楊陶陶 鄒積祥 伍龍梅 包曉哲 江瑜 張楠 張彬,

(1廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水稻研究所/廣東省水稻育種新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省水稻工程實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210095；*通信聯(lián)系人，email: Zhangbin@gdaas.cn)

全球氣候變暖已成為不爭(zhēng)的事實(shí)。與1850-1900年相比，2041-2060年地球表面溫度將升高1.6～2.5 ℃[1]。我國(guó)氣候變暖趨勢(shì)與全球基本一致，到2050年我國(guó)平均氣溫將升高1.2～2.0 ℃，到21世紀(jì)末增幅可達(dá)2.2～4.2 ℃[2]。我國(guó)是世界上最大的稻米生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，水稻種植面積為3000萬(wàn)hm2，產(chǎn)量為2.1億t[3]。氣候變暖會(huì)對(duì)我國(guó)水稻生產(chǎn)和糧食安全產(chǎn)生不同程度的影響[4-7]。

稻米品質(zhì)易受環(huán)境因素的影響，尤其是灌漿期溫度[8]。前人關(guān)于溫度對(duì)稻米品質(zhì)影響的研究大多是在溫室或開頂箱設(shè)備中進(jìn)行的，這些增溫設(shè)備對(duì)水稻生長(zhǎng)的微氣候影響較大[9-12]。鑒于以上研究中的不足，為進(jìn)一步揭示氣候變暖對(duì)稻米品質(zhì)的實(shí)際影響，稻田開放式增溫試驗(yàn)越來(lái)越受到重視。遠(yuǎn)紅外主動(dòng)增溫(free air temperature increase，F(xiàn)ATI)系統(tǒng)對(duì)稻田微環(huán)境影響較小，能夠較真實(shí)地模擬全球變暖的現(xiàn)狀[13]，被廣泛地應(yīng)用于我國(guó)各稻作區(qū)增溫控制試驗(yàn)中[14-16]。

稻米的加工和外觀品質(zhì)直接決定生產(chǎn)者的經(jīng)濟(jì)效益和消費(fèi)者的喜愛程度。采用FATI設(shè)備的研究結(jié)果表明，增溫對(duì)稻米加工和外觀品質(zhì)的影響在不同稻作區(qū)之間存在較大差異。例如，增溫對(duì)東北一季稻的糙米率、精米率、整精米率和堊白粒率均無(wú)顯著影響[17]，但能夠增加稻麥輪作區(qū)稻米的堊白粒率，降低其整精米率，導(dǎo)致加工和外觀品質(zhì)均變差[18-21]。在江西雙季稻區(qū)，筆者前期的研究表明增溫增加早、晚稻堊白粒率和堊白度，但對(duì)加工品質(zhì)的影響，在早、晚季之間存在較大差異[22,23]。

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，對(duì)稻米的品質(zhì)也提出了更高的要求，尤其是稻米的食味品質(zhì)。直鏈淀粉含量和稻米糊化特性常用來(lái)表征稻米的食味品質(zhì)[24]。多數(shù)的研究表明，采用FATI增溫會(huì)提高稻米峰值黏度和崩解值，降低其消減值和直鏈淀粉含量，對(duì)稻米食味品質(zhì)有一定的改善作用[17-21]。稻米是以粒食的形式被食用，與稻米糊化特性相比，米飯質(zhì)地(硬度和黏性)能直接反映米飯的食味品質(zhì)[25]。但目前關(guān)于開放式主動(dòng)增溫對(duì)米飯質(zhì)構(gòu)影響的研究較少[26]。蛋白質(zhì)是評(píng)價(jià)稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)，同時(shí)也會(huì)影響稻米的食味品質(zhì)。大部分的研究表明，增溫會(huì)提高稻米中蛋白質(zhì)含量，改善其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[18-23]。

