节水灌溉栽培模式对稻米品质和淀粉RVA谱的影响

薛菁芳 蔡永盛 陈书强

节水灌溉栽培模式对稻米品质和淀粉RVA谱的影响

薛菁芳 蔡永盛 陈书强

（黑龙江省农业科学院水稻研究所/农业农村部寒地粳稻冷害科学观测实验站，154026，黑龙江佳木斯）

为节约水资源，筛选适合黑龙江省栽培的优质耐旱水稻品种，实现水稻可持续生产，以黑龙江省主栽的16个水稻品种为试验材料，设置节水灌溉（WI）和常规灌溉（TI），研究2种灌溉方式对稻米加工品质、营养品质和淀粉RVA谱特征值的影响。结果表明，WI处理使10个品种的糙米率提高0.56%～6.94%；8个品种的精米率提高0.88%～8.09%；11个品种的蛋白质含量降低0.81%～8.15%；9个品种的直链淀粉含量降低0.34%～5.21%；8个品种的食味评分提高1.33%～13.06%。对稻米淀粉RVA谱分析表明，WI处理使11个品种的峰值黏度升高，5个品种的热浆黏度和冷胶黏度降低，9个品种的崩解值升高，10个品种消减值降低。以精米率和食味评分为主要衡量指标，并综合其他品质指标来看，WI处理稻米品质改善的品种有绥粳4号、绥粳15、绥粳17、龙粳39、龙粳47、龙粳1525和龙粳1437。

水稻；节水灌溉；稻米品质；RVA谱

水稻是世界上重要的粮食作物之一，全球一半以上的人口将其作为主食[1]。目前，淹水灌溉是稻作生产常用水分管理方式，耗水量巨大，每年耗水量占农业用水的65%以上，水资源浪费严重[2-3]。黑龙江省水稻种植面积约400万hm2，其中井灌水稻约占70%以上。由于灌溉系统老化、不配套，灌溉水利用效率较低，且地下水开采严重超标，长期淹水灌溉，定额过大导致水分浪费严重。近年来，井灌水稻面积不断扩大，地下水资源平衡受到了严重破坏。水资源短缺已成为黑龙江省水稻可持续发展的制约因素。节水灌溉是农业生产中效果最明显、节水潜力最大的有效途径，是现代水稻生产发展的必经之路。随着人们生活水平的提高，稻米品质越来越受到重视。稻米品质的形成既受本身遗传因素影响，也与外部环境密切相关，如气温、水分[4]。关于栽培措施对稻米品质的影响，前人已从栽培方式[5-7]、栽培密度[8-11]和肥料运筹[12-13]等方面进行了大量研究。关于水分管理方面，稻米品质并非在常规灌溉下最优，节水灌溉可改善稻米的品质，提高出米率，胶稠度变小，稻米的食味品质有所改善[14-17]，但很多研究[18]表明，严重的水分胁迫使稻米品质变劣。以往虽有水稻节水灌溉的研究，但大多集中在产量方面，对水稻生理性状和品质影响研究较少。另外，黑龙江省作为水稻种植大省，也是井灌稻占比较高的稻区，节水灌溉对水稻品质影响的研究较少。因此，在黑龙江省深入研究节水灌溉对稻米品质的影响，指导优质、高产与水资源高效利用，实现稻作可持续发展具有十分重要的意义。本试验以黑龙江省主栽的16个水稻品种为材料，设置2种灌溉方式，研究不同灌溉方式对稻米加工品质、营养品质及稻米RVA谱特征值的影响，为水稻的节水优质栽培提供一定的理论基础和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2019年在黑龙江省农业科学研究院水稻研究所进行（130°22′ E，46°49′ N），该地属于典型的温带大陆性季风气候，年均气温3℃左右，≥10℃活动积温2521℃，无霜期130～140d，年均降水量510mm。试验地土壤为草甸土，有机质2.70%，速效磷39.78mg/kg，速效钾202.76mg/kg，碱解氮126.46mg/kg，pH 6.4。

