米粉稻籽粒直鏈淀粉積累特性

張恒棟，黃敏，鄒應斌，陳佳娜，單雙呂

1湖南農業大學農學院，長沙 410128；2貴州黔西南喀斯特區域發展研究院，貴州黔西南 562400

0 引言

【研究意義】米粉是僅次于稻米作為主食食用的大米產品[1-2]，其原料以早秈稻為主，在我國有廣泛的市場[3-4]。目前米粉稻種類較多，品質差異大，加工成的米粉質量存在較大差異，難以滿足市場對產品質量的需求[5]。品種來源和稻米品質，尤其是米粉稻稻米的直鏈淀粉含量是影響其加工米粉品質的關鍵因素[5-7]。研究米粉稻籽粒灌漿過程中直鏈淀粉積累特性對提升米粉稻直鏈淀粉含量有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】種植米粉稻是解決早秈稻因食味差導致經濟價值低的一條有效途徑[8-9]。前人通過品種的篩選和選育，普遍認為高直鏈淀粉含量的水稻品種適合做米粉稻，直鏈淀粉含量較高的稻米加工的米粉結構堅固，可以減少米粉的蒸煮損失，黏性較強[10]。不同的研究者對適合加工米粉的稻米直鏈淀粉含量的結果略有差異，認可度較高的結果為稻米直鏈淀粉含量在20%—26.14%時，加工的米粉品質較優[2,4,11-12]。劉友明等[13]認為直鏈淀粉含量為 10%—17.5%的稻米適合做米粉的加工。直鏈淀粉含量是由直鏈淀粉積累量和籽粒干物質量共同決定的，受品種及環境因素的影響顯著[14]。寬窄行栽培[12]及合理的氮磷比例[15]有利于米粉稻直鏈淀粉含量的優化，施用乙烯利可以促進米粉稻直鏈淀粉含量的增加[16]。不同類型水稻品種直鏈淀粉含量差異在灌漿初期已經比較明顯，隨著灌漿時間的推移，直鏈淀粉含量升高[17]。高直鏈淀粉含量的水稻品種直鏈淀粉的積累量和積累速率大于低直鏈淀粉含量的品種[18]，同時直鏈淀粉積累量大的品種其最大積累速率出現的時間晚、活躍積累天數長[19]。水稻直鏈淀粉積累快速期因研究地域或品種的不同得到的結果并不一致[17-21]，溫度是直鏈淀粉形成過程中重要因素之一[22-25]，程方民等[23]認為齊穗后20 d內受溫度影響直鏈淀粉含量變化較大，適溫條件下灌漿期籽粒直鏈淀粉積累速率慢，持續時間長，高溫有助于直鏈淀粉含量的提升[25]?！颈狙芯壳腥朦c】通過品種的篩選可知高直鏈淀粉含量的水稻品種適合做米粉的加工，不同的栽培調控措施可以調節米粉稻直鏈淀粉含量的變化，然而米粉稻籽粒灌漿過程中直鏈淀粉的積累特性及其與籽粒灌漿參數的關系鮮有報道，米粉稻直鏈淀粉積累動態參數及其對直鏈淀粉含量的影響尚不明確?！緮M解決的關鍵問題】本研究通過選用高直鏈淀粉的米粉稻品種和低直鏈淀粉的對照品種進行籽粒灌漿、直鏈淀粉積累動態研究，分析不同水稻品種籽粒灌漿和直鏈淀粉積累參數，明確影響米粉稻直鏈淀粉含量形成的籽粒灌漿和直鏈淀粉積累特性。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016—2017年早、晚季在湖南省瀏陽市永安鎮進行，土壤基本情況為有機質43.44 g·kg-1、速效氮 200.70 mg·kg-1、速效磷 6.24 mg·kg-1、速效鉀148.13 mg·kg-1，pH 6.08。

