不同农艺措施对苏香粳3号中2—乙酰—1—吡咯啉2—AP含量的影响

张丽+朱勇良+叶亚新+谢裕林+胡翠英+程宏英+金琎+乔中英+李庆魁

摘要： 香稻苏香粳3号因其具有天然浓郁的香味深受消费者欢迎，采取适当的农艺措施保持或者提高该品种的香味具有重要作用。以苏香粳3号为试验材料，研究播种期、收获期、生长调节剂（锌及含锌微肥）和加工过程中的白度调节等不同农艺措施对苏香粳3号中2-AP含量的影响，结果表明：LSE-1、硫酸锌和稀土铈3种生长调节剂均能显著提高2-AP的含量，其中LSE-1效果最好。采用直播方式种植的香稻中2-AP含量高于机栽和人工移栽的，精米机白度调节3档或者3.5档的香稻中2-AP含量显著高于其他处理。5月底到6月初播种处理的苏香粳3号中 2-AP含量显著高于其他时期播种的处理，综合香味保持和实际生产2个因素考虑，最佳的播种期为5月25—30日，最佳收获期在9月25日前后，但不能过10月，否则香味损失严重。本研究为制定苏香粳3号的适宜保香栽培方法，以及该品种的推广种植和优质栽培提供了理论依据和技术指导。

关键词： 农艺措施；苏香粳3号；2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）；含量

中图分类号： S511.2+20.4 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）03-0078-04

随着生活水平的不断提高，消费者对稻米品质的要求也越来越高，香稻因具有优良的香味品质，为人们所喜爱。香型水稻谷粒中含有300多种挥发性化合物，研究发现香味化合物2-乙酰-1-吡咯啉（2-acetyl-1-pyrroline，简称2-AP）是香稻香味特征化合物和主要香气贡献物[1]。因此，香稻中2-AP含量成为水稻科技工作者研究香型水稻育种和栽培的热点。

2-AP的形成与积累除了受遗传因素影响外，还与环境条件、气候、海拔高度、施肥、收获时期、加工精度等密切相关[2]。研究表明，基肥施锌肥[3-5]、基肥施镧肥[6-7]、生育期使用香稻增香剂[8-9]和干旱胁迫[10-12]均能显著增加香稻的香气含量。另外，香稻在生长过程中，成熟时期的低温有利于香稻快速形成香气，而加工过度会造成香气的减弱[13]。

苏香粳3号是江苏太湖地区农科所经过近5年10代的筛选，成功培育出的低直链淀粉、早熟型香粳新品种，因其具有天然的香味，深受消费者欢迎，在前期的推广试验中展示出了较好的生产应用潜能和产业化开发前景[14]。笔者所在项目组前期建立了利用GC-MS检测大米中2-AP含量的检测方法，为本研究奠定了基础[15]。本试验以苏香粳3号为试验材料，历时3年对播种期、收获期、生长调节剂（锌及含锌微肥）和加工过程中的白度调节等方面进行研究，探讨不同农艺措施对苏香粳3号中2-AP含量的影响，摸索和制定苏香粳3号的适宜保香栽培方法，为苏香粳3号优良特色品种的推广种植和优质栽培提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料

参试品种苏香粳3号由江苏太湖地区农科所选育和提供。除试验处理外，其他栽培管理和条件控制均一致。

液体锌和LSE-1（一种含锌螯合多元复合液体微肥），由苏州联胜化工有限公司提供，其中LSE-1的质量指标为：Cu：1.50%、Fe：4.00%、MgO：9.00%、Mn：4.00%、Zn：1.50%、B：0.50%、Mo：0.10%、Co：0.05%。硫酸锌（ZnSO4·7H2O）市售化学纯，稀土铈自配，由苏州科技大学提供，日本石拨精米机NXP-55由金子农机（无锡）有限公司提供。试验选用商品化100 μm聚二甲基硅氧烷 （PDMS） SPME萃取纤维头。厌氧管，规格16 mm（外径）×160 mm（长度），购于中国海门市华凯实验玻璃仪器公司；2-AP购自上海默达医药科技有限公司；SPME试验用的混合标准溶液均用水稀释至所需浓度；试验用水为经 Milli-Q 纯水器 （MILLIPORE公司，Bedford，MA，USA） 净化的超纯水；5.00%Nafion与25%PDDAC溶液购自Aldrich 公司 （Milwaukee，WI，USA）。

