灌浆期温度对稻米品质性状的影响及其相关性分析

徐锡明，张欣，崔晶，通信作者，松江勇次

（1.天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384；2.九州大学 大学院农学研究院，九州819–0395）



灌浆期温度对稻米品质性状的影响及其相关性分析

徐锡明1，张欣1，崔晶1，通信作者，松江勇次2

（1.天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384；2.九州大学 大学院农学研究院，九州819–0395）

摘 要：解析了2013年和2014年气候因素对稻米品质性状的影响，进行了水稻灌浆期温度与稻米品质性状相关关系分析。结果表明：年度间气候因素对稻米直链淀粉含量、蛋白质含量和崩解值的影响均达到极显著差异水平，对最高黏度影响不显著。气候因素中最主要的影响因素是水稻灌浆期温度。水稻灌浆期温度与稻米崩解值呈极显著正相关，与稻米蛋白质含量呈显著正相关，与直链淀粉含量呈极显著负相关，与最高黏度呈弱正相关。水稻灌浆期温度越高，稻米崩解值、蛋白质含量越高，而直链淀粉含量越低，与最高黏度无关。

关键词：水稻；品质性状；灌浆期温度

全球的平均气温较过去100年相比，升高了0.85 ℃[1]，这主要是由于CO2浓度增加引起的[2]。2013年，联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental panel on climate change，IPCC）发布第四份全球气象报告指出，1983—2012年与历年比较，可能是过去1 400年中最暖的30年[3]。2014年是自1880年以来地球最温暖的一年[1-2]。有研究预测，21世纪末全球温度变化可能超过1.5 ℃[1,4]。随着全球极端气候频繁出现，世界各地都普遍出现了农作物减产减质。温度升高导致各个地区的生态环境变化[4]。水稻灌浆期高温会导致水稻生理损伤从而降低水稻的产量和品质[5]。 2003年，在中国的江淮地区，水稻扬花期遭受了35 ℃以上持续高温，造成水稻减产20万t，受灾面积约19万hm2[5-7]。由于全球变暖现象而影响作物正常生长的主要因素有温度、光照和水分等。由于温度的高低变化和光照时间的长短变化引起了作物生理特性的改变，从而导致作物花期改变，进而其产量和品质也会表现出下降趋势。

目前，应对全球变暖而导致的作物减产和品质下降的措施主要分为两类，一类是以栽培为基础，改良农作物所在环境，如改良土壤、农药、肥料、用水量、光照、温度等，从而增产保质；另一类是以育种为基础，改良作物本身的基因型，增强作物本身对不良环境的耐性，从而达到稳产增质的效果。

灌浆期温度对水稻品质及产量起着十分重要的作用[8]。当水稻灌浆期温度持续高于30 ℃时，会影响水稻的正常授粉，从而降低结实率，甚至引起水稻的穗死亡[9-10]。笔者通过研究灌浆期温度对稻米品质性状的影响及其相关性分析，旨在探索水稻灌浆期温度对稻米品质性状的影响规律，为水稻育种和优质栽培研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验分别于2013年和2014年在天津农垦集团黄庄农场（39° 35'N、117° 26' E）进行。年平均日照2 400～2 800 h，年平均可用积温（≥10 ℃）为4 709.5 ℃[11]。

供试水稻（Oryza sativa L.）材料为56个水稻品系，命名为“津农”品系，缩写为“JN-1”。

1.2 试验方法

试验田为棕壤土，质地偏轻，肥力中等，测土配方施肥。试验采用随机区组设计，2次重复。小区长3.6 m，宽1.2 m，小区面积4.32 m2。单本插秧，行距30 cm，穴距15 cm。田间管理同当地生产田。

收获期取样后，在阴凉处保存至稻谷含水量稳定在15%时，在天津农学院天津中日水稻品质•食味研究中心实验室进行品质性状测定。气象资料来源于试验田小型气象站，水稻灌浆期温度采用该时期的气温。

采用日本静冈制机株式会社生产的PS-500食味计测定蛋白质含量，采用德国Bran Luebbe公司生产的AA3型连续流动分析仪测定样品中直链淀粉含量[12]，采用澳大利亚Newport公司生产的RVA-4型（Rapid viscos analyzer，RVA）快速黏度分析仪测定RVA特征值[13]。数据采用Microsoft Excel 2013和SPSS19.0进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同年度间温度差异分析