以黑龙江省主栽的16个水稻品种为试验材料，分别为绥粳4号、绥粳15、绥粳17、绥粳18、龙庆稻21、龙粳20、龙粳29、龙粳31、龙粳39、龙粳47、龙粳59、龙粳63、龙粳65、龙粳67、龙粳1525和龙粳1437。

1.2 试验设计

试验在有精确计量用水量的试验区进行，设置节水灌溉（WI）和常规灌溉（TI）2种灌溉方式，灌水总量分别为8104.5和4201.5m3/hm2。WI：插秧后全生育期不建立水层管理，只在除草施肥时建立2～3cm水层；TI：只在分蘖末期晒田，其余时间保持3～5cm水层管理。在进水口用水表记录灌溉用水量。每个品种种植40m2。除不同灌水处理外，其他管理同大田生产。

1.3 测定项目

1.3.1 加工品质 用FC-2K型实验砻谷机将稻谷（W0）加工成糙米，并称重，记为W1，按照公式计算糙米率，糙米率（%）=（W1/W0）×100；再将其用VP-32型实验碾米机（日本）加工成精米，并称重，记为W2，精米率（%）=（W2/W0）×100。

1.3.2 营养品质 用FOSS 1241近红外谷物分析仪（德国）测定稻米的蛋白质含量和直链淀粉含量。

1.3.3 稻米淀粉黏滞性 按AACC美国谷物化学协会操作规程（1995-61-02）标准方法，采用RVA-4型快速黏度仪（Rapid Viscosity Analyzer，澳大利亚Newport Scientific仪器公司）测定淀粉谱黏滞特性，并采用Thermo cline软件进行分析。RVA谱特征值主要用崩解值（breakdown value，BDV，峰值黏度—热浆黏度）和消减值（setback value，SBV，冷胶黏度—峰值黏度）等表示。

1.4 统计分析

运用Microsoft Office Excel 2003录入数据并计算，采用DPS 7.05进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式下稻米品质指标的差异

由表1可知，与TI处理相比，WI处理提高了10个品种的糙米率，增幅为0.56%～6.94%，分别为绥粳4号、绥粳15、绥粳17、龙庆稻21、龙粳31、龙粳39、龙粳47、龙粳63、龙粳65和龙粳1525，其中绥粳4号和龙粳63的糙米率显著提高；8个品种的精米率提高，增幅为0.88%～8.09%，分别为绥粳4号、绥粳15、绥粳17、龙粳39、龙粳47、龙粳59、龙粳63和龙粳1525，其中绥粳15和龙粳63的精米率显著提高；11个品种的蛋白质含量降低，降幅为0.81%～8.15%，分别为绥粳4号、绥粳15、绥粳17、绥粳18、龙庆稻21、龙粳20、龙粳59、龙粳65、龙粳67、龙粳1525和龙粳1437，其中龙粳67和龙粳1525的蛋白质含量显著降低；9个品种的直链淀粉含量降低，降幅为0.34%～5.21%，分别为绥粳17、绥粳18、龙庆稻21、龙粳20、龙粳29、龙粳39、龙粳59、龙粳1525和龙粳1437；8个品种的食味评分提高，增幅为1.33%～13.06%，分别为绥粳4号、绥粳15、龙粳31、龙粳39、龙粳47、龙粳65、龙粳67和龙粳1437，其中绥粳4号和龙粳67的食味评分显著提高。

