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2024 Volume 46 Issue 2
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WEI Hanghang, ZHANG Changwei, ZHONG Geng, et al. Effects of Aroma-enhancing Cultivation on Quality and Yield of High-quality Aromatic Rice[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2024, 46(2): 34-43. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2024.02.004
Citation: WEI Hanghang, ZHANG Changwei, ZHONG Geng, et al. Effects of Aroma-enhancing Cultivation on Quality and Yield of High-quality Aromatic Rice[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2024, 46(2): 34-43. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2024.02.004
shu

Effects of Aroma-enhancing Cultivation on Quality and Yield of High-quality Aromatic Rice

  • 1.

    Rice Research Institute, Southwest University, Chongqing 400715, China

  • 2.

    College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China

  • 3.

    Chongqing Agricultural Technology Popularization Station, Chongqing 401120, China

  • 4.

    College of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China

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  • Corresponding author: FANG Likui
  • Received Date: 21/06/2023
    Available Online: 20/02/2024

  • MSC: S511.4

  • To investigate the effect of aroma-enhancing cultivation on the quality and yield of high-quality aromatic rice, four high-quality conventional fragrant rice varieties and four high-quality hybrid aromatic rice varieties were used as experimental materials to conduct comparative field experiments with conventional and aroma-enhancing cultivation methods in this study. Each high-quality aromatic rice was measured for proline content, grain quality, yield, and yield composition. Compared with conventional cultivation, the proline content and head-milled rate of aromatic rice, and the protein content and gel consistency of hybrid aromatic rice were significantly increased. The degree of chalkiness and the rate of chalkiness grain of hybrid aromatic rice and the amylose content of the aromatic rice decreased significantly. The RVA spectrum characteristics of starch viscosity of fragrant rice showed an overall decreasing trend with different degrees of decline. The pasting temperature of hybrid aromatic rice increased significantly, while cool paste viscosity, pasting temperature, and peak time of conventional aromatic rice showed no significant changes. There was a significant decrease in the flavor score of conventional aromatic rice, but no significant change in the flavor score of hybrid aromatic rice. In addition, aroma-enhancing cultivation had different effects on yield and yield composition. Among them, the yield and effective panicles of hybrid aromatic rice significantly increased, while the number of grains per panicle and thousand grain weight did not show significant changes.

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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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Effects of Aroma-enhancing Cultivation on Quality and Yield of High-quality Aromatic Rice

    Corresponding author: FANG Likui
  • Received Date: 21/06/2023
  • Available Online: 20/02/2024

Abstract: 

To investigate the effect of aroma-enhancing cultivation on the quality and yield of high-quality aromatic rice, four high-quality conventional fragrant rice varieties and four high-quality hybrid aromatic rice varieties were used as experimental materials to conduct comparative field experiments with conventional and aroma-enhancing cultivation methods in this study. Each high-quality aromatic rice was measured for proline content, grain quality, yield, and yield composition. Compared with conventional cultivation, the proline content and head-milled rate of aromatic rice, and the protein content and gel consistency of hybrid aromatic rice were significantly increased. The degree of chalkiness and the rate of chalkiness grain of hybrid aromatic rice and the amylose content of the aromatic rice decreased significantly. The RVA spectrum characteristics of starch viscosity of fragrant rice showed an overall decreasing trend with different degrees of decline. The pasting temperature of hybrid aromatic rice increased significantly, while cool paste viscosity, pasting temperature, and peak time of conventional aromatic rice showed no significant changes. There was a significant decrease in the flavor score of conventional aromatic rice, but no significant change in the flavor score of hybrid aromatic rice. In addition, aroma-enhancing cultivation had different effects on yield and yield composition. Among them, the yield and effective panicles of hybrid aromatic rice significantly increased, while the number of grains per panicle and thousand grain weight did not show significant changes.