華南雙季稻區(qū)溫光資源充足，適宜水稻生長(zhǎng)的季節(jié)較長(zhǎng)，自然條件良好，是我國(guó)雙季稻系統(tǒng)的重要組成部分。另外，華南雙季稻區(qū)是我國(guó)優(yōu)質(zhì)秈稻的主產(chǎn)區(qū)之一，其中以“絲苗米”最為典型。不同稻作區(qū)水稻生長(zhǎng)季背景溫度差異較大，氣候變暖可能會(huì)對(duì)華南雙季稻生長(zhǎng)產(chǎn)生不同影響[6]，從而導(dǎo)致稻米品質(zhì)的變化。因此，需明確氣候變暖對(duì)華南雙季稻，特別是“絲苗米”稻米品質(zhì)的影響。本研究通過(guò)在華南雙季稻區(qū)建立稻田開放式遠(yuǎn)紅外主動(dòng)增溫系統(tǒng)，研究全生育期增溫對(duì)華南雙季稻稻米品質(zhì)的影響，以期為未來(lái)氣候變暖下“絲苗米”的優(yōu)質(zhì)栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2020年和2021年在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豐試驗(yàn)基地(113°22' E，23°09' N)進(jìn)行。該地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)氣候，2020年和2021年水稻生長(zhǎng)季日平均溫度和日降水量如圖1所示。其中，2020年早、晚季平均氣溫分別為26.9 ℃和26.7 ℃，降水量分別為629.6 mm和722.7 mm；2021年早、晚季平均氣溫分別為27.4 ℃和27.5 ℃，降水量分別為666.6 mm和390.3 mm。2020年試驗(yàn)前耕層(0-15 cm)土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為pH 5.9，有機(jī)碳25.3 g/kg，總氮1.1 g/kg。

圖1 2020和2021年試驗(yàn)點(diǎn)水稻生長(zhǎng)季氣象數(shù)據(jù)Fig. 1. Meteorological data of rice growth period in the experimental site in 2020 and 2021.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置不增溫處理(CK)和全生育期增溫處理(W)，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。小區(qū)長(zhǎng)為3.5 m，寬為3.0 m。采用FATI系統(tǒng)對(duì)增溫處理進(jìn)行晝夜不間斷增溫，對(duì)照處理安裝同樣的增溫裝置，但不通電。FATI系統(tǒng)參照筆者前期研究的設(shè)計(jì)方案[22]，該系統(tǒng)由3個(gè)單元組成，分別為遠(yuǎn)紅外加熱單元、動(dòng)力單元和溫度監(jiān)測(cè)單元。遠(yuǎn)紅外加熱單元包括遠(yuǎn)紅外加熱器(額定功率1500 W，長(zhǎng)1.8 m，直徑1.8 cm)和用于固定的不銹鋼三角支架(高2.0 m，寬3.0 m)；動(dòng)力單元為380 V的交流電；溫度監(jiān)測(cè)單元由6個(gè)溫度記錄儀(ZDR-41，杭州澤大儀器有限公司，中國(guó)杭州)組成。遠(yuǎn)紅外加熱器懸掛于冠層上方75 cm處，并根據(jù)水稻生長(zhǎng)狀況調(diào)節(jié)加熱器高度。單個(gè)遠(yuǎn)紅外加熱器可形成1.8 m ×1.5 m有效增溫面積，可以滿足田間試驗(yàn)需求。水稻冠層溫度由溫度記錄儀自動(dòng)記錄，記錄間隔為1 h。溫度探頭保持在遠(yuǎn)紅外加熱器正下方水稻冠層中(頂一葉中部位置)，與遠(yuǎn)紅外加熱器之間的距離為75 cm。如圖2所示，增溫沒有改變水稻冠層日平均溫度變化趨勢(shì)，但顯著提高水稻冠層溫度。與不增溫處理相比，早稻移栽至成熟期冠層溫度提高1.5～1.8 ℃，抽穗至成熟期冠層溫度提高1.3～2.2 ℃；晚稻移栽至成熟期冠層溫度提高1.9～2.0 ℃，抽穗至成熟期冠層溫度提高1.3～1.5 ℃，達(dá)到預(yù)期增溫效果(表1)。

圖2 2020和2021年開放式增溫條件下冠層日平均溫度變化趨勢(shì)Fig. 2. Trends of daily mean temperature in rice canopy under FATI conditions in 2020 and 2021.

