四川杂交稻骨干恢复系稻米品质对氮素水平的响应

廖 爽，邓 飞，田青兰，李 武，胡 慧，蒲石林，李书先，任万军

（四川农业大学农学院/农业部西南作物生理生态耕作重点实验室，四川成都 611130）

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，品质优、食味佳的稻米受到人们的青睐。然而我国长期偏重水稻产量的提高，导致优质稻品系选育和栽培技术的研究起步较晚，稻米行业面临巨大的挑战和压力[1]。稻米品质受到遗传与环境等多种因素影响[2]。边嘉宾等[3]和胡晋豪等[4]分别对22个和81个水稻品系的稻米品质进行分析，发现不同品系间米质性状差异明显；Adu-Kwarteng等研究表明不同基因决定了稻米品质的不同[5-7]。氮素营养是影响水稻生长发育、产量和品质形成最敏感的因素之一[8]。针对氮肥施用对稻米品质的影响，前人已有大量研究。陶进等[9]研究指出，增施氮肥，特别是氮肥过量施用会降低稻米食味品质。杨世佳等[10]也指出，稻米的碾米品质随氮肥用量的增加呈下降趋势。高辉等[11-12]研究表明直链淀粉含量随着氮肥水平的增加而呈下降趋势。陈莹莹等[13]研究结果则表明适当增施氮肥以及施肥期后移有利于改善稻米的加工品质。氮肥施用量的增加，稻米的加工品质和蛋白质含量增加，垩白度降低，稻米垩白粒率和直链淀粉含量逐渐降低，胶稠度变短[14-15]。同时Hao等研究表明氮肥可以提高稻米的营养品质[16]，可见，现有施氮量对稻米品质的研究结果不尽相同，并且不同品系稻米对氮敏感度的研究仍鲜有报道，在目前减氮增效大环境下，筛选高品质且耐低氮品系是目前研究重点。为此，本研究以四川近年来的15个杂交稻骨干恢复系为研究对象，探索不同施氮水平对水稻恢复系稻米品质的影响，以期为优质水稻品系选育和稻米品质改良提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2015年在四川省成都市郫县三道堰镇程家船村 (30°52′N，103°55′E) 进行。试验地年降水量为1067 mm，均温为23.2℃，有机质25.46 g/kg、全氮2.46 g/kg、全磷0.49 g/kg、全钾7.60 g/kg、碱解氮122.54 mg/kg、有效磷63.50 mg/kg、速效钾115.41 mg/kg。供试材料名称及来源：乐恢188由四川省乐山市农业科学研究所选育；明恢63由福建省三明市农业科学研究所选育；雅恢2115由四川农业大学农学院选育；成恢727、成恢3203、成恢838和成恢718由四川省农业科学院作物研究所选育；绵恢523及绵恢725由四川省绵阳市农业科学研究所选育；多恢1号由四川省内江市农业科学研究所选育；西科恢768由西南科技大学水稻研究所选育；沪恢17及沪恢602由四川省农业科学院水稻高梁研究所选育；蜀恢498及蜀恢527由四川农业大学水稻所选育；宜香优2115由四川农业大学农学院、宜宾市农业科学院及四川省绿丹种业有限责任公司联合选育。

1.2 试验设计

试验采用两因素裂区试验设计，主区为施氮水平 (N)，设不施氮 (N0)、施纯氮90 kg/hm2(N90) 和施纯氮180 kg/hm2(N180) 3个水平；副区因素为15个恢复系和1个杂交中籼稻组合 (宜香优2115)，共48个处理，每个处理重复3次。主区面积为48 m2，每品系栽3行，移栽方式选用精确定量手插，栽插规格为30 cm × 16 cm，穴栽2苗。主区间用塑料薄膜包埂，保证单独的肥水管理。按施N 180 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O = 2∶1∶2 比例施用 P2O590 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2。其中磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾。氮肥施用按照基肥∶分蘖肥 = 7∶3，磷肥作基肥一次施用，钾肥分基肥和促花肥2次施用，各占50%。统一采用高效灌溉技术，前期湿润或浅湿交替灌溉促分蘖，并做到适时晒田；中期浅水灌溉促大穗；后期干湿交替灌溉保根促灌浆。同时做好病虫草害防除。