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  • 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

  • 我国每年水稻种植面积达0.3亿hm2，60%以上人口以稻米为主食，发展水稻生产对保障我国粮食安全具有重要意义[1-2]. 随着生活水平的不断提高和我国市场经济的持续推进，人们对稻米的要求已从“吃饱”向“吃好”转变，优质米特别是优质香米越来越受消费者喜爱和稻米市场青睐[3]，因此保证产量的同时提高香稻品质来满足当今市场的需求已成为当下稻米生产的一大趋势[4-5]. 香稻的品质和产量除受遗传因素控制外，还受到栽培环境、耕作措施以及施肥方法的影响[6-8]. 施含锌基肥[9]和含镧基肥[10]都能够改善稻米的外观品质并且增加产量，齐穗期叶面喷施增香剂能够显著提高香稻的脯氨酸质量分数，增加稻米香气[11]；钾肥能够提高香稻糙米香气含量，并能一定程度改善香稻品质[12]. 增香栽培将上述的单项栽培措施集成一体，能够显著提高香稻糙米的香气和籽粒产量[13]. 增香栽培对水稻产量、香气以及外观品质的影响研究较多，但其对多个稻米品质性状的影响还鲜见报道. 本研究设置常规栽培和增香栽培2种处理模式，以4个优质常规香稻和4个优质杂交香稻为试验材料，旨在探明增香栽培对香稻产量和多个品质性状的影响，为香稻的高产优质栽培提供理论依据.

1.   材料与方法

    1.1.   试验田概况

  • 本试验安排在重庆市开州区大德镇福佳村周运全承包田(31°13′41.5″N，108°19′37.6″E，海拔636 m)内，水稻土，肥力中等，地块平整，排灌方便，冬闲田. 土壤pH值为7.8，有机质25.1 g/kg，全氮113 g/kg，有效磷18.5 mg/kg，速效钾150 mg/kg.

    • 1.2.   试验设计

    1.2.1.   供试品种

  • 供试8个优质香稻品种如表 1，其中十九香、南晶香占、美香占2号、珍香优11香、又香优龙丝苗、又香优雅丝香和神农优228等7个香稻品种已通过国家或省级品种审定(泰国小香米系从泰国引进，未审定).

    • 1.2.2.   供试肥料

  • 富特馫香水稻肥(含N 15%，P2O5 4%，K2O 6%，有机肥10%，ZnSO4 2%和LaCl3 0.1%)，富特生态增香富硒肥(含脯氨酸、赤霉素和锌元素)，洋丰复合肥(18-12-10)，尿素，KCl.

    • 1.2.3.   试验处理

  • 增香栽培模式(IAC)：施富特馫香水稻肥1 050 kg/hm2，基蘖肥比例为8∶2；齐穗期喷施富特生态增香富硒肥3 kg/hm2，稀释500倍. 常规栽培模式(CK)：基肥施洋丰复合肥450 kg/hm2，分蘖期追施尿素75 kg/hm2，拔节期追施尿素75 kg/hm2，KCl 90 kg/hm2. 试验采取裂区设计，栽培模式为主区(增香栽培、常规栽培)，不同水稻品种为副区. 其他栽培管理措施与当地水稻直播栽培生产一致.

    • 1.2.4.   数据处理

  • 利用Excel 2019对试验数据进行整理，利用统计软件SPSS 22.0进行单因素ANOVA方差分析.

    • 1.3.   测定项目

    1.3.1.   糙米香气测定

  • 稻谷收获后每个小区的每个品种取40 g，3次重复，晒干放置3个月后使用气相色谱分析仪进行糙米脯氨酸质量分数的测定，具体方法参照唐湘如等[14]的方法.

    • 1.3.2.   稻米品质测定

  • 稻谷收获后每个小区每个品种取0.5 kg，3次重复，晒干放置3个月后进行品质测定. 每个重复取40 g糙米由稻谷经砻谷机脱壳后测定其精米率. 每个重复取30粒精米通过垩白观察仪计算垩白粒率和垩白度. 每个重复取0.1 g米粉由近红外谷物分析仪测定蛋白质质量分数和直链淀粉质量分数. 每个重复取1 g米粉按中华人民共和国国家标准《优质稻谷(GB1350-1999)》的方法进行胶稠度测定.

