曠 娜 唐啟源 鄭華斌 王慰親 鄒 丹 羅友誼

(湖南農業(yè)大學農學院，湖南 長沙 410128)

蒸煮食味品質作為稻米品質最重要的部分，主要由直鏈淀粉含量、膠稠度和糊化溫度等指標來衡量，它與稻米淀粉特性(熱性能、糊化特性等)密切相關[1]。近年來，隨著生活水平的不斷提高和糧食流通體系的進一步開放, 人們對稻米的食味品質提出了更高要求。推廣和擴大優(yōu)質水稻生產(chǎn)已成為水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向[2]。再生稻是利用水稻節(jié)間休眠芽在特定環(huán)境下繼續(xù)萌發(fā)的特性，在頭季收割后通過一定的栽培管理措施，使稻樁上的芽萌發(fā)、生長成穗而又收獲一季的水稻。相比于雙季稻，再生稻具有生育期短、生產(chǎn)成本低和經(jīng)濟效益高等優(yōu)點[3]。同時，再生季農藥、化肥施用量少，秸稈就地利用，符合綠色發(fā)展理念[4]。徐春梅等[2]研究表明，高緯度試驗點晚稻產(chǎn)量和溫光資源利用率均高于低緯度試驗點。唐健等[5]也證實在不同生態(tài)區(qū)進行雙季晚稻種植，其產(chǎn)量、品質和溫光資源利用率存在顯著差異。同時，再生季稻米的直鏈淀粉含量低于雙季晚稻，膠稠度長于雙季晚稻，蒸煮品質優(yōu)于雙季晚稻[6]。因此，研究不同地區(qū)再生季稻米蒸煮食味品質具有重要意義。淀粉作為稻米中主要的貯藏碳水化合物，是決定稻米品質的關鍵成分[7]，其結構和特性也易受環(huán)境條件的影響。灌漿期日平均溫度過高，易導致直鏈淀粉含量降低和長鏈支鏈淀粉含量增加[8]，或使糊化溫度升高、膠稠度變硬[9]，影響精米的蒸煮食味品質。同時，高溫會影響稻米淀粉顆粒結晶區(qū)的晶胞結構或微晶排列[10]。低溫會使光合作用中酶促反應減弱，光合強度降低，有機物合成減少，使淀粉累積受阻。除溫度外，灌漿期的光照對淀粉的合成與積累也存在一定影響。光照通過影響水稻光合作用以及改變溫度，影響物質合成和谷粒的灌漿充實，從而影響米質[11]。

綜合而言，前人對不同地區(qū)種植水稻的稻米品質差異和溫光資源利用率，以及溫光條件對稻米淀粉結構和特性的影響分別進行了研究。然而關于再生季稻米的蒸煮食味品質、淀粉晶體結構和性能與灌漿期溫光條件的關系卻鮮見報道。本研究通過比較不同生態(tài)區(qū)再生季稻米蒸煮食味品質和淀粉結構及其特性的差異，探究溫光資源對再生季稻米品質的調控效應，以期進一步揭示再生稻再生季稻米品質的形成基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

試驗于2019年在湖南長沙(28.2°N，113.2°E，海拔101.4 m)、河南信陽(32.1°N，114.1°E，海拔114.5 m)及廣東肇慶(23.0°N，112.5°E，海拔60 m)進行，試驗田前作為休閑田，土壤肥力中等。品種為高產(chǎn)雜交稻甬優(yōu)4149及優(yōu)質雜交稻晶兩優(yōu)1468，均屬于低直鏈淀粉含量品種。各區(qū)按當?shù)卦偕菊２シN時間播種。手工移栽，秧齡不超過30 d，移栽株行距為20 cm×20 cm。頭季施純氮180 kg·hm-2，分3次使用，基肥(40%)、分蘗肥(40%)和穗肥(20%)。分蘗肥于移栽后10 d左右施用，穗肥為幼穗分化第三期施用。磷肥(P2O5)78.75 kg·hm-2全部作基肥，鉀肥(K2O)168.75 kg·hm-2作基肥和穗肥各占50%。在頭季成熟前7～10 d施尿素(N，46.4%)150 kg·hm-2和鉀肥 (K2O，60%) 75 kg·hm-2作促芽肥。頭季黃熟95%時，按品種人工收割，留樁高度為30 cm。再生季管理：頭季收割后1～2 d內按區(qū)灌淺水，結合灌淺水，尿素按225 kg·hm-2作發(fā)苗肥。水分管理及病蟲草害防治等相關的栽培措施均按高產(chǎn)栽培要求實施，各試驗點田間管理措施一致。各品種均收取再生季成熟籽粒。