1.2 方法

1.2.1 农艺措施处理 分别对苏香粳3号进行以下农艺措施处理，其他田间管理均一致。不同产地的农艺措施按照产地栽培习惯。（1）生长调节剂：清水（CK）、螯合微量元素营养肥LSE-1、硫酸锌、稀土铈；（2）不同播种期：5月15日、5月22日、5月30日、6月2日、6月10日和7月2日；（3）不同收获期：9月14日、9月18日、9月24日、9月28日、10月5日、10月15日、10月25日、10月31日和11月12日；（4）不同播种方式：直播、机栽、人工移栽；（5）不同产地：相城区、吴中区、昆山市、张家港市、太仓市、常熟市；（6）精米机白度调节：采用日本石拨精米机NXP-55（由金子农机提供）手工调节，白度调节1档、2档、3档、3.5档和6档。

试验设计和实施：锌元素和含锌营养元素配施，采用叶面喷施，施用时间为齐穗期。喷施浓度以含锌计为0.2%，30 mg/L 稀土铈100倍液，喷施量37.5 mL/m2，所有试验都以喷施清水为对照。3次重复，随机区组排列，小区面积 13.3 m2。叶面喷施由专门的技术工人负责，以保障喷施均匀一致。 播种期和收获期处理在江苏太湖地区农科所本部实施，生产水平相对一致；栽培方式处理采用相近的播种期，选取地力均匀的田块；不同产地的样本获取力求要有较好的地域代表性。

1.2.2 香气物质2-AP含量的测定 （1）PDDAC萃取头的制备：试验采用自制的 SPME 手柄。将普通点样毛细管分别用丙酮、乙醇以及二次去离子水依次超声清洗后自然晾干，待用。 各取5.00%Nafion 溶液200 μL 和 0.50%的PDDAC溶液200 μL分别置于微量离心管中。将毛细管插入Nafion 溶液中浸泡2 min，取出自然晾干后，插入PDDAC溶液中浸泡 2 min，取出自然晾干，并重复上述操作，制得PDDAC-SPME涂层。使用前，将PDDAC-SPME萃取头在260 ℃老化，至无杂质峰出现。（2）样品预处理：称取3 g大米粉于20 mL 厌氧管中，加入2 mL无水乙醇作为提取试剂，加入2 ng 2-AP标准品（先将标准品配成0.2 μg/mL的母液，向厌氧管中加入10 μL 母液，此时2-AP的浓度为1 ng/mL），静置10 min，管口塞紧密封，插入实验室自制的SPME萃取头，于80 ℃水浴萃取30 min。萃取完成后，取出萃取头，插入GC进样口，解吸8 min 后进行测定分析。（3）GC-MS检测：GC-112A 型气相色谱仪 （配FID 检测器），SE-30毛细管柱 （30 m×0.25 mm×0.25 μm），进样口温度：260 ℃，检测器温度：300 ℃，载气和尾吹气：高纯氮 （含量≥99.999%），总流量19.5 mL/min，尾吹流量：60 mL/min，柱温程序：140 ℃（恒温2 min） →7 ℃/min升温至240 ℃（恒温2 min） →10 ℃/min升温至260℃ （恒温2 min）。固相微萃取时间：30 min，进样口解吸时间：8 min。（4）测试样本和2-AP含量计算：除精米机白度调节试验外，2-AP测试样本均为苏香粳3号稻谷使用高速万能粉碎机（天津泰斯特FW100型），定时（60 s）定量（100 g）粉碎的全谷粉。2-AP含量利用标准曲线，计算响应面积对应的2-AP含量，减去加入的标准品量，得到实际米粉中2-AP的含量。

1.3 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 18.0软件对数据结果进行统计处理及显著性分析。

2 结果与分析

2.1 生长调节剂对苏香粳3号2-AP含量的影响

表1表明，在齐穗期喷施3种不同类型的生长调节剂，对苏香粳3号收获期2-AP含量有显著影响，3种生长调节剂与对照（清水）之间的差异达到显著水平（P<0.05）。与对照相比，生长期喷施LSE-1、硫酸锌、稀土铈分别提高了2-AP含量15.05%、13.46%和4.51%。其中，喷施LSE-1对苏香粳3号2-AP含量提高效果最好，施用效果次序为LSE-1>硫酸锌>稀土铈。

2.2 不同播种期和收获期对苏香粳3号2-AP含量的影响

2012年的试验（图1）表明，在不同时期播种、收获，对苏香粳3号2-AP含量的影响较大。5月30日播种的苏香粳3号中2-AP含量显著高于其他时期播种的（P<0.05），5月15日播种和6月10日播种对苏香粳3号中2-AP含量的影响不显著（P>0.05）。2-AP含量随着播种期的变化呈现先增加后降低的趋势，5月30日之前播种，2-AP含量较低，在5月30日播种，2-AP的含量达到峰值，如果播种期再延后，则香味物质2-AP含量逐渐下降。2013年的试验结果总体趋势与2012年是一致的（图2），苏香粳3号在5月22日到6月2日之间播种对2-AP的含量影响不大，二者之间差异不显著（P>0.05），但是如果在5月15日播种，则含量较低。由此看出，适当的播种期对于保持或者提高苏香粳3号的香味非常重要，过早或者过晚播种均会造成香味损失。