    • 1.3.3.   稻米淀粉黏滞性测定

  • 每个重复取3 g米粉，采用澳大利亚Newport Scientific仪器公司生产的3-D型黏度速测仪RVA测定，具体参照隋炯明等[15]的方法. RVA谱特征值主要测定其最高黏度、热浆黏度、冷胶黏度、崩解值(最高黏度-热浆黏度)、消减值(冷胶黏度-最高黏度)，各项指标的单位用cP表示；同时记录起浆温度(指黏度开始增加时的温度，是熟化给定试样所需要的最低温度，单位为℃)，峰值时间(指最高黏度出现所需的时间，单位为min).

    每个重复取去除杂质和碎米的精米250 g进行蒸煮，利用米饭食味计检测米饭食味值，稻米感官食味值由感官品尝小组进行评分，具体参照隋炯明等[15]的方法.

    • 1.3.4.   产量性状的测定

  • 收获时采用5点取样法，按1 m2收割产量，3次重复，并换算成实际产量. 每小区每个品种测定100丛有效穗数，另随机取5丛有效穗数，测定每穗总粒数、结实率和千粒质量.

2.   结果与分析

    2.1.   增香栽培对香稻糙米香气的影响

  • 由表 2可知，栽培模式对常规香稻(p＜0.05)和杂交香稻(p＜0.01)的脯氨酸质量分数影响有统计学意义. 与常规栽培(CK)相比，增香栽培(IAC)下常规香稻南晶香占和杂交香稻珍香优11香、又香优龙丝苗以及又香优龙丝香的糙米脯氨酸质量分数极显著提高(p＜0.01)，常规香稻十九香、泰国小香米和杂交香稻神农优228的糙米脯氨酸质量分数显著提高(p＜0.05)，仅美香占2号差异无统计学意义. 结果表明增香栽培有利于提高香稻品种糙米的脯氨酸质量分数，从而可能提升稻米香气.

    • 2.2.   增香栽培对香稻外观品质的影响

  • 栽培模式对常规香稻的垩白度和垩白粒率影响无统计学意义(p＞0.05)，但部分品种增香栽培影响(表 2)差异有统计学意义. 与常规栽培相比，增香栽培下泰国小香米的籽粒垩白度(p＜0.05)和垩白粒率(p＜0.01)分别显著和极显著下降，南晶香占的籽粒垩白度显著下降(p＜0.05)，美香占2号的垩白粒率极显著上升(p＜0.01). 两种栽培模式对杂交香稻的垩白度和垩白粒率影响有统计学意义(p＜0.05). 与常规栽培相比，增香栽培下又香优龙丝香(p＜0.01)、神农优228(p＜0.05)的籽粒垩白度分别极显著、显著降低，珍香优11香的籽粒垩白粒率极显著降低(p＜0.01). 结果显示，增香栽培在籽粒重要外观品质上对供试杂交香稻的影响显著大于对供试常规香稻的影响，但杂交香稻和常规香稻均因品种不同，增香栽培的改善效果也不同，如增香栽培可显著改善泰国小香米、珍香优11香的外观品质，显著影响美香占2号的外观品质.

    • 2.3.   增香栽培对香稻加工品质的影响

  • 栽培模式对常规香稻(p＜0.01)和杂交香稻(p＜0.05)的整精米率影响有统计学意义(表 2). 与常规栽培相比，增香栽培下十九香(p＜0.01)、南晶香占(p＜0.01)、泰国小香米(p＜0.01)、美香占2号(p＜0.05)、又香优龙丝香(p＜0.01)和珍香优11香(p＜0.05)等6个品种的整精米率均分别极显著或显著提高，而其余2个品种整精米率差异无统计学意义，表明增香栽培有利于提高稻米的加工品质.

