石吕 张新月 孙惠艳 曹先梅 刘建 张祖建,*

不同类型水稻品种稻米蛋白质含量与蒸煮食味品质的关系及后期氮肥的效应

石吕1, 2张新月1孙惠艳1曹先梅1刘建2张祖建1,*

(1扬州大学 农学院 江苏省作物遗传生理重点实验室，江苏 扬州 225009；2江苏沿江地区农业科学研究所/南通市循环农业重点实验室，江苏 如皋 226541；*通讯联系人，E-mail：zzj@yzu.edu.cn)

为揭示不同类型水稻品种稻米蛋白质含量与其蒸煮食味品质间的关系及其对不同后期施氮水平的响应。以3个常规籼稻品种和3个常规粳稻品种为供试材料，在抽穗期实施不同氮肥水平的处理，分析稻米蛋白质及其组分含量与蒸煮食味品质的关系。不论籼粳亚种，后期氮素肥料均显著增加了稻米蛋白质含量，品种对氮素的反应存在明显不同，但肥料处理效应大于品种间差异。随着后期氮肥水平的提高，稻米中四种蛋白组分含量也显著增加，以醇溶蛋白和谷蛋白对氮肥的施用反应较大；直链淀粉含量有所下降，胶稠度显著变短；淀粉糊化特征值中最高黏度、热浆黏度、崩解值和最终黏度下降，而回复值、消减值呈上升趋势；食味值显著下降。相关分析显示，籼﹑粳稻总蛋白质含量与胶稠度呈极显著负相关；籼稻蛋白质含量与食味值=−0.975**)﹑最高黏度呈极显著负相关，与崩解值呈负相关，与回复值﹑消减值呈正相关或显著正相关；粳稻蛋白质含量与食味值(=−0.923**)和崩解值呈极显著负相关，与最高黏度呈显著负相关，与回复值﹑消减值的关系和籼稻基本相同。籼、粳稻食味值均与球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白显著负相关，与清蛋白(即比例最小的组分)的关系，籼稻呈极显著负相关，而粳稻相关性未达显著。后期氮肥水平的增加显著提高稻米蛋白质及其组分含量。稻米蛋白质含量的增加，显著劣化稻米蒸煮品质和适口性。四种蛋白组分的增加均会不同程度地劣化稻米食味，其中，尤以球蛋白和醇溶蛋白的负效应较为显著，谷蛋白对食味的负效应也不可忽视，在籼稻品种中表现更明显。

水稻；籼粳亚种；氮素；蛋白质；蒸煮食味品质；RVA

稻米品质已经成为我国水稻优质丰产高效发展的核心问题之一，直接关系到稻米消费市场的提升和水稻产业的可持续发展。对于直接食用的稻米来说，蒸煮食味品质直接决定米饭的适口性，成为衡量主食稻米的最终关键指标，也是最受关注的品质性状[1-3]。国际市场上的著名优质稻米，如日本的优质越光大米等，无一例外呈现出优异食味品质。稻米蒸煮和食味品质主要取决于稻米淀粉性质，同时也与稻米蛋白质含量具有非常密切的关系[4-5]。糙米和精米中的蛋白质含量变异范围分别为5.1%~15.4%和4.5%~14.3%[6]，很多研究显示，稻米蛋白质含量与食味明显负相关，特别是当蛋白质含量超过9%时，食味往往较差[1]。根据水稻种子储藏蛋白的溶解性及分离方法，可分为四种蛋白质组分[7]：最易消化吸收的碱溶性谷蛋白，约占胚乳总蛋白的80%[8]，醇溶性醇溶蛋白约占20%[9]，含量较少的水溶性清蛋白和盐溶性球蛋白含量分别为5%和10%[10-11]。