1.2 主要儀器與設備

P810 全自動旋光儀，上海華巖儀器設備有限公司；RVA-Super4快速黏度分析儀，澳大利亞新港科器公司；THZ-320臺式恒溫振蕩器，上海精宏試驗設備有限公司；GFL-45電熱鼓風干燥箱，天津萊玻特瑞儀器設備有限公司；200-F3差示掃描量熱儀，德國耐馳公司；XRD-6100 X-射線衍射儀，日本島津公司；Spectrum65傅立葉變換紅外光譜儀，英國珀金埃爾默股份有限公司。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 蒸煮食味品質測定 水稻收獲脫粒，風曬至水分約為14%，室內貯藏3個月后，用風選機風選后，按NY/T 83-2017[12]測定稻米的直鏈淀粉與膠稠度。

1.3.2 總淀粉含量和支鏈淀粉含量測定 總淀粉含量采用旋光度法[13]，支鏈淀粉含量為總淀粉含量減去直鏈淀粉含量。

1.3.3 米粉糊化特性 采用快速黏度分析儀(rapid visco analyzer, RVA)進行測定[6]。在鋁罐中混合稱取3.00 g樣品與25 g蒸餾水。采用升溫降溫循環(huán)程序，50℃保溫1 min，4.8 min升溫至95℃，95℃保溫2.5 min后，樣品在3.8 min內冷卻至50℃，保持1.4 min。前10 s螺旋槳的轉速為960 r·min-1，隨后測試中速度均為160 r·min-1。保存并記錄數(shù)據(jù)。

1.3.4 淀粉提取 參照Bhat等[10]的方法并稍作改動。稱取25 g精米于燒杯中，加入超純水浸泡，于4℃冰箱過夜，浸泡過的稻米充分研磨后4層紗布過濾，然后再分別過74 μm、38.5 μm孔篩，濾液3 000×g離心20 min，棄上清液，余下固體加4倍左右體積的0.4% NaOH溶液，室溫條件下震蕩4 h，離心，棄上清，沉淀加超純水充分懸浮后，離心20 min，棄上清，重復1次，用1 mol·L-1的HCl溶液調懸浮液pH值至中性，3 000×g離心20 min，棄上清，固體懸浮后過37 μm孔篩，繼續(xù)離心懸浮，重復，直至上清液清澈，然后改用無水乙醇洗滌離心2次，沉淀于40℃干燥2 d，研磨，過150 μm孔篩，備用。

1.3.5 淀粉熱性能測定 用差示掃描量熱儀(differential scanning calorimeter，DSC)測定淀粉顆粒的熱性能[10]。在鋁鍋中按質量比1∶3的比例混合淀粉樣品與蒸餾水，以空坩鍋為對照，密封平衡，室溫下過夜。從25～100℃以10℃·min-1的加熱速率掃描。DSC曲線的主要參數(shù)包括起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)、終止溫度(Tc)和糊化過程中焓的變化(ΔH)。

1.3.6 淀粉結晶度測定 采用X-射線衍射儀測定[10]。電壓40 kV，30 mA-Cu-Kα輻射，掃描速度為2°·min-1，范圍為5°～ 40°(2θ)。以每個樣品的尖銳峰面積與X射線光譜總面積的比值作為結晶度測量。

