不同彩色稻品种(系)农艺性状和品质性状的比较分析

谢玲娟,陈昊钦,袁自成,戴玲君,刘欣星,刘庆坡

(浙江农林大学 农业与食品科学学院，浙江 临安 311300)

水稻是重要的粮食作物，世界上约1/2的人口以稻米为主食。自然界中，水稻种质资源丰富多样，除了普通稻外，还有在植株(叶、茎)或谷粒(颖壳、糙米)等部位带有颜色的彩色稻。根据谷粒所带颜色，彩色稻米主要分为黑米、紫米、红米、绿米和黄米等[1]。研究表明，彩色稻曾在中国、日本、韩国、印度、菲律宾和斯里兰卡等亚洲国家被广泛种植和栽培[2-3]。但是，与普通稻相比，彩色稻的产量较低，口感较差。因此，在满足人们的粮食需求以及普通稻高产品种不断出现的情况下，彩色稻的种植面积曾一度急剧缩减[3]。目前，彩色稻的种植面积远不及普通稻[2]。但是彩色稻拥有丰富的抗逆基因资源[3]。彩色稻米富含矿质元素、维生素、酚酸类化合物和花色苷等生物活性物质[1-9]，具有高于普通稻米的营养和保健功能，可有效预防和减少心血管、癌症等疾病的发生[1-2]。梁康迳等[6]发现，彩色稻米的粗蛋白含量较普通稻米高30%～50%；色氨酸含量也高于普通稻米，例如，红米色氨酸含量为白米的3～4倍。岳玉峰等[7]比较分析了黑米、红米和普通米的营养成分发现，彩色稻米的蛋白质含量较普通稻米高30%～50%，红米的赖氨酸含量较普通稻米高2～3倍，而且彩色稻米的维生素、微量元素含量也高于普通稻米。郭咏梅等[8]和SHAO等[4]分析发现，彩色稻米中Zn、Mn等矿质元素含量明显高于普通稻米。另外，彩色稻不同基因型间生育期、产量、抗逆性以及含氮化合物、可溶性糖、蛋白质、矿质元素含量等均存在显著差异[10-15]。杨刚华等[10]发现，绿稻和乌贡8号等5个彩色稻品种的生长发育进程与娄底市主栽品种湘晚籼13号相似，但是又表现出各自独特的性状，它们的生育期、稻曲病抗性和抗倒伏性等均存在明显差异，而且产量普遍偏低。阳树英等[11]分析比较7个彩色稻品种的全氮、可溶性糖、可溶性蛋白、L-脯氨酸含量等发现，各品种间上述指标均存在极显著差异。这与顾朝剑等[12]和KAUR等[5]的研究结果相一致。此外，不同彩色稻基因型间在矿质元素和花青素含量等方面也明显不同[4,8,13]。随着生活水平和生活质量的不断提高，人们对彩色稻的需求越来越多。据不完全统计，目前，我国保存的黑米稻种质有411份，红米稻种质有8 963份[16]。对这些彩色稻种质资源进行收集、分析、评价，有助于发掘出富含功能因子的优异彩色稻种质或以此为基础创制出新的彩色稻材料[1]。目前，前人关于彩色稻的研究选用的种质数量普遍较少，而且多侧重分析氨基酸和矿质元素含量等营养指标[4,6-8,11]，关于不同彩色稻品种(系)农艺性状和碾磨品质、蒸煮品质、淀粉品质、营养品质等品质性状的研究尚未见报道。为此，以搜集的15个彩色稻品种(系)为试材，对其农艺性状、碾磨品质、蒸煮品质、淀粉品质和营养品质等进行系统地比较分析，以期筛选出综合性状优良的彩色稻材料，为其后期的农业生产和市场应用提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试的彩色稻材料包括紫红色、翠玉、绿香米、紫金稻、秦稻2号、红香米、洋黑3号、浙大黄、浙大紫糯、浙大紫、紫香521、黄香米、浙大银、紫金黄叶和浙大粉彩禾等共计15个，其基本信息见表1。对照品种为推广类普通稻甬优12(籼粳杂交稻)，该品种由宁波市农业科学研究院选育，其平均株高120.9 cm、穗长20.7 cm、穗粒数236.8粒、结实率72.4%、千粒质量22.5 g。

表1 供试彩色稻品种(系)的基本信息Tab.1 Basic information of pigmented rice varieties(lines)

