早晚兼用型水稻稻米品质在早、晚季的差异特征

杨陶陶 韦 佳， 邹积祥 伍龙梅 包晓哲 黄 庆陈青春 张 彬，*

（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/广东省水稻工程实验室/农业农村部华南优质稻遗传育种实验室（部省共建），广东 广州 510640； 2仲恺农业工程学院农业与生物学院，广东 广州 510225）

稻米品质主要包括加工品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质。糙米率、精米率和整精米率常用来评价稻米的加工品质，其中以整精米率最受育种家和生产者关注。稻米的外观品质常以垩白粒率和垩白度等表征。不同消费者对稻米外观品质的喜好基本一致，即垩白少、透明度高的稻米较受欢迎。直链淀粉含量、稻米糊化特性和米饭质构等指标用来评价稻米蒸煮食味品质。优质籼稻往往具有较低的直链淀粉含量、消减值、糊化温度和米饭硬度，以及较高的稻米崩解值和米饭黏性［1-2］。

我国双季稻的种植面积和产量分别占全国水稻种植面积和产量的33.0%和27.5%，在保障粮食安全方面发挥着至关重要的作用［3］。在双季稻区，与早稻相比，晚稻具有较高的整精米率和消减值，较低的垩白度、垩白粒率、峰值黏度和崩解值［4-6］。稻米品质主要由品种特性决定，同时受气候条件影响［7-8］。籽粒灌浆期是稻米品质形成的关键时期，该时期温度对稻米品质影响最大［8］。有研究表明，灌浆期温度与稻米整精米率呈显著负相关，而温度对稻米整精米率的影响与其垩白大小有关［8-9］。温度不仅影响稻米的加工和外观品质，对稻米组分和淀粉结构也有一定影响，从而导致蒸煮食味品质的改变［10-12］。其他气象因子，如太阳辐射对稻米品质也有一定影响［7，13］。例如，灌浆期太阳辐射量与稻米整精米率呈显著正相关，与蛋白质含量呈显著负相关［8］。另外，水稻的每个生育阶段都有不同的适宜温度和光照范围，温光资源的变化会影响水稻生长发育、物质生产和转运，进而影响稻米品质的形成［13-15］。

早晚兼用型水稻品种在双季稻区早、晚季均可种植［16］。如，湖南许多短生育期（110～120 d）的早稻品种在晚季种植，不仅可以保证较高的稻谷产量，还能缓解茬口矛盾，有利于双季稻机械化集约化生产［17-18］；在江西早季种植优质短生育期常规晚稻品种，其产量和品质较常规早稻品种均显著提高［4］。华南双季稻区是我国优质籼稻的主产区之一，其中以“丝苗米”最为典型；特别是广东和广西等地区，选育了许多早晚兼用型水稻品种，以满足该地区水稻生产的需求［16］。该区域温、光、水资源充足，但在早、晚季分配不均，从而导致早、晚稻产量具有较大差异［19］。然而早晚兼用型水稻稻米品质在早、晚季之间的差异特征尚不清楚，是亟需明确的生产实际问题。因此，本研究选取6 个典型的优质早晚兼用型水稻品种为试验材料，分析稻米品质在早、晚季的变化特征及其与气象因子的关系，以期为华南双季稻，特别是“丝苗米”的品种选育和优质栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021 年在广东省农业科学院白云试验基地（23.39°N、113.43°E）进行。土壤耕层（0～15 cm）基础理化性质为：pH 值5.92，有机质20.10 g·kg-1，全氮1.29 g·kg-1。该试验点为亚热带季风气候，2021 年水稻生长季日平均气温、日降水量和日照时数见图1。其中，抽穗至成熟期早、晚季平均温度、平均最高温度、平均最低温度、降水量和日照时数如表1所示。

图1 2021年试验点水稻生长季日平均温度、日降水量和日照时数Fig.1 Daily mean temperature， daily precipitation and sunshine hours during rice growing season in 2021

表1 早、晚季水稻抽穗至成熟期平均温度、降水量和日照时数Table 1 Mean temperature， precipitation and sunshine hours of early and late season rice from heading to maturity