由表2可以看出，TI处理下的糙米率和精米率的变异系数较大，分别为3.16%和5.68%，95%的品种糙米率分布在78.89%～81.59%，精米率分布在65.58%～69.68%，WI处理下糙米率和精米率的变异系数较小，分别为3.13%和4.90%，95%的品种糙米率分布在79.56%～82.26%，精米率分布在66.13%～69.68%。TI处理下蛋白质和直链淀粉含量变异系数较大，分别为4.92%和4.79%，95%的品种蛋白质含量分布在7.73%～8.14%，直链淀粉含量分布在19.80%～20.83%；WI处理下蛋白质和直链淀粉含量变异系数较小，分别为4.14%和3.67%，95%的品种蛋白质含量分布在7.58%～7.92%，直链淀粉含量分布在19.68%～20.46%。TI处理下的食味评分的变异系数较小，为8.63%，95%的品种食味评分分布在81.68～89.55分；WI处理下食味评分的变异系数较大，为9.38%，95%的品种食味评分分布在83.49～92.27分。整体来说，WI处理下的糙米率、精米率和食味评分平均值较TI处理略有提升；蛋白质和直链淀粉含量平均值较TI处理略有下降。

2.2 不同灌溉方式下稻米淀粉RVA谱特征值的差异

由表3可知，与TI处理相比，WI处理升高了11个品种的峰值黏度，增幅为0.63%～14.59%，分别为绥粳4号、绥粳17、绥粳18、龙庆稻21、龙粳29、龙粳59、龙粳63、龙粳65、龙粳67、龙粳1525和龙粳1437，其中龙粳1525的峰值黏度显著升高；降低了5个品种的热浆黏度和冷胶黏度，分别为绥粳15、绥粳17、龙粳20、龙粳31和龙粳47，降幅分别为0.27%～3.98%和1.07%～3.60%，其中龙粳31的冷胶黏度显著降低；升高了9个品种的崩解值，增幅为0.18%～18.05%，分别为绥粳4号、绥粳17、绥粳18、龙粳29、龙粳59、龙粳65、龙粳67、龙粳1525和龙粳1437，其中龙粳1525和龙粳1437的崩解值显著升高；降低了10个品种消减值，降幅为1.68%～14.20%，分别为绥粳4号、绥粳17、绥粳18、龙庆稻21、龙粳29、龙粳31、龙粳65、龙粳67、龙粳1525和龙粳1437，其中绥粳4号的消减值显著降低。

表1 不同灌溉处理对不同水稻品种品质指标的影响

同列数值后不同字母表示不同处理之间存在显著差异（< 0.05），下同

Different letters in the same column indicate significant difference between different treatments (< 0.05), the same below

表2 不同灌溉处理下品质指标的差异（n=16）

表3 不同灌溉处理对不同水稻品种淀粉RVA谱的影响

由表4可以看出，TI处理下峰值黏度、崩解值、冷胶黏度和消减值的变异系数较大，95%的品种峰值黏度分布在1956～2202，崩解值分布在641～766，冷胶黏度分布在2496～2673，消减值分布在446～565；WI处理下峰值黏度、崩解值、冷胶黏度和消减值的变异系数较小，95%的品种峰值黏度分布在2009～2241，崩解值分布在659～769，冷胶黏度分布在2544～2718，消减值分布在453～557。从整体上看，节水灌溉处理后稻米淀粉RVA谱特征值的峰值黏度、热浆黏度、崩解值和冷胶黏度的平均值较常规灌溉处理略有升高。

2.3 不同灌溉处理下淀粉RVA谱特征值与加工及营养品质的相关性分析

如表5所示，不同灌溉处理下，除峰值黏度和热浆黏度与糙米率的关系外，其余稻米RVA谱特征值与糙米率和精米率的相互关系一致，表现为峰值黏度和崩解值与精米率均呈极显著负相关，热浆黏度与精米率呈显著负相关，冷胶黏度与糙米率和精米率呈负相关，消减值与糙米率和精米率呈极显著正相关。

表4 不同灌溉处理下淀粉RVA谱的差异（n=16）

除冷胶黏度和消减值外，不同灌溉处理下的蛋白质含量与其余各RVA谱特征值均呈正相关；除消减值外，不同灌溉处理下的直链淀粉含量与其余各RVA谱特征值均呈负相关、显著负相关或极显著负相关。