1.2 材料处理

选取适量饱满的种子，用0.5%次氯酸钠消毒15 min，然后用蒸馏水清洗3～5次，最后在蒸馏水中浸泡过夜。发芽纸用0.5%氯化钙浸润，将种子均匀铺在铺有发芽纸的发芽盒中，置于光照培养箱中25 ℃条件下培养16 h。待幼苗长至5 cm左右时，将其转移至含有1/2 Kimura营养液的发芽盒中继续培养，每2 d更换一次营养液。培养7 d后，选择长势均匀一致的水稻幼苗，于2017年5月20日种植于杭州市临安区浙江农林大学平山试验基地(30°15′37″N、119°43′28″E)。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 农艺性状 收获时，从各供试材料中随机选取5个植株，测定株高、穗长、穗数、穗粒数、千粒质量；随机挑选10株统计实粒数和总粒数，计算结实率。

1.3.2 品质性状

1.3.2.1 碾磨品质 参照NY/T 83—2017[17]测定糙米率和精米率。

1.3.2.2 外观及蒸煮品质 参照NY/T 83—2017[17]测定稻米胶稠度、碱消值，垩白度采用目测。

1.3.2.3 淀粉品质 参照NY/T 2639—2014[18]测定稻米直链淀粉含量。

1.3.2.4 营养品质 采用考马斯亮蓝染色法测定稻米可溶性蛋白含量，采用碘量法测定维生素C 含量[19]，采用pH示差法测定花青素含量[20]。

1.4 彩色稻材料间的综合评比

1.5 数据统计分析

采用SPSS 20.0对试验数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同彩色稻品种(系)农艺性状的比较分析

2.1.1 株高 如图1所示，不同彩色稻材料株高(92.3～150.0 cm)间存在明显差异。其中，浙大紫最高，达到150.0 cm，紫香521和浙大黄(分别为141.4 cm和140.0 cm)依次次之，而紫金黄叶和翠玉的株高较矮，分别为99.2 cm和92.3 cm。15个彩色稻材料中，株高大于110.0 cm的有9个，其中，7个彩色稻材料(绿香米、浙大黄、秦稻2号、浙大紫，紫香米、浙大粉彩禾、洋黑3号)的株高均高于对照甬优12(株高为120.9 cm)，红香米和紫金稻与对照相近；其余6个材料的株高均明显低于对照。

2.1.2 穗长 从图2可以看出，不同彩色稻材料穗长间存在明显差异，介于14.0～30.6 cm。15个彩色稻材料中，紫香521的穗长最长，为30.6 cm；随后依次为紫金稻、秦稻2号、红香米、浙大紫和浙大粉彩禾，穗长分别为24.7 cm、24.6 cm、24.5 cm、24.2 cm和23.5 cm；浙大紫糯和紫红色的穗长较短，仅为15.2 cm和14.0 cm。与甬优12(穗长20.7 cm)相比，浙大银(20.6 cm)和浙大黄(20.3 cm)的穗长与其相近；紫红色、浙大紫糯、绿香米、黄香米和翠玉的穗长均低于对照，而其他8个彩色稻材料的穗长均高于对照。

2.1.3 穗粒数和穗数 从表2可以看出，不同彩色稻材料穗粒数和穗数间均存在明显差异。15个彩色稻材料的穗粒数介于48.33～178.64粒，变异幅度很大，但是均小于甬优12(236.8粒)。其中，紫香521的穗粒数最多，为178.64粒；随后依次为秦稻2号和浙大紫，分别为147.78粒和142.25粒；紫红色的穗粒数最少，仅为48.33粒；绿香米、洋黑3号、紫金黄叶、浙大银、浙大粉彩禾等材料的穗粒数均少于100粒。15个彩色稻材料的穗数介于5.0～14.6穗，以绿香米最多，为14.6穗；其次为浙大紫糯，为13.0穗；浙大银最少，为5.0穗。与对照甬优12(11.2穗)相比，绿香米和浙大紫糯的穗数较多，紫香521与其相近，其余彩色稻材料的穗数均少于对照。

不同小写字母表示不同材料间差异显著(P≤0.05)，下同Different lowercase letters indicate significant differences among different materials (P≤0.05)，the same below图1 不同彩色稻品种(系)株高的比较 Fig.1 Comparison of plant height of different pigmented rice varieties(lines)