1.2 試驗材料

根據當地生產實際，選擇米粉稻品種（NR）陸兩優 996（LLY996，秈型兩系雜交稻）、中嘉早 17（ZJZ17，秈型常規稻）和對照品種（CK）陵兩優268（LLY268，秈型兩系雜交稻）、湘早秈45（XZX45，秈型常規稻）為材料。

1.3 試驗設計

采用隨機區組設計，重復3次，小區面積40 m2。試驗用58 cm×25 cm的秧盤，裝填淤泥育秧，播種方式參照SHAN等[26]采用雙本印刷播種，每年早季于3月27日播種，4月19日移栽，晚季于7月7日播種，7月23日移栽。試驗用井關PZ80-25插秧機插秧，早季施 135 kg N·hm-2，晚季施 150 kg N·hm-2，N∶P2O5∶K2O為1∶0.5∶1。氮肥按照基肥∶蘗肥∶穗肥按照5∶2∶3的方式施用，磷肥全部做基肥施用，鉀肥按照基肥∶穗肥為5∶5的比例施用，田間管理同當地生產習慣保持一致。

1.4 測定內容與方法

1.4.1 直鏈淀粉含量的測定 直鏈淀粉含量測定參照標準NY147-88[27]，采用KI-I靛藍比色法。

1.4.2 籽粒灌漿和直鏈淀粉積累動態 于齊穗期對所有小區內的水稻選取開花的稻穗100穗進行掛牌標記。自齊穗后3 d起每個小區在掛牌標記的稻穗中隨機選取5穗進行取樣，于70℃烘干后手工脫殼，并計數獲得的粒數后稱重，計算平均粒重。采用超微粉碎機粉碎后測定每個時期的直鏈淀粉含量，用粒重×各時期直鏈淀粉含量計算直鏈淀粉的積累量。

籽粒灌漿和直鏈淀粉積累的各參數參照 HUANG等[28]和劉紅杰等[29]的方法進行計算，計算增長動態的2個拐點t1和t2，及灌漿持續時間點t3，開花期—t1為漸增期（T1），t1—t2為快速期（T2），t2—t3為緩增期（T3），花后—t3為灌漿持續時間（D）。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2016 整理數據和繪制圖表，采用Statistix 8.0軟件進行數據分析，用LSD0.05法進行多重比較，DPS 18.0進行相關性分析和數學模型的建立。

2 結果

2.1 不同種植季節抽穗期氣溫和輻射數據

早、晚季花后日平均氣溫分別為 27.3℃、21.3℃（2016年）和27.4℃、22.5℃（2017年）；早季種植，2016年水稻開花后前5 d的日平均氣溫為30.1℃，比2017年同時間段高5.4℃及2年晚季同階段高5.1℃—6.3℃；晚季種植，2016年水稻花后前15 d日平均氣溫為22.6℃，比2017年同時間段低3.2℃。2016年早、晚季日平均入射輻射量為 15.4 MJ·m-2和 12.4 MJ·m-2，分別比2017年同季節日平均輻射量高11.5%和45.9%（圖1）。

2.2 不同水稻直鏈淀粉含量差異

雜交稻 LLY996（NR）在早、晚季種植直鏈淀粉含量分別達到 23.31%、20.78%（2016年）和23.75%、22.51%（2017年），分別比同一種植季節的LLY268（CK）高78.9%、41.5%（2016年）和64.0%、42.3%（2017年），同季節ZJZ17（NR）的直鏈淀粉含量比XZX45（CK）高 47.1%—66.0%，差異顯著。2016—2017年NR直鏈淀粉含量平均比CK分別高72.3%、63.1%（早季）和45.1%、44.8%（晚季）（圖 2）。

