抽穗-灌浆期不同低温处理对三江平原水稻主栽品种品质的影响

褚春燕，孙桂玉，张洪梅，于宏敏，郑冠龙

(1.佳木斯气象局，黑龙江 佳木斯154004； 2.哈尔滨市气象局，黑龙江 哈尔滨150028；3.黑龙江省气象科学研究所，黑龙江 哈尔滨150030； 4.北大荒通用航空有限公司，黑龙江 哈尔滨150000)

0 引言

水稻是喜温作物，低温冷害会影响水稻的产量与品质。水稻品质既受遗传因素的控制，又受栽培生态环境，尤其是气候生态因子的影响[1]。温度是影响水稻生长发育和产量的重要环境因素，也是影响稻米品质的首要环境因子[2]。气温在水稻发育抽穗-灌浆期变化较大，低温会不同程度地影响水稻的品质。抽穗至灌浆结实期是水稻产量和品质形成的主要生育期，灌浆初期(齐穗后20 d)是温度影响水稻产量和品质形成的关键时期，低于21 ℃不利于提高稻米产量和品质[3]。灌浆结实期遭遇低温冷害，降低水稻灌浆速率，造成精米率、整精米率和直链淀粉含量下降，垩白粒率、垩白度和蛋白质含量增加[4]。薛文多[5]认为孕穗期、抽穗期和灌浆期低温胁迫导致稻米蛋白质和直链淀粉降低。沈枫等[6]研究辽粳433灌浆期最适合温度为22～25 ℃；与25 ℃相比，灌浆期温度降低6 ℃糙米率、精米率和整精米率降低，直链淀粉和蛋白质含量增加，食味值降低13.99%。王士强等[7]认为孕穗期低温处理会使水稻RVA谱特征参数的最高黏度和崩解值降低，糊化温度和消减值升高。张国发等[8]提出，随播期推后灌浆期温度降低，RVA谱特征参数中冷胶黏度、消减值、回复值和糊化开始温度降低，崩解值、峰值黏度升高。

黑龙江省作为主要寒地水稻作物生产区，低温冷害频繁发生，已成为限制黑龙江省水稻生产发展的主要因素之一[9]。三江平原地处于黑龙江东北部，属于温带季风气候，雨热同期，水源充足，水稻种植面积逐年扩大，水稻在抽穗-灌浆期主要的气象灾害是低温冷害。低温冷害是造成水稻减产的主要气象条件，同时也影响稻米的品质。目前对水稻耐冷性研究开展的比较深入，国内外已有很多报道，多集中在低温冷害对产量影响、防御对策、监测方法和时空变化等，在低温对水稻抽穗-灌浆期的碾米品质、营养品质、RVA谱特征影响方面研究较少[10-14]。本研究通过盆栽试验，在抽穗-灌浆期分期设置不同低温处理，以正常栽培管理的水稻为对照，探讨抽穗-灌浆结实期不同时段低温对三江平原主栽水稻品种稻米品质的影响，探索稻米品质形成及淀粉黏滞性谱在抽穗-灌浆期低温响应规律及其时段效应差异，以期为三江平原水稻气候品质认证提供理论依据，同时也为水稻生产栽培和抗性育种提供理论参考，优化种植结构，促进水稻提质增收。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016—2018年在富锦市水田示范区内开展，以3个寒地主栽水稻品种龙粳29(L29)、龙粳31(L31)和龙粳46(L46)为试验材料，进行为期3年的试验研究，2017年与2018年试验设计相同，由于2018年试验期间气候异常，导致数据没有代表性，因此本文利用2016年和2017年的试验数据进行分析。

1.2 试验方法

每年的4月8日水稻开始浸种催芽，4月15日播种育苗，分别于2016年5月19日和2017年5月17日将秧苗移栽至营养箱中，每个营养箱种植3穴水稻，每穴4株；每个品种进行4个处理批次，3次重复，共36箱。将移栽后的营养箱置于试验田内种植，每个重复间隔3穴，每个批次间隔20穴，品种间留40行保护行，营养箱中水稻的种植密度及管理与大田一致[15]。

2016年和2017年试验的平均低温分别为17 ℃和16 ℃，在抽穗期、灌浆前期、灌浆中期和灌浆后期4个批次进行低温处理，低温处理日期及积温如表1所示[15-17]。

表1 低温处理时段与积温条件

低温处理时，将种植水稻植株的营养箱按发育期分批移入人工气候箱。人工气候箱的参数设置如表2所示。对照材料是水田内自然生长的水稻。低温处理结束后，去掉营养箱将水稻植株移入大田，使其自然生长，收获后晾晒水稻至稻米含水量13%以下后开始品质测量。