表1 開放式增溫對(duì)早、晚稻冠層平均溫度的影響Table 1. Effect of FATI on average temperature of early and late rice canopy. ℃

1.3 田間管理

供試早稻品種2020年為合豐絲苗(Hefengsimiao，HFSM)，2021年 為 粵 禾 絲 苗(Yuehesimiao，YHSM)；晚稻品種2020和2021年均為粵禾絲苗(Yuehesimiao，YHSM)。采用水育秧方式育秧，早稻于25 d秧齡，晚稻于15 d秧齡移栽，早、晚稻栽插規(guī)格均為行距19.8 cm，株距16.5 cm，早稻每穴3苗，晚稻每穴2苗。2020和2021年早、晚稻播種、移栽、抽穗和成熟日期如表2所示。早、晚稻肥料施用量一致，氮肥為尿素(N含 量 為46.4%)，施 用 量 為(純 氮)150.0 kg/hm2，基肥∶分蘗肥∶穗肥為5∶2∶3；磷肥為鈣鎂磷肥(P2O5含量為12.0%)，施用量為(P2O5)48.0 kg/hm2，全作基肥；鉀肥為氯化鉀(K2O含量為60.0%)，施用量(K2O) 188.0 kg/hm2，基肥∶穗肥為7∶3?；室圃郧耙惶焓┯茫痔Y肥移栽后一周施用，穗肥幼穗分化二期施用。移栽后保持淺水層；分蘗末期排水曬田，控制無(wú)效分蘗；抽穗揚(yáng)花期保持淺水層；灌漿結(jié)實(shí)期間歇灌溉，干濕交替；收割前一周斷水。病蟲草害防控按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培模式進(jìn)行。

表2 開放式增溫對(duì)早、晚稻生育期的影響Table 2. Effects of FATI on phenophase of early and late rice

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 生育期

記錄早、晚季水稻播種期、移栽期、抽穗期(50%抽穗)和成熟期(約95%穎殼變黃)。

1.4.2 加工和外觀品質(zhì)

于成熟期，每個(gè)小區(qū)選取位于紅外加熱器正下方40穴水稻收獲、脫粒、曬干。室溫保存3個(gè)月后，按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17891-2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》測(cè)定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率和堊白度。

1.4.3 籽粒灌漿

于抽穗期每個(gè)小區(qū)選擇同一天抽出，且大小一致的穗子各30穗并標(biāo)記。早稻于抽穗后5 d、10 d、15 d、20 d和25 d，晚稻于抽穗后7 d、14 d、21 d、28 d和35 d取樣，每次分別取5穗，按穗長(zhǎng)平均分成上中下三部分，取中部籽粒70 ℃下烘干至恒重，并稱重。用Logistic方程y=K/(1+ea-bx)進(jìn)行擬合[12]。其中，y為測(cè)定的粒重(mg)；x為抽穗后的天數(shù)(d)；K為最終粒重(mg)；a和b為回歸方程所確定的參數(shù)；R2為擬合系數(shù)。初始灌漿速率為：GR0=Kbea/(1+ea)2；最 大 灌 漿 速 率 為：GRmax=Kb/4；平均灌漿速率為：GRmean=Kb/[aloge(100/99-1)]；達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間為：Tmax=a/b；活躍灌漿時(shí)間為：D=(2.944+a)/b。

1.4.4 直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量

整精米中直鏈淀粉含量的測(cè)定方法參照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17891-2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》。整精米中蛋白質(zhì)含量采用全自動(dòng)凱氏定氮儀(Kjeltec 8400，福斯分析儀器公司，丹麥)測(cè)定其氮含量，再乘以換算系數(shù)5.95。

1.4.5 稻米糊化特性

整精米粉碎后過(guò)60目篩，按照美國(guó)谷物化學(xué)家 協(xié) 會(huì)(AACC)規(guī) 程(International Method 61-02.01)，使用快速黏度分析儀(RVA-TecMaster，波通儀器公司，瑞典)測(cè)定稻米峰值黏度(peak viscosity)、熱漿黏度(trough viscosity)、最終黏度(final viscosity)、崩解值(breakdown，峰值黏度-熱漿黏度)、消減值(setback，最終黏度-峰值黏度)和糊化溫度(pasting temperature)。

