神农架高山水稻冷水红退化原因及提纯材料选择
2018-04-08段俊枝张青冬王玉联姚国新湖北工程学院生命科学技术学院湖北孝感4000河南省农业科学院农业经济与信息研究所河南郑州45000湖北神农架林区农业局湖北神农架林区44499杂交水稻国家重点实验室武汉大学生命科学学院湖北武汉4007
卢 磊,徐 雪,段俊枝,张青冬,王 英,王玉联,李 念,姚国新,,4*(.湖北工程学院 生命科学技术学院,湖北 孝感 4000; .河南省农业科学院 农业经济与信息研究所,河南 郑州 45000; .湖北神农架林区农业局,湖北 神农架林区 44499; 4.杂交水稻国家重点实验室/武汉大学 生命科学学院,湖北 武汉 4007)
神农架林区地处湖北省西北部,是全国唯一一个以林区命名的县级城市,全区海拔落差大,最高海拔达到3 100多米,平均海拔1 700 m,气候变化多样,动植物资源丰富,在交通不便的偏远山村还种植着大量古老作物品种。冷水红是神农架高山特色水稻,因其种植海拔高,一般在800~1 200 m种植,山泉水灌溉,全程不施农药、化肥,富含各种微量矿物元素,营养价值高,备受当地群众及游客喜爱。冷水红属有色稻中的红皮米类型,该类型在种质资源库中有近9 000份[1],比普通白米的营养价值高[2],富含花色苷,具有抗癌[3]、抗氧化[4]等功用。据调查,目前神农架种植的冷水红糙米皮色红,生长环境优异,但有明显的种性退化现象,急需加强品种提纯复壮研究。为此,深入调查冷水红种植现状,分析了其退化原因及营养成分,选出了最优的冷水红提纯材料,为神农架冷水红种质保存提供材料,也为进一步开发神农架冷水红水稻品牌提供最优质的水稻品种。
1 冷水红种植概况
神农架冷水红种植历史久,但面积较小,全区约7 hm2,主要分布在大九湖镇青树、东溪村及新华镇的石屋头村等地。种植地点分散,成片面积不大。植株长相和粒型属粳稻亚种,糙米颜色鲜红至暗红色,富含蛋白质、氨基酸、脂肪和各种微量元素,营养丰富。
1.1 冷水红生物学特征
神农架冷水红种植地点一般在海拔800~1 200 m,低于800 m种植,气温高,生长快,容易倒伏;高于1 200 m种植,生育期气温低,不能正常成熟。株高较高,可达170 cm,秆较细,分蘖力差,仅有3~4个,叶片数13.2,穗长24 cm,穗粒数120,千粒质量30 g,一次枝梗数12个,二次枝梗数20个。成熟时谷壳黄色,糙米颜色鲜红至暗红。每年清明节后1周左右播种,8月20日左右收获,整个生育期长130 d。
1.2 冷水红种植特点
神农架冷水红植株高大易倒伏,种植过程中不能使用任何肥料,由于山区海拔高、气温低,冷水中种植多采用育秧方式移栽,由于分蘖少,一般3~4株苗作为一蔸种植。采用山上的优质冷泉水灌溉,冷水红比一般水稻耐冷。整个生育期没有病虫害发生,不需要使用化学农药,是天然的有机食品,但产量较低,不足3 000 kg/hm2。
1.3 冷水红种性退化明显
笔者走访多地,一些种植户描述从他们种地开始种植的就是目前的冷水红品种,或许是从外地传入在本地驯化而成,或许是神农架本地的原始品种。经过几十年的留种种植,退化比较明显,主要表现在田间单株粒型、芒的有无等方面差异明显。经实地考种,最大的千粒质量和最小的相差3 g,籽粒上着生芒的有无和长短有差别,可细分为无芒、短芒(2 cm)和长芒(5 cm)3种;糙米种皮的红色程度有差别,从暗红到鲜红都有。这些分离表现证明冷水红有退化的迹象,需要提纯复壮。
2 冷水红退化的原因
2.1 长年留种种植
种植冷水红的几个村地理位置偏僻,冷水红的种子都是自己留种,年年如此,由于缺乏相应稻种提纯技术,从未进行过选种,种质在长期的种植过程中逐渐退化,有的发生了混杂,有的种性变劣,也有少部分可能发生了突变。
2.2 部分地区机械收割带来混杂
近年来,部分地区利用机械代替人工收割,机械里留有其他的稻种进而会混入到冷水红种子里面,造成混杂,影响冷水红的品质特性。