表5 不同灌溉处理下稻米淀粉RVA谱与加工及营养品质的相关性

“*”表示在0.05水平下相关性显著，“**”表示在0.01水平下相关性极显著

“*”indicates significant correlation at the level of 0.05,“**”indicates extremely significant correlation at the level of 0.01

3 讨论

近年来，随着人们生活水平不断改善，对优质稻米的需求越来越高。稻米品质的形成是一个复杂的过程，除了受到自身遗传因素的限制外，环境条件及栽培措施也是影响米质的重要因素。有研究[15,19]表明，节水灌溉可以改善稻米品质。在加工品质方面，刘立军等[20]指出，与常规灌溉相比，节水灌溉在一定程度上可以改善稻米加工品质。陈培峰等[21]研究表明，糙米率和精米率在不同灌溉方式下差异不显著。本试验中节水灌溉处理下的糙米率和精米率的平均值较常规灌溉处理略有提升，但差异不显著。有关土壤水分对稻米蛋白质含量的影响己有较多报道，彭世彰等[22]研究表明，控制灌溉下水稻的粗蛋白含量降低。也有研究[23]表明，稻米中蛋白质和直链淀粉含量随土壤缺水程度的加剧而逐渐下降。本试验中，节水灌溉处理下的蛋白质和直链淀粉含量的平均值较常灌处理略有下降。稻米RVA谱特征值反映米饭的口感和质地，是评价食味品质的重要指标。以往研究[24-27]表明，热浆黏度和消减值与食味值呈极显著负相关，崩解值与食味值呈极显著正相关；具有较低的热浆黏度和消减值、较高的崩解值的稻米，其口感较好。本试验中，节水灌溉较常规灌溉提高了稻米淀粉RVA谱的峰值黏度和崩解值。稻米淀粉RVA谱特征值与加工及营养品质的关系方面，舒庆尧等[28]和朱满山等[29]研究认为，稻米的直链淀粉含量与消减值、热浆黏度和冷胶黏度呈显著或极显著正相关，与崩解值呈显著负相关。本试验结果表明，不同灌溉处理下的稻米糙米率、精米率和直链淀粉含量均与消减值呈极显著正相关，与崩解值均呈极显著负相关，这与前人研究结果一致，但直链淀粉含量与热浆黏度和冷胶黏度的关系与前人研究结果相反，可能与品种的耐旱性、土壤水分状况以及应用时间不同有关。

稻米品质的形成与籽粒灌浆速率和淀粉的合成密切相关。水稻籽粒灌浆的前、后期灌浆物质的水平以及源的动态在一定程度上与稻米垩白的形成有关，会影响稻米的外观品质[30]。籽粒淀粉形成过程中，蔗糖合成酶（SuSase）、ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉分支酶（Q-酶）、可溶性淀粉合成酶及淀粉粒形成酶等与稻米品质关系密切，其中Q-酶是水稻胚乳淀粉生物合成的关键酶，可催化α-1,6葡萄糖苷键的合成，在直链上产生分支而形成支链淀粉。陈新红[31]研究证实，水稻结实期进行轻度的土壤水分胁迫增加了籽粒中SuSase、淀粉合成酶（StSase）和Q-酶活性。在轻度土壤水分胁迫下籽粒灌浆速率的增加与籽粒中SuSase、StSase和Q-酶活性的提高有密切关系。蔡一霞[32]研究也表明，结实期水分胁迫对淀粉合成过程中关键酶活性变化、直支链淀粉含量积累动态及米粉的RVA谱特征和米饭质地有着明显的影响。以常规灌溉为对照，结实期水分胁迫下ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、颗粒结合淀粉合成酶和可溶性淀粉合成酶表现趋势基本一致，在籽粒灌浆初期（花后5～10d）上述酶活性增强。本研究中大多数品质指标差异不显著，表明节水灌溉有不降低或者轻度改善稻米品质的趋势。张亚洁等[33]研究也证实了在适度水分胁迫下，早稻的加工品质、外观品质和蒸煮营养品质明显改善。本试验中节水灌溉处理是不建立水层管理，在灌浆期土壤处于干湿交替的状态，品质提高可能与适度土壤干旱促进了淀粉相关合成酶的活性有关，这需要进一步研究。