图2 不同彩色稻品种(系)穗长的比较

()Variety(line)Grain number per paniclePanicle number ()Variety(line)Grain number per paniclePanicle number Lüxiangmi65.71±5.15i14.6±1.00a521 Zixiang 521178.64±8.25a11.2±2.30bc Hongxiangmi117.77±6.35ef6.0±0.65ef Zijindao122.13±6.95de9.4±1.20cd Cuiyu100.24±4.99gh8.2±0.70de3 Yanghei No.3 70.19±8.15i7.4±0.15def Zihongse48.33±7.00j6.0±1.00efZhedazinuo124.92±6.00de13.0±3.00ab Zhedahuang133.64±8.56cd5.6±0.30efZijinhuangye68.68±8.65i9.6±1.60cd2 Qindao No.2147.78±7.50b6.4±1.10ef Zhedayin49.27±6.20j5.0±1.00f Zhedazi142.25±6.95bc5.6±0.90ef Zhedafencaihe92.69±4.00h9.0±0.80cdHuangxiangmi107.35±6.45fg5.2±2.00f

注：同列数据后不同小写字母表示不同材料间差异显著(P≤0.05)，下同。

Note：Different lowercase letters after data of the same column mean significant differences among different materials (P≤0.05),the same below.

2.1.4 结实率和千粒质量 由表3可知，不同彩色稻材料结实率和千粒质量间均存在明显差异。在结实率方面，3个彩色稻材料(紫香521、紫金稻和秦稻2号)的结实率比较正常，均在80%以上；随后依次为浙大紫糯、红香米、翠玉、浙大黄，结实率介于70%～80%；而浙大银、洋黑3号和绿香米的结实率很低，均不足50%。在千粒质量方面，紫红色、浙大紫的千粒质量较大，分别达到28.01、27.72 g，而绿香米、黄香米、紫香521和紫金黄叶的千粒质量均低于20 g。与对照甬优12(结实率72.4%、千粒质量22.5 g)相比，红香米(结实率77.33%、千粒质量22.46 g)、翠玉(结实率76.76%、千粒质量23.00 g)和浙大黄(结实率73.92%、千粒质量25.31 g)等材料的结实率和千粒质量总体较优，绿香米的潜在推广价值较低。

表3 不同彩色稻品种(系)结实率与千粒质量的比较Tab.3 Comparison of thousand-seed weight and seed setting rate of different pigmented rice varieties(lines)

2.2 不同彩色稻品种(系)品质性状的比较分析

2.2.1 碾磨品质 由表4可知，不同彩色稻材料的糙米率和精米率分别介于74.02%～83.05%和62.42%～78.60%，变异程度较大。其中，紫红色、浙大黄、黄香米、浙大紫糯等材料的糙米率均>80%，而且它们的精米率也比较高，分别达到77.30%、75.49%、78.60%、77.16%；紫金黄叶、洋黑3号、红香米的糙米率和精米率都普遍较低。此外，除了浙大黄(83.05%)、紫红色(82.30%)和黄香米(81.73%)外，其余彩色稻材料的糙米率均显著低于对照甬优12(82.80%)；在精米率方面，除了紫红色(77.30%)、黄香米(78.60%)、浙大紫糯(77.16%)外，其余彩色稻材料的精米率均小于对照(75.71%)。

表4 不同彩色稻品种(系)糙米率和精米率的比较Tab.4 Comparison of rates of brown and polished rice of different pigmented rice varieties(lines) %

2.2.2 外观及蒸煮品质

2.2.2.1 垩白度 由表5可知，供试的10个彩色稻材料(其余5个彩色稻材料未目测到垩白度)稻米的垩白度间差异显著，紫红色的垩白度最高，达到55.80%；翠玉(17.00%)、浙大粉彩禾(11.80%)依次次之，显著高于其他材料；浙大银、黄香米和浙大黄的垩白度均较小，显著低于其他材料，其中，浙大黄最小，仅为0.30%，表明在相同种植条件下，紫红色、翠玉和浙大粉彩禾的结实灌浆能力比较差。但是，除了紫红色、翠玉和浙大粉彩禾的垩白度均高于对照甬优12(4.45%)外，其余彩色稻材料稻米的垩白度均显著低于对照，表明多数彩色稻材料的灌浆程度比较好。

2.2.2.2 碱消值与胶稠度 胶稠度是稻米淀粉胶体的流体特性，与米饭的柔软性和黏弹性有关。一般认为，胶稠度大于60 mm为软米。从表6可以看出，不同彩色稻材料稻米的胶稠度间差异显著，介于72.87～174.93 mm。其中，胶稠度最高的秦稻2号(174.93 mm)是胶稠度最低的浙大紫(72.87 mm)的2.4倍，表明各彩色稻材料稻米的柔软性和食味品质方面具有很大不同。另外，各参试彩色稻材料稻米的胶稠度均显著高于对照甬优12(70.52 mm)，表明彩色稻稻米的柔软性和食味品质比较好。