1.3 测定项目与方法

水稻收获后，在室温下保存3个月，待其理化特性趋于稳定后，测定稻米品质。参照国标《GB/T17891-1999优质稻谷》测定所取样品加工品质 (糙米率、精米率、整精米率)和外观品质 (垩白度、垩白粒率、长宽比)。将精米用CT410旋风式粉样机粉碎，过0.25 mm筛，采用双波长比色法测定稻米直链淀粉含量[17]。

采用澳大利亚New port Scientific仪器公司生产的3-D型黏度速测仪测定稻米淀粉RVA(Rapid Visco Analyzer，简称RVA) 谱，用TCW(Thermal Cycle for Windows) 配套软件进行分析。根据AACC操作规程(2000 61-02)，含水量为12.0%时，水稻米粉的样品量为3.00 g，加蒸馏水25.00 mL。加温过程为50℃下保持1 min；以恒速升到95℃保持3.8 min；95℃下保持2.5 min；再以恒速下降到50℃保持3.8 min，在50℃下保持1.4 min。搅拌器在起始10 s内转动速率为960 r/min，之后保持在160 r/min。RVA谱特征值主要以峰值黏度 (peak viscosity，PKV)、热浆黏度(hot paste viscosity，HPV)、冷胶黏度 (cool paste viscosity，CPV)、崩解值 (breakdown viscosity，BDV，峰值黏度与热浆黏度之差)、消减值 (setback viscosity，SBV，冷胶黏度与峰值黏度之差)、回复值(consistence viscosity，CSV，冷胶黏度与热浆黏度之差)、峰值时间 (peak time，PeT) 和糊化温度 (pasting temperature，PaT) 表示。每个样品测定2次，取其均值。黏滞值用RVU(RVA黏度单位) 表示[18]。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel对数据进行整理，利用DPS7.05对数据进行方差及聚类分析。 LSD(Least Significant Difference tests) 法进行差异性比较。

2 结果与分析

2.1 施氮水平对不同水稻品系稻米碾米品质和外观品质的影响

2.1.1 施氮水平和品系主效应对稻米加工品质和外观品质的影响 从表1可知，施氮水平主效显著或极显著影响稻米糙米率、整精米率、垩白度及垩白粒率，品系主效则显著影响稻米糙米率、精米率、整精米率、长宽比、垩白度及垩白粒率，二者互作效应则主要影响整精米率和垩白度。从F值可知，施氮水平对垩白度的影响最大，垩白粒率次之，长宽比最低；品系主效对外观品质的影响则大于碾米品质。

2.1.2 施氮水平和品系互作效应对稻米加工及外观品质的影响 由表2可知，氮素水平对恢复系的加工及外观品质影响极显著。随氮素水平升高，稻米糙米率及整精米率呈上升趋势，与N0处理相比，N90与N180处理下稻米糙米率及整精米率分别提高0.8%、1.4%，5.7%、7.9%；垩白度及垩白粒率呈明显下降趋势，与N0处理相比，N90与N180处理下稻米垩白度及垩白粒率分别降低26.1%、55.0%；12.6%、32.8%。且差异均达显著性水平，长宽比、精米率在氮素作用下差异较小；由此可见氮素水平对稻米加工及外观品质有显著的主效应。

表1 稻米加工、外观品质联合方差分析 (F值)Table 1 Combined analysis of variance of rice processing and appearance qualities(F-value)

表2 互作 效 应对 稻米 加 工及 外观 品 质的 影响 (%)Table 2 Effect of the interaction on rice processing and appearance qualitie