水稻种子蛋白质含量属于典型的数量性状，具有丰富的遗传变异，品种间存在较大差异，遗传基础比较复杂，且易受环境因素的影响[12]。一般认为，精米蛋白质含量越高，米饭口感和食味越差，但也有研究认为蛋白质含量高不一定会降低食味值，食味主要取决于稻米品种的不同[2]，还有人认为蛋白质含量与蒸煮食味品质之间并不是简单的线性关系[13]。进一步分析蛋白组分与稻米食味的关系显示，只有阻碍淀粉网眼状结构发展而又几乎不能被肠胃消化吸收的醇溶蛋白才是造成大米食味降低的主要蛋白组分，而诸如清蛋白﹑球蛋白和谷蛋白等由优良氨基酸组成且营养丰富的组分对稻米食味并没有不良作用，同时也是不可或缺的重要营养源[14]。但也有研究认为，除醇溶蛋白外，其他蛋白成分也有不尽一致的负作用[1,15-16]。可见，关于蛋白质及其组分与稻米食味品质的关系，目前的报道还是没有统一的定论。

在栽培措施中，前人已对氮素效应做了较多研究，蛋白质及其组分含量随施氮量的提高而增加, 但各组分蛋白占总蛋白百分比受氮素的影响很小[15,17-19]，也有研究显示，进一步施氮，蛋白质含量会有所降低[20]。蛋白组分中以醇溶蛋白和谷蛋白的变化较突出[18,21]，清蛋白和球蛋白受影响程度较小，且氮素对不同水稻品种同一蛋白组分的影响也存在差异[19]。邱才飞等[22-23]研究发现，增加后期的穗粒肥比例显著提高了稻米蛋白质含量，四种蛋白质组分中，除醇溶蛋白几乎没有变化外，其余三种组分均有不同程度的增加，且以清蛋白的变化最明显[22]。虽然关于栽培措施与稻米品质的关系的研究很多，然而氮素施肥，特别是后期氮肥水平对稻米品质的影响机制及其与蛋白质积累的关系研究还不是很充分。对氮肥与稻米食味品质的关系以及蛋白质对稻米食味品质的效应，目前还存在很多不同看法，机制性的分析也缺少明确的定论。

本研究以不同类型常规优质籼、粳稻品种为供试材料，并设置不同的后期氮肥处理，通过对供试品种进行蛋白质及其组分含量和蒸煮食味品质的测定，分析蛋白质及其组分与蒸煮食味品质的关系，以期为稻米优质品种的调优栽培和优良食味品种的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试品种

供试材料为籼、粳两个亚种各3个蒸煮食味品质和产量性状有差异，抽穗期和生育期基本一致的常规水稻品种，常规籼稻品种为扬稻6号(Yangdao 6)、南京16(Nanjing 16)、R3012；常规粳稻品种为日本晴(Nipponbare)、农垦57(Nongken 57)、淮稻5号(Huaidao 5)。

1.2 试验设计

试验于2016－2017年度在扬州大学农学院校内试验田进行。试验地前茬为小麦，土壤类型为砂壤土，地力中等，耕作层含有机质22.7mg/g，全氮1.95 g/kg，有效氮103.2 mg/kg，速效磷21.5 mg/kg，速效钾118.4 mg/kg。试验设置3个后期氮肥处理N1、N2和N3，施氮量分别为0，60和120 kg/hm2，氮肥处理于试验群体抽穗30%时实施。裂区设计，肥料处理为主区，水稻品种为裂区，重复3次，小区面积为20 m2。5月12日播种，大田湿润育秧，6月12日移栽，双本栽插，株行距为20 cm × 18 cm。所有试验区基肥施用三元复合肥(15-15-15) 375 kg/hm2，尿素(46% N) 150 kg/hm2，分蘖肥施用尿素150 kg/hm2。

1.3 测定项目和方法

水稻成熟后，每个小区选定3个代表性样点，每个样点连续收取10株水稻合在一起，晒干并存放3个月以上，使其含水量稳定在14%左右，用小型精米机将稻谷加工成精米，用粉碎机磨成米粉，过100目筛，供品质分析用，所有指标在测定时每个样品3次重复。

