丹野 久

（北海道農(nóng)產(chǎn)協(xié)會(huì)，日本 北海道札幌，060-0004）

一般認(rèn)為大米中蛋白質(zhì)含量越低，同樣直鏈淀粉含量越低，米飯的食味就越好[1-3]（圖1）。但是，大米的這兩個(gè)指標(biāo)含量在年度之間有很大差異（圖2），因此，日本北海道生產(chǎn)的大米，其食味在蛋白質(zhì)或直鏈淀粉含量升高的年份而大幅度下降（圖3）。此外，研究顯示，大米中蛋白質(zhì)含量的種植地區(qū)間差異也很大[5]。

圖1 大米的直鏈淀粉和蛋白質(zhì)的含量與食味綜合評(píng)價(jià)之間的關(guān)系[1]

圖2 大米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量的全北海道均值的年度變化

圖3 東北以南生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)大米品種與北海道生產(chǎn)的大米品種之間食味綜合評(píng)價(jià)值、蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量的年度差異[4]

為了實(shí)現(xiàn)北海道大米的食味優(yōu)良和穩(wěn)定，必須分析蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量的年度及地區(qū)間差異的幅度及其產(chǎn)生原因，為此選擇優(yōu)良食味大米栽培技術(shù)[6-7]及種植品種[8-9]很重要。本研究首先闡明了北海道生產(chǎn)的大米，在過(guò)去 16年間和 15個(gè)地區(qū)之間蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量的年度和地區(qū)差異，進(jìn)行了比較分析。接著，從與水稻的栽培時(shí)期和不同生長(zhǎng)階段的氣溫、生長(zhǎng)發(fā)育特性以及土壤類型等的關(guān)系闡述了其發(fā)生原因。最后分析了水稻初期生長(zhǎng)發(fā)育不同的種植土壤和地區(qū)的差異對(duì)大米蛋白質(zhì)含量及其年度差異的影響。

1 北海道大米的蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量在年度間、地區(qū)間的差異及分析

北海道大米蛋白質(zhì)含量在 1991—2006年的16年間，變化范圍 7.2%～8.6%，有 1.4%的差異（表1），直鏈淀粉含量在相同年度間變化范圍是18.3%～22.2%，存在3.9%的差異。在整個(gè)北海道15個(gè)水稻種植地區(qū)之間，大米蛋白質(zhì)含量變化范圍是7.2%～8.2%，相差1.0%，而直鏈淀粉含量變化范圍是19.8%～21.2%，相差1.4%。也就是說(shuō)，年度之間的差異與地區(qū)之間差異相比較，對(duì)蛋白質(zhì)含量高達(dá)1.4倍，對(duì)直鏈淀粉含量高達(dá)2.8倍，蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量年度間的標(biāo)準(zhǔn)偏差也很大，分別是地區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差的1.5和3.2倍，尤其是直鏈淀粉含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差更大。

圖 4～5顯示了大米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量的年度間和地區(qū)間變化。在它們的平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的關(guān)系中，在年度間，蛋白質(zhì)含量的平均值越高，標(biāo)準(zhǔn)偏差就越大，呈現(xiàn)了一定的相關(guān)關(guān)系。直鏈淀粉含量在年度之間平均值變化雖然很大，但是標(biāo)準(zhǔn)偏差的差異不大，僅為0.43%～0.76%，平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差之間沒(méi)有一定的相關(guān)關(guān)系。

表1 一定試驗(yàn)?zāi)甓群偷貐^(qū)的水稻種植期間和各生長(zhǎng)階段的氣溫、生長(zhǎng)發(fā)育特性及大米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果[5]

圖4 不同年度的大米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量的分布

圖5 年度間和地區(qū)間大米蛋白和直鏈淀粉的含量的平均值與其標(biāo)準(zhǔn)差之間的關(guān)系[5]

如上所述，大米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量在年度和地區(qū)之間均有很大的差異，并且前者比后者更大。特別是在蛋白質(zhì)含量高的年份，其地區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差也變大，會(huì)成為銷售、流通方面的重大問(wèn)題。

