不同增香施肥处理对香稻产量、品质和香气风味挥发物的影响

姚祥滨 罗昊文 韦剑娇 丘鑫峰 童少杰 彭洁梅 何珍珍 段美洋 潘圣刚 田华 祁剑英 莫钊文 唐湘如

（华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室/农业农村部华南地区作物栽培科学观测实验站/广州市丝苗香米科学与技术重点实验室，广州 510642；第一作者：yaoxbgd@126.com；*通信作者：tangxr@scau.edu.cn）

香稻是一种具有芳香的优质稻种，与普通水稻相比，其独特的香味和卓越的品质正越来越受到中国南方消费者的喜爱，销售价格也高出2 倍[1-3]。近年来，香稻在全球大米交易市场上所占份额逐年增加，目前已占15%~18%[4]。现有香稻品种较多，如何通过栽培手段提高香稻的产量、品质以及香气风味，已成为人们关注的焦点。

香稻中含有100 多种可挥发性物质，这些物质赋予香稻米独特的香气。其中，最主要的特征物质是2-乙酰-1 吡咯啉（2-acetyl-1-pyrroline，2-AP），稻米香气的浓度与其中2-AP 的浓度成正比[5]。此外，香稻还含有多种不同的风味挥发物，如醛类、脂类、烯类和酮类，其也会提升香稻的香味。已有大量研究表明，环境条件和栽培措施对香稻香气的产生起着重要作用[6-10]。香稻香气的形成是基因和环境条件共同作用的结果。改变栽培条件，如施用不同肥料、调控水分等，可以从生理生化层面影响香稻香气的产生。

2010 年华南农业大学唐湘如教授团队自主研发了一种可以显著提高香稻产量、品质和2-AP 浓度的香稻增香专用肥[12]。多个研究表明，香稻增香专用肥在香稻品种如美香占2 号和象牙香占中均有不错的应用效果[9,13-14]。鉴于此，本研究在大田条件下，开展了香稻增香专用肥在香稻品种青香优19 香中的应用效果试验，旨在为增香栽培技术推广和香稻高产优质栽培提供技术支持和理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验田概况及参试品种

试验于2022 年在华南农业大学田间试验站（23°17′N，113°37′E，海拔12 m）开展。该试验站属亚热带季风气候，2022 年年平均气温23 ℃，年降水量2 033 mm。土壤为砂质壤土，有机质11.20 g/kg，全氮1.08 g/kg，碱解氮96.61 mg/kg，速效磷5.07 mg/kg，速效钾30.99 mg/kg，pH 值5.22。试验品种为青香优19 香，种子从广东鲜美种苗股份有限公司购得。

1.2 试验设计

试验设置2 个增香施肥处理：T1，传统施肥模式+馫香1 号肥；T2，香稻增香专用肥。以传统施肥模式为对照（CK，尿素292.5 kg/hm2，过磷酸钙300 kg/hm2，氯化钾90 kg/hm2）。T1：在CK 的基础上，增加馫香1 号增香肥30 kg/hm2。T2：香稻增香专用肥（含N 15%、P2O54%、K2O 6%、有机质10%、硫酸锌1.9%）900 kg/hm2。香稻增香专用肥和馫香1 号均由东莞富特生物技术有限公司制造和提供。每个处理3 次重复，小区面积30 m2。不同施肥处理的田间管理措施保持一致。7 月15 日播种，在播种前用清水浸种12 h，然后转移到恒温（36 ℃）培养箱中催芽12 h。采用钵苗育秧盘旱育秧。8 月1 日使用钵苗插秧机移栽。移栽后，采用香稻增香栽培模式[7]进行田间管理，11 月10 日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量及其构成因素

成熟期收割1 m2的香稻，晾干后测定产量，3 次重复。收割前每小区调查香稻30 丛，记录有效穗数。根据有效穗数在大田中选取6 丛代表性植株，晾干后脱粒风选出实粒和空粒，计算结实率、每穗粒数和千粒重。

1.3.2 品质指标

将收获的稻谷在自然晾干7 d 后进行品质指标测定。参照NY/T 83—2017《米质测定方法》测定糙米率、精米率和整精米率；采用万深SC-E 大米外观品质分析系统测定大米长宽比和垩白度。采用FOSS 近红外谷物品质分析仪（Infratec-1241 Grain Analyzer，FOSSTECATOR）测定稻米蛋白质含量、直链淀粉含量和碱消值。

1.3.3 2-AP 含量及风味挥发物

于成熟期取香稻10 穗置于冰盒中带回实验室保存于-80 ℃，参考GUI 等[15]方法使用气相色谱质谱联用仪（岛津，GC-MS QP 2010 Plus）测定籽粒中的香气物质2-AP 含量及相关风味挥发物。

1.4 数据处理

使用Excel 2022 处理数据，SPSS Statistics 20 进行最小极显著差异法（LSD）多重比较分析（P＜0.05)，用Origin 2023b 软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同增香施肥处理对产量及其构成因素的影响