碱消值是反映稻米糊化温度和时间的重要指标，是稻米易煮烂程度的体现。不同彩色稻材料稻米的碱消值差异明显，介于2.2～4.8，均小于甬优12(5.1)。其中，紫香521(2.2)、浙大紫糯(2.8)、绿香米(2.8)、紫金稻(2.9)的碱消值均小于3.0，而浙大银的碱消值高达4.8(表6)，表明不同彩色稻材料稻米的蒸煮时间存在明显差异。

表5 不同彩色稻品种(系)稻米垩白度的比较Tab.5 Comparison of chalkiness degree of grain of different pigmented rice varieties(lines) %

2.2.3 淀粉品质 当稻米中直链淀粉含量>20%时，其弹性和韧性口感较低；但是当直链淀粉含量低于15%时，稻米的质地较硬，糊化温度较高，难以煮熟，适于加工成米粉、米线等需长时间蒸煮的食品[21]。从图3可以看出，不同彩色稻材料稻米的直链淀粉含量间存在明显差异。其中，翠玉的直链淀粉含量最高(25.73%)，秦稻2号(24.25%)、浙大紫(21.68%)、浙大粉彩禾(20.48%)依次次之，而紫香521和黄香米的直链淀粉含量较低，分别为15.75%和14.61%。可见，大部分彩色稻材料稻米的直链淀粉含量适中，介于15%～20%。另外，与对照甬优12相比，除了黄香米与其差异不显著外，其余彩色稻材料的直链淀粉含量均显著高于对照，大部分彩色稻材料的淀粉品质优于对照。

图3 不同彩色稻品种(系)稻米直链淀粉含量的比较

2.2.4 营养品质

2.2.4.1 可溶性蛋白含量 由图4可知，参试彩色稻材料稻米的可溶性蛋白含量介于1.43%～1.81%，不同材料间的差异比较明显，其中，绿香米(1.81%)、红香米(1.75%)和翠玉(1.72%)的可溶性蛋白含量相对较高，以绿香米最高。所有参试彩色稻材料中，秦稻2号稻米的可溶性蛋白含量最低，为1.43%，其与紫金稻(1.48%)、洋黑3号(1.48%)、浙大黄(1.47%)、浙大紫糯(1.46%)、紫红色(1.46%)均略低于对照甬优12(1.53%)，其他材料均高于对照。

图4 不同彩色稻品种(系)稻米可溶性蛋白含量的比较Fig.4 Comparison of soluble protein contents of grain of different pigmented rice varieties(lines)

2.2.4.2 维生素C含量 从图5可以看出，参试彩色稻材料稻米的维生素C含量介于0.054～0.125 mg/kg，多数彩色稻材料间的差异均达到显著水平。15个彩色稻材料中，浙大黄和洋黑3号稻米的维生素C含量比较高，分别达到0.125 mg/kg和0.121 mg/kg，其次为紫金黄叶(0.114 mg/kg)，而黄香米含量最低，仅为0.054 mg/kg。另外，除了绿香米、紫金稻、浙大粉彩禾、浙大紫、紫香521和黄香米外，其余材料稻米的维生素C含量均显著高于对照甬优12(0.067 mg/kg)。

图5 不同彩色稻品种(系)稻米维生素C含量的比较Fig.5 Comparison of vitamin C contents of grain of different pigmented rice varieties(lines)

2.2.4.3 花青素含量 不同彩色稻材料稻米的花青素含量(0.030～0.258 mg/g)间的差异均显著(表7)，其中，浙大紫糯稻米的花青素含量最高(0.258 mg/g)，其次为洋黑3号(0.111 mg/g)，而浙大粉彩禾的含量最少，仅为0.030 mg/g，浙大紫糯是浙大粉彩禾的8.6倍。值得注意的是，除了浙大紫糯和洋黑3号外，其余参试彩色稻稻米的花青素含量介于0.030～0.080 mg/g。

2.3 不同彩色稻品种(系)间的综合评比

为相对合理地对各参试彩色稻材料进行综合评比，尝试建立了一套权重分析系统。对穗数、穗粒数、穗长、千粒质量、结实率、精米率、维生素C含量、可溶性蛋白含量、花青素含量等9个指标进行权重分析，根据上述指标的总权重，得出各材料的综合排名：浙大紫糯>紫香521>浙大黄>秦稻2号>浙大紫> 翠玉>紫金稻>洋黑3号>红香米>紫金黄叶>浙大粉彩禾>绿香米>黄香米>浙大银>紫红色(表8)。