    • 2.4.   增香栽培对香稻理化品质的影响

  • 栽培模式对常规香稻的蛋白质质量分数、直链淀粉质量分数和杂交香稻的蛋白质质量分数、直链淀粉质量分数以及胶稠度影响有统计学意义(p＜0.01)(表 3). 与常规栽培相比，增香栽培下常规香稻十九香、南晶香占和泰国小香米极显著提升了稻米的蛋白质质量分数(p＜0.01)，而杂交香稻均极显著提升了稻米的蛋白质质量分数(p＜0.01)；常规香稻十九香、南晶香占以及美香占2号和杂交香稻又香优龙丝苗、又香优龙丝香极显著降低了稻米的直链淀粉质量分数(p＜0.01)，而杂交香稻神农优228极显著提升了稻米的直链淀粉质量分数(p＜0.01)；杂交香稻珍香优11香(p＜0.01)、又香优龙丝苗(p＜0.05)、神农优228(p＜0.01)和常规香稻美香占2号(p＜0.05)极显著或显著提升了稻米的胶稠度. 从总体趋势来看，增香栽培模式下蛋白质质量分数和胶稠度呈现上升趋势，常规香稻的直链淀粉质量分数呈现下降趋势，杂交香稻的直链淀粉质量分数升降因品种而异.

    • 2.5.   增香栽培对RVA谱特征值与食味值的影响

  • 栽培模式对供试香稻的最高黏度、热浆黏度、崩解值和消减值存在显著或极显著影响(表 4). 与常规栽培相比，增香栽培下常规香稻十九香(p＜0.01)、泰国小香米(p＜0.01)、南晶香占(p＜0.05)以及杂交香稻所有品种(p＜0.01)的最高黏度显著下降，而美香占2号则极显著升高(p＜0.01)；常规香稻美香占2号、泰国小香米和杂交香稻珍香优11香、又香优龙丝香以及神农优228的热浆黏度极显著降低(p＜0.01)，而常规香稻十九香和杂交香稻又香优龙丝苗的热浆黏度显著升高(p＜0.05)；常规香稻美香占2号和杂交香稻珍香优11香的崩解值极显著增加(p＜0.01)，其余供试品种的崩解值均显著降低；常规香稻十九香和泰国小香米的消减值极显著增加(p＜0.01)，常规香稻美香占2号(p＜0.01)、南晶香占(p＜0.05)的消减值极显著和显著降低，杂交香稻珍香优11香、又香优龙丝香和神农优228的消减值极显著降低(p＜0.01).

    另外，栽培模式对杂交香稻米的冷胶黏度(p＜0.01)和起浆温度(p＜0.05)存在极显著和显著影响，而对常规香稻的影响无统计学意义(p＞0.05)，但个别品种在栽培模式间差异有统计学意义. 与常规栽培相比，增香栽培下常规香稻十九香稻米的冷胶黏度显著增加(p＜0.05)，常规香稻美香占2号稻米的起浆温度显著降低(p＜0.05)；杂交香稻珍香优11香、又香优龙丝香和神农优228稻米的冷胶黏度极显著降低(p＜0.01)，又香优龙丝苗、又香优龙丝香和神农优228的起浆温度均显著增加(p＜0.05).

    栽培模式对常规香稻和杂交香稻的峰值时间影响无统计学意义(p＞0.05)，并不因品种的不同而存在明显差异.

    从表 4还可看出，与常规栽培相比，增香栽培下常规香稻的食味值呈现下降趋势，除十九香差异无统计学意义外，其余3个供试常规香稻的食味值均显著下降(p＜0.05)；而杂交香稻在增香栽培下食味值多呈上升趋势，珍香优11香、又香优龙丝苗的食味值显著增加(p＜0.05)，仅又香优龙丝香食味值略有下降. 结果表明，在增香栽培模式下杂交香稻的食味值一般变优，常规香稻的食味值一般变劣.