1.3.7 淀粉結構有序性的測定 使用傅立葉變換紅外光譜儀測定[14]。按1∶150(質量比)的比例混合淀粉樣品與KBr固體，研磨，壓片，在800～4 000 cm-1波長范圍內，平均16次掃描，分辨率為2 cm-1。采用OMINC 8.2軟件對1 200～800 cm-1區(qū)域的光譜進行了反褶積處理，半寬19 cm-1，增強因子1.9。從處理后的光譜中讀取1 047 cm-1和1 022 cm-1波長處的吸光度值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2013處理數(shù)據(jù)，Statistix 8.0進行顯著性分析(P<0.05)，LSD法進行多重比較。每個樣品平行至少測2次，數(shù)值為平均值±標準誤。

2 結果與分析

2.1 不同地區(qū)再生季齊穗后的環(huán)境因素分析

從各試驗地區(qū)再生季齊穗后不同時段的平均溫度可以看出(表1、2、3)，以肇慶地區(qū)的平均溫度最高(甬優(yōu)4149齊穗后不同時段的平均溫度為27.8～29.3℃；晶兩優(yōu)1468為27.4～29.4℃)，信陽地區(qū)的溫度最低(甬優(yōu)4149為16.4～25.5℃；晶兩優(yōu)1468為15.6～25.1℃)，長沙地區(qū)的溫度處于兩者之間。溫差上，以肇慶地區(qū)的變化幅度最小。日照時數(shù)方面，齊穗后前中期以長沙地區(qū)的日照時數(shù)最長，后期則以肇慶地區(qū)的日照時數(shù)最長。

表1 不同地區(qū)再生季齊穗后不同時間段的日平均溫度

表2 不同地區(qū)再生季齊穗后不同時間段的日均溫差

表3 不同地區(qū)再生季齊穗后不同時間段的平均日照時數(shù)

2.2 稻米蒸煮食味品質及淀粉含量比較

膠稠度和直鏈淀粉含量作為評價稻米蒸煮食味品質的主要指標，受種植地點的影響存在差異(圖1)。長沙、肇慶兩地區(qū)的稻米膠稠度無顯著差異，但顯著長于信陽地區(qū)。各試驗地區(qū)間再生季稻米直鏈淀粉含量變動不大?？傮w來看，稻米膠稠度受種植地點的影響要大于直鏈淀粉含量。肇慶地區(qū)直鏈淀粉含量處于13%～18%之間，膠稠度大于60 mm，達部標一級。再生季稻米的總淀粉含量和支鏈淀粉含量均以肇慶地區(qū)最高(圖2)。

注：小寫字母表示在0.05水平差異顯著。下同。

圖2 不同地區(qū)再生季稻米的總淀粉與支鏈淀粉含量

2.3 糊化特性分析

同一品種不同種植地點對再生季稻米淀粉的糊化特性具有顯著影響(表4)。其中肇慶地區(qū)稻米淀粉的峰值黏度、最低黏度和崩解值均顯著高于長沙和信陽地區(qū)，但其消減值、糊化溫度均顯著低于長沙和信陽地區(qū)。RVA譜特征中，最終黏度受種植地點的影響較小。

表4 不同地區(qū)再生季稻米RVA譜特征

2.4 淀粉熱性能分析

淀粉的DSC曲線特征值表明，峰值溫度受種植地點的影響大于起始糊化溫度、終止溫度和熱焓值(表5)。肇慶地區(qū)稻米淀粉的起始糊化溫度和峰值溫度最高，其次為長沙。終止溫度和熱焓值差異不大，以信陽地區(qū)略低。

表5 不同地區(qū)再生季稻米淀粉熱性能參數(shù)