1.2 试验设计和田间管理

试验采用单因素（品种）完全随机排列，3 次重复。供试早晚兼用型水稻品种为美香占2 号、象牙香占、19 香、南晶香占、二广香占3 号和莉香占，均由广东省农业科学院水稻研究所提供，适宜在广东省各稻作区作早、晚稻种植。采用湿润育秧，手工移栽，行株距为19.8 cm×16.5 cm，每穴3 苗。2021 年早、晚季播种期、移栽期、抽穗期和成熟期见表2。早、晚季肥料施用量一致。氮肥为尿素（N 含量46.4%），施用量（纯N）为135 kg·hm-2，其中，基肥∶分蘖肥∶穗肥为5∶3∶2。磷肥为过磷酸钙（P2O5含量12.0%），施用量（P2O5）为60 kg·hm-2。钾肥为氯化钾（K2O 含量60.0%），施用量（K2O）为120 kg·hm-2，其中，基肥∶穗肥为5∶5。基肥于移栽前2 d施用，分蘖肥于移栽后7 d施用，穗肥在幼穗分化二期施用。水分管理与病虫草害防治等按当地高产田块进行。

表2 2021年早、晚季水稻播种、移栽、抽穗和成熟期Table 2 Sowing， transplanting， heading and maturity of early and late season rice in 2021

1.3 测定指标与方法

1.3.1 加工和外观品质测定 于成熟期，在每个小区收获100 穴脱粒、晒干。室温保存3 个月后，参照《GB/T 17891-2017 优质稻谷》［20］，测定糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率和垩白度。

1.3.2 直链淀粉和蛋白质含量测定 整精米中直链淀粉含量的测定方法参照《GB/T 17891-2017 优质稻谷》［20］。采用Kjeltec 8400 全自动凯氏定氮仪（丹麦福斯分析仪器公司）测定整精米中氮含量，再乘以换算系数5.95即为蛋白质含量。

1.3.3 稻米糊化特性测定 整精米粉碎后过60目筛，按照美国谷物化学师协会规程Method 61-02.01［21］，使用RVA-TecMaster 快速黏度分析仪（瑞典波通仪器公司）测定稻米峰值黏度、热浆黏度、最终黏度、崩解值（峰值黏度与热浆黏度的差值）、消减值（最终黏度与峰值黏度的差值）和糊化温度。

1.3.4 米饭质构和食味值测定 称取整精米30 g 于不锈钢盒中，用超纯水淘洗3次，米水质量比为1∶1.3，置于Z12YN6-G2 电饭煲（浙江苏泊尔股份有限公司，杭州）中蒸煮30 min，室温下冷却30 min。将盒中表层米饭拨开，挑选3 个完整的米粒，呈三角形放置在测试平台上。使用带有不锈钢圆柱型探头（P-CY36R，直径36 mm）的TVT 6700 质构仪（瑞典波通仪器公司），采用两次压缩法测定米饭的硬度、黏性和咀嚼性。其中，硬度为第一次挤压样品时的压力峰值；黏性为第一次挤压完成后，探头回复过程中所形成的区间。每个处理蒸煮两份米饭样品，每份米饭样品测定6次重复。与此同时，采用STA1B 米饭食味计（日本佐竹公司）测定米饭的综合食味值。

1.4 统计与分析

使用SPSS 25.0 软件对稻米加工品质、外观品质、直链淀粉含量、蛋白质含量、稻米糊化特性、米饭质构和食味值进行单因素（季别）方差分析，显著性水平为P＜0.05；对稻米加工和外观品质、直链淀粉和蛋白质含量与抽穗至成熟期气象因子进行相关性分析；对稻米糊化特性、米饭质构和食味值与直链淀粉和蛋白质含量进行相关性分析，显著性水平为P＜0.05和P＜0.01。

2 结果与分析

2.1 加工和外观品质

对于加工品质，早季稻米糙米率、精米率和整精米率分别为77.8%～80.0%、66.6%～69.8%和47.2%～59.3%，晚季稻米糙米率、精米率和整精米率分别为72.3%～76.3%、64.2%～68.1%和53.0%～64.9%；与早季相比，晚季稻米糙米率和精米率分别平均降低4.8和2.5 个百分点，而整精米率平均提高5.6 个百分点（图2）。对于外观品质，早季稻米垩白粒率和垩白度分别为4.5%～9.1%和2.3%～7.8%，晚季稻米垩白粒率和垩白度分别为1.2%～2.6%和0.7%～2.4%；与早季相比，晚季稻米垩白粒率和垩白度分别平均降低2.4 和0.7 个百分点（图3）。相关性分析结果表明（表3），早晚兼用型水稻糙米率和精米率与抽穗至成熟期平均温度、平均最高温度和平均最低温度均呈显著或极显著正相关；整精米率与平均温度和平均最高温度呈显著负相关；垩白粒率和垩白度与平均温度、平均最高温度和平均最低温度均呈显著正相关。