1.4.6 米飯質(zhì)構(gòu)

稱取整精米10 g于鋁盒中，用超純水淘洗3次，米水比為1∶1.3，置于電飯煲(Z12YN6-G2，浙江蘇泊爾股份有限公司)中蒸煮30 min，室溫下冷卻30 min。將鋁盒中表層米飯撥開，挑選三個(gè)完整的米粒，呈三角形放置在測(cè)試平臺(tái)上。采用帶有不銹鋼圓柱型探頭(P-CY36R，直徑36 mm)的質(zhì)構(gòu)儀(TVT 6700，波通儀器公司，瑞典)和兩次壓縮法測(cè)定米飯的硬度和黏性。硬度為第一次擠壓樣品時(shí)的壓力峰值；黏性為第一次沖壓完成后，探頭回復(fù)過(guò)程中所形成的區(qū)間。每個(gè)重復(fù)煮蒸兩份米飯樣品，每份米飯樣品測(cè)6次重復(fù)，并計(jì)算其平均值。

1.5 統(tǒng)計(jì)與分析

使用SPSS 25.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)早、晚稻加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量采用年份(Y)和溫度(T)兩因素方差分析(LSD檢驗(yàn))，對(duì)籽粒灌漿參數(shù)、稻米糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)采用溫度(T)單因素方差分析(t檢驗(yàn))。同時(shí)，對(duì)2020和2021年早、晚稻精米率和整精米率與堊白粒率和堊白度，對(duì)2021年早、晚稻糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)與直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量之間進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 加工和外觀品質(zhì)

如表3所示，增溫對(duì)兩年早、晚稻糙米率均無(wú)顯著影響，而增溫對(duì)精米率和整精米率的影響在早、晚稻之間存在顯著差異。增溫使早稻精米率和整精米率分別平均降低2.6%和8.6%，而對(duì)晚稻精米率和整精米率無(wú)顯著影響。另外，早稻精米率和整精米率在年份(或品種)間存在顯著差異。早、晚稻堊白粒率和堊白度在年際和溫度處理間均存在顯著差異。增溫條件下，早稻堊白粒率和堊白度分別平均提高63.6%和71.3%，而晚稻堊白粒率呈降低趨勢(shì)。年份(或品種)和溫度只對(duì)早、晚稻堊白粒率有顯著互作效應(yīng)。此外，對(duì)兩年早、晚稻精米率和整精米率與堊白粒率和堊白度進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，精米率與堊白度、整精米率與堊白粒率和堊白度均顯著負(fù)相關(guān)(圖3)。

表3 開放式增溫對(duì)早、晚稻加工和外觀品質(zhì)的影響Table 3. Effects of FATI on grain milling and appearance qualities of early and late rice.

圖3 精米率率和整精米率與與堊白粒率和堊堊白度之間的相相關(guān)性Fig. 3. Correelations of milleed rice rate and head rice ratte with chalkyy grain rate andd chalkiness.

2.2 籽粒灌漿參數(shù)

如圖4所示，增溫顯著改變2021年早稻籽粒的灌漿過(guò)程，而對(duì)2021年晚稻影響較小。本研究采用Logistic方程對(duì)早、晚稻粒重進(jìn)行擬合，擬合系數(shù)均大于0.99，表明該方程能準(zhǔn)確地?cái)M合其灌漿過(guò)程(表4)。增溫條件下，早稻初始灌漿速率、最大灌漿速率和平均灌漿速率分別顯著提高15.0%、10.4%和11.2%，達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間、活躍灌漿時(shí)間和最終粒重分別顯著降低1.9 d、4.1 d和8.9%。增溫對(duì)晚稻籽粒的灌漿參數(shù)影響較小，僅提高其初始灌漿速率，對(duì)其他灌漿參數(shù)無(wú)顯著影響。

表4 開放式式增溫對(duì)早、晚晚稻籽粒灌漿參參數(shù)的影響(20221年)Table 4. Effects of FATI onn grain-filling pparameters of eearly and late rice in 2021.