表2 每批次处理人工气候箱参数设置

1.3 测定指标

加工品质测定：糙米率(%)、精米率(%)、整精米率(%)。

营养品质测定：蛋白质、直链淀粉含量，食味评分。

RVA谱特性参数测定：最高黏度、冷胶黏度、热浆黏度、崩解值、消减值和回复值。

2 结果与分析

2.1 低温处理对水稻加工品质的影响

从图1中可以看出，2016年(17 ℃/3d)水稻的糙米率、精米率和整精米率都明显高于2017年(16 ℃/5d)，这说明温度越低、低温时间越长对水稻的加工品质影响越大。2016年低温处理对水稻的加工品质影响：糙米率下降幅度-1%～14%、精米率下降幅度-3%～14%、整精米率下降幅度为-2%～16%；2017年低温处理对水稻的加工品质影响：糙米率下降幅度0～8%、精米率下降幅度0～10%、整精米率下降幅度0～22%。与对照相比，2016年水稻抽穗期低温处理，稻米的糙米率、精米率和整精米率都有不

图1 不同低温处理对水稻加工品质的影响

同程度的提升，水稻灌浆前期L29和L46的加工品质提高，L31的加工品质下降，水稻灌浆中期，L29和L31的加工品质降低，L46的加工品质升高，在水稻灌浆后期，3个品种加工品质降低；2017年抽穗期-灌浆期低温处理后3个品种的水稻加工品质均降低，这说明水稻的耐冷性提高，抽穗期短期的低温，对稻米加工品质影响较小，甚至有利于提高加工品质，抽穗期-灌浆期5 d日平均温度低于低温冷害临界温度17 ℃会降低稻米加工品质，且灌浆后期影响最大。综上所述，2017年的低温处理对水稻各生育期的影响要高于2016年，说明温度越低、处理时间越长，对水稻加工品质的影响越大。其中水稻抽穗期耐冷性比较强，加工品质受低温影响较小，水稻灌浆前期的耐冷性次之，水稻灌浆后期的耐冷性最弱，变化幅度也最大。

2.2 低温处理对水稻营养品质的影响

从表3中可以看出，3个品种在2016—2017年经过低温处理后各生育期的蛋白质含量均有上升，但2016年低温对蛋白质的影响更大，变幅为13%～39%，2017年低温对蛋白质的影响较小，变幅为0～14%。通过以上研究结果表明，适宜的低温对蛋白质的合成具有促进作用，温度越低，越不利于蛋白质含量的增加。两年试验中，低温对水稻蛋白质影响最大的时期是抽穗期，影响最小的时期是灌浆末期。

表3 不同低温处理下水稻营养品质的变化幅度

低温对水稻直链淀粉的合成具有促进作用，2016年3个品种在其各发育期低温处理后，水稻的直链淀粉含量均上升，变幅为0～4%；2017年3个品种在灌浆期低温处理后稻米的直链淀粉均上升，变化幅度0～3%，抽穗期低温处理降低稻米的直链淀粉含量，降幅最大为6%，说明抽穗期温度过低会抑制直链淀粉的合成。

不同低温处理对水稻食味评分的影响也各不相同，2016年低温处理下水稻的食味评分变幅为-38%～36%，对耐冷性较强的L29具有提高效果，对L46的食味评分具有降低效果；2017年低温处理下水稻的食味评分变幅为-31%～0，几乎全部降低了食味评分，这说明日平均温度达到16 ℃后更易降低水稻的食味评分。

综上所述，2017年低温处理后的营养品质变幅小于2016年，表明温度越低，蛋白质含量增加越缓慢，对直链淀粉的促进作用越弱，食味评分越低。

2.3 低温处理对水稻RVA谱特征参数的影响

稻米淀粉的RVA谱特征是评价稻米品质的重要指标，主要包括最高黏度、冷胶黏度、热浆黏度、崩解值、消减值和回复值。最高黏度反映淀粉的膨胀能力，从表4中可以看出，2016年水稻各个生育期的最高黏度值均小于2017年，与对照相比，2016年低温处理对水稻最高黏度的影响大于2017年，2016年的变化幅度为-25%～3%，2017年的变化幅度为-11%～10%，这可能是由于温度越低对最高黏度的影响越小。热浆黏度是淀粉粒膨胀后破裂黏度急剧下降的最低值，反映了淀粉粒在高温下耐剪切的能力，2016年热浆黏度值几乎都小于2017年，这与最高黏度相似，与对照相比，2016年各品种的热浆黏度均下降，变化幅度为-29%～-6%，2017年L29和L46的热浆黏度下降，L31热浆黏度上升，变化幅度为-11%～4%，2016年的温度对热浆黏度的影响更大。冷胶黏度反映糊化淀粉的回升特性，2016年L46各生育期的冷胶黏度值均小于2017年，其余两个品种在各生育期表现均不相同，与对照相比，2016年3个品种在各生育期的冷胶黏度均下降，幅度为-20%～-5%，2017年L31在各生育期的冷胶黏度均上升，L29和L46在各生育期的冷胶黏度均下降，幅度为-10%～8%。综上所述，不同低温处理对水稻RVA谱特征参数的一级参数影响较大，规律较明显，不同生育期间差异不大，不同品种间有一定的差异。