表2 续 Table 2 continued

稻米品系对稻米加工及外观品质具有调控作用，不同稻米品系使稻米加工及外观品质出现明显差异。糙米率、精米率均以蜀恢498高于其余品系；整精米率则为成恢3203最优。垩白度及垩白粒率均以成恢3203明显低于其余品系。由此可见，品系主效对稻米外观及加工品质同样有明显的影响。

稻米加工及外观品质受氮素水平及不同品系互作的显著影响。氮素和品系的改变均导致稻米加工及外观品质发生明显变化。表2显示，乐恢188及西科恢768在各个施氮水平下整精米率及垩白度较其余品系表现出明显的劣势，而随氮素水平提高，整精米率及垩白度明显升高或降低的品系包括明恢63，绵恢523，成恢838，沪恢 (17、602)，蜀恢(498、527) 及宜香优2115，表明这类品系在N180条件下加工及外观品质表现要优于N90条件，这类恢复系在N180条件下品质表现好。而雅恢2115，成恢727(3203、718)，绵恢725及多恢1号在N90条件下与N180处理相比，上述品系加工及外观品质表现更优。表明这类品系在低氮条件下更易得到较优的加工及外观品质。

N0处理下整精米率及垩白度分别介于35.3%～62.8%、2.4%～63.3%，整精米率以成恢3203最高，较均值提高22.0%，以乐恢188最低，较均值下降31.5%；垩白度则以成恢3203最低，较均值下降87.3%，西科恢768则具有最高的垩白度，较均值提高241.1%。N90及N180条件下各品系仍然以成恢3203最高，乐恢188最低，整精米率较均值分别上升或下降14.4%、13.6%；31.4%、22.8%。垩白度则与整精米率表现相反，以成恢3203最低，乐恢188最高，较均值分别下降或上升87.2%、87.7%；315.5%、319.7%。

由此可见，氮素水平是影响稻米加工及外观品质的主因素之一，而对氮敏感度不一样的品系的外观及加工品质因氮素变化所受影响程度不同，同一指标因在不同氮素条件或不同品系下会出现不同的变化。

2.2 施氮水平对不同水稻品系稻米RVA特征值和直链淀粉含量的影响

2.2.1 施氮水平和品系主效应对稻米RVA特征值和直链淀粉含量的影响 对稻米RVA特征值和直链淀粉含量进行联合方差分析 (表3) 可知，施氮水平主效显著或极显著影响峰值粘度、热浆粘度、冷胶黏度、回复值及直链淀粉含量，品系主效则显著影响稻米RVA各特征值及直链淀粉含量，二者互作效应则显著或极显著影响RVA各特征值及直链淀粉含量。从F值可知，施氮水平对直连淀粉的影响最大，冷胶黏度及热浆粘度次之，峰值粘度最低；品系主效对直链淀粉含量影响则明显大于RVA特征值。

2.2.2 施氮水平和品系互作效应对稻米RVA特征值及直链淀粉含量影响 由多重比较可知（表4），消减值、崩解值、峰值时间和糊化温度随氮素水平提高表现出上升或下降趋势，但差异均不显著；回复值随氮素水平提高呈下降趋势，差异达显著水平；峰值粘度、热浆粘度和冷胶黏度均随氮素水平升高而下降，且施氮水平变高后，其下降趋势变缓，多重比较发现，不施氮和施氮处理下差异达显著水平。直链淀粉含量随氮素水平升高呈明显下降。由此可见，氮素对稻米食味品质有明显的主效应。

表3 稻米RVA特征值及直链淀粉含量联合方差分析(F值)Table 3 Combined analysis of variance of RVA and amylose contents(F-value)

不同品系的RVA特征值及直链淀粉含量有明显的差异，明恢63、绵恢523及蜀恢527的峰值粘度、崩解值、峰值时间及糊化温度明显高于其余品系，且差异达显著水平。热浆粘度及冷胶黏度则以乐恢188最高；西科恢768及乐恢188的消减值及回复值明显高于其余品系。乐恢188则具有最高的直链淀粉含量。