水稻灌浆期间记载日平均气温，将每5日的日均气温做成曲线图（图1）。从图1看出，在水稻抽穗期至灌浆期间，2013年8—9月份出现了45 d高温天气，而2014年8—9月份出现了35 d。特别是8月6日至8月21日期间，2013年气温明显高于2014年。通过计算可得，2013年水稻灌浆期温度均值为25.21 ℃，标准差为1.42；2014年温度均值为24.12 ℃，标准差为1.07。进行两年间水稻灌浆期温度t检验显示，t＝4.67，P0.01＝4.66，t＞P0.01，证明两年间水稻灌浆期温度差异达到了显著水平。2013年水稻灌浆期温度比2014年高出1.1 ℃左右。说明采用2013年和2014年两年数据进行分析比较具有一定的代表性。

图1 日平均气温变化曲线图

2.2 年度间、品系间稻米品质性状平均值和均方分析

计算2013年和2014年水稻品系稻米品质性状平均值，两年最大值、最小值和均值（表1）。年度间、品系间稻米品质性状的均方分析结果见表2。从表1和表2看出，在56个水稻品系中，蛋白质含量范围在7.35%～10.15%，直链淀粉含量范围在16.74%～20.35%，最高黏度范围在145.21～209.12 RVU，崩解值范围在59.65～107.38 RVU。通过SPSS软件分析，不同品系之间的稻米蛋白质含量、直链淀粉含量、最高黏度、崩解值均达到极显著差异水平。说明选用该56个品系作为试验材料具有一定的代表性。

表1 2013年和2014年各个水稻品系稻米品质性状平均值

表2 年度间、品系间稻米品质性状均方分析结果

2013年各水稻品系蛋白质含量比2014年平均提高0.56，直链淀粉含量平均降低1.28，崩解值平均提高7.55，两年间的最高黏度变化不大。2013年与2014年年度间的稻米蛋白质含量、直链淀粉含量、崩解值均达到极显著差异水平，最高黏度在年度间差异不显著。说明年度间气候因素对稻米蛋白质含量、直链淀粉含量、崩解值影响显著，而对最高黏度无影响。

2.3 水稻灌浆期温度与稻米品质性状的相关性分析

2.3.1 水稻灌浆期温度与稻米蛋白质含量的相关性

水稻灌浆期温度与稻米蛋白质含量的相关关系见图2。从图2看出，2013年水稻灌浆期温度集中在24～26 ℃，稻米蛋白质含量集中在8%～11%；2014年水稻灌浆期温度集中在22～25 ℃，稻米蛋白质含量集中在7%～10%。蛋白质含量与灌浆温度呈显著正相关关系，相关系数r＝0.134。表明水稻灌浆期温度高，稻米的蛋白质含量提高；水稻灌浆期温度低，稻米的蛋白质含量降低。

图2 水稻灌浆期温度与稻米蛋白质含量的分布图（注：*表示在置信度（双侧）为 0.05 时，相关性为显著；**表示在置信度（双侧）为 0.01 时，相关性为显著。下同）

2.3.2 水稻灌浆期温度与稻米直链淀粉含量的相关性

水稻灌浆期温度与稻米直链淀粉含量的相关关系见图3。从图3看出，2013年水稻灌浆期温度集中在24～26 ℃，稻米直链淀粉含量集中在15%～18%；2014年灌浆期温度集中在22～25 ℃，直链淀粉含量集中在17%～20%。稻米的直链淀粉含量与水稻灌浆期温度呈极显著负相关，相关系数r＝-0.359。表明当水稻灌浆期温度升高时，稻米的直链淀粉含量下降；当水稻灌浆期温度下降时，稻米的直链淀粉含量升高。

图3 灌浆期温度与稻米中直链淀粉含量的分布图

2.3.3 水稻灌浆期温度与稻米最高黏度的相关性

水稻灌浆期温度与稻米最高黏度的相关关系见图4。从图4看出，水稻灌浆期温度和稻米的最高黏度之间相关系数r＝0.033。灌浆期温度和稻米的最高黏度之间呈现弱相关。最高黏度受灌浆期温度影响不显著。

图4 灌浆期温度与稻米最高黏度的分布图

2.3.4 水稻灌浆期温度与稻米崩解值的相关性

水稻灌浆期温度与稻米崩解值的相关关系见图5。从图5看出，水稻灌浆期温度与稻米崩解值之间的相关系数r＝0.195。两者之间呈极显著正相关。表明当水稻的灌浆期温度升高时，水稻的崩解值上升；当水稻的灌浆期温度下降时，水稻的崩解值下降。

图5 灌浆期温度与稻米崩解值的分布图

3 讨论

本研究表明，年度间气候因素对稻米直链淀粉含量、蛋白质含量和崩解值的影响均达到极显著差异水平，对最高黏度影响不显著。水稻灌浆期温度与稻米崩解值呈极显著正相关，与稻米蛋白质含量呈显著正相关，与直链淀粉含量呈极显著负相关，与最高黏度呈弱正相关。由此可知，在影响稻米品质性状的诸多气候因素中，最主要的影响因素是水稻灌浆期温度。

