超声波处理对华南双季晚稻产量和稻米品质的影响

傅友强 ，刘彦卓，梁开明，严卓晟，钟旭华，黄农荣，潘俊峰，胡香玉，彭碧琳

（1广东省农业科学院水稻研究所/广东省水稻育种新技术重点实验室，广州 510640；2广州市金稻农业科技有限公司，广州 510075）

0 引言

超声波是一种频率高、波长短、能量大、穿透力强的弹性机械波[1]。20 世纪50 年代末，刘绍德等[2]首次报道超声波在农业及生物学上的应用，指出超声波能刺激植物细胞分裂，过量超声波能够抑制细胞分裂甚至导致死亡。大量研究发现，超声波主要通过振动，刺激植物内部物质性能和生理活性，如可促进植物细胞内部物质的氧化、还原、分解和合成反应，提高种子发芽速率和发芽势，进而提高作物产量和品质[3-5]。因此，在许多生物学领域，超声波被认为是一种无公害的物理处理手段，特别在种子调优增效等方面具有重要作用[6-7]。

目前，超声波种子处理主要有湿法[8]和干法[6,9]两种方式。研究表明，一般以单频率（20 kHz 或40 kHz）[6,8]或混频率(20～40 kHz)[10-11]超声波处理种子效果较佳。在水稻应用中，超声波种子处理能够提高种子发芽势、发芽率、产量及产量构成因子、光合作用、碳水化合物累积、生理生化等指标，提高稻谷产量和米质[6,10,12-13]，同时还可提高抗冷性[14]和抗逆性[15]和作物重金属含量[16-17]等。

本研究以近年来广东省推广种植面积较大的主栽品种[18-20]杂交稻‘五丰优615’和常规稻‘粤农丝苗’为材料，探讨超声波种子处理对水稻产量和稻米品质的影响，以期为超声波处理技术在水稻提质增效中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设计

试验于2018 年晚季在广东省农业科学院白云试验基地（113°23′E，23°17′N，海拔41.0 m）内进行。供试水稻品种为杂交稻‘五丰优615’和常规稻‘粤农丝苗’。试验田土壤理化性质参照土壤农化分析方法进行测定[21]：pH 5.95，有机质为22.48 g/kg，全氮1.29 g/kg，全磷为0.42 g/kg，全钾为8.43 g/kg，碱解氮为58.03 mg/kg，有效磷为6.49 mg/kg，速效钾为47.00 mg/kg。

试验设置了超声波种子处理和对照（未超声波处理）2 个处理。超声波处理方法：风选后的干种子，在超声波植物种子处理机（型号：5ZCG-50）中于20 KHz和40 KHz混频处理1 min。各处理施氮量均为150 kg N/hm2，4次重复，共计16个小区，小区面积20 m2(4 m×5 m)，2018年7月20日播种，采用塑料软盘育秧，软盘规格为434 穴。按照杂交稻‘五丰优615’每穴2 粒种子、‘粤农丝苗’每穴3粒种子以及种子千粒重，确定每盘的播种量，均匀撒播。秧盘置于秧田中进行统一常规管理，2018 年8 月10 日移栽，栽插规格为20 cm×20 cm。水肥管理统一按水稻“三控”施肥技术进行[22]。

1.2 测定项目和方法

1.2.1 稻谷实割产量、生物量和考种 水稻黄熟期，每个小区取样12 穴，逐穴计录茎蘖数，剪去根，将稻草、实粒、空秕粒和枝梗分开，在105℃下杀青20 min，在75℃下烘干至恒重，后称量，计算生物量等。成熟期实收125 穴(5 m2)测产，将稻谷风干，取100 g 左右于105℃下烘干48 h，测定含水量，然后将稻谷转换成含水量为14%的稻谷产量。使用智能种子计数系统（TPZJ-A，麦科仪）对实粒和空秕粒进行记数，计算每穗粒数、每穗颖花数、结实率、千粒重等产量构成因素指标，见式(1)[23]。

1.2.2 稻米品质测定 仅测定‘粤农丝苗’稻谷样品。稻谷收割晒干后，在室温下贮藏3个月，用于测定稻米品质，包括糙米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量、胶稠度等指标，采用GB/T 17891—1999 标准测定[24]。

1.3 统计方法

采用SPSS 13.0软件进行数据处理和统计分析，用OriginPro 9.0 软件作图，不同字母表示不同处理间差异显著水平(P<0.05)。

2 结果

2.1 超声波处理对稻谷产量和产量构成的影响

从表1可知，杂交稻‘五丰优615’的稻谷产量明显高于常规稻‘粤农丝苗’。超声波种子处理的两个品种的稻谷产量都高于对照处理，‘五丰优615’和‘粤农丝苗’分别比对照处理增产3.68%和7.31%，其中‘粤农丝苗’增产达到显著水平。

表1 超声波处理对水稻产量构成因子和库容量的影响

与未超声波种子处理相比，超声波种子处理使‘五丰优615’和‘粤农丝苗’每穗颖花数分别增加了3.2%和14.3%，其中，‘粤农丝苗’处理间的差异达显著水平(P<0.05)；有效穗数、结实率和千粒重都有下降趋势，但处理间差异不显著(P>0.05)。表明超声波处理有增加每穗颖花数的作用。