2.5 淀粉晶體結構差異

不同地區(qū)再生季稻米淀粉相對結晶度從大到小依次為肇慶>長沙>信陽，而信陽地區(qū)稻米淀粉結構有序性最高(圖3)。

圖3 不同地區(qū)再生季稻米淀粉的相對結晶度與紅外1 047/1 022 cm-1的比值

2.6 齊穗后溫光條件與蒸煮食味品質、淀粉結構與性質的關系

相關性分析表明(表6～8)，再生季稻米的膠稠度與齊穗后19～24 d日平均溫度、溫差及日照時數(shù)均呈顯著或極顯著正相關。米粉的糊化特性與齊穗后1～12 d的日平均溫度、7～12 d的日均溫差及平均日照時數(shù)關系密切。再生季稻米淀粉熱性能受齊穗后13～18 d的日平均溫、1～6 d的日均溫差和平均日照時數(shù)影響較大。齊穗后日均溫度、溫差和日照時數(shù)與淀粉的結晶度也存在顯著相關性。上述結果表明，再生季稻米灌漿結實期的溫光條件對淀粉的性能和結構具有顯著影響。其他指標與齊穗后不同時間段日均溫度、溫差和日照時數(shù)相關性不顯著。

3 討論

直鏈淀粉含量是稻米蒸煮食味品質的重要指標之一，與蒸煮后米飯的粘性、硬度、吸水性等均密切相關。研究表明，直鏈淀粉含量受水稻灌漿結實期溫度和光照的影響，在灌漿期前18 d，溫度過高不利于直鏈淀粉的累積，灌漿18 d后溫度升高有利于直鏈淀粉含量增加[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，各試驗地區(qū)稻米直鏈淀粉含量差異不大，且與齊穗后不同時間段的平均溫度、溫差無顯著相關性，可能是因為水稻灌漿前期直鏈淀粉積累較快[16]，再生季灌漿前期各試驗地區(qū)溫度均較高，且日照時數(shù)充足，碳水化合物的轉運率接近。各試驗地區(qū)再生季稻米膠稠度受溫度和光照的影響較大，尤其是中后期。灌漿中后期決定稻米膠稠度特性的支鏈淀粉處于急劇變化，易受外界條件影響[17]。

表6 不同地區(qū)再生季稻齊穗后不同時間段日平均溫度與蒸煮食味品質、淀粉結構和性能的關系

表7 不同地區(qū)再生季稻齊穗后不同時間段日平均溫差與蒸煮食味品質、淀粉結構和性能的關系

表8 不同地區(qū)再生季稻齊穗后不同時間段平均日照時數(shù)與蒸煮食味品質、淀粉結構和性能的關系

研究表明，蒸煮食味品質好的稻米一般峰值黏度大、最終黏度小、糊化溫度低，且崩解值大于1 200 cP，消減值小于300 cP[18]。RVA譜特征值表明肇慶地區(qū)的再生季稻米食味品質優(yōu)于長沙與信陽地區(qū)。Toshio[19]和Kraithong等[20]研究表明，高溫條件下稻米淀粉峰值黏度、最低黏度和崩解值升高，回復值和消減值降低。本研究發(fā)現(xiàn)溫光條件對再生季稻米糊化特性影響的主要時間段為齊穗后7～12 d，可能與該時段籽粒淀粉合成關鍵酶的活性有關[21]。崩解值與齊穗后1～12 d日均日照時數(shù)呈顯著負相關，由此可見，肇慶地區(qū)稻米粉的崩解值顯著高于其他地區(qū)的主要原因是前期日照時數(shù)相對較短。本研究中稻米淀粉糊化溫度與齊穗后1～12 d日均溫度關系密切。孟亞利等[22]認為結實期的溫度與糊化溫度之間關系表現(xiàn)為：結實期日均溫在18～25℃區(qū)間內升高，糊化溫度升高，當溫度超過25℃繼續(xù)升高，糊化溫度則降低，這與淀粉的晶體結構有關?？偠灾?，灌漿初中期的溫度和光照對再生季稻米粉的糊化特性影響較大。