表4 不同低温对水稻各生育期RVA谱特征参数的影响

2016年L29和L31在水稻抽穗期崩解值小于2017年，在灌浆前、中期崩解值大于2017年，两个品种具有较好的一致性，与对照相比，2016年低温提高了L29灌浆期的崩解值，对其他两个品种有抑制作用，崩解值的变幅为-17%～21%，2017年低温提高了L46各生育期的崩解值，对其他品种有抑制作用，变幅为-17%～23%。2016年L29各生育期的消减值小于2017年，其他两个品种没有明显规律，与对照相比，2016年L31和L46的消减值都有大幅度的上升，2017年各品种有不同幅度的下降。2016年L29和L31各个生育期的回复值均小于2017年，L46的回复值变化不大，与对照相比，2016年L29在抽穗-灌浆期的回复值下降幅度大于2017年，变化幅度较小，2016年为-13%～7%，2017年为-7%～7%，L31和L46在灌浆前期回复值上升。低温处理对水稻生育后期的RVA谱特征参数的一级参数影响较大，二级参数影响稍小，且无明显规律。

3 讨论

影响稻米品质因素较多，前人研究发现，稻米品质受温度影响很大，特别是水稻发育中后期，温度过低，减缓水稻的灌浆速度，降低成熟度、整精米率和蛋白含量，增大垩白和直链淀粉含量，从而使水稻品质降低。吕晓等[18]提出，抽穗期低温胁迫使水稻中蛋白质、直链淀粉含量增加，糙米率增加，精米率减少，比日常温度低5 ℃低温处理与对照差异显著性低于比日常温度低3 ℃的低温处理。张诚信等[19]研究认为，灌浆结实期低温降低稻米糙米率、精米率和整精米率，提高稻米的蛋白质含量，降低直链淀粉含量，稻米的RVA谱特征参数峰值黏度、崩解值、热浆黏度呈下降趋势，峰值时间、消减值、最终黏度上升。曾研华等[20]研究发现，水稻开花中后期低温对水稻的外观品质、蒸煮食味品质和营养品质影响最大，对RVA谱特征值中的回复值和消减值有提高作用，其余有降低作用。武琦[21]研究结论略有不同，提出灌浆期低温胁迫RVA谱中的最高黏度、冷胶黏度、回复值和消减值显著上升，峰值黏度、崩解值下降，最终导致稻米品质变劣。

本研究结果可以看出，抽穗-灌浆期低温处理对水稻的品质有负面影响，会降低加工品质，温度越低，影响越大；对于营养品质，低温促进蛋白质含量上升，温度越低，蛋白质上升的幅度越小，直链淀粉在17 ℃/3d低温处理后上升，16 ℃/5d低温处理后，抽穗-灌浆前期的直链淀粉下降，灌浆中后期的直链淀粉上升，食味评分与低温的关系没有明显的规律；RVA谱特征参数的一级参数在不同低温处理后，热浆黏度、冷胶黏度下降，随着温度的降低，热浆黏度影响减小；低温对RVA谱特征参数的二级参数(崩解值、消减值和回复值)的影响根据品种和生育期的不同而有不同的效果，没有一致的规律，有待进一步的研究。

4 结论

以三江平原3个主栽粳稻品种为试材，在抽穗-灌浆期分别于2016年和2017年进行日平均温度17 ℃/3 d和16 ℃/5 d两个处理，以正常栽培管理的试材为对照，对抽穗-灌浆期低温胁迫下寒地水稻的品质进行研究，得出以下结论。

(1)加工品质方面，低温处理会降低糙米率、精米率和整精米率，且温度越低，处理时间越长，加工品质影响越大。

(2)营养品质方面，低温处理后在抽穗-灌浆期蛋白质含量会显著上升，随着温度的降低，蛋白质上升缓慢；直链淀粉含量在不同温度下表现不同，2016年低温提高直链淀粉含量，2017年低温对水稻抽穗-灌浆前期有促进作用，对灌浆中后期有抑制作用；低温会降低水稻的食味评分，其中17 ℃/3d对L29的食味评分有提升作用。

(3)RVA谱特征参数方面，RVA谱特征参数的一级参数处理后规律相对明显，低温处理后，最高黏度和热浆黏度下降，冷胶黏度根据品种和生育期的不同表现也各不相同。RVA谱特征参数的二级参数与温度的关系较复杂，3个品种之间、各生育期间没有明显规律。