图2 早晚兼用型水稻加工品质在早、晚季的差异特征Fig.2 Differences in milling quality of early and late season dual-use rice cultivars planted in early and late seasons

图3 早晚兼用型水稻外观品质在早、晚季的差异特征Fig.3 Differences in appearance quality of early and late season dual-use rice cultivars planted in early and late seasons

表3 早晚兼用型水稻加工和外观品质、直链淀粉和蛋白质含量与抽穗至成熟期气象因子的相关性（r值，n=12）Table 3 Correlations of milling and appearance quality， amylose and protein content of early and late season dual-use rice cultivars with meteorological factors from heading to maturity （r value， n=12）

2.2 直链淀粉和蛋白质含量

由图4 可知，早季稻米直链淀粉含量显著低于晚季（象牙香占和莉香占除外），而蛋白质含量均显著高于晚季。与早季相比，晚季稻米直链淀粉含量平均提高0.9 个百分点，而蛋白质含量平均降低0.8 个百分点。相关性分析结果表明（表3），早晚兼用型水稻直链淀粉含量与抽穗至成熟期平均温度、平均最高温度和平均最低温度均呈极显著负相关，而蛋白质含量与抽穗至成熟期平均温度、平均最高温度和平均最低温度均呈极显著正相关。

图4 早晚兼用型水稻直链淀粉和蛋白质含量在早、晚季的差异特征Fig.4 Differences in amylose and protein content of early and late season dual-use rice cultivars planted in early and late seasons

2.3 糊化特性、米饭质构和食味值

与早季相比，晚季稻米峰值黏度、崩解值和糊化温度呈降低趋势，平均降幅分别为10.7%、19.5%和1.60 ℃，而消减值平均升高32.4%（图5）。与早季相比，晚季米饭硬度、黏性、咀嚼性和食味值均呈升高趋势，平均增幅分别为36.7%、37.1%、37.5%和10.3%（图6）。相关性分析结果表明（表4），早晚兼用型水稻峰值黏度、崩解值和糊化温度与直链淀粉含量呈极显著负相关，消减值、米饭硬度、黏性和咀嚼性与直链淀粉含量呈极显著正相关；崩解值和糊化温度与蛋白质含量呈显著或极显著正相关，消减值、米饭硬度、粘性和咀嚼性与蛋白质含量呈极显著负相关。

图5 早晚兼用型水稻糊化特性在早、晚季的差异特征Fig.5 Differences in pasting property of early and late season dual-use rice cultivars planted in early and late seasons

3 讨论

3.1 早晚兼用型水稻加工和外观品质、直链淀粉和蛋白质含量在早、晚季的差异特征

加工和外观品质的形成与灌浆结实期的气象因子，特别是与环境温度密切相关［7-8］。灌浆期较高的环境温度会加快籽粒灌浆速度，缩短灌浆时间，导致淀粉体松散堆积和垩白形成［9-10］。也有研究表明，较高的环境温度会加强水稻植株的呼吸作用，提高α-淀粉酶对胚乳中淀粉的降解，导致胚乳中同化物的供应不足［22］。本研究中，早季抽穗至成熟期平均温度、平均最高温度、平均最低温度均高于晚季（表1），且垩白粒率和垩白度与抽穗至成熟期平均温度、平均最高温度和平均最低温度均呈显著正相关（表3）。因此，早季较高的灌浆期温度可能导致早稻具有较高的垩白粒率和垩白度（图3）。另外，早晚兼用型水稻在早季种植时的整精米率较低（图2-C），可能与其具有较高的垩白度和垩白粒率有关，导致垩白米在碾磨过程中易断裂［23］。

除了环境温度，其他气象因子也会影响稻米的外观品质。如，弱光条件下稻米的垩白度显著提高，导致外观品质变差［24］。本研究中，早季灌浆期较多的降雨量和较短的日照时数也可能导致垩白度提高。另外，早、晚季整精米率在品种间差异较大，其中，象牙香占和19 香的整精米率在早、晚季之间无显著差异，即使其早季垩白粒率和垩白度显著高于晚季；这可能与其粒型和垩白发生位置有关［25-26］，有待进一步研究。