稻米淀粉的熱性能與稻米的蒸煮食味品質密切相關，糊化過程中溫度和熱焓值的變化反映了稻米蒸煮過程的難易程度，高溫熟化的米飯蒸煮溫度更高，蒸煮時間更長[23]。淀粉粒在胚乳中形成的時間為子房受粉后的2～3 d[24]，各試驗地區(qū)再生季稻齊穗后1～6 d較長的日照時數(shù)和較大的日溫差有利于營養(yǎng)物質的形成。Kong等[25]報道直鏈淀粉含量與熱焓值存在顯著相關性，而本研究中各試驗點熱焓值差異不大，這與直鏈淀粉含量對溫光條件的反應是一致的。

淀粉作為稻米的主要組成成分，理化性能受其晶體結構的影響。前人研究表明結晶度與直鏈淀粉含量、堿消值呈顯著負相關，與膠稠度呈顯著正相關[26]。稻米淀粉的結晶度越高，淀粉晶體結構越致密，破壞其晶體結構所需能量越大，導致其成糊時起始溫度升高[27]，這與本研究結果是一致的。水稻花后5～6 d左右開始填充胚乳細胞，并形成復粒淀粉[24]，花后10 d胚乳淀粉細胞完全被淀粉充滿[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，總淀粉含量與再生季稻齊穗后7～12 d 的日平均溫度極顯著正相關，表明籽粒灌漿初中期溫度可能是影響淀粉積累的主要因素。花后5 d，水稻籽粒中直鏈淀粉和支鏈淀粉開始合成，花后20 d 淀粉粒己基本具備成熟期淀粉衍射特征，但峰強度相對偏弱[29]。同時，程方民等[30]報道不同溫度處理下淀粉的晶體類型完全一樣，晶體結構差異主要表現(xiàn)在衍射圖譜不同峰位的相對強度上。相關性分析發(fā)現(xiàn)，不同種植地區(qū)再生季稻米淀粉的相對結晶度主要受灌漿后期日平均溫度的影響。因此，肇慶地區(qū)再生稻米淀粉的相對結晶度高于長沙和信陽，這主要是因為灌漿后期日平均溫度影響了衍射峰的相對強度。

本研究雖然發(fā)現(xiàn)再生季齊穗后不同時段溫光資源是影響再生季稻米蒸煮食味品質的重要因素，但溫光條件在再生季齊穗后淀粉形成與積累過程中各種酶的活性，中間物質的合成等具體過程還有待深入研究。同時，前人研究發(fā)現(xiàn)土壤理化性質、灌溉水源和栽培管理措施等都可能會對稻米品質產(chǎn)生影響[31-33]。本研究在試驗開展過程中，對不同生態(tài)區(qū)的田塊土壤肥力盡量保持一致水平，但未明確土壤理化性質、灌溉水源等對稻米品質形成的貢獻，這也將是未來研究的重要方向。

4 結論

本研究結果表明，齊穗后溫光條件對再生季稻米蒸煮食味品質、糊化性能以及淀粉晶體結構與熱性能存在顯著影響。整體來看，肇慶試驗地區(qū)的再生季稻米蒸煮食味品質優(yōu)于長沙、信陽地區(qū)。不同的溫光條件對稻米淀粉的結構有影響，通過改變其特性，進而造成稻米品質存在差異。再生季稻米中總淀粉含量與再生季稻齊穗后7～12 d 的日平均溫度呈極顯著正相關。糊化特性和熱性能受灌漿初中期溫光條件影響最為顯著。齊穗后19～30 d的日均溫度是造成淀粉結晶度差異的重要因子。但支鏈淀粉和直鏈淀粉含量與溫光條件無顯著相關性。不同溫光條件是引起不同地區(qū)再生季稻米蒸煮食味品質和淀粉晶體結構與性能差異的重要原因。為了獲取優(yōu)質的再生季稻米，再生稻種植時應選擇溫光條件適宜的地點。