本试验表明，适时收获对苏香粳3号的香味保持也同样重要。如图1和图2所示，苏香粳3号中2-AP的含量随着收获期的延迟呈现先增加后下降的趋势，在9月25日前后进行采收，可以保持最好的香味品质，采收期提前到9月中旬，香味会稍有损失，若延迟到10月1日之后进行采收，2-AP的含量逐渐下降。

2.3 不同播种方式对苏香粳3号2-AP含量的影响

不同播种方式对苏香粳3号2-AP含量的影响如图3所示，机栽和人工移栽2种方式间无显著差异（P>0.05），但是直播方式2-AP含量显著高于机栽和人工移栽，因此，直播方式能更好地保持苏香粳3号中的香味物质2-AP的含量。

2.4 苏州地区不同产地对苏香粳3号2-AP含量的影响

在不同产地对苏香粳3号收获期2-AP含量的影响如表2所示。本试验结果表明在纬度相对较高的常熟、张家港、相城产地的2-AP含量较高，三者之间差异不显著（P>0.05），其次是太仓市和吴中区，相对来说，在本试验中表现含量较低的是昆山市。

2.5 精米机白度调节对苏香粳3号2-AP含量的影响

本试验表明，精米机白度调节对苏香粳3号大米中2-AP含量的影响较大（图4）。随着白度档数的增加，2-AP含量呈现先增加后下降的趋势，1档到3档，2-AP含量逐渐增加，3.5档时2-AP出现峰值，随后2-AP含量下降，2013年的试验结果与2012年总体趋势一致。因此，在加工过程中，为更好地保持苏香粳3号中的香味物质，精米机白度调节适宜在3～3.5档白度。

3 讨论

3.1 生长调节剂对苏香粳3号2-AP含量的影响

本试验在苏香粳3号齐穗期喷施LSE-1、硫酸锌和稀土铈，这3种生长调节剂均能显著提高2-AP的含量。已有研究表明脯氨酸是2-AP的主要前体物质，含锌肥料能够能促进香稻灌浆前、中期剑叶的脯氨酸含量增加，促进运输到籽粒中脯氨酸含量的提高，从而有利于香稻香气含量提高[6]。稀土铈作为镧系元素之一，在有机体中含量很少，但对生命活动具有重要的调节作用，稀土微肥对农作物有明显的增产提质效果[16]。肖迪等已经证明氯化镧处理提高了培杂软香水稻齐穗后籽粒脯氨酸氧化酶的活性，从而使得籽粒中的脯氨酸能更加有效快速地转化为香气物质、增加糙米的香气含量[17]。2012—2014年3年试验表明喷施LSE-1的效果最好。LSE-1是一种EDTA螯合微量元素的复合肥，含有Cu、Fe、Mg、Mn、Zn、B、Mo、Co等多种微量元素。郑传刚研究表明在土壤中补充锰、铜、锌、钼等微量元素能协调平衡土壤中的养分，形成适应香稻优质生产良好的土壤环境，从而能提高香稻米品质[18]。本研究中LSE-1显著提高了苏香粳3号中2-AP 的含量，除了有锌肥的作用外，其他微量元素的相互协调作用促进了香稻全面吸收土壤中的营养成分，有利于香气前体物质的合成，从而更好地提高了苏香粳3号中2-AP的含量。

3.2 播种期和收获期对苏香粳3号2-AP含量的影响

笔者所在项目组前期研究表明，为保证苏香粳3号的产量，正常播种期在5月中下旬，因为该品种属于中熟中粳品种，推迟播种会造成水稻营养生长期缩短，生育期内的有效积温下降，温光条件不足，进而导致有效穗、每穗粒数、结实率和千粒质量呈不同程度的下降[19]。本研究通过2012年和2013年试验表明，5月底到6月初播种处理的苏香粳3号中2-AP含量显著高于其他时期播种的处理，过早或者过晚播种均会造成香味损失。不同播期的水稻由于生育进程不同，对温光资源的利用情况发生改变，导致产量的差异，稻米香气的含量也存在差异，推迟播种会使抽穗期延后，影响籽粒的灌浆速度和时间，造成籽粒充实度差，实粒数减少[20]。研究表明不同品种的香稻对不同气候因子的响应不完全一致，播种期对香稻籽粒游离脯氨酸的影响也呈品种差异，2-AP含量与光照时数呈显著负相关，表明在一定的范围内较少的光照时数有利于香稻2-AP的合成[20]。对于苏香粳3号而言，综合产量和香味保持2个因素考虑，最佳的播种期为5月25—30日。