2 水稻不同種植期間、生長(zhǎng)階段的氣溫及生長(zhǎng)特性的年度間與種植地區(qū)間的差異比較

水稻種植期間的5～7月和8～9月日均累計(jì)氣溫，其年度間（15個(gè)地區(qū)的均值）最大值和最小值的差，是各種植地區(qū)間（16個(gè)年度的均值）的2.0倍，標(biāo)準(zhǔn)偏差也是年度間比地區(qū)間大1.9～ 2.5倍（表1）。

分蘗期（6月份）的平均氣溫，抽穗前24天開始的30天期間即障礙型冷害危險(xiǎn)期（以下稱障礙危險(xiǎn)期）的平均氣溫，抽穗后40天期間的日均累計(jì)氣溫（以下稱為成熟期氣溫），以及抽穗后40天期間的日溫差累計(jì)氣溫（以下稱為成熟期日溫差氣溫），其年度間差異與地區(qū)間相比，以及年度間標(biāo)準(zhǔn)偏差與地區(qū)間相比，除去幾乎相同的成熟期日溫差累計(jì)氣溫外，分別有 1.9～4.2倍及2.0～4.3倍的很大差異（表1）。

在生長(zhǎng)發(fā)育特性方面，每 0.1公頃的糙米產(chǎn)量年度間的分布在 205～576 kg之間，大小相差371 kg，標(biāo)準(zhǔn)偏差為99 kg，比地區(qū)間大1.8～1.9倍。在抽穗期、不結(jié)實(shí)率和千粒重的生長(zhǎng)發(fā)育特性方面，年度間的差異與地區(qū)間差異相比，還有年度間的標(biāo)準(zhǔn)偏差與地域間標(biāo)準(zhǔn)偏差相比，分別大1.6～4.4、1.4～3.2倍（表1）。

如上所述，水稻種植期間的平均氣溫年度間差異比地區(qū)間差異大，而不同生長(zhǎng)階段的平均氣溫也同樣存在較大的年度間差異。因此，可以認(rèn)為水稻的糙米產(chǎn)量等生長(zhǎng)發(fā)育特性指標(biāo)的年度間差異比地區(qū)間差異大，從而蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量也是年度間差異較大。

3 大米蛋白質(zhì)含量的年度間及地區(qū)間差異的產(chǎn)生原因

在不同年度之間，抽穗期越早，障礙危險(xiǎn)期的平均氣溫越高，不結(jié)實(shí)率越低[10]，千粒重越高[11-13]，糙米產(chǎn)量越高，蛋白質(zhì)含量就越低（表2，圖 6～8）。另外，成熟期氣溫在年度間最低為843 ℃，比這個(gè)氣溫高[14-15]或低[16]時(shí)蛋白質(zhì)含量增高，兩者之間的關(guān)系可通過(guò)二次回歸方程表示（圖9）。而另一方面，在不同地區(qū)之間，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)在不同生長(zhǎng)階段的平均氣溫及生長(zhǎng)發(fā)育特性與蛋白質(zhì)含量之間有相關(guān)關(guān)系。

表2 年度間和地區(qū)間大米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉的含量、糙米產(chǎn)量與生長(zhǎng)發(fā)育特性、各生長(zhǎng)階段氣溫之間的相關(guān)系數(shù)[5]

圖6 年度間和地區(qū)間的不結(jié)實(shí)率與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[5]

圖7 年度間和地區(qū)間的千粒重與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[5]

圖8 年度間和地區(qū)間的糙米產(chǎn)量與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[5]

在不同地區(qū)的土壤類型中，泥炭土比率越低，褐色低地土和灰色低地土比率越高的地區(qū)，蛋白質(zhì)含量越低（圖 10）。這些關(guān)系的決定系數(shù)中，分布幅度 0%～42%為最寬的泥炭土比率的決定系數(shù)最大，影響度很高[17-19]。