1.3.1 蒸煮理化指标

直链淀粉含量(AC)和胶稠度(GC)的测定按中华人民共和国国家标准《优质稻谷》(GB/T 17891－1999)执行。

1.3.2 稻米淀粉黏滞特性

采用澳大利亚Newport Scientific仪器公司生产的RVA-4型RVA仪进行快速测定，用TCW(thermal cycle for windows)配套软件进行分析。

1.3.3 食味指标

准确称得30.00 g精米备用。将准备好的精米放入钢罐内，洗涤30 s后按相应米水比加水，覆上滤纸，用胶皮圈密封，从洗涤开始计时浸泡30 min，连同滤纸一起置于电饭煲(米饭食味仪配套)中加热蒸煮30min，切断电源，保温10 min。取出钢罐，将其中米饭轻轻搅拌呈翻起状态，拌后盖上滤纸，放入配套风冷装置(米饭食味仪配套)冷却20 min。风冷后取滤纸，改换配套钢盖，密封自然冷却90 min后取8.00±0.10 g米饭制样。采用日本佐竹公司生产的STA1B型米饭食味计(STA1B, SATAKE Co., Ltd, 日本)测定样品精米的食味值，籼稻米水比为1∶1.50，粳稻米水比为1∶1.33。直接读取外观、硬度、黏度、平衡度和食味值，外观、硬度、黏度和平衡度总分为10分，食味值总分为100分。

1.3.4 蛋白质含量

称取1 g精米粉，分别注入250 mL消化管中，注入12 mL浓硫酸及7 g K2SO4和0.8 g CuSO4·5H2O的混合物，420℃下消化1 h后，用全自动凯氏定氮仪(kjeltec8400，FOSS公司，丹麦)测定米粉含氮量，再乘以换算系数5.95即为蛋白质含量。

1.3.5 蛋白质组分含量

采用杨静等[24]的连续提取法，依次用蒸馏水、5% NaCl、70%乙醇和0.2%氢氧化钠4种溶剂对清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白进行分离提取，然后采用考马斯亮蓝法依次对各组分蛋白含量进行测定，并用凯氏定氮法对残渣蛋白含量进行测定。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel软件整理数据，Sigmaplot 10.0绘图，DPS 7.05进行相关统计分析，并采用最小显著差异法(least significant difference，LSD)在<0.05水平上检验处理间的差异显著性。因2年趋势基本一致，本研究主要以2016年数据做具体分析，文中相关分析则为2年数据。

2 结果与分析

2.1 不同类型水稻品种稻米蛋白质及其组分含量的差异及后期氮肥水平的影响

表1列出了两年试验供试品种的蛋白质及其组分含量。从表中可以看出氮肥可增加稻米蛋白质及其各组分含量，而不同类型水稻品种间亦存在明显差异，且肥料处理效应有大于品种间差异的趋势，说明稻米蛋白质性状极易受环境氮素水平的影响。测定结果显示，两年内籼稻蛋白质含量为6.01%~ 9.41%，粳稻蛋白质含量为6.25%~9.21%，粳稻均值稍高于籼稻，但未见到明显的籼粳亚种间差异。两年间结果差异不大，趋势一致。在N1(不施用后期肥料)水平下，各供试品种稻米蛋白质含量差异不是很大，同样存在粳稻稍高于籼稻的趋势，而后期肥料处理使品种间差异加大，在N3(高肥处理)水平下，品种差异较为明显。后期肥料处理水平越高，稻米蛋白质含量增加越多，可见后期氮肥水平对稻米蛋白质含量影响极为显著。同时可以看出，不同品种对氮肥处理存在明显的反应差异，籼稻以扬稻6号和南京16对后期氮肥的施用较敏感，R3012较钝感；粳稻以日本晴和淮稻5号较敏感，农垦57较钝感。

表1 不同后期氮肥水平下精米蛋白质及其组分含量的变化

N1－0 kg/hm2；N2－60 kg/hm2；N3－120 kg/hm2。不同小写字母表示同一品种内处理间差异达0.05显著水平。下同。

N1, 0 kg/hm2; N2, 60 kg/hm2; N3, 120 kg/hm2. Different small letters indicate that the difference between treatments for the same variety is significantly different at 0.05 probability level. The same as below.