本试验研究表明，苏香粳3号的最佳收获期在9月25日前后，但不能过10月，否则香味损失严重。已有研究表明，收获越迟，香气越弱，因此要提高香米的香气强度，应当提早1周进行收割[2]，对于苏香粳3号而言，籽粒在90%～95%黄熟时应及时组织收获，避免在高温环境下干燥过度导致香气过多散发[21]。

3.3 不同播种方式对苏香粳3号2-AP含量的影响

已有研究表明不同播种方式因水稻生长发育、氮素利用、根系生长等不同会影响水稻产量。不同栽培方式水稻经济产量与干物质积累总量和抽穗后干物质积累量均呈极显著正相关，其中手栽和抛秧方式水稻抽穗到灌浆期干物质积累速度最快[22]。李杰等研究表明不同栽培方式会造成水稻生育进程不同，对温度、光照的利用情况也不尽相同，因此造成产量的差异[23]。但是播种方式对香稻香味物质的影响却缺乏研究，本试验中直播方式的香稻2-AP含量显著高于机栽和人工移栽，推测原因主要是直播是在稻田里撒上种子之后没有移植的过程，让水稻单纯地在稻田里生长直至成熟，这样从播种到拔节营养期可以更有效地吸收土壤中的养分，而且直播稻分蘖早，节位低，早发优势明显，有利于营养物质向香味物质的转化。机栽或者移栽容易造成植伤较重，缓苗期延长，茎蘖动态发展大起大落，返青后分蘖集中，无效分蘖较多，影响了营养物质从叶片向籽粒运输，进而影响了籽粒中香味物质的合成。

3.4 苏州地区不同产地对苏香粳3号2-AP含量的影响

香稻中2-AP的形成与积累除了受遗传控制外，还受气候因子、生态环境和栽培措施等外界因素的影响，气候因子中温度和光照是影响产量和品质形成的重要因子。区域温度和光照及其季节性变化制约着水稻的生育过程，从而影响着水稻的产量和香味[24]。研究表明，香稻在生长过程中，成熟时期的低温有利于香稻快速形成香气[25]。除此之外，成熟期的相对湿度与香气含量呈现正相关，即平均最高温和光照时数增加会降低稻米的香气含量，而降水量升高有利于香气含量的提高[26]。本试验中，常熟、张家港地区的香稻中2-AP含量显著高于其他地区，这与前人的研究结果一致，分析原因可能是香稻生长期环境温度或者相对湿度影响了2-AP合成的重要酶，如脯氨酸氧化酶或者脯氨酸脱氢酶的合成、表达或者酶活性，从而导致2-AP的含量差异，详细机理还有待进一步研究。

3.5 加工过程中的精米白度对苏香粳3号2-AP含量的影响

已有研究表明，香稻中香味物质的含量随碾磨程度的提高而递减，糙米中的香气物质含量远高于精米，稻米的外表层对稻米的香味起重要作用[2]。对于香稻中的特征性香气物质2-AP而言，其累积阶段主要集中在水稻生长后期，即籽粒灌浆期，因此籽粒中90%以上的2-AP分布于精米中[13]。本试验采用日本石拨精米机对苏香粳3号进行加工，手动调节精米机白度，发现1档、2档加工得到的稻米2-AP的含量较低，3档或者3.5档加工的稻米2-AP含量较高，分析原因可能是档数较低时，对稻米壳层的破坏程度低，颖壳残留较多，颖壳中的2-AP含量很低；而3档或者3.5档加工，清除了稻壳，又较好地保护了稻米表层部分的糊粉层，因此2-AP含量测定值较高；6档加工，彻底破坏了大米的糊粉层，造成了精米中2-AP含量显著下降，因此，为了更大程度获得苏香粳3号稻米的香味，综合考虑出糙率和居民食用习惯，精米机白度可以控制在3档到3.5档。

4 结论

本试验以苏香粳3号为试验材料，研究播种期、收获期、生长调节剂和加工过程中的白度调节等不同农艺措施对苏香粳3号中2-AP含量的影响，结果表明：LSE-1、硫酸锌和稀土铈3种生长调节剂均能显著提高2-AP的含量，其中LSE-1效果最好。采用直播方式种植的香稻中2-AP含量高于机栽和人工移栽，精米机白度调节3档或者3.5档的香稻中2-AP含量显著高于其他处理。5月底到6月初播种处理的苏香粳3号中2-AP含量显著高于其他时期播种的处理，综合香味保持和产量效益2个因素考虑，如采用机械化移栽，最佳的播种期可选择为5月25—30日。如采用人工移栽，正常年景的常规播种期5月20日左右，其最佳收获期在9月25日前后，但不能过10月，否则香味损失严重。本研究为摸索和制定苏香粳3号的适宜保香栽培方法，以及该品种的推广种植和优质栽培提供了理论依据和技术指导。

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