西南地区特别是四川南部夏季常处于高温高湿的气候状态,这严重影响了水稻Oryza sativa L.的幼穗分化、抽穗、灌浆、成熟等生理过程的正常进行,导致水稻成熟后结实率降低、千粒质量偏小,产量下降。高温高湿的气象条件使稻米心、腹白所占比例加重,严重影响了整精米率、垩白率、垩白度等米质指标的表现,使得四川南部难以生产出优质米。稻米品质主要受遗传因素、自然环境、栽培技术等因素的影响,而栽培措施在一定程度上能促进优良基因更好地表达,对稻米品质有促进作用。王龙等[1]认为施肥和水分灌溉均会在一定程度上影响稻米品质,结实期垩白粒率与垩白度随着施氮量的增加而增加。田青兰等[2]的研究表明,稻米品质受气温和土壤肥力影响较大,灌浆成熟期高温会增加垩白粒率与垩白度,土壤水分及稻米加工储藏方式对米质也有影响。稻米垩白会严重影响外观品质、碾米品质、蒸煮品质和食味品质,减少垩白能提高稻米品质[3]。灌浆前期增加弱势粒的灌浆速率,以及灌浆高峰期和灌浆后期提高强弱势粒灌浆速率, 均可以改善稻米的加工和外观品质[4]。随着生活水平的提高,稻米品质越来越受到人们的重视,对稻米品质的研究也越来越多,肥力、高温、水分、加工储藏方式、不同生态环境等因素对稻米品质的影响研究比较多,同一生态区不同播期对稻米产量和品质的影响研究较少。本研究探讨了不同播期对籽粒产量、灌浆期、加工品质和外观品质的影响,以及成熟后推迟收获对碾米品质和外观品质的影响,目的是选择适宜的播种时间,使水稻抽穗灌浆过程能避开川南地区8月初的极端高温,以减少高温对稻米产量和品质的影响。
1 材料与方法 1.1 材料水稻恢复系:宜恢1577、宜恢3003、宜恢7808、宜恢3408、宜恢3539和宜恢2851;杂交组合:Ⅱ优组合6个和宜香组合6个,2014年由上述恢复系与不育系宜香1A和Ⅱ-32A通过不完全双列杂交进行配组所得的,2015年在宜宾市大观镇种植。2015年3—9月气温状况见表 1。
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表 1 2015年3—9月每天的最低和最高温度1) Table 1 Minimum and maximum temperatures from March to September, 2015 |
以不育系为主序、恢复系为次序对恢复系和所有组合排序,设4个播期,分别于3月20日、3月27日、4月3日和4月10日播种。秧田2犁2耙,底肥每公顷施尿素120 kg、过磷酸钙375 kg、氯化钾150 kg,采用地膜育秧,均在3叶期每公顷追施尿素75 kg,移栽前3 d每公顷追施尿素45 kg,并加强稻蓟马、螟虫等的防治。本田2犁2耙,底肥每公顷施尿素112.5 kg、过磷酸钙375 kg、氯化钾120 kg、硫酸锌15 kg,秧龄25~35 d后移栽,移栽规格行距×穴距为0.267 m×0.167 m,每个品种(系)栽5行,面积为0.222 m2,每穴插1株苗,栽后即时进行病虫害防治,栽后7~10 d进行化学除草并施尿素75 kg·hm-2作追肥。观察记录始穗期和成熟期,计算出每个播期每个品种的灌浆成熟期(始穗到完熟所经历的灌浆成熟时间,简称为灌浆期)。成熟后取样(4个播期杂交种于8月22—25日成熟),8月28日对12个杂交组合的第4期进行第2次取样(研究推迟取样对杂交稻米质影响,分析中视为第5期),所取样品晾干、考种,算出不同播期每个品种的产量,再将谷样用于米质检测,米质检测包括加工品质(糙米率、精米率和整精米率)与外观品质(垩白率、垩白度和长宽比)。
用四川绵阳市三台粮食机械研究制作所生产的JX20-5型智能化稻谷出糙精米一体机进行糙米和精米加工,检测糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度和粒长宽比[5]。
采用二因素(父本和母本)两向分组资料无重复观察值模型进行数据分析[6];利用最小显著差数测验法(LSD法)进行差异显著性比较[6]。
2 结果与分析 2.1 不同播期的水稻产量对不同播期每个品种(系)进行考种,籽粒产量结果见表 2。由表 2可见,不同水稻品种(系)在不同播期的产量表现存在差异;相同品种在不同播期产量表现存在差异,有的甚至非常明显,如宜恢3408不同播期产量差异非常大,4月10日播种的产量还不到3月20、27日的一半,这可能与宜恢3408不耐后期高温有关。方差分析的结果(表 3)表明,恢复系的产量品种间有显著差异,不同播期差异不显著;Ⅱ优组合的产量在品种间和不同播期间均无显著差异;宜香组合产量在品种间无显著差异,不同播期间差异达极显著水平。
