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栽培环境香稻香味物质积累研究

 论文栏目:环境研究论文     更新时间:2020/11/16 11:15:55   

摘要:香稻的栽培环境对香稻香味物质积累有重要的影响。研究表明,栽培的土壤环境通过氮、钾、锌、镧和硒等重要营养元素含量、水分含量和有机质含量来影响香稻香味物质积累。香稻在灌浆成熟期间当地的气候环境平均温度为23℃左右时有利于香稻香味物质积累。

关键词:香稻;香味物质;栽培环境

香稻与其他栽培水稻相比,因具有浓郁的香味而受人珍视。香米以优异的蒸煮品质和丰富的营养成分不断获得消费者的青睐,在国内外稻米市场上的消费量呈逐年增长趋势,逐渐占据稻米贸易的重要位置[1-2]。国内外栽培香稻的历史久远,我国种植地区多,地方品种类型丰富,但是其种植区域的局限性和产量低的缺点严重限制了香米的市场拓展[3-4]。国内香米需求量与供给量失衡,需从国外进口香米。选育高产香稻品种和扩大香稻栽培面积是提高国内香稻产出量的重要措施。由于香稻香味成分复杂,各类成分含量多少不一,Buttery等[5]研究发现香稻香味主要成分是2-乙酰基-1-吡咯啉。随后在各类香稻种植资源中香味相关基因被克隆定位,为选育优秀香稻品种奠定了良好基础[6-7]。香稻种植过程中发现香稻香味质量与栽培环境有很大关系,同一品种在非产区栽培香味减弱或消失。如河南的息县香稻、山东的曲阜香稻和湖南的江永香稻只有在传统产地的栽培环境中有香味,种植于其他地区则香味消失[8-10]。其他传统香稻品种香味质量也存在此种情况。因此研究香稻香味质量与栽培环境之间的关系,寻找其中的关键因素,对于摆脱香稻种植区域限制以扩大香稻种植面积具有重要意义。在不断研究香稻栽培环境中影响香稻中香味质量的因素后,关注点逐渐集中到土壤环境和气候环境两个方面。

1土壤环境对香稻香味质量的影响

1.1土壤环境中矿物元素含量对香稻香味质量的影响

土壤是植物根系直接接触的地方,各种营养元素和水分通过根毛吸收到根部,再运转到植物他部位。土壤环境中各种营养元素含量多少,直接影响植物生长状况和各类化合物合成。近年来研究发现影响香稻香味合成的主要元素是氮、钾、锌和镧,适量硒肥也有增加香稻香味质量的作用;同时土壤中水分含量和有机质对香稻香味质量同样有一定的影响。香稻香味主要物质成分是2-乙酰基-1-吡咯啉,Tadashi等[11]发现水稻中脯氨酸是2-乙酰基-1-咯吡啉重要的前体物质,由此可知氮元素是合成香味物质的必需元素。黄淑贞[12]和孙树侠和刘书城[13]各自研究发现香稻香味含量多的种植地区,土壤中含氮量均高于其他地区。钟群和唐湘如[14]研究在不同氮肥浓度处理下香稻籽粒中游离脯氨酸含量和2-乙酰基-1-吡咯啉的含量变化,得出增施氮肥可增加籽粒游离脯氨酸的积累,进而提高香稻香味质量的结论,不同试验品种增幅各有差别。孙树侠和刘书城[13]研究同一香稻品种在不同地区香味含量时测定了3个地区的土壤各类元素含量,从数据中不难发现香味含量高的产地(葫芦头和昌平沙河)含全钾和速效钾均高于香味含量少的产地(沙窝)。在传统晋祠香米、夹沟香米和万年香米等产地也发现用于浇灌的泉水中含有丰富的钾元素,用其他地区水灌溉则香味质量下降或者全无香味[15-16]。罗一鸣等[17]探索了施用不同含量钾肥对提高香稻品种的糙米香气含量的影响,认为施加适量钾肥能有效提高香味质量,不同品种施肥量有所不同。胡树林等[18]用“江永香稻”与“香稻80-66”两个公认香稻品种分别在原产地和非产地进行种植检测,试验结果显示,原产地的两个品种香稻中的锌元素含量均比非产地含量高,同一地区的香稻品种中锌元素含量也比普通水稻要高,说明锌含量与香稻香味质量呈正相关。并注意到灌溉水中含量丰富的锌元素不断补充进土壤从而防止原产地香稻香味退化。锌元素含量并不是越多越好,黄锦霞等[19]研究发现施用锌肥会提高香稻香味质量,但当每公斤土壤的锌肥施用量达到120mg后,不仅香稻香味质量提升不明显还将会出现锌元素胁迫,进而降低香稻香味质量,各个品种对锌肥施用量也有不同的反应。锌肥既可基肥施用也可喷施,喷施锌肥宜在齐穗期操作。张丽等[20]经过3年大田试验发现,在苏香粳3号齐穗期喷施含锌元素的调节剂可以显著提高籽粒中的2-AP2-乙酰基-1-吡咯啉含量。黄淑贞[12]在分析对比江永地区香稻原产地与非产地的土壤养分发现,土壤中锌、铁、镧和钛元素可能是影响香稻香味形成的重要因素。肖迪等[21]在试验发现施用镧肥的剂量与香稻香味质量呈正相关,在梯度试验中发现以基施Lacl180mg·kg-1时糙米香气含量最高。施用镧肥不仅提高香稻齐穗后籽粒和茎秆的香气物质含量,而且提高香稻的结实率和千粒重,从而促进产量增加和改善稻米品质。微量硒元素的摄入可以增强人体抵抗力,预防多种疾病。富硒大米逐渐受到消费者欢迎,通过喷施叶面硒肥可以提高水稻籽粒中硒元素含量。李梦兴等[22]研究了不同浓度硒肥对不同品种香稻香味质量的关系,发现适当的浓度的硒肥可以增加香稻香味浓度,硒肥浓度过高会降低香稻香味质量。喷施硒肥后香稻茎鞘和叶片中的香味含量叶有明显提升。

