神农架高山水稻冷水红退化原因及提纯材料选择

卢　磊，徐　雪，段俊枝，张青冬，王　英，王玉联，李　念，姚国新，，4*(.湖北工程学院 生命科学技术学院,湖北 孝感 4000； .河南省农业科学院 农业经济与信息研究所，河南 郑州 45000； .湖北神农架林区农业局,湖北 神农架林区 44499； 4.杂交水稻国家重点实验室/武汉大学 生命科学学院，湖北 武汉 4007)

神农架林区地处湖北省西北部，是全国唯一一个以林区命名的县级城市，全区海拔落差大，最高海拔达到3 100多米，平均海拔1 700 m，气候变化多样，动植物资源丰富，在交通不便的偏远山村还种植着大量古老作物品种。冷水红是神农架高山特色水稻，因其种植海拔高，一般在800～1 200 m种植，山泉水灌溉，全程不施农药、化肥，富含各种微量矿物元素，营养价值高，备受当地群众及游客喜爱。冷水红属有色稻中的红皮米类型，该类型在种质资源库中有近9 000份[1]，比普通白米的营养价值高[2]，富含花色苷，具有抗癌[3]、抗氧化[4]等功用。据调查，目前神农架种植的冷水红糙米皮色红，生长环境优异，但有明显的种性退化现象，急需加强品种提纯复壮研究。为此，深入调查冷水红种植现状，分析了其退化原因及营养成分，选出了最优的冷水红提纯材料，为神农架冷水红种质保存提供材料，也为进一步开发神农架冷水红水稻品牌提供最优质的水稻品种。

1　冷水红种植概况

神农架冷水红种植历史久，但面积较小，全区约7 hm2，主要分布在大九湖镇青树、东溪村及新华镇的石屋头村等地。种植地点分散，成片面积不大。植株长相和粒型属粳稻亚种，糙米颜色鲜红至暗红色，富含蛋白质、氨基酸、脂肪和各种微量元素，营养丰富。

1.1　冷水红生物学特征

神农架冷水红种植地点一般在海拔800～1 200 m，低于800 m种植，气温高，生长快，容易倒伏；高于1 200 m种植，生育期气温低,不能正常成熟。株高较高，可达170 cm，秆较细，分蘖力差，仅有3～4个，叶片数13.2，穗长24 cm，穗粒数120，千粒质量30 g，一次枝梗数12个，二次枝梗数20个。成熟时谷壳黄色，糙米颜色鲜红至暗红。每年清明节后1周左右播种，8月20日左右收获，整个生育期长130 d。

1.2　冷水红种植特点

神农架冷水红植株高大易倒伏，种植过程中不能使用任何肥料，由于山区海拔高、气温低，冷水中种植多采用育秧方式移栽，由于分蘖少，一般3～4株苗作为一蔸种植。采用山上的优质冷泉水灌溉，冷水红比一般水稻耐冷。整个生育期没有病虫害发生，不需要使用化学农药，是天然的有机食品，但产量较低，不足3 000 kg/hm2。

1.3　冷水红种性退化明显

笔者走访多地，一些种植户描述从他们种地开始种植的就是目前的冷水红品种，或许是从外地传入在本地驯化而成，或许是神农架本地的原始品种。经过几十年的留种种植，退化比较明显，主要表现在田间单株粒型、芒的有无等方面差异明显。经实地考种，最大的千粒质量和最小的相差3 g，籽粒上着生芒的有无和长短有差别，可细分为无芒、短芒(2 cm)和长芒(5 cm)3种；糙米种皮的红色程度有差别，从暗红到鲜红都有。这些分离表现证明冷水红有退化的迹象，需要提纯复壮。

2　冷水红退化的原因

2.1　长年留种种植

种植冷水红的几个村地理位置偏僻，冷水红的种子都是自己留种，年年如此，由于缺乏相应稻种提纯技术，从未进行过选种，种质在长期的种植过程中逐渐退化，有的发生了混杂，有的种性变劣，也有少部分可能发生了突变。

2.2　部分地区机械收割带来混杂

近年来，部分地区利用机械代替人工收割，机械里留有其他的稻种进而会混入到冷水红种子里面，造成混杂，影响冷水红的品质特性。

2.3　不同水稻品种混种

水稻虽然是自花授粉作物，但还是存在2%左右的异交率，在冷水红种植的田块周边种植其他水稻品种，会有部分花粉飘散到冷水红的柱头上受精结实，造成生物学混杂。

3　冷水红类型划分及其性状、营养成分分析

3.1　冷水红类型及其性状

经田间仔细观察鉴定，将神农架种植(九湖镇青树村，海拔800 m)的冷水红混杂类型分为3种，小粒无芒型、大粒短芒型和大粒长芒型(图1)，产量性状见表1。大粒短芒型材料的穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、千粒质量等均显著高于其他2种类型材料，分别较小粒无芒型和大粒长芒型材料提高0.70 cm、2.00个、3.70个、31.00粒、3.00 g和1.20 cm、3.00个、7.50个、35.00粒、0.20 g，较其他2种类型材料拥有较好的产量优势。剥开谷壳，糙米米皮红色程度以小粒无芒型最深，为暗红色，大粒短芒型次之，而大粒长芒型为红色(图1)。

