理對各品質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呈負相關，高溫降低碾米品質的同時利于食味品質的提升。不同緩控釋肥對高溫下不同品種白堊發生的影響不一致，腐殖酸包膜緩釋肥加重了高溫下Y兩優911的堊白，降低了桃優香占的堊白。但緩控釋肥在高溫下對稻米食味品質影響總體不顯著。

關鍵詞：緩控釋肥；播期；粒位；稻米品質；淀粉糊化特性

中圖分類號：S511.04；S511.06" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）14-0054-10

收稿日期：2023-08-29

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2017YFD0301400）；湖北省重點研發計劃（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和抗逆生理生態研究。E-mail：xiaohait@sina.com。

水稻（Oryza sativa L.）是世界上一半以上人口的主食。在過去的半個世紀里，由于育種和栽培技術的改進，水稻產量大幅提高［1-2］。隨著生活水平的提高，糧食質量越來越受到關注［3］。稻米品質是一種復雜的農藝性狀，包括碾磨品質、外觀品質、食煮品質和營養品質［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量［7-9］。在環境對稻米品質的影響中，氣候條件和農藝管理是影響稻米品質的重要因素［3，10］。Li等研究發現，光照、溫度和濕度對碾磨品質和蒸煮品質均有顯著影響，但與光照和濕度相比，溫度對品質影響更穩定［11］。Deng等研究認為，在長江流域，對產量和品質而言，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，進而導致堊白分數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］；并且認為調整播期可以改變生長過程中的環境條件，是克服高溫對水稻生產的負面影響的低成本且易于實施的策略［19］。Ding等研究認為，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，從而提高水稻產量，改善碾磨、蒸煮和食味品質［20］。

氮肥的施用對水稻（Oryza sativa L.）產量和品質起著重要作用［21］，特別是食用和烹飪品質［18，22］。氮素會在淀粉粒徑、鏈長分布、晶體結構和糊化性能等方面使籽粒品質惡化［18，22-23］，而氮肥可以在某些非生物脅迫環境下提高糧食品質［24］。常規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的負面影響［13，25］。在水稻生產中使用緩控釋肥可以提高水稻產量品質［26-28］和氮的利用效率［27，29］。根據之前的研究，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的影響尚不清楚，且多集中在碾磨品質和外觀品質。為探究緩控釋肥在不同環境下對品質的影響，試驗采用包膜尿素（PCU）、腐殖酸包膜復合肥（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的影響，進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和稻米品質的貢獻。

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農學院試驗農場（112.15°E，20.36°N）進行。供試試驗品種為Y兩優911（YLY911，雜交稻，生育期 112 d）、桃優香占（TYXZ，雜交優質稻，生育期 113 d）。供試肥料：腐殖酸包膜緩釋肥（22-8-12），由湖北豐樂種業科技有限公司生產；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%），由金正大集團生產。

1.2 試驗設計

采用裂區試驗設計，播期為主區，肥料處理為副區。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、尿素氮質量比為7 ∶3）。所有處理用過磷酸鈣和氯化鉀補充磷鉀肥，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。裂區試驗設計。小區面積為6 m2，重復3次。主副區由覆蓋薄膜的田壟組成，以防止肥料和水的滲漏，而副區設計沒有田壟。用常規方法在稻田中育苗，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

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

1.4 稻米品質

水稻收獲脫粒、曬干，室內貯藏3個月后參照GB/T 17891—2017《優質稻谷》中規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

按照美國谷物化學家協會 （AACC）規程標準方法，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），運用配套軟件進行分析。 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，重復提取3次，合并提取液，加1 mL 0.1%考馬斯亮藍-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準溶液作工作曲線，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-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 數據處理

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

2 結果與分析

2.1 氣象數據與水稻生長情況

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歷的主要氣象條件為：在8月1—23日整體經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計結果顯示，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 緩控釋肥和環境復合處理對水稻不同粒位稻米加工品質的影響

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。不同粒位對桃優香占的整精米率影響不顯著，對Y兩優911有極顯著影響，表現為Y兩優911上部粒位籽粒的整精米率顯著大于中、下穗粒位。