圖9 年度和地區(qū)間抽穗后40天期間的日平均累計(jì)氣溫與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[5]

圖10 地區(qū)間的土壤類型比率與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[5]

另外，在分孽期的平均風(fēng)速和大米蛋白質(zhì)含量之間，年度間沒(méi)有一定的相關(guān)性，而在地區(qū)間具有風(fēng)速越小，蛋白質(zhì)含量則有越低的傾向（圖11）?？紤]原因是風(fēng)速越小，水稻初期生長(zhǎng)發(fā)育越好，蛋白質(zhì)含量就越低。此外，泥炭土比例低的地區(qū)，風(fēng)速也有變小的的傾向（r=0.578*，n=15）。

如上所述，在年度間，抽穗越早，障礙危險(xiǎn)期因高溫導(dǎo)致的不結(jié)實(shí)率越低，千粒重越重、越豐收，蛋白質(zhì)含量越低，與成熟期氣溫有著在843 ℃為最低的二次回歸方程的關(guān)系。但在地區(qū)間，與這些因素則沒(méi)有一定的相關(guān)關(guān)系。另外，在地區(qū)間，泥炭土比率越低，分孽期風(fēng)速越小，大米蛋白質(zhì)含量越低。

圖11 年度與地區(qū)間分蘗期的風(fēng)速與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[5]

4 初期生長(zhǎng)發(fā)育情況不同的土壤和地區(qū)差異對(duì)于大米蛋白質(zhì)含量和年度間差異形成因素之間關(guān)系的影響

在北海道的中央北部和南部地區(qū)，由于是水稻生長(zhǎng)初期風(fēng)速小，土壤氮素可吸態(tài)轉(zhuǎn)化速度大的褐色低地土（干田），水稻初期生長(zhǎng)旺盛[20]（表3）。在這些地區(qū)，每平方米的結(jié)實(shí)稻谷籽粒數(shù)量越多，并且在中央北部的籽粒全重、南部的千粒重越重越豐收，蛋白質(zhì)含量就越低[16]（表 4，圖12～ 13）。

與此相對(duì)，中央南部地區(qū)由于是生長(zhǎng)初期風(fēng)速大、土壤氮素可吸態(tài)轉(zhuǎn)化速度小的灰黏土（濕田），初期生長(zhǎng)較差[20]（表 3）。在該地區(qū)，大米蛋白質(zhì)含量和每平方米的稻谷數(shù)量，籽粒全重和糙米產(chǎn)量之間沒(méi)有明確的關(guān)系，而千粒重則相反，千粒重越重，蛋白質(zhì)含量越高（表4，圖12～13）。

在蛋白質(zhì)和成熟期氣溫的關(guān)系中，初期生長(zhǎng)良好的北海道中央北部和南部，除去因?yàn)椴唤Y(jié)實(shí)率高達(dá)30%以上而大米高蛋白的數(shù)據(jù)，可以看到在 835～840 ℃時(shí)為最低值的二次回歸關(guān)系。另外，在初期生長(zhǎng)較差的中央南部，除去特別是在成熟后期由于土壤氮吸收較多而被推測(cè)為高蛋白的年度數(shù)據(jù)之外，同樣觀察到了在832 ℃時(shí)為最低值的二次回歸關(guān)系。（圖14）。

綜上所述，在水稻初期生長(zhǎng)不良的土壤和地區(qū)，土壤中的氮在生長(zhǎng)前期沒(méi)有被充分吸收，或者由于在氣溫變高的夏季容易進(jìn)行氮可吸態(tài)轉(zhuǎn)化，因此在成熟期，導(dǎo)致水稻的氮吸收也比較多。特別是到成熟期后期為止，由于土壤中水分多且高溫，水稻作物還沒(méi)有老化等從而導(dǎo)致光合作用條件良好的情況下，同時(shí)土壤中的氮吸收也較多。其結(jié)果是，即使豐收也不會(huì)產(chǎn)生大米低蛋白化，或者是千粒重變重的同時(shí)大米高蛋白化等，與前述的在北海道水稻栽培全區(qū)域以及，在初期生長(zhǎng)發(fā)育良好的土壤和地區(qū)發(fā)現(xiàn)大米蛋白質(zhì)含量與水稻生長(zhǎng)發(fā)育特性之間的關(guān)系不同。