表4 互作效 应对稻 米RVA 特 征值及 直链淀 粉含量 的影响Table 4 Effect of the interaction on RVA profile characteristic values and amylose contents

表4 续 Table 4 continued

氮素水平与不同稻米品系的互作对稻米RVA特征值及直链淀粉含量有明显的影响。一般而言，稻米峰值粘度、消减值及崩解值可作为稻米蒸煮食味品质的判断标准[17]。由表4中各稻米品系对氮素水平的不同响应程度可知，乐恢188及西科恢768与其余品系相比其蒸煮食味品质处于明显的劣势，明恢63、成恢 (727、3203、838)、多恢1号及蜀恢527在氮素作用下峰值粘度、消减值及崩解值变化幅度较小，表明此类品系对氮敏感度低，在各氮素处理下均有稳定的蒸煮食味品质。雅恢2115、绵恢725、沪恢602、蜀恢498及宜香优2115的蒸煮食味品质随氮素水平上升下降幅度较大，表明其最佳蒸煮食味品质所对应的氮素条件为N0水平。绵恢523、沪恢17、成恢718及蜀恢527随氮素水平升高，其蒸煮食味品质先上升后下降，表明其蒸煮食味品质最佳氮素条件为N90。从直链淀粉含量来看，各品系直链淀粉含量随氮素水平升高出现下降或变化不大的趋势。依据稻米分级直链淀粉含量标准 (NY/T593-2013) 可知，乐恢188、成恢727(718)、西科恢768、蜀恢498的直链淀粉在各氮素水平下含量过高或过低，导致其口感差。绵恢725、成恢838、蜀恢527及宜香优2115在各氮素水平下均有合适的直链淀粉含量，其口感度较高。沪恢17(602) 及成恢3203则在N180条件下具有适宜的直链淀粉含量；雅恢2115、多恢1号及绵恢523则在低氮条件下口感优。

2.3 稻米主要品质属性聚类分析

2.3.1 N90与N0比较下差值聚类分析 对稻米整精米率、垩白度、峰值粘度、消减值、崩解值以及直链淀粉含量在N90与N0的变化差值进行聚类分析，种间距离采用欧式距离，聚类方法采用最长距离法，结果见图1。由图1可知，当欧式距离为58.90时，可将供试品系划为3个类群，分别为低氮敏感型、低氮迟钝型、低氮中间型。低氮敏感型包括乐恢188、成恢727及沪恢602，与对照相比，该类群在N90条件下整精米率、消减值升高最多，垩白度、峰值粘度、崩解值及直链淀粉含量下降最多。低氮中间型由绵恢725、沪恢17、绵恢523及西科恢768组成，该类群在N90条件下整精米率、消减值升高较多，垩白度、峰值粘度、崩解值及直链淀粉含量下降较多；低氮迟钝型由明恢63、多恢1号、成恢838(718、3203)、雅恢2115、蜀恢498(527)、宜香优2115组成，该类群在N90条件下整精米率、消减值升高最少，垩白度、峰值粘度、崩解值及直链淀粉含量下降最少。

图1 各水稻品系N90与N0处理差值对氮敏感度的聚类分析Fig. 1 Cluster analysis of different rice strains in N90 and N0 treatment difference comparsion

2.3.2 N180与N0比较下差值聚类分析 对稻米整精米率、垩白度、峰值粘度、消减值、崩解值以及直链淀粉含量在N180与N0的比较进行聚类分析 (图2)。由图2可知，当欧式距离为44.45时，可将供试品系划为氮敏感型、氮迟钝型、氮中间型。氮敏感型包括乐恢188、绵恢725、沪恢17、西科恢768，该类群在N180条件下，整精米率、消减值升高较多，垩白度、峰值粘度、崩解值及直链淀粉含量下降较多；氮中间型包括明恢63、多恢1号、蜀恢498(527) 及宜香优2115，该类群在N180条件下整精米率、消减值升高较多，垩白度、峰值粘度、崩解值及直链淀粉含量下降较多；氮迟钝型由雅恢2115、成恢3203(838、718、727)、绵恢523及沪恢602组成，该类群在N180条件下整精米率、消减值升高最少，垩白度、峰值粘度、崩解值及直链淀粉含量下降最少。