总体而言，不论籼粳亚种，各品种精米蛋白质的4种组分含量均表现为谷蛋白＞醇溶蛋白＞球蛋白＞清蛋白。籼稻中，清蛋白为0.14%~0.26%，球蛋白为0.48%~0.81%，醇溶蛋白为0.51%~1.26%，谷蛋白为3.46%~6.78%，清蛋白和谷蛋白表现为R3012>南京16>扬稻6号，球蛋白和醇溶蛋白表现为扬稻6号>南京16>R3012。粳稻中，清蛋白为0.13%~0.31%，球蛋白为0.49%~0.88%，醇溶蛋白为0.55%~1.34%，谷蛋白为3.78%~6.36%，清蛋白和谷蛋白表现为农垦57>淮稻5号>日本晴，球蛋白和醇溶蛋白表现为日本晴>淮稻5号>农垦57。可见，籼粳亚种各蛋白组分含量较接近，其中以谷蛋白含量最高且变化范围较大，醇溶蛋白次之。不同氮肥水平下，不同品种蛋白质组分含量趋势一致，差异保持较高的一致性。

表2 不同后期氮肥水平下精米各组分蛋白占总蛋白比例的变化（2年平均值）

分析后期氮肥施用对蛋白组分含量的影响，四种组分均随氮肥水平的提高而显著增加，其中以醇溶蛋白和谷蛋白对氮肥的施用较为敏感，尤其是N3水平下，相比N1，籼稻扬稻6号、南京16、R3012的醇溶蛋白增加幅度分别为83.18%、83.67%、88.39%，谷蛋白增加幅度分别为69.51%、68.83%、76.41%；粳稻日本晴、农垦57、淮稻5号的醇溶蛋白增加幅度分别为83.39%、91.43%、82.39%，谷蛋白增加幅度分别为46.42%、40.98%、43.61%。可见，在施用后期氮肥处理下，各品种醇溶蛋白增幅最大，而籼稻谷蛋白的变幅显著大于粳稻。

由表2可知，就籼稻而言，清蛋白占总蛋白2.24%~3.34%，球蛋白占总蛋白8.27%~8.97%，醇溶蛋白占总蛋白8.90%~14.18%，谷蛋白占总蛋白54.39%~75.73%；就粳稻而言，清蛋白占总蛋白1.97%~3.30%，球蛋白占总蛋白7.90%~9.62%，醇溶蛋白占总蛋白8.74%~14.35%，谷蛋白占总蛋白54.99%~73.11%。在不同施氮水平下，各品种精米中四种蛋白组分占总蛋白比例的变化较小，说明各组分蛋白的比例特性主要受遗传因素控制，受施氮量的影响不明显，能够较为稳定地保持稻米蛋白质的组成。

2.2 不同后期氮肥水平下稻米蒸煮品质和RVA谱特征值的品种间差异

2.2.1 直链淀粉含量和胶稠度

图1为供试品种2年直链淀粉含量和胶稠度的变化情况，年际间趋势基本一致。从图1-A和图1-C可以看出，供试品种间直链淀粉含量存在一定的差异，变化范围为16.93%~19.81%，品种间差异在不同肥料水平下保持较高的一致性。供试籼稻品种直链淀粉含量稍高于粳稻品种，籼稻中扬稻6号直链淀粉含量较低，而粳稻中淮稻5号表现出较高的直链淀粉含量。随着氮肥水平的提高，直链淀粉含量表现出一定的下降趋势，尤其在粳稻中效应显著，而籼稻相对钝感。供试品种间胶稠度存在明显的差异，从图1-B和图1-D中可以看出，籼稻品种中R3012的胶稠度明显高于其他品种，扬稻6号较低；粳稻中日本晴胶稠度较长，但差异不大。氮肥施用导致稻米胶稠度明显变短，各品种均有一致表现，效应差异则以籼稻较为显著，品种间以南京16表现明显，而R3012和农垦57相对钝感。