A和C为短粒无芒型；B和D为大粒短芒型；C和F为大粒长芒型；标尺为5 mm图1　3种类型冷水红的粒型及糙米颜色

表1　3种类型冷水红的产量性状

注：同列数据后不同大、小写字母分别表示差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)，下同。

3.2　3种类型冷水红的营养成分分析

神农架冷水红营养丰富，蛋白质、氨基酸等含量高，退化混杂后的3种类型里面，营养成分高低是提纯复壮选择的关键因素。按照国标等方法对3种类型糙米的蛋白质[5]、脂肪[6]、直链淀粉[7]含量进行测定，17种氨基酸检测由科普研发技术中心(青岛)有限公司完成，结果列于表2和表3。冷水红糙米中，3种类型的各营养成分含量均比对照丰两优4号高，提高幅度为17.02%～117.75%，表明神农架冷水红营养品质高。大粒短芒类型脂肪含量、17种氨基酸总量均显著高于其他2种类型，分别较小粒无芒型和大粒长芒型提高2.79%、2.84%和7.27%、4.13%；直链淀粉和蛋白质含量均介于其他2种类型材料之间；必需氨基酸中除亮氨酸含量稍低、缬氨酸含量与大粒长芒型一样高以外，其他必需氨基酸含量均高于其他2种类型，是理想的提纯复壮优选材料。

表2　3种类型冷水红的糙米营养成分

4　冷水红种质提纯材料的选择

目前，在神农架林区已经无法找到最初冷水红的种质，只能依据各混杂或变异类型的农艺性状、营养成分等指标确定最合适的冷水红材料予以提纯保存，替代混杂的种植品种。根据农艺性状调查和营养成分测定结果，在3类材料中，大粒短芒型在穗长、枝梗数、穗粒数、千粒质量、脂肪含量及氨基酸总量等方面均高于其他2种类型。脂肪含量高可显著改善食味品质，米饭适口性和香气味更好[8]；氨基酸含量丰富，稻米营养价值高。因此，大粒短芒型是神农架冷水红理想的提纯材料，将该类型作为冷水红品种的原始种质是合适的。

表3　3种类型冷水红糙米中17种氨基酸含量　‰

注：★为必需氨基酸，未检出的氨基酸检出限为86.14 mg/kg。

5　结论与讨论

神农架冷水红脂肪含量、氨基酸总量等比对照丰两优4号高很多，比一般大米具有更高的营养价值；种植地点海拔高，气温低，米皮红色更深，较一般色浅红皮米的抗癌、抗氧化价值更大；加之种植在神农架这种无污染、天然纯绿色条件下，可开发成名优特产红米，提高冷水红品牌的附加值和种植者收入。神农架冷水红的蛋白质和直链淀粉含量较高，其口感可能较差，米质偏硬，不易煮熟，实际食用过程中也存在这样的问题，另外株高太高，容易倒伏，解决这些问题还需要对其进行进一步的遗传改良。通过农艺性状、营养成分等指标分析发现，冷水红材料提纯保存的理想类型是大粒短芒型。

参考文献:

[1]孙明茂,韩龙植,李圭星，等.水稻花色苷含量的遗传研究进展[J].植物遗传资源学报，2006,7(2): 239-245.

[2]柏鹤,马小定,曹桂兰，等.不同类型特种稻种质营养及功能性成分含量的差异[J].植物遗传资源学报,2017,18(6):1013-1022.

[3]Koide T,Kamei H,Hashimoto Y,etal.Antitumor effect of hydrolyzed anthocyanin from grape rinds and red rice [J].Cancer Biother Radio Pharm,1996,11(4): 273-278.

[4]修茹燕,程祖锌,王龙平，等.富含花色苷的发芽黑米速食粥加工工艺优化[J].食品科学,2016,41(5):175-179

[5]中华人民共和国卫生部.食品中脂肪的测定：GB/T 5009.6—2003[S].北京: 中国标准出版社,2003

[6]中华人民共和国卫生部.大米直链淀粉含量的测定：GB/T 15683—2008/ISO 6647-1:2007[S].北京: 中国标准出版社,2008

[7]郭立泉,辛若竹,鲍钧镝,等.大米中直链淀粉含量快速测定方法的探讨[J].粮食与饲料工业,2010(12): 39-41

[8]于永红,朱智伟,程方民.稻米的脂肪[J].中国稻米,2006(3):12-13