圖4 開放式式增溫對(duì)早、晚晚稻籽粒灌漿過(guò)過(guò)程的影響(20221年)Fig. 4. Effectts of FATI on ggrain-filling patterns of earlyy and late rice iin 2021.

2.3 直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量

與不增溫處理相比，增溫條件下早、晚稻直鏈淀粉含量均呈降低趨勢(shì)；其中，早稻平均降低4.4%(圖5-A)，晚稻平均降低6.8%(圖5-B)。對(duì)于蛋白質(zhì)含量(圖5-C～D)，增溫條件下均呈升高趨勢(shì)；其中，2021年早稻蛋白質(zhì)含量平均提高10.7%，晚稻蛋白質(zhì)含量平均平均提高8.2%。

圖5 開放式增溫對(duì)早、晚稻直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量的影響Fig. 5. Effects of FATI on amylose and protein contents of early and late rice.

2.4 稻米糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)及其與直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量之間的相關(guān)性

增溫對(duì)2021年稻米糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)的影響在早、晚稻之間存在一定差異(表5)。對(duì)于稻米糊化特性，增溫顯著提高早、晚稻峰值黏度，而顯著降低早、晚稻消減值和晚稻糊化溫度。增溫條件下，米飯硬度呈降低趨勢(shì)，黏性呈升高趨勢(shì)；其中，晚稻米飯硬度顯著降低8.9%，早、晚稻米飯黏性分別顯著提高14.0%和19.4%。相關(guān)分析表明，2021年早、晚稻峰值黏度、崩解值和米飯黏性與直鏈淀粉含量顯著負(fù)相關(guān)；而消減值、糊化溫度和米飯硬度與直鏈淀粉含量顯著正相關(guān)(圖6)。另外，稻米糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)與蛋白質(zhì)含量相關(guān)均未達(dá)顯著水平(圖6)。

表5 開放式增溫對(duì)早、晚稻糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)的影響(2021年)Table 5. Effects of FATI on rice pasting property and cooked rice texture of early and late rice in 2021.

圖6 稻米糊糊化特性和米飯飯質(zhì)構(gòu)與直鏈淀淀粉和蛋白質(zhì)含含量之間的相關(guān)關(guān)性(2021年)Fig. 6. Correllations of rice ppasting properrty and cookedd rice texture wwith amylose annd protein conntent(2021).

3 討論

3.1 增溫對(duì)加工和外觀品質(zhì)的影響

高溫或增溫一般會(huì)降低稻米精米率和整精米率，導(dǎo)致其加工品質(zhì)變差[20,26,27]。本研究中，增溫顯著降低早稻精米率和整精米率，而對(duì)晚稻精米率和整精米率無(wú)影響。通常，堊白米在加工過(guò)程中易斷裂[28]。本研究表明，精米率與堊白度、整精米率與堊白粒率和堊白度均呈顯著負(fù)相關(guān) (圖3)。因此，增溫條件下早早稻精米率和和整精米率的的降低與其堊白白粒率和堊白白度的升高有關(guān)(表3)。。另外，2020年年早稻精米率率較高，主要要與其品種特特性(合豐絲苗)有有關(guān)，而20020年早稻整整精米率較低低可能由其品種種特性和較高高的堊白粒率率和堊白度共共同決定。的敏感性最最高[27]。