N1－0 kg/hm2; N2－60 kg/hm2; N3－120 kg/hm2。不同小写字母表示同一品种内处理间差异达0.05显著水平。A、B为2016年数据，C、D为2017年数据。

Fig. 1. Changes in amylose content and gel consistency of tested varieties under different nitrogen levels at late growth stage.

2.2.2 RVA谱特征值

两年的供试品种稻米RVA谱测定结果一致，表3列出了2016年结果。籼稻以R3012的最高黏度和崩解值表现最高，糊化温度也较高，最终黏度、回复值和消减值较低，总体上R3012的蒸煮品质在3个籼稻品种中呈现较佳的趋势，扬稻6号则表现较差。粳稻以农垦57蒸煮品质表现较优，而日本晴表现较差，淮稻5号水平中等。随着氮肥水平的提高，各品种的最高黏度、热浆黏度、崩解值和最终黏度呈下降趋势，而回复值、消减值呈上升趋势，峰值时间和糊化温度则有所提高，显示后期氮肥施用不利于稻米蒸煮品质的改善。但各品种RNA谱特征值对后期氮肥水平响应的敏感程度存在一定差异，籼稻中，扬稻6号相对敏感，而R3012对氮肥施用相对钝感；粳稻中，以日本晴对氮肥施用较为敏感，而农垦57的反应较小。可见，供试品种中，R3012、农垦57分别为籼、粳亚种中蒸煮品质较好的品种，且性状较为稳定。

2.3 稻米食味品质的品种间差异及后期氮肥水平的影响

采用日本佐竹公司(SATAKE)食味计采集稻米食味指标，两年变化趋势一致，表4列出了2016年结果。从表4中可以看出，籼稻3个品种食味值差异较小，以R3012表现最好；而粳稻3个品种食味值的差异较大，食味表现为农垦57>淮稻5号>日本晴的趋势。随着后期氮肥水平的提高，各品种的食味值都显著降低，且籼型品种的下降幅度更为显著，特别是扬稻6号和南京16，在较低的氮肥施用处理(N2)水平下食味值骤降，显示出对后期氮肥施用的敏感性，但在更高的氮肥水平(N3)下，其食味值进一步降低的幅度变小。3个粳稻品种食味值对氮肥处理表现等级阶梯式的减少，相对而言，日本晴对氮肥施用最为敏感，农垦57次之，淮稻5号较不敏感。氮肥施用使不同类型品种的米饭外观显著变劣，显著降低黏度和平衡度，增加硬度。总体而言，各品种随后期氮素水平的提高稻米食味品质呈一致的下降趋势。

表3 不同后期氮肥水平下供试品种RVA谱特征值的变化(2016)

表4 不同后期氮肥水平下供试品种食味指标的变化(2016)

2.4 籼、粳亚种水稻蛋白质及其组分与蒸煮食味品质的相关性分析

从表5中可见，籼、粳稻食味值与RVA谱特征值的相关性存在一定差异。籼稻食味值仅与最高黏度呈极显著正相关(=0.712**)，而与其他RVA谱特征值的相关性并不是很明显。而粳稻食味值与稻米RVA谱特征值相关性显著，食味值与最高黏度、热浆黏度和崩解值均呈极显著正相关(=0.678**，=0.590**，=0.737**)，与消减值呈极显著负相关(=−0.635**)。可见，目前的食味计对粳稻的食味测定较为适宜，粳稻食味值的变化与淀粉RVA谱特征值关系密切。而对籼稻而言，机测食味指标的应用可能还需要进一步的修正。

表5 籼、粳稻食味值与RVA谱特征值的相关性

*、**分别表示在0.05、0.01水平上相关性显著。下表同。

*, ** indicate significant correlation at the 0.05 and 0.01 levels, respectively. The same as tables below.