籽粒中直链淀粉的合成主要受颗粒结合淀粉合酶的调节［27］，而蛋白质的合成主要受谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶的调控［28］。本研究中，早季灌浆期温度较高，高温会降低籽粒中颗粒结合淀粉合酶活性，提高籽粒中谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶的活性，导致直链淀粉含量降低和蛋白质含量升高［29-30］。另外，Deng等［24］研究表明，寡照条件下稻米的直链淀粉含量显著降低，蛋白质含量显著升高。由此推测，早晚兼用型水稻在早季具有较低的直链淀粉含量和较高的蛋白质含量，可能是由早季灌浆期高温寡照的气象条件所致。

3.2 早晚兼用型水稻蒸煮食味品质在早、晚季的差异特征

在淀粉糊化过程中，较高的直链淀粉含量不利于淀粉颗粒的吸水膨胀，而在冷却过程中，较高的直链淀粉含量会加速淀粉的回生，导致较低的峰值黏度、崩解值和较高的消减值［31］。前人研究表明，稻米的糊化温度与直链淀粉含量呈负相关，与支链淀粉含量呈正相关［32］。另外，高温条件下支链淀粉长分支链比例的增加会导致淀粉结晶度和糊化温度的升高［11］。本研究中，早晚兼用型水稻直链淀粉含量与稻米峰值黏度、崩解值和糊化温度呈显著负相关，与消减值呈显著正相关（表4）。可见，早季较高的峰值黏度、崩解值和糊化温度及较低的消减值与直链淀粉含量的降低有关。

本研究中，早晚兼用型水稻在晚季种植时的米饭硬度较高（图6-A），可能与其较高的直链淀粉含量有关。这主要是由于直链淀粉分子与支链淀粉分子共结晶限制了淀粉颗粒的膨胀，导致米饭质地较硬［33］。米饭黏性指质构仪探头与米饭表面的相互作用力，一般与直链淀粉含量呈负相关［34］，但本研究中早晚兼用型水稻在晚季种植时的米饭黏性较高（图6-B），且与直链淀粉含量呈显著正相关（表4）。食味值是对稻米食味品质的综合评价。本研究中，早晚兼用型水稻在晚季种植时具有较高的食味值（图6-D）。相关性分析结果表明（表4），早晚兼用型水稻食味值与直链淀粉含量、消减值、米饭硬度和黏性呈显著正相关，与峰值黏度、崩解值和糊化温度则呈显著负相关。与Chen 等［1］的研究结果不完全一致，即籼稻稻米食味值与峰值黏度、崩解值呈显著正相关，与直链淀粉含量、消减值和糊化温度呈显著负相关。前人研究稻米直链淀粉含量、糊化特性、米饭质构和食味值的相互关系时，直链淀粉含量（1.2%～32.8%）变化范围较大［1，34］。而本研究早、晚季稻米直链淀粉含量变化均相对较小。在稻米组分相近的情况下，稻米的理化特性主要与其淀粉颗粒形态、晶体结构、淀粉分子结构、沥出物组分和结构有关［33，35-36］。后续应进一步从淀粉精细结构角度揭示早晚兼用型水稻蒸煮食味品质在早、晚季的差异机理。另外，早晚兼用型水稻蛋白质含量与崩解值和糊化温度呈显著正相关，与消减值、硬度、黏性和食味值呈显著负相关（表4）。前人研究表明，蛋白质对稻米理化特性的影响仅次于淀粉，但对稻米蒸煮食味品质的影响研究结果不一致［1，12，34］，可能与稻米中蛋白组分含量，淀粉-蛋白复合物结构有关［32-34］。

4 结论

本研究明确了早晚兼用型水稻稻米品质在早、晚季的差异特征及其与气象因子和稻米组分的关系。与早季相比，晚季稻米整精米率整体显著提高，垩白粒率和垩白度整体显著降低，主要与其灌浆期温度较低有关；晚季稻米峰值黏度、崩解值和糊化温度呈降低趋势，消减值、米饭硬度、黏性、咀嚼性和食味值呈升高趋势，与其较高的直链淀粉含量和较低的蛋白质含量有关。