从表1 可见，相比于CK，T1 和T2 处理的有效穗数分别提高14.22%和42.23%，结实率分别提高2.34%和4.90%，差异均达显著水平。与CK 相比，T1 处理的穗粒数显著提高8.99%，而T2 处理则显著降低14.54%；不同处理千粒重无明显差异。T1 和T2 处理的产量显著高于CK 9.94%和11.94%。

表1 不同增香施肥处理对青香优19 香产量及其构成因素的影响

2.2 不同增香施肥处理对稻米品质的影响

如表2 所示，T1 和T2 处理的加工品质都显著高于CK，糙米率分别提高2.14%和1.23%，精米率分别提高2.74%和1.61%，整精米率分别提高2.72%和3.25%。相较于CK，T1 处理长宽比显著降低2.64%，T2 处理长宽比显著提高2.96%；T1 处理垩白度显著低于CK，T2 处理则没有显著差异。T2 处理蛋白质含量相比CK显著提高1.27%，T1 处理与CK 则无显著差异；T2 处理直链淀粉含量相比CK 显著降低0.50%，T1 处理与CK则无显著差异；T1 和T2 处理的碱消值与CK 相比无显著差异。

2.3 不同增香施肥处理对籽粒中2-AP 含量及风味挥发物的影响

如图1 所示，T2、T1 处理籽粒中2-AP 含量比CK分别显著提高33.83%和11.11%。

图1 不同增香施肥处理对青香优19 香籽粒2-AP 含量的影响

风味挥发物聚类热图（图2）分析显示，不同增香施肥处理籽粒中风味挥发物含量有很大差异。相比于CK，T1 处理2-乙酰-1-吡咯啉、辛醛（Octana）、2-十烯醛（2-Decenal, (Z)）、庚醛（Heptanal）、柠檬烯（Limonene）含量显著提高，而T2 处理3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮（3,4-dimethyl-2,5-Furandione）、2-乙酰-1-吡咯啉、4-乙基环己醇（4-Ethylcyclohexanol）含量显著提高。

图2 不同增香施肥处理下青香优19 香籽粒中风味挥发物含量热图

通过风味挥发物数据库FlavourDB ( https://cosylab.iiitd.edu.in/flavordb/ ) 检索得到不同风味挥发物的感官反应及香气描述（表3）。

表3 稻米中不同风味挥发成分信息表

2.4 不同增香施肥处理下2-AP 及多种风味挥发物的主成分分析

对所获得的青香优19 香产量（每穗粒数、结实率、千粒重、产量）、大米品质（糙米率、精米率、整精米率、长宽比、垩白度、蛋白质含量、直链淀粉含量、碱消值）做主成分分析，结果（图3A）显示，PC1 覆盖率为42.6%，PC2 覆盖率为23.6%，两者总覆盖率为66.2%，表明PCA 具有代表性，在PCA 中，T1 和T2 处理的点与CK 处理的点出现了强烈的分离，表明与CK 相比，T1 和T2 处理对青香优19 香的产量与品质有着显著的影响。

图3 不同增香施肥处理下青香优19 香籽粒中产量与品质主成分分析图（A）和风味挥发物主成分分析图（B）

对所获得的不同化合物做主成分分析，结果（图3B）显示，PC1 覆盖率为57.3%，PC2 覆盖率为28.3%，两者总覆盖率为85.6%，表明PCA 具有代表性。在PCA中，CK、T1 和T2 处理下，不同风味化合物指标均出现了强烈的分离，表明与CK 相比，T1 和T2 处理对青香优19 香籽粒中不同风味挥发物有显著影响。

3 讨论与结论

3.1 不同增香施肥处理对青香优19 香产量和品质的影响

在本研究中，相比CK，T2 和T1 处理产量显著提高11.94%和9.94%。但产量构成因素中，T2 处理的有效穗数和结实率比CK 分别显著提高42.23%和4.90%，而每穗粒数降低了14.54%（表1），说明T2 处理通过提高有效穗数和结实率使得香稻增产。T1 处理的有效穗数、每穗粒数和结实率比CK 分别提高14.22%、8.99%和2.34%，说明T1 处理通过提高有效穗数、每穗粒数和结实率使得香稻增产。

相关研究表明，香稻增香施肥可以促进稻米品质的提高[14,16]。在本研究中，相比CK，T2 和T1 处理的糙米率、精米率和整精米率都有显著提高。在外观品质上，T1 处理的长宽比、垩白度比CK 有所降低，说明馫香1号肥可能通过促进籽粒灌浆的方式使得长宽比减小，垩白度降低。

3.2 不同增香施肥处理对青香优19 香籽粒中2-AP含量和风味挥发物的影响

有研究发现，香稻中含有多种风味挥发物，共同组成了香稻的香气特征[17]。在本研究中，聚类热图分析（图2）表明，T1 和T2 处理青香优19 香中籽粒多种风味挥发物含量有显著提高。这些风味挥发物赋予了香稻青香优19 香稻米独特的香气。