2.3 不同水稻品種籽粒直鏈淀粉積累動態

不同的水稻品種在不同的種植季節，直鏈淀粉的積累動態均極顯著擬合Logistic方程（R2=0.955—0.995），擬合參數如表 1所示。擬合方程計算不同水稻品種直鏈淀粉積累參數（表2），由不同階段直鏈淀粉的積累量可知，相同種植季節直鏈淀粉積累的Ta1、Ta2、Ta3期及最大積累速率啟動時直鏈淀粉的積累量，LLY996比 LLY268分別高56.9%—103.4%、57.0%—104.4%、55.0%—96.3%和56.9%—105.1%；ZJZ17比XZX45分別高49.2%—78.7%、50.0%—80.1%、47.5%—76.2%和50.4%—80.4%；同季內 NR分別比 CK平均高 60.0%—91.1%、61.2%—92.3%、59.3%—89.3%和61.2%—92.8%。

表1 不同水稻品種直鏈淀粉積累動態擬合Logistic方程Y=K/(1+EXP(A-BX)參數Table 1 The parameters of the dynamic of amylose accumulation with different rice varieties fitted the Logistic equation Y=K/(1+EXP(A-BX)

由表2可知，相同的種植季節，直鏈淀粉積累的漸增期（Ta1），NR比CK平均長0.6—2.8 d，其中LLY996比 LLY268長 0.4—3.0 d，ZJZ17比 XZX45長0.7—2.5 d；直鏈淀粉積累快速期（Ta2）、緩增期（Ta3）和積累持續期（Da）在NR和CK之間無明顯差異規律。直鏈淀粉最大積累速率啟動時間，NR比CK平均晚1.4—2.9 d，其中除2017年晚季4個水稻品種最大積累速率出現在同一天，相同種植季節LLY996最大積累速率比LLY268晚0.5—4.6 d，ZJZ17比XZX45晚0.8—2.2 d。

相同的種植季節直鏈淀粉積累平均速率、Ta1期積累速率和最大積累速率均表現為 NR高于 CK（表2），平均分別高 36.7%—91.2%、40.2%—58.3%和29.2%—108.7%，其中 LLY996比 LLY268分別高16.6%—95.8%、37.5%—70%和56.9%—105.1%，ZJZ17比 XZX45分別高 34.4%—97.4%、36.4%—66.7%和50.4%—80.4%；相同種植季節直鏈淀粉積累起始速率、Ta2和Ta3期直鏈淀粉積累速率表現為NR比CK平均高 10.8%—161.6%、29.0%—116.8%和 24.4%—103.6%。相同類型的品種間差異在不同季節的變化略有不同。

2.4 不同水稻品種籽粒灌漿動態

不同水稻品種籽粒灌漿過程擬合 Logistic方程的擬合參數如表 3所示，相關系數R2為 0.964—0.996，相關性極顯著。由不同水稻品種直鏈淀粉積累參數（表4）可知，相同的種植季節，籽粒灌漿Tf1持續期，NR比CK平均長0.1—1.8 d；籽粒最大灌漿速率啟動時間，NR比CK平均晚1.2—2.0 d，其中 LLY996和ZJZ17的Tf1持續期分別比2個對照品種平均長1.1 d和1.0 d，最大灌漿速率啟動時間比2個對照品種平均延遲2.1 d和0.9 d。

表3 不同水稻品種籽粒灌漿動態擬合Logistic方程Y=K1/(1+EXP(A1-B1X)參數Table 3 The parameters of the dynamic of grain filling with different rice varieties fitted the Logistic equation Y=K1/(1+EXP(A1-B1X)

表4 不同水稻品種籽粒灌漿參數Table 4 The parameters of grain filling with different rice varieties

相同的種植季節，籽粒持續灌漿期，NR比 CK平均長1.2—3.6 d；Tf3持續期積累的干物質量，NR比CK平均多1.7%—37.5%，其中晚季籽粒灌漿持續期表現為LLY996比LLY268和XZX45長3.7—4.3 d，ZJZ17比LLY268和XZX45長1.8—2.9 d，Tf3持續期積累的干物質量，LLY996和ZJZ17分別比2個對照品種多 11.9%—82.3%和 7.5%—8.0%，2年早季種植，品種間變化規律不一致。