2.3 不同水稻品种混种
水稻虽然是自花授粉作物,但还是存在2%左右的异交率,在冷水红种植的田块周边种植其他水稻品种,会有部分花粉飘散到冷水红的柱头上受精结实,造成生物学混杂。
3 冷水红类型划分及其性状、营养成分分析
3.1 冷水红类型及其性状
经田间仔细观察鉴定,将神农架种植(九湖镇青树村,海拔800 m)的冷水红混杂类型分为3种,小粒无芒型、大粒短芒型和大粒长芒型(图1),产量性状见表1。大粒短芒型材料的穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、千粒质量等均显著高于其他2种类型材料,分别较小粒无芒型和大粒长芒型材料提高0.70 cm、2.00个、3.70个、31.00粒、3.00 g和1.20 cm、3.00个、7.50个、35.00粒、0.20 g,较其他2种类型材料拥有较好的产量优势。剥开谷壳,糙米米皮红色程度以小粒无芒型最深,为暗红色,大粒短芒型次之,而大粒长芒型为红色(图1)。
A和C为短粒无芒型;B和D为大粒短芒型;C和F为大粒长芒型;标尺为5 mm图1 3种类型冷水红的粒型及糙米颜色
表1 3种类型冷水红的产量性状
注:同列数据后不同大、小写字母分别表示差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01),下同。
3.2 3种类型冷水红的营养成分分析
神农架冷水红营养丰富,蛋白质、氨基酸等含量高,退化混杂后的3种类型里面,营养成分高低是提纯复壮选择的关键因素。按照国标等方法对3种类型糙米的蛋白质[5]、脂肪[6]、直链淀粉[7]含量进行测定,17种氨基酸检测由科普研发技术中心(青岛)有限公司完成,结果列于表2和表3。冷水红糙米中,3种类型的各营养成分含量均比对照丰两优4号高,提高幅度为17.02%~117.75%,表明神农架冷水红营养品质高。大粒短芒类型脂肪含量、17种氨基酸总量均显著高于其他2种类型,分别较小粒无芒型和大粒长芒型提高2.79%、2.84%和7.27%、4.13%;直链淀粉和蛋白质含量均介于其他2种类型材料之间;必需氨基酸中除亮氨酸含量稍低、缬氨酸含量与大粒长芒型一样高以外,其他必需氨基酸含量均高于其他2种类型,是理想的提纯复壮优选材料。
表2 3种类型冷水红的糙米营养成分
4 冷水红种质提纯材料的选择
目前,在神农架林区已经无法找到最初冷水红的种质,只能依据各混杂或变异类型的农艺性状、营养成分等指标确定最合适的冷水红材料予以提纯保存,替代混杂的种植品种。根据农艺性状调查和营养成分测定结果,在3类材料中,大粒短芒型在穗长、枝梗数、穗粒数、千粒质量、脂肪含量及氨基酸总量等方面均高于其他2种类型。脂肪含量高可显著改善食味品质,米饭适口性和香气味更好[8];氨基酸含量丰富,稻米营养价值高。因此,大粒短芒型是神农架冷水红理想的提纯材料,将该类型作为冷水红品种的原始种质是合适的。
表3 3种类型冷水红糙米中17种氨基酸含量 ‰
注:★为必需氨基酸,未检出的氨基酸检出限为86.14 mg/kg。
5 结论与讨论
神农架冷水红脂肪含量、氨基酸总量等比对照丰两优4号高很多,比一般大米具有更高的营养价值;种植地点海拔高,气温低,米皮红色更深,较一般色浅红皮米的抗癌、抗氧化价值更大;加之种植在神农架这种无污染、天然纯绿色条件下,可开发成名优特产红米,提高冷水红品牌的附加值和种植者收入。神农架冷水红的蛋白质和直链淀粉含量较高,其口感可能较差,米质偏硬,不易煮熟,实际食用过程中也存在这样的问题,另外株高太高,容易倒伏,解决这些问题还需要对其进行进一步的遗传改良。通过农艺性状、营养成分等指标分析发现,冷水红材料提纯保存的理想类型是大粒短芒型。
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