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表 2 不同播期不同品种(系)水稻产量 Table 2 Grain yields of different rice varieties sowed on different dates |
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表 3 恢复系、Ⅱ优组合和宜香组合的产量方差分析1) Table 3 Variance analysis for grain yields of restorer lines, Ⅱ-you and Yixiang varieties |
对宜香组合不同播期产量差异进行分析,结果(表 4)表明,播期2宜香组合的产量较播期4增产极显著;播期1较播期4增产显著。可见,对宜香品种而言,3月20日至4月3日播种对产量无显著影响,4月3日后播种产量将较3月20日极显著减产。
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表 4 不同播期宜香组合产量差异比较1) Table 4 Grain yield difference of Yixiang varieties sowed on different dates |
总的来说,不管是不同播期产量差异不显著的恢复系和Ⅱ优品种,还是差异极显著的宜香品种,3月中旬后都应适时早播,一方面给后期再生稻的生长留足时间,另一方面,早播可确保它们于7月上旬抽穗,避免灌浆和结实过程受到7月底至8月上旬的高温伏旱危害。
2.2 不同播期的水稻灌浆期和米质分析由表 5可见,Ⅱ优组合不同播期间灌浆期、糙米率、精米率、整精米率差异达极显著水平,垩白率和垩白度不同播期间差异达显著水平,粒长宽比不同播期间差异不显著;Ⅱ优组合品种间灌浆期和垩白率差异达极显著水平,粒长宽比差异达显著水平,糙米率、精米率、整精米率和垩白度差异不显著。
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表 5 水稻品种(系)灌浆期以及稻米加工和外观品质的方差分析1) Table 5 Variance analysis of filling stages, grain processing and appearance qualities of rice varieties (lines) |
宜香组合不同播期间糙米率、整精米率和垩白率差异达极显著水平,灌浆期和精米率差异达显著水平,垩白度和粒长宽比差异不显著;宜香组合品种间精米率和粒长宽比差异达极显著水平,糙米率、整精米率和垩白率差异达显著水平,灌浆期和垩白度差异不显著。
恢复系不同播期间除糙米率差异达显著水平外,灌浆期、精米率、整精米率、垩白率、垩白度和粒长宽比均差异不显著;品种间灌浆期、糙米率、精米率、整精米率、垩白率和粒长宽比差异均达极显著水平,垩白度差异不显著。
按Ⅱ优组合、宜香优组合和恢复系进行分类,对每个播期每类品系的6个品种的某个性状进行平均,研究不同播期对灌浆期、加工品质和外观品质的影响,不同品种(系)不同性状的平均值和差异显著性比较见表 6。
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表 6 不同品种(系)不同播期水稻灌浆期和稻米性状1) Table 6 Grain filling stages and traits of different rice varieties(lines) sowed on different dates |
从表 6可见,恢复系的灌浆期、加工品质和外观品质受播期影响较小。恢复系仅糙米率在不同播期有显著差异,且1期恢复系的糙米率平均值显著高于4期,而1~3期和2~4期恢复系间的糙米率平均值无显著差异,随着播期的推迟糙米率有降低的趋势。灌浆期、精米率、整精米率、垩白率和垩白度不同播期间无显著差异。
宜香组合1~4期播期的灌浆期无显著差异;Ⅱ优组合1、2期的灌浆期无显著差异,但都显著长于3、4期,3、4期间无显著差异。表明宜香优组合和Ⅱ优组合推迟播种会缩短灌浆时间,环境对Ⅱ优组合的灌浆期影响更大。