早季種植，籽粒起始灌漿速率和Tf1期灌漿速率，LLY996比 LLY268分別低 4.0%—52.9%和1.7%—72.2%，ZJZ17比 XZX45分別低 30.7%—33.2%和 16.1%—23.0%，NR比 CK平均分別低18.3%—45.7%和6.1%—8.6%，晚季間無明顯變化規律。晚季種植，籽粒灌漿的平均速率，NR比CK平均低2.0%—8.8%；Tf2期和Tf3期的持續時間，NR比 CK平均長1.3—2.4 d和0.6—1.2 d；Tf1期、Tf2期和最大灌漿速率啟動時積累的干物質量，NR比CK平均分別高10.8%—12.9%、7.7%—10.3%和10.2%—12.3%；而早季種植，NR和CK之間無明顯變化規律。

2.5 直鏈淀粉積累的不同階段的貢獻率及其與籽粒灌漿過程的同步性

直鏈淀粉積累過程伴隨籽粒灌漿過程產生（圖3），不同種植季節NR和CK表現為籽粒灌漿過程中干物質積累的漸增期、快速期、緩增期啟動時間比直鏈淀粉積累對應的階段早0.1—4.9 d，多數集中在1.0—3.0 d。同一階段籽粒灌漿啟動時間早于直鏈淀粉積累啟動時間，其發生啟動的順序依次表現為籽粒灌漿和直鏈淀粉積累的漸增期、籽粒灌漿快速期、直鏈淀粉積累快速期、籽粒灌漿緩增期、直鏈淀粉積累的緩增期；而灌漿和直鏈淀粉積累的持續期結束的時間除了極少數存在不規律性，大部分表現為灌漿持續期結束較早。雖然同一積累階段直鏈淀粉的積累量在品種間有較大的差異（表 3），但是同一直鏈淀粉積累階段的積累量對其籽粒直鏈淀粉總量的貢獻率基本上穩定（表5），不同的水稻品種在Ta1期、Ta2期、Ta3期直鏈淀粉積累量對籽?？傊辨湹矸鄯e累量的貢獻率分別為 20.91%—21.32%、57.58%—57.88%、11.26%—14.73%。

表5 不同水稻直鏈淀粉積累持續期直鏈淀粉積累量對其籽粒直鏈淀粉積累總量的貢獻率Table 5 The contribution rate of amylose accumulation during the amylose continuous accumulation duration to its total amylose accumulation in grain with different rice (%)

3 討論

高直鏈淀粉的水稻直鏈淀粉的積累量和積累速率顯著高于中、低直鏈淀粉含量的水稻[17]。隨著灌漿時間的推移，籽粒中直鏈淀粉含量明顯升高，品種間直鏈淀粉含量的差異在灌漿初期就已經比較明顯，而不是中后期表現出來的[17-21]。郭連安等[19]研究表明直鏈淀粉積累量的高低主要取決于直鏈淀粉最大積累速率，閆素輝等[30]認為小麥籽粒直鏈淀粉積累起始速率、平均速率和最高速率高的品種直鏈淀粉積累量大。本文結果表明，相同的種植季節，NR在直鏈淀粉積累漸增期、快速期、緩增期及最大積累速率時，直鏈淀粉積累量比CK高60.0%—91.1%、61.2%—92.3%、59.3%—89.3%和61.2%—92.8%，直鏈淀粉積累漸增期積累速率，NR比CK高36.4%—70.0%（表2），如何根據直鏈淀粉積累參數變化特點，進行優化米粉稻直鏈淀粉含量的栽培調控措施的探索還需要進一步研究。