2.3 緩控釋肥和環境復合處理對水稻不同粒位稻米外觀品質的影響

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911品種HCF處理的堊白粒率顯著大于CK處理，桃優香占的PCU處理顯著大于其余2個處理。Y兩優911 的上部的堊白粒率平均值顯著大于中、下部，桃優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911的 HCF處理的堊白度平均值顯著大于CK和PCU處理，桃優香占的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911 上部的堊白度平均值與中部差異不顯著，桃優香占中部的堊白度平均值顯著大于上部。

2.4 緩控釋肥和環境復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不一致，播期對Y兩優911的球蛋白含量影響不顯著，對桃優香占影響顯著。播期對Y兩優911的谷蛋白含量影響顯著，對桃優香占影響不顯著。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911 的直鏈淀粉、清蛋白和醇溶蛋白含量影響極顯著，對桃優香占影響不顯著。Y兩優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 緩控釋肥和環境復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指標表現不一致，對Y兩優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911的峰值黏度和桃優香占的熱漿黏度影響顯著或極顯著。

2.6 緩控釋肥和環境復合處理下水稻不同粒位各品質性狀相關關系

由圖2可知，糙米率BGR與精米率MGR呈極顯著正相關關系，與其余指標相關關系不顯著。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各參數都呈顯著或極顯著相關關系。堊白粒率GCR與谷蛋白含量Glutelin和熱漿黏度TV無顯著相關關系，與其余指標顯著或極顯著相關。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，與其余指標顯著或極顯著相關。清蛋白含量Albumin與崩解值BD和糊化溫度PaT呈極顯著正相關關系，與最終黏度FV、消減值SB和峰值時間PT呈極顯著負相關關系，堊白粒率GCR、堊白度GCD與RVA特征值的相關性和直鏈淀粉含量AC、醇溶蛋白含量Prolamin與RVA特征值的相關性表現相反。

3 討論

3.1 緩控釋氮肥和灌漿期高溫處理對碾米品質和外觀品質的影響

稻米的品質性狀不僅取決于基因型，還取決于生長環境［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%，表明稻米品質的高溫耐性在品種間有巨大差異［33］。并且前人研究認為影響水稻品質的2個主要因素為灌漿期環境溫度和氮肥施用［10，12，21］。前人研究普遍認為高溫誘導白堊粒的形成并降低外觀和碾磨質量［4，34-35］。在灌漿期特別是抽穗后 20 d 內的平均溫度高于27 ℃時堊白粒大量產生［36］。居靜等研究發現，與常規氮肥相比較，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沒有明顯影響［37］；Wei等研究表明，與常

規分次施肥相比，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、堊白面積和堊白大小［38］。與此相反，成臣等研究發現，施用緩控釋肥未能明顯提高稻米加工品質，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更容易受到高溫和其他環境逆境的影響［3，40］表現一致。通過研究結果發現，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，遠高于肥料對堊白的影響，這與前人研究高溫處理對白堊發生的影響比不同氮處理對堊白粒發生的影響更大［41］表現一致。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911的堊白粒率和堊白度，與成臣等的研究結論［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結構［42］。直鏈淀粉含量和貯藏蛋白質含量較低和中等的品種適口性好［43-44］，較高的籽粒蛋白質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］。谷物中心堊白區域發現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譜特征值在不同環境和栽培條件下均有一定的差異［48-49］。大米的高食用品質一般表現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面影響。此結果與Siddik等的研究結論［52］一致，即高溫導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，蒸煮食味品質較好，這與李武等的研究結果［53］一致。

3.4 稻米RVA譜與各稻米品質指標的關系

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［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、崩解值呈負相關關系，與前人研究提高碾米品質的同時不利于食味品質的提升［53］一致。

4 結論

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生的影響不一致，腐殖酸包膜緩釋肥加重了高溫下Y兩優911的堊白，降低了桃優的堊白。但肥料處理在高溫下對稻米食味品質影響總體不顯著。

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