2.2 稻谷产量与产量构成因素的相关性分析

表2为各水稻品种稻谷产量与产量构成因素间的相关性分析。研究结果发现，常规稻‘粤农丝苗’的稻谷产量与每穗颖花数呈显著的正相关，与有效穗数、结实率、千粒重和库容量相关不显著。其次，‘五丰优615’的稻谷产量与产量构成无显著相关。

表2 产量与产量构成因素的相关性分析

2.3 超声波处理对稻米品质的影响

超声波种子处理对常规稻‘粤农丝苗’增产效果达到显著水平。研究结果发现，与未超声波种子处理（对照）相比，超声波种子处理的稻米胶稠度、直链淀粉含量和蛋白质含量分别增加了14.4%、4.6%和4.3%（相对值），差异达显著水平(P<0.05)；垩白度和垩白粒率分别增加了75.0%和42.86%（相对值），但由于绝对数值含量低，且重复间测定误差变异较大，差异不显著；糙米率、精米率、整精米率、碱消值、精米率等无明显差异（表3）。依据NY/T 593—2013《食用稻品种品质》标准对食用长粒形籼稻品种米质的界定，对照和超声波处理的‘粤农丝苗’稻谷都符合优质三等以上，故处理间品质等级无明显差异。

3 讨论

3.1 超声波处理对稻谷产量的影响

大量研究发现，超声波处理可显著促进种子萌发，提高发芽率，增加有效穗数、颖花数、结实率、千粒重等指标[7,17,25]。辛星光等[10]研究发现，超声波处理有利于提高作物干物质积累、净光合速率、叶面积指数、群体生长率、物质输出率和转化率，同时，也可增加叶绿素含量，促进氮从叶片向生殖器官的转移[26]，从而增加稻谷产量。因此，超声波种子处理不仅仅提高种子的发芽率和增加有效穗数，还能够提高作物的光合能力、促进源库流协调、提高稻谷产量。本研究结果发现，不论是杂交稻‘五丰优615’，还是常规稻‘粤农丝苗’，超声波处理后的水稻每穗颖花数明显增加，其中常规稻‘粤农丝苗’达显著水平，稻谷产量的差异达显著水平（表1），这与黎国喜等[8]发现超声波处理增产的主要原因之一是提高了水稻的每穗颖花数相一致。同时，相关性研究结果表明，常规稻‘粤农丝苗’稻谷产量与每穗颖花数成显著的正相关（表2）。这进一步表明了，在本试验条件下，超声波处理增产的主要原因是提高了水稻的每穗颖花数。值得注意的是，在本试验条件下，超声波处理后水稻的有效穗数都低于对照处理，这与万泗梅等[9]的研究结果认为超声波处理提高水稻有效穗数不一致，可能原因是水稻品种对超声波处理频率和处理时间的响应存在差异。如需提高水稻有效穗数，两系杂交稻‘Y 两优900’水稻品种需采用50 KHz超声波干法处理种子1 min[9]；常规稻‘桂香占’只需采用20 KHz 超声波处理湿法处理种子30 min[8]。而且，有研究表明，杂交稻‘隆优619’和常规稻‘南育红籼’同时采用20 KHz+40 KHz 混合超声波处理30 min，杂交稻‘隆优619’的有效穗数显著增加，而常规稻‘南育红籼’无显著差异[27]。表明了各水稻品种对超声波处理频率和处理时间的敏感性存在明显差异，研究超声波处理对水稻产量及其构成因素的变化需考虑品种间的特性，需进一步开展品种间的个性化研究。

上述结果表明，在本试验条件下，超声波处理提高水稻产量的主要原因是提高每穗颖花数，而不是有效穗数、结实率、千粒重和库容量。每穗颖花数的提高可能与颖花分化期细胞分裂素和生长素含量有关[28-29]，超声波种子处理是否能提高水稻扬花期细胞分裂素和生长素的含量，有待考究。

3.2 超声波处理对稻米品质的影响

有研究报道，超声波处理能够提高稻米的糙米率、精米率和整精米率等加工品质，通过降低垩白粒率和垩白度而提高稻米的外观品质，通过提高胶稠度，降低直链淀粉和蛋白质含量而提高稻米的蒸煮品质[6]。聂俊等[11]研究发现，超声波处理可提高稻米的精米率和整精米率，同时显著降低水稻的垩白粒率和垩白度，从而改善水稻的碾米和外观品质。黎国喜等[8]研究发现，超声波处理显著降低‘桂香占’的垩白粒率，增加其胶稠度，但‘培杂泰丰’的垩白粒率和胶稠度均无显著变化。本试验结果表明，超声波种子处理的稻米的胶稠度、直链淀粉（蒸煮品质）、蛋白质含量（营养品质）显著增加（表3），其它品质性状都无明显变化，表明了在本试验条件下，超声波处理主要是对稻米的蒸煮和营养品质有显著的促进作用，而对加工和外观品质无明显影响，其机理可能与水稻品种特性、超声波处理频率和处理时间有关，有待进一步研究。

表3 超声波种子处理对稻米品质的影响

4 结论

在本试验条件下，超声波处理能够显著提高常规稻‘粤农丝苗’稻谷产量。其提高稻谷产量的主要原因是增加水稻的每穗颖花数。其次，超声波处理在稻米胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量等方面有显著的促进作用，其它稻米品质指标无显著变化。本研究开展的超声波种子处理对水稻产量和稻米品质的影响，将为超声波处理技术在水稻提质增效中的应用提供科学依据。