宜香组合和Ⅱ优组合1、2期糙米率无显著差异,推迟播种糙米率有降低的趋势,第4期推迟取样会导致糙米率有所增加。Ⅱ优组合1~4期精米率差异不显著,第4期推迟取样会导致精米率有所降低,5期的精米率显著低于4期;宜香优组合1期精米率显著低于2和4期,与3期差异不显著,第4期推迟取样会导致精米率有所降低。
Ⅱ优组合1~4期整精米率差异不显著,5期显著降低,推迟收获会导致Ⅱ优品种整精米率显著降低;宜香优组合整精米率4期与2期差异不显著,4期显著高于1、3期,推迟播种有助于提高整精米率,4期推迟取样会降低整精米率,表明宜香优组合的整精米率受温度等环境因素的影响较大。
Ⅱ优组合垩白率1期的最高,1~4期间差异不显著,4期推迟取样显著增加了垩白率;宜香优组合1期的垩白率最高,显著高于2~4期,2~4期间无显著差异,4期推迟取样增加了垩白率。
Ⅱ优组合1期的垩白度最高,显著高于4期,推迟取样显著增加了垩白度;宜香优组合的垩白度1~5期间差异不显著。
3 讨论与结论植物在最适温度范围内生长、发育最好,发育阶段比生长阶段对温度更敏感,特别在花粉母细胞减数分裂期和开花受粉期对温度条件最为敏感[7]。水稻生长的最适温度为30~32 ℃[8],3—5月是川南水稻生长阶段,2015年3月20日后每日气温最低值都在12 ℃以上,最高温仅为33 ℃,适宜水稻播种和生长;6~9月为孕穗、抽穗、灌浆、成熟阶段,2015年宜宾市南溪区7月24日至8月4日,温度基本处于25~36 ℃,午后曾经3次最高温达37 ℃,这对第4期水稻抽穗后的灌浆过程有一定影响,因为第4期播种的水稻在7月20—30日大多数都处于抽穗阶段。总体来看,2015年6—9月的气温有助于多数水稻的正常孕穗、抽穗、开花、灌浆和成熟。
垩白使稻米透明度、硬度降低且易碎[9],垩白度反映了米粒中淀粉和蛋白质颗粒的疏松程度,与米粒完整性及蛋白质含量密切相关[10]。导致稻米不透明性的主要环境因素是开花后的温度,高温增加腹白,而低温则减少或不产生腹白;以垩白度较低的品种作母本其F1的垩白度较低[11]。以宜香1A[12]、德香074A[13]、中浙A[14]、川谷A[5]等优质不育系为母本,更易育成低垩白的优质杂交稻。
米质的优劣除受品种的遗传特性控制外,还受到气候、土壤等环境条件以及栽培因素的影响,高温易使胚乳中酶活性的高峰期提前而导致垩白增加;施硅肥能提高整精米率从而改善加工品质,垩白面积和直链淀粉含量也有所降低;生育后期叶面喷肥对米质改善的效果一般要好于撒施的;用河水灌溉的稻米品质优于用塘水灌溉[9]。所以在优质稻米生产过程中,不仅要选用优质的杂交水稻品种,还要综合利用好气候、土壤、栽培等因素,才能实现水稻生产的优质、高产、高效和可持续发展。影响稻米品质的主要生态因子为齐穗前后20 d的气温、抽穗至成熟期的高温及土壤肥力;土壤肥力高的田块碾米品质整体较优,但外观品质和蒸煮食味品质相对较差[2]。所以抽穗时间和田块的选择也很重要,如果稻田肥力适中,同时抽穗时避开了影响米质的极端高温,就能确保生产的水稻米质更好。
随着人们生活水平的提高,对粳稻的需求也持续增加,我国粳稻面积不断扩大;在9 t·hm-2的产量目标下,我国北方粳稻产量与品质没有突出矛盾,并有望在育种中得到同步提高[15]。这一结论是否适合南方粳稻种植还值得进一步研究。我国粮食已实现10年以上持续增长,粮食节余越来越多,给仓储带来极大的压力,所以我们不仅要重视产量,更要重视米质。目前食品供给越来越多元化,水果、零食、蔬菜、肉食等在食品中的比重越来越大,大米的消费量逐渐减少,所以稻米的生产重点应从过去的高产转移到优质上来。粳稻的米质普遍比籼稻好,而且不易倒伏,综合农艺性状更佳,探索在南方推广种植粳稻就显得特别重要,不同地区的适宜播期也成为推广粳稻要解决的首要问题,以确保生产出优质高产的粳稻以满足人们对优质米的需求。
本研究结果表明,恢复系和杂交稻在川南3月27日后推迟播种时间籽粒产量有减产的趋势,恢复系和Ⅱ优组合变化较平缓;宜香组合变化较大,4月上中旬播种的产量减产达极显著水平。对杂交稻,在川南推迟播种糙米率有降低的趋势,对精米率和整精米率影响不显著,垩白率和垩白度会降低;第4期推迟收获会导致糙米率显著增加,精米率不同程度降低,显著降低整精米率,增加垩白率和垩白度。恢复系和杂交稻的谷粒长宽比不受播期影响;不同播期对杂交稻的灌浆期、以及稻米加工和外观品质影响较恢复系大;Ⅱ优组合的精米率、整精米率和垩白率在不同播期之间差异不显著,宜香组合的垩白度不同播期间差异不显著;播期对宜香组合的稻米加工品质和外观品质的影响程度比对Ⅱ优组合的大。
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