水稻种植需要丰富的水资源。据测算，每获得1kg大米，需要耗水2t以上。黑龙江省水稻种植面积大，且井灌水稻约占70%以上，地下水开采严重超标，生产上大多采用长期淹灌或串灌，浪费严重，且黑龙江省灌溉水利用效率较低，灌溉水利用系数只有0.58左右。本试验中节水灌溉处理为黑龙江省节水又高产优质的水稻栽培以及高效利用水资源提供一定的理论基础和实践依据。

4 结论

节水灌溉处理下的糙米率、精米率和食味评分较常规灌溉处理提高，蛋白质和直连淀粉含量下降。对稻米淀粉RVA谱分析表明，节水灌溉处理下的峰值黏度、热浆黏度、冷胶黏度和崩解值较常规灌溉有所升高，总体上改善了稻米品质。以精米率和食味评分为主要衡量，并综合其他品质指标来看，筛选出7个节水灌溉处理后稻米品质有所改善的品种，分别为绥粳4号、绥粳15、绥粳17、龙粳39、龙粳47、龙粳1525和龙粳1437。结果表明可在生产上采用适合的节水灌溉技术的同时选择适合节水灌溉条件下种植的优质水稻品种。

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Effects of Water-Saving Irrigation Cultivation Model on Rice Quality and Starch RVA Profiles

Xue Jingfang, Cai Yongsheng, Chen Shuqiang

(Rice Research Institute, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences/Scientific Observing and Experimental Station of Rice Cold Damage in Cold Region, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Jiamusi 154026, Heilongjiang, China)

High-quality drought-tolerant varieties were selected to save the water resources for evaluating sustainable rice production suitable for main cultivation in Heilongjiang province. Sixteen rice varieties mainly grown in Heilongjiang province were used as experimental materials. Two methods of water-saving irrigation (WI) and conventional irrigation (TI) were set up to study the effects of different irrigation methods on rice processing, nutritional quality, and starch RVA profiles. The results showed that WI treatment increased the brown rice rates of ten varieties by 0.56%-6.94%; increased the milled rice rates of eight varieties by 0.88%-8.09%; reduced the protein contents of eleven varieties by 0.81%-8.15%; reduced the amylase contents of nine varieties by 0.34%-5.21%, and improved the taste scores of eight varieties by 1.33%-13.06%. The analysis of RVA profiles of rice starch showed that WI treatment increased the peak viscosity of eleven varieties, reduced the hot paste viscosity and cold paste viscosity of five varieties, increased the breakdown value of nine varieties, and reduced the setback value of ten varieties. Taking the milled rice rate and taste score as the main measurement and considered other quality indicators, the varieties with improved rice quality were Suijing 4, Suijing 15, Suijing 17, Longjing 39, Longjing 47, Longjing 1525, and Longjing 1437 under WI treatment.

Rice; Water-saving irrigation; Rice quality; RVA profiles

10.16035/j.issn.1001-7283.2021.04.013

薛菁芳，主要从事水稻育种和栽培技术研究，E-mail：xuejingfang147@163.com

陈书强为通信作者，主要从事水稻高产高效优质栽培研究，E-mail：chenshuqiang@163.com

黑龙江省自然科学基金项目（LH2019C063）；国家重点研发计划项目（2017YFD0300505-4）；黑龙江省农业科学院院级课题（2020YYYF021）；黑龙江省农业科学院“农业科技创新跨越工程”专项（HNK2019CX12）

2020-07-09；

2020-09-16；

2021-07-05