與其他他稻米品質(zhì)相相比，稻米外外觀品質(zhì)對(duì)溫溫度增溫溫會(huì)顯著提高高稻米的堊白白粒率和堊白度度，從而導(dǎo)致致其外觀品質(zhì)質(zhì)降低[20,21,229]。水稻適宜的的灌漿溫度為20.7～31.3℃℃[30]。堊白的的形成與灌漿期期溫度正相關(guān)關(guān)，特別是抽抽穗后第二周周的溫度[31]。灌灌漿期溫度的升高會(huì)加快籽籽粒灌漿速率率，縮短其灌漿漿時(shí)間，不利于籽粒中淀粉粉的積累，導(dǎo)導(dǎo)致淀粉體松散散堆積，從而形成白堊粒[[9,11,12]。本研研究中早稻不增增溫處理抽穗后的冠層層日平均溫度度為28.88～31.1 ℃，增溫處理抽穗后的冠層層日平均溫度度為31.0～32.4 ℃℃(表1)。因因此，早稻增增溫可能超過(guò)過(guò)其灌灌漿最適溫度度，導(dǎo)致其灌灌漿速率的提高和活躍躍灌漿漿時(shí)間的縮短短(表4)，從從而導(dǎo)致早稻稻堊白粒率和和堊白白度的提高(表表3)。此外外，高溫會(huì)提提高水稻的呼呼吸速速率，加快胚胚乳中α-淀淀粉酶對(duì)淀粉粉的降解，導(dǎo)導(dǎo)致胚胚乳中同化供供應(yīng)不足和堊堊白的形成[[10,32,33]。本本研究究中，2020年早稻具有有較高的堊白粒率和堊白度，可能與其品品種特性(合豐豐絲苗)和較較高的灌漿溫溫度(表1)有關(guān)。

增溫對(duì)晚稻稻堊白粒率和和堊白度的影響與早稻稻呈相相反趨勢(shì)，可可能與其背景景溫度較低有關(guān)。晚稻稻不增增溫處理抽穗穗后的日平均均溫度為24.0～24.4 ℃，增溫溫處理抽穗穗后的冠層溫溫度為25.33～25.9 ℃(表表1)。增溫條件下下，晚稻灌漿漿溫度適宜，可能有利于于晚稻的灌漿，特別是后期灌漿，從而降低其堊白粒率。此外，2021年晚稻灌漿后期溫度驟降(圖2-B)，可能不利于其灌漿，導(dǎo)致2021年晚稻堊白粒率和堊白度較高。

3.2 增溫對(duì)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

稻米中的蛋白質(zhì)是人類優(yōu)質(zhì)植物蛋白的重要來(lái)源，直接決定稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。一般而言，增溫或高溫會(huì)提高稻米中蛋白質(zhì)含量[20,23,26]。與前人研究一致，本研究中增溫顯著提高早、晚稻整精米中蛋白質(zhì)含量(圖5-C～D)。增溫條件下，蛋白質(zhì)含量的提高與增溫不利于籽粒中淀粉積累有關(guān)。Ahmed等[11]和Yamakawa等[33]研究發(fā)現(xiàn)，增溫降低籽粒中淀粉合成關(guān)鍵酶活性，不利于籽粒中淀粉積累，從而提高籽粒中蛋白質(zhì)相對(duì)含量。另一方面，增溫條件下籽粒中谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性呈升高趨勢(shì)，有利于籽粒中蛋白質(zhì)的合成與積累[15]。本研究中，早稻蛋白質(zhì)含量的提高可能與淀粉積累降低有關(guān)，因?yàn)樵鰷貤l件下早稻粒重顯著降低(表4)。另外，筆者發(fā)現(xiàn)，增溫條件下晚稻成熟期莖葉和穗中氮素濃度均顯著提高(數(shù)據(jù)未給出)，表明增溫有利于晚稻氮素的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致整精米中蛋白質(zhì)含量的提高。

3.3 增溫對(duì)食味品質(zhì)的影響

稻米的食味品質(zhì)可以由其直鏈淀粉含量、稻米糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)等理化指標(biāo)來(lái)衡量[24,25]。本研究中，增溫顯著降低早、晚稻直鏈淀粉含量(圖5-A～B)，與前人運(yùn)用開放式主動(dòng)增溫設(shè)施的研究結(jié)果一致[17,20,34]。直鏈淀粉的合成主要受結(jié)合態(tài)淀粉合成酶(GBSS)調(diào)控[35]。灌漿期溫度的升高會(huì)降低籽粒中GBSS的活性，從而導(dǎo)致直鏈淀粉含量的降低[11,36]。增溫條件下，早、晚稻稻米峰值黏度和米飯黏性呈升高趨勢(shì)，稻米消減值和米飯硬度呈降低趨勢(shì)(表5)，與Dou等[20]和Jing等[26]研究結(jié)果基本一致。稻米糊化溫度對(duì)增溫的響應(yīng)在不同研究之間存在差異[20,22,26]，本研究中，增溫降低早、晚稻糊化溫度，特別是晚稻(表5)。較高的稻米峰值黏度和米飯黏性，較低的稻米消減值、糊化溫度、直鏈淀粉含量和米飯硬度意味著較好的食味品質(zhì)[24,25]。因此，未來(lái)氣候變暖可能有利于改善華南雙季稻的食味品質(zhì)，特別是晚稻。