1.2土壤环境中水分含量对香稻香味质量的影响

土壤环境中水分含量对农作物生长影响极大。水分含量多少对于香稻香味积累也有一定的影响。谢黎虹等[23]发现在香稻成熟期间减少土壤水分含量有利于香稻籽粒中香味的积累。王培等[24]人设计在不同水势条件下香稻中香味物质积累变化情况,发现在香稻分蘖期和孕穗期土壤水势维持于0~25(±5)kPa时香稻香味能有效积累。田卡等[25]研究表明香稻齐穗后土壤水势维持在-5~20kPa时,能同时提高香稻糙米率和香稻籽粒中香味质量。

1.3土壤环境中有机质含量对香稻香味质量的影响

有机质是土壤重要组成部分,不仅供给养分而且能够有效阻止营养元素淋失。有机质在分解过程中产生的有机酸,不断酸溶和络合矿质养分,对提高土壤肥力和调节土壤pH值有着重要作用[26]。研究发现丰富的发酵有机肥和火山灰对泰国香米香味形成有重要的影响[27]。含有丰富的有机质土壤中存在大量苹果酸、柠檬酸和植酸等有机酸,有机酸的存在不仅促进植株对土壤中锌等营养元素的吸收,而且能螯合土壤中一些重金属,解除重金属对植物根系的伤害[28-29]。

2气候环境对香稻香味质量影响

同一香稻品种在不同的栽培环境气候下,合成和积累的香味物质会有很大差异。一般认为,气候冷凉、昼夜温差大的地区香稻香味更加浓郁[30-31]。这类冷凉地区的香稻有响水香稻、晋祠香米和明水香稻等,此类地区香米比普通稻米含有更多的氨基酸和不饱和脂肪酸,正是这些次生代谢物质极大丰富了各种香稻的风味[32-33]。研究发现晋祠香米只有用常年水温为17.5℃的泉水灌溉才能保持其特色,明水香稻的灌溉山泉水为18℃时有利于香味物质积累[34-35]。泰国的KDML105只有种植于该国北部和东北部时,收获的稻米香味才浓郁,主要因为这一地区从水稻从扬花期开始气温逐渐降低,有利于香味物质积累[27]。徐振江等[36]利用人工气候室控温方法研究灌浆成熟期不同温度对香稻香味质量的影响,发现日均温度为23℃时香稻香味物质含量高。阳树英等[37]通过检测灌浆初期、中期和末期3个时期不同试验地的日均气温、日均最高气温、日均最低气温和日均温差,发现在日均气温、日均最高气温和日均最低气温都低且日均温差大的传统香稻产区的香稻香味质量最高;不同的地貌和海拔也是以影响香稻栽培的小气候环境来影响香稻香味质量。香稻大田生产时因播种日期不同,后期灌浆成熟期的环境温度也不尽相同,对香稻香味质量也有很大影响。杨晓娟等[38]以桂香占和浓香18为试验材料进行大田试验,研究不同播种日期对两个香稻香味质量的影响,发现播种提前或推后对香稻香味质量积累有很大影响。只有播种日期适当,成熟期平均温度在23℃左右时,香稻香味物质含量最高。同样品种做为晚季稻时,其香味物质含量高于早季稻。因为随时间推移环境整体温度逐渐降低,所以晚稻灌浆期和成熟期平均温度整体低于早稻,进一步说明温度是影响香稻香味质量的重要因素。张丽等[20]也研究了不同播种日期对苏香粳3号籽粒中的香味质量的影响,经过综合产量和香味因素得出最佳播种日期为5月25—30日。这一时间播种的苏香粳3号,在其灌浆成熟期可以有效利用环境低温和昼夜温差,以合成并积累大量游离氨基酸和不饱和脂肪酸,从而提高香稻香味质量。

3展望

随着近年来消费市场对香稻需求的增加,香米的经济价值逐渐升高。通过研究栽培环境对香稻香味物质积累的影响,总结出科学精细化的栽培方法对扩大香稻生产面积和提高香稻生产质量具有重要意义。总结以上研究成果,笔者认为扩大香稻种植区域的三个主要因素分别是当地气候环境、当地土壤环境中香稻所需元素含量丰富程度和适合当地栽培的香稻品种。由于栽培环境中气候影响因素不可抗拒力量强大,因此选择栽培香稻区域应首先考虑当地气候影响因素,可根据当地气象统计来选择相应的区域。当地土壤环境中的营养元素含量可以通过土壤检测选取适宜种植的具体地块。同时选取合适的耐冷品种为宜以适应低温环境下香味物质的积累。在不同香稻品种栽培过程中,通过适时补充相关元素和调整栽培时间以扩大香稻香味物质的积累。

作者:张晓磊 董卓娅 韦永贵 孙宏伟 罗龙 单位:文山州农业科学院

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