    • 2.6.   增香栽培对理论产量及产量构成因素的影响

  • 栽培模式对杂交香稻的理论产量有显著影响(p＜0.05)，而对常规香稻影响无统计学意义(p＞0.05)，但因品种不同，增香栽培的影响效果也不一致(表 5). 与常规栽培相比，增香栽培下常规香稻十九香(p＜0.05)、美香占2号(p＜0.05)和杂交香稻神农优228(p＜0.01)显著或极显著提高了理论产量，其余5个品种在增香栽培和常规栽培模式下的理论产量差异无统计学意义，表明增香栽培较常规栽培对产量的影响多数无统计学意义，仅少数品种有显著或极显著增加趋势.

    比较各香稻的产量构成因素可知，栽培模式对常规香稻和杂交香稻的有效穗数均有显著影响. 与常规栽培相比，增香栽培下常规香稻十九香、泰国小香米和杂交香稻珍香优11香、又香优龙丝苗、神农优228的有效穗数均极显著增加(p＜0.01)，而常规香稻南晶香占、美香占2号和杂交香稻又香优龙丝香的有效穗数均极显著降低(p＜0.01)，说明增香栽培对香稻的有效穗数影响趋势不明，具体看香稻品种对增香栽培措施的特殊响应.

    栽培模式对常规香稻的穗着粒数有显著影响(p＜0.05)，而对杂交香稻的影响无统计学意义(p＞0.05)，但部分品种影响也有统计学意义. 与常规栽培相比，增香栽培下常规香稻美香占2号的穗着粒数极显著增加(p＜0.01)，常规香稻泰国小香米和杂交香稻又香优龙丝苗、神农优228的穗着粒数显著降低(p＜0.05)，其余4个香稻品种的穗着粒数增减差异无统计学意义，说明增香栽培对香稻穗着粒数的影响多偏降低趋势.

    栽培模式对杂交香稻的结实率有显著影响(p＜0.05)，而对常规香稻影响无统计学意义(p＞0.05)，但部分品种影响也有统计学意义. 与常规栽培相比，增香栽培下常规香稻十九香、美香占2号和杂交香稻珍香优11香、又香优龙丝苗、神农优228的结实率均显著下降(p＜0.05)，其余3个香稻品种的结实率增减差异无统计学意义，说明增香栽培对香稻结实率的影响主要为显著降低趋势.

    栽培模式对常规香稻和杂交香稻的千粒质量影响无统计学意义，并不因品种的不同而存在明显差异.

3.   讨论

    3.1.   增香栽培可提升香稻的糙米香气

  • 香稻的香气受多方面因素影响，并与多种化合物有着密切的联系. 有研究表明香稻香气最为重要的化合物为2-乙酰-1-吡咯啉(2-acety-1-pyrroline，简称2-AP)[16]，之后的很多研究也都表明，香稻香气的最主要成分就是2-AP[17-18]，并且通过示踪试验证明2-AP的氮源来自脯氨酸[19]. 以往的单项栽培技术措施如基肥施锌肥[9]、基肥施镧肥[10]以及齐穗期在叶面喷施香稻增香剂[11]均能显著增加香稻的香气水平. 黄忠林等[13]研究表明将这些单项技术集成的增香栽培模式能显著提高香稻的脯氨酸质量分数和叶片脯氨酸的氧化酶活性，有利于香稻2-AP的形成与积累，且可转运至籽粒. 本研究也表明增香栽培能够显著提高供试香稻的脯氨酸质量分数，提升糙米香气.

    • 3.2.   增香栽培对香稻品质形成的影响

  • 稻米品质主要是由品种本身的遗传特性和环境因子共同作用，其品质包括外观品质、加工品质和理化品质. 本研究主要包括外观品质的垩白度和垩白粒率，加工品质的整精米率，理化品质的蛋白质质量分数、直链淀粉质量分数以及胶稠度. 董明辉等[20]研究表明，不同栽培方式对稻米的品质有较大影响；陈国军等[6]对增香栽培技术进行研究，证明香稻在增香栽培技术下具有较高的整精米率及蛋白质质量分数，能够显著降低稻米的垩白度和垩白粒率. 本研究结果表明，增香栽培能够显著降低杂交香稻的垩白度和垩白粒率，提升供试香稻品种的整精米率，极显著提高杂交香稻的蛋白质质量分数和胶稠度，同时降低供试香稻品种的直链淀粉质量分数. 从总体趋势来看，增香栽培能够显著提升杂交香稻的外观和营养品质.