本研究认为，水稻灌浆期温度越高，稻米崩解值、蛋白质含量越高，而直链淀粉含量越低，与最高黏度无关；水稻灌浆期高温可使蛋白质含量提高，低温会引起直链淀粉含量提高，从而影响稻米的品质和食味。这与松江勇次[2]、张桂莲等[7]、刘洪亮等[14]、沈庆雷等[15]、李洁等[16]、李永杰等[17]人的研究结果一致。

联合国政府间气候变化专门委员会的报告指出，世界各地整体气温将在今后几年明显上升。当水稻的灌浆期温度逐年递增时，水稻的品质也将逐年降低[4]。Satoshi Morita研究发现，水稻在灌浆期间受到热害会导致水稻产量、品质下降，可以通过有效的水管理和延长灌浆时间来降低高温天气对水稻的伤害，从而提高产量和品质[18]，也可通过选取合适的品种以适应当地水稻灌浆期间的高温，来保证水稻的产量和品质[2]。

参考文献：

[1]IPCC.Summary for policymakers[M]//IPCC.Climate change 2014：mitigation of climate change，2014.

[2]松江勇次.米の食味学[M]．日本東京：養賢堂株式会社，2012．

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[4]水利部应对气候变化研究中心.气候变化权威报告——IPCC报告[R].中国水利，2008（2）：38-40．

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[6]张彬，芮雯奕，郑建初，等.水稻开花期花粉活力和结实率对高温的响应特征[J].作物学报，2007，33（7）：1177-1181．

[7]张桂莲，陈立云，雷东阳，等.水稻耐热性研究进展[J].杂交水稻，2005，20（1）：1-5.

[8]蒋李健.结实期温度胁迫对水稻产量和品质的影响[D].扬州：扬州大学，2009.

[9]王小宁，李秉柏，申双和.水稻高温热害监测研究进展[C].南京：中国气象学会，2007．

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[11]赵聪颖，李云波，王菲，等.天津气候变化及灾害性天气研究[J].安徽农业科学，2011（5）：2765-2768．

[12]刘建，张欣，崔晶，等.水稻品质分析仪在食味育种中的应用研究[J].种子，2013（10）：15-20，24．

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[14]刘洪亮，李晓光，黄星，等.水稻直链淀粉含量选择对淀粉合成关键酶活性影响[J].东北农业大学学报，2009，40（4）:11-16．

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[16]李洁，张欣，崔中秋，等.不同播种期对津川1号产量及品质食味影响的研究[J].天津农学院学报，2015（2）：21-24.

[17]李永杰，崔晶，李景龙，等.施氮量对津原E28产量和品质的影响[J].天津农学院学报，2014（1）：28-30，38.

[18]Satoshi Morita.Countermeasures for rice production under heat damage[R].沈阳：沈阳农业大学，2015．

Effect of Temperature during Grain Filling on Rice Quality Characters and Correlation Study

XU Xi-ming1,ZHANG Xin1,CUI Jing1,Corresponding Author,Yuji Matsue2
(1.College of Agronomy and Resource Environment,Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384,China; 2.Graduate School of Agricultural Sciences,Kyushu University,Kyushu 819-0395,Japan)

Abstract:This article resolved the effects of climate factors on rice quality traits in 2013 and 2014,and the correlation analysis were studied between rice grain filling of temperature and grain quality traits.The results showed that the effects of climate factors on the amylose content,protein content and breakdown of inter-annual were highly significant differences,the effect on the highest viscosity was not significant.The most important factor among the climatic factors was the temperature of the rice grain filling stage.Rice grain filling stage had a very significant positive correlation with rice disintegration,it had a significant positive correlation with the protein content of rice,and it was negatively correlated with the content of amylose content,and it had a weak positive correlation with the highest viscosity.The higher the breakdown value,the higher protein content of rice and the lower amylose content appeared with the higher the temperature during grain filling stage,and it was no relationship with the maximum viscosity.

Key words:rice; quality characteristic; temperature of rice grain filling

通信作者：崔晶（1960-），男，黑龙江佳木斯人，研究员，博士，主要从事水稻食味育种、栽培技术及水稻产业化研究。E-mail：cuijing@tjau.edu.cn。

作者简介：徐锡明（1991-），男，天津市人，硕士在读，主要从事水稻品质（食味）改良研究。E-mail：610150204@qq.com。

基金项目：天津市科技计划项目“中日合作水稻品质食味提升技术研究”（14RCGFNC00102）和“优质食味水稻产业化综合技术成果转化”（12ZCZDJC35400）；天津市科技特派员项目“水稻食品提升技术产业化开发”（15JCTPJC62300）

收稿日期：2015-10-27

文章编号：1008-5394（2016）01-0010-04

中图分类号：S511

文献标识码：A