表3 初期生長(zhǎng)發(fā)育情況不同的土壤和地區(qū)的栽培特性比較[16,20]

表4 初期生長(zhǎng)發(fā)育情況不同的土壤、地區(qū)的年度間大米蛋白含量與生長(zhǎng)特性之間的相關(guān)系數(shù)[16]

圖12 水稻初期生長(zhǎng)發(fā)育情況不同的土壤和地區(qū)的年度間千粒重與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[16]

圖13 初期生長(zhǎng)發(fā)育情況不同的土壤和地區(qū)的年度間精糙米產(chǎn)量與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[16]

圖14 初期生長(zhǎng)發(fā)育情況不同的土壤、地區(qū)的年度間抽穗后40天期間的日均累計(jì)氣溫與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系[16]（去除了不結(jié)實(shí)率30%以上和成熟后期土壤氮吸收量多的數(shù)據(jù)）

5 大米直鏈淀粉含量的年度與地區(qū)間差異的形成原因

大米中直鏈淀粉含量在年度和地區(qū)之間，都是在水稻成熟氣溫越高，含量就越低（表 2，圖15）。雖然地區(qū)之間大米直鏈淀粉含量也有差異，但分蘗期的平均氣溫越高（年度間r=–0.637**，n=16，地區(qū)間r=–0.786**，n=15，以下相同），障礙危險(xiǎn)期的平均氣溫越高（r=–0.721**，r=0.427ns），抽穗期越早，而抽穗期越早，成熟氣溫越有升高的傾向[21]（r=–0703**，r=–0415ns）。由于抽穗期的促進(jìn)效果，除去地區(qū)之間分蘗期的平均氣溫，在年度間和地區(qū)間，都是分蘗期和障礙危險(xiǎn)期的平均氣溫越高，越容易形成低的大米直鏈淀粉含量（表2）。

圖15 年度間及地區(qū)間抽穗后40天期間的日均累計(jì)氣溫與直鏈淀粉含量之間的關(guān)系[5]

此外，直鏈淀粉含量在地區(qū)之間隨著成熟期日溫差累計(jì)氣溫的降低而降低[2]（圖16）。還有，離海距離越近，緯度（北緯）越低，越容易形成低的大米直鏈淀粉含量（圖 17）。但是，離海距離和緯度與成熟氣溫之間，都未發(fā)現(xiàn)有一定的相關(guān)關(guān)系（表5）。由此，考慮離海距離和緯度與直鏈淀粉之間形成的關(guān)系是由于離海距離越近，成熟期日溫差累計(jì)氣溫越低造成的。并且在北海道緯度越低的水稻種植地區(qū)，大多離海距離越近，從而也就造成緯度越低，日溫差累計(jì)氣溫就越低[23]（表5）。

圖16 年度間及地區(qū)間抽穗后40天期間的日溫差累計(jì)氣溫與直鏈淀粉含量之間的關(guān)系[22]

圖17 地區(qū)之間離海距離及緯度（北緯）與直鏈淀粉含量之間的關(guān)系[22]

如上所述，大米直鏈淀粉含量在年度和地區(qū)都是成熟氣溫越高，其含量越低。另一方面，在地區(qū)之間，緯度越低，離海距離越近，成熟期日溫差累計(jì)氣溫越低，則大米直鏈淀粉含量越低。

備注：

1. 參考文獻(xiàn)中，除注明國(guó)家的期刊外，其余均為日語(yǔ)期刊。

2. 本文的彩色圖表可從本刊官網(wǎng)（http://lyspkj.ijournal.cn/ch/index.axpx）、中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普、超星等數(shù)據(jù)庫(kù)下載獲取。