稻米的糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)主要由直鏈淀粉含量和淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)決定[25,37]。稻米峰值黏度與直鏈淀粉含量負(fù)相關(guān)，因?yàn)橹辨湹矸蹠?huì)抑制淀粉膨脹[38]。消減值即淀粉的短期回生效應(yīng)，表示直鏈淀粉分子與支鏈淀粉長(zhǎng)分支鏈之間的相互作用，與直鏈淀粉含量正相關(guān)[39]。此外，米飯的硬度與直鏈淀粉含量呈正相關(guān)，而黏性與直鏈淀粉含量呈負(fù)相關(guān)[25]。本研究中，相關(guān)分析表明，稻米峰值黏度和米飯黏性與直鏈淀粉含量顯著負(fù)相關(guān)(圖6-A，6-F)，而稻米消減值和米飯硬度與直鏈淀粉含量顯著正相關(guān)(圖6-C、E)。因此，增溫條件下稻米峰值黏度和米飯黏性的提高、稻米消減值和米飯硬度的降低與其直鏈淀粉含量降低有關(guān)。稻米糊化溫度主要與支鏈淀粉含量有關(guān)，特別是支鏈淀粉長(zhǎng)分支鏈，因?yàn)榈久拙w結(jié)構(gòu)主要由支鏈淀粉構(gòu)成[37]。Tang等[21]研究表明，增溫提高支鏈淀粉長(zhǎng)分支鏈的比例，其形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，導(dǎo)致糊化溫度的升高。但是筆者前期研究發(fā)現(xiàn)，增溫降低早、晚稻支鏈淀粉長(zhǎng)分支鏈的比例，特別是在晚稻季[16]。本研究中，增溫對(duì)早稻糊化溫度無(wú)影響，而降低晚稻糊化溫度，可能與其支鏈淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)，導(dǎo)致其糊化溫度改變。另外，本研究中早、晚稻蛋白質(zhì)含量與稻米糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)均無(wú)相關(guān)性(圖6-G～L)，與前人研究結(jié)果基本一致[26,40,41]，表明增溫條件下蛋白質(zhì)含量的升高對(duì)稻米糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)的影響較小。因此，需從淀粉組分及其精細(xì)結(jié)構(gòu)方面進(jìn)一步解析增溫對(duì)華南雙季稻稻米食味品質(zhì)的影響。

本研究中全生育期增溫顯著改變?nèi)A南雙季稻區(qū)秈稻稻米品質(zhì)，但是增溫或高溫對(duì)稻米品質(zhì)的影響與品種特性和環(huán)境溫度有關(guān)[12,31,42]。華南雙季稻區(qū)包括廣東、福建、廣西等地區(qū)，環(huán)境溫度差異較大，水稻品種類型豐富，增溫對(duì)稻米品質(zhì)的影響可能因試驗(yàn)地點(diǎn)和品種類型不同而有所差異。因此，應(yīng)開展多點(diǎn)多品種田間試驗(yàn)，闡明增溫對(duì)華南雙季稻稻米品質(zhì)的影響。

4 結(jié)論

在華南雙季稻區(qū)，兩年的開放式主動(dòng)增溫試驗(yàn)表明，全生育期增溫會(huì)降低早稻加工和外觀品質(zhì)，對(duì)晚稻加工品質(zhì)無(wú)影響，而提高晚稻外觀品質(zhì)。綜合增溫條件下早、晚稻直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量、稻米糊化特性和米飯質(zhì)構(gòu)的變化特征，一定范圍內(nèi)的溫度增加有利于改善早、晚稻營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)，特別有利于改善晚稻的食味品質(zhì)。因此，未來(lái)氣候變暖條件下，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注和改善早稻的加工和外觀品質(zhì)。