图2 各水稻品系N180与N0处理差值对氮敏感度的聚类分析Fig. 2 Cluster analysis of different rice strains in N180 and N0 treatment difference comparsion

3 讨论

3.1 不同骨干恢复系加工及外观品质对氮素水平的响应

目前稻米品质愈发得到重视，而氮素对稻米品质影响的较多研究结论尚不一致，有研究表明增施氮素可以明显提高稻米加工以及外观品质[19-21]，也有研究表明氮素对稻米加工品质没有显著影响[22]，同时更有研究表明增施氮素会使稻米加工及外观品质变劣[10,23-24]，本研究结果则表明氮素增施在一定程度上可以明显提高恢复系稻米加工及外观品质。但以上研究均只针对氮素对稻米品质的变化，不同品系对氮敏感度的分析仍旧缺乏，在目前减氮增效的大环境下，减少氮素施用为作物种植的主要研究方向，因此，选择高品质耐低氮品系是目前优质水稻栽培的主要研究方向。陈莹莹等[13]通过聚类分析将江苏省主要的粳稻品种品质进行分级，将不同稻米的品质按照对氮敏感度分为氮迟钝型、氮中间型及氮敏感型。本研究氮迟钝型恢复系中，雅恢2115、成恢3203及成恢727在低氮条件下仍然保持较高的加工及外观品质，氮敏感型的中绵恢725、沪恢17在N0条件下品质较劣，氮素水平稍提高，其外观及加工品质就得到显著提高。因此，生产实际中雅恢2115、成恢3203(727)、绵恢725及沪恢17更适应低氮条件。

3.2 不同骨干恢复系RVA特征值及直链淀粉含量对氮素水平的响应

关于稻米淀粉RVA谱特征参数的结果表明，峰值黏度高、崩解值大、消减值低，稻米食味优[25]。本研究发现随着氮素水平升高，峰值粘度和崩解值明显下降，消减值明显升高，这与金军等[26]的研究结果一致，但氮素水平提高到一定程度，其减少 (升高)幅度降低。本研究也发现，氮素水平的提高对直链淀粉的积累有明显的抑制作用，其原因可能是随着供应氮肥水平的提高，水稻生育期明显延长，营养生长旺盛，导致灌浆期环境温度与对照相比要低一些，可能正是由于改变了灌浆期环境温度，从而影响了稻米的直链淀粉含量。聚类分析则表明随氮素水平提高，氮迟钝型恢复系包括雅恢2115、成恢3203(838、718)、绵恢523及沪恢602的食味品质较优且变化幅度较低，低氮条件下仍可得到较高的食味品质；氮敏感型恢复系包括乐恢188、绵恢725、沪恢17、西科恢768的食味品质随氮素水平提高变化幅度较大，故在生产中应当选择氮迟钝型恢复系以得到在低氮条件下仍保证其品质的品系。

4 结论

随氮素水平提高，恢复系稻米的品质发生明显变化，聚类分析表明氮敏感型品系包括乐恢188、绵恢725、沪恢17、西科恢768，这类品系在N0条件下品质较劣，随氮素水平提高，可显著改善品质，因此在生产上较易通过提高氮素水平来达到优质目标；氮迟钝型品系包括雅恢2115，成恢3203(838、718、727)，绵恢523及沪恢602，这类品系随氮素水平提高变化较小，在生产中减少氮素施用亦可达到优质目标。

参 考 文 献：

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