    • 3.3.   增香栽培对香稻RVA谱特征值与食味值的影响

  • 香稻中富含蛋白质、各种氨基酸等营养成分，这些成分也会对香稻的食味值产生影响，所以仅仅通过直链淀粉质量分数和胶稠度难以直观地反映出这种影响. 胡中娥等[21]、舒庆尧等[22]和闫影等[23]研究表明，RVA谱特征值能够很好地反映稻米的蒸煮食味品质，属于综合指标和直接指标. 本研究结果表明，最高黏度、热浆黏度、崩解值、冷胶黏度、消减值呈下降趋势，其中仅常规香稻的冷胶黏度差异无统计学意义；在起浆温度上，常规香稻差异无统计学意义，而杂交香稻差异有统计学意义，且呈上升趋势.

    隋炯明等[15]认为除最高黏度外，RVA谱的其余特征值与食味品质主要指标都极显著相关. 胡培松等[24]研究表明，食味值与单个RVA谱特征值相关程度较低，但是与崩解值相关程度较大. 闫影等[23]则认为，影响米饭食味值的主要理化指标是直链淀粉质量分数和胶稠度，且直链淀粉质量分数越低，胶稠度越高，米饭食味值越高. 在本研究中，增香栽培能够极显著降低大部分供试品种的直链淀粉质量分数，极显著提高杂交香稻的胶稠度. 在增香栽培模式下，常规香稻的食味值显著降低，而杂交香稻的食味值呈现上升趋势，但差异无统计学意义.

    • 3.4.   增香栽培对产量性状的影响

  • 徐明岗等[25]研究结果表明，化肥与有机肥配施有利于水稻高产和水稻中后期的干物质积累和养分吸收，提高单位面积的总穗数和穗粒数. 在叶面喷施锌肥能够提高水稻的结实率、千粒质量以及产量[26]. 黄忠林等[13]研究结果表明，增香栽培技术能够提高香稻群体的光合能力并且减缓功能叶的衰老，有利于生育后期干物质的积累，从而增加有效穗数、群体颖花数和结实率，最终表现为产量的增加. 丛建红[27]研究表明，富硒肥能够有效提高水稻的产量，并且以叶面喷施效果最为显著. 本研究采用的增香栽培措施是施用香稻专用肥和喷施叶面增香剂，香稻专用肥富特馫香水稻肥与有机肥混配比例为N 15%，P2O5 4%，K2O 6%，有机肥10%，ZnSO4 2%和LaCl3 0.1%，叶面增香剂富特生态增香富硒肥含有脯氨酸、赤霉素和锌元素. 研究结果表明增香栽培较常规栽培的理论产量呈差异无统计学意义(常规香稻)至显著增加(杂交香稻)趋势. 各产量构成因素中，增香栽培对香稻的有效穗数影响最大，但趋势不明，具体看各香稻品种对增香栽培措施的特殊响应；其次是增香栽培对香稻穗着粒数的影响多偏降低趋势，对香稻结实率的影响主要为显著降低趋势；增香栽培对香稻千粒质量影响无统计学意义. 增香栽培可通过显著提高香稻品种的有效穗数，并均衡协调其余产量因素而获得高产.

4.   结论

  • 增香栽培能够显著提高供试品种香稻籽粒的脯氨酸质量分数和整精米率，显著提升香稻糙米的香气和加工品质；显著降低杂交香稻的垩白度与垩白粒率，改善杂交香稻的外观品质；极显著提高杂交香稻的蛋白质质量分数和胶稠度，显著降低供试品种的直链淀粉质量分数；常规香稻的食味值显著下降，但杂交香稻的食味值差异无统计学意义；同时增香栽培可通过显著增加香稻的有效穗数获得高产，而穗着粒数降低不明显，千粒质量影响无统计学意义.

Table (5) Reference (27)

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