表7 不同彩色稻品种(系)稻米花青素含量的比较Tab.7 Comparison of anthocyanin contents of grain of different pigmented rice varieties(lines) mg/g

表8 不同彩色稻品种(系)农艺性状和品质性状指标的标准化权重分析及排名Tab.8 Standardized weight analysis of agronomic and quality traits and ranking of different pigmented rice varieties(lines)

3 结论与讨论

本研究选用浙江省目前推广使用的优质稻品种籼粳杂交稻甬优12为对照，分析彩色稻与普通稻在农艺性状及蒸煮、营养品质性状等方面的差异。经过分析发现，彩色稻在某些性状方面具有一定优势。例如，翠玉、红香米、浙大黄等材料的结实率和千粒质量都比较高。千粒质量是体现种子大小与饱满程度的一个重要指标，也是田间预测产量的重要依据[22]。单粒质量较大，籽粒比较饱满，可为丰产、高产奠定基础[23]。彩色稻稻米的垩白度也普遍较低，低垩白度可使蒸煮的米饭更软、细滑，具有不易返生、适口性强等特点[24]，从而使彩色稻米的口感更好、品相更佳。另外，与对照甬优12相比，大部分彩色稻材料的直链淀粉含量更适中，例如紫红色、浙大黄、紫香521、紫金稻、洋黑3号、浙大紫糯、紫金黄叶、浙大银粉等，其蒸煮食用品质应该比较好，易受消费者喜欢。

可溶性蛋白指的是可以小分子状态溶于水或其他溶剂的蛋白质，常作为植物抗逆性的重要指标之一，其可提高植物的保水能力，对细胞质和细胞膜起保护作用[12]。本研究结果发现，绿香米、红香米、翠玉、浙大紫、浙大银、紫金黄叶、黄香米等稻米的可溶性蛋白含量均显著高于对照甬优12，这些材料的理论抗逆性和保水能力应该较好。这需要今后进一步的抗逆试验验证。

前人研究发现，维生素C能促进产生胶原蛋白，这对于治疗坏血病、骨质疏松和关节炎等骨骼疾病有重要作用，同时充足的胶原蛋白也可起到美容和促进伤口愈合的作用[25]。另外，维生素C还能增强免疫力，降低血液中胆固醇含量，防治高血脂病[26]。稻米加工成精米后仍可保留一定量的维生素C，但是经过精加工处理后的精米，其维生素C含量流失更多。本研究发现，普通稻甬优12稻米中的维生素C含量低于部分彩色稻材料，其中，维生素C含量最高的浙大黄和洋黑3号是甬优12的近2倍。但在实际操作中，商家为追求较好的稻米口感都会通过加工去除富含维生素C的糙米最外层物质，从而大大减少其含量。另外，加工方法对稻米的其他营养成分也有较大影响[27]。稻米的主要成分如蛋白质、矿物质等大多集中在糙米表面的糊粉层和胚芽上，所以加工成半糙米就能保留种皮内的花青素以及胚中富含的蛋白质[28]。因此，与普通精米相比，半糙米的彩色稻米营养价值更突出，甚至会成倍增加。

植物花青素是一类重要的天然食用色素，具有无毒、安全等特点，同时具有抗氧化、抗衰老、预防心脑血管疾病及抗癌等功效，是目前所发现的最有效的天然水溶性自由基清除剂[29]。有研究表明，彩色稻不仅营养丰富，还含有一些对人体健康有益的生物活性物质[4]，如花青素、类黄酮、生物碱、甾醇、强心甙等。这类物质具有抗炎、抗过敏、改变体内酶活性、改善微循环、提高机体免疫功能、抗氧化和延缓衰老等作用[30]。本研究发现，15个参试彩色稻材料中，浙大紫糯稻米中花青素含量明显高于其他彩色稻材料；而同样为糯性米的洋黑3号、秦稻2号、紫香521、绿香米的花青素含量分别为0.111、0.080、0.055、0.036 mg/g，表现不如浙大紫糯；而且浙大紫糯的综合排名第一，因此，该材料应该具有良好的保健功效。紫红色的综合排名最低，综合表现较差。因此，相对来说，浙大紫糯的种植和推广销售价值较高。但是，在实际农业生产中，不仅需要考虑不同彩色稻材料的农艺性状和营养品质性状等指标，更需结合种植地区的生产条件、自然环境以及人文诉求等因素[3]，以确定出更适宜在当地推广与消费的彩色稻材料。