水稻直鏈淀粉的含量是隨著籽粒灌漿過程形成的，形成過程均可以用Logistic方程進行擬合[19,21]，籽粒中直鏈淀粉和支鏈淀粉的合成和積累是水稻籽粒灌漿過程中的主要活動[21]。本研究結果表明，相同的種植季節，籽粒持續灌漿期，NR比CK平均長1.2—3.6 d，籽粒灌漿漸增期，NR比CK平均長0.1—1.8 d；籽粒最大灌漿速率啟動時間，NR比CK平均晚1.2—2.0 d。直鏈淀粉的積累漸增期結束時間晚于籽粒灌漿漸增期結束時間，快速期、緩增期開始的時間和最大積累速率啟動時間分別晚于籽粒灌漿干物質積累的快速期、緩增期開始的時間和最大灌漿速率啟動時間，多數直鏈淀粉的積累持續時間長于籽粒灌漿持續時間（圖3）。這可能是因為總淀粉的積累過程在很大程度上可以反映籽粒干物質的積累動態[31]，雖然不同水稻品種直鏈淀粉積累量不一致，但是基本上保持相同的變化趨勢。支鏈淀粉形成的聚合物可以為直鏈淀粉的合成提供場所[32]，隨著籽粒的發育，籽粒中直鏈淀粉的積累速率和積累量低于支鏈淀粉[22,33]。

關于直鏈淀粉積累的快速期前人有不同的結論，何秀英等[20]認為是花后 3—12 d，郭連安等[19]認為是花后5—20 d，范永義等[33]認為花后15 d內是直鏈淀粉積累最快的時期。本研究結果表明，根據品種和種植季節的不同，水稻直鏈淀粉積累的漸增期、快速期啟動和持續的時間均有差異，同一季節漸增期持續的時間，NR比CK長0.4—2.5 d，同一品種不同的種植季節持續時間相差1.1—5.6 d，從而導致快速積累期開始和持續的時間也不一致。不同的品種在不同的種植季節漸增期、快速積累期發生和持續的時間不同，直鏈淀粉積累量差異很大，但是這2個時期內直鏈淀粉的積累量對籽?？傊辨湹矸哿康呢暙I率保持穩定，漸增期、快速積累期的貢獻率為 20.91%—21.32%、57.58%—57.88%，變化幅度很小。不同積累階段發生和持續的時間隨著品種和季節的變化有較大差異，因此，用花后某個時間段來定義直鏈淀粉的快速積累期存在一定的片面性。

灌漿前期是籽粒直鏈淀粉積累受外界環境因素影響最大的時期，直鏈淀粉積累的調控主要在灌漿階段的前期和中期[34]，籽粒灌漿是籽粒干物質積累的過程，其中包含淀粉的積累，直鏈淀粉作為淀粉組分之一，它的積累受到籽粒灌漿過程中諸多因素的影響[17-24]。前人研究表明，灌漿期遮光不利于直鏈淀粉的積累，弱光會降低水稻的灌漿速率和起始勢，低溫會延長水稻的灌漿期同時降低灌漿速率[35-36]。本研究結果表明，2016年早季，不同水稻品種直鏈淀粉積累速率和灌漿速率高于其他3季，灌漿和直鏈淀粉積累持續時間均短于其他3季，主要與灌漿起始階段較高的溫度和光照強度有關。自然環境是一個復雜的環境，光照強度和溫度的變化對籽粒灌漿和直鏈淀粉積累的影響程度需要借助人工氣候培養室進行進一步研究。

4 結論

灌漿前期高溫和強光照可以提高水稻籽粒灌漿和直鏈淀粉積累速率并縮短籽粒灌漿和直鏈淀粉積累持續期。與對照品種相比，米粉稻品種有較長的灌漿持續期，尤其是達到最大灌漿速率的時間和灌漿漸增期表現出一致的規律；稻米直鏈淀粉積累的漸增期、快速期、緩增期直鏈淀粉的積累量對直鏈淀粉積累總量貢獻率相對穩定，與對照相比，米粉稻品種直鏈淀粉積累量和積累速率較高，尤其是漸增期積累速率和最大積累速率，因此米粉稻品種灌漿持續時間較長，直鏈淀粉積累速率較高。直鏈淀粉積累漸增期積累速率高、持續時間長是米粉稻形成高直鏈淀粉含量的基礎。