表6 籼、粳稻蛋白质含量与蒸煮食味品质的相关性

表7 籼、粳稻蛋白质组分含量与食味品质的相关性

表6为供试水稻品种精米蛋白质含量与蒸煮食味品质指标的相关性分析。从中可见，籼、粳稻蛋白质含量均与胶稠度呈极显著负相关(=−0.680**，=−0.688**)，与直链淀粉含量则呈显著负相关(=−0.519*，=−0.553*)。同时还可看出，籼、粳稻蛋白质含量与最高黏度呈极显著或显著负相关(=−0.786**，=−0.569*)，与回复值正相关，与消减值呈显著正相关(=0.481*，=0.492*)；籼稻蛋白质含量与崩解值相关未达显著，粳稻蛋白质含量与崩解值呈极显著负相关(=−0.726**)，表明精米蛋白质含量的升高会显著降低稻米的蒸煮品质。而籼、粳稻精米蛋白质含量与食味值均呈极显著负相关(=−0.975**，=−0.923**)。稻米蛋白质含量与食味值及蒸煮品质负相关，表明一般情况下稻米蛋白质含量的降低，有利于稻米食味品质的改善。

进一步分析稻米蛋白质组分与食味品质的关系，发现籼、粳稻表现既有相同之处，也有不同的地方(表7)。共同之处在于，食味值均与球蛋白和醇溶蛋白呈密切负相关，且极为显著(>0.9)；不同之处在于，与清蛋白和谷蛋白的关系，即比例最小和最大的两种组分，一方面，籼稻清蛋白与食味值呈极显著负相关，而粳稻上相关性未达显著水平，另一方面，虽然籼、粳稻谷蛋白与食味值相关性均达极显著负相关，但籼稻的相关系数要远大于粳稻。表明在对稻米食味品质的影响上，粳稻可能以球蛋白和醇溶蛋白的影响较大，负效应更显著；而籼稻除了前者之外，蛋白组分比例最大的谷蛋白，对籼稻稻米食味品质的负面影响也不可忽视。

3 讨论

3.1 籼、粳亚种精米蛋白质及其组分含量与蒸煮食味品质的关系

蛋白质作为稻米中仅次于淀粉的重要组成成分，虽然含量相对较低，仅占稻米的8%左右，但对稻米品质特别是蒸煮食味品质有着不可忽视的作用[25]。对两者关系的研究并不少见，但能够证明稻米蛋白质与稻米品质直接因果关系的研究还不多，能够明确蛋白质影响稻米品质中的机制的研究更为缺乏。不少研究表明，精米蛋白质含量提高，米饭硬度变大，黏度降低，色泽变差，米胶长度变短，淀粉黏滞性谱特性显著变差，稻米蒸煮和食味品质下降[20,26]。也有研究显示，一定范围内培育低蛋白质含量品种有利于蒸煮食味品质的提高，但稻米蛋白质含量过高或过低均会不同程度地降低食味[13]，可见蛋白质含量与稻米蒸煮和食味品质的关系可能不是一个简单的直线关系。本研究选取籼、粳亚种的不同类型供试品种，分析不同氮素水平下蛋白质含量与稻米品质性状的关系，发现不管是籼稻还是粳稻，稻米蛋白质含量的增加均会极显著降低食味值，籼稻中蛋白质劣化食味的效应更加突出；蛋白质含量增加极显著缩短了胶稠度；也显著影响稻米淀粉糊化特性，籼、粳稻蛋白质含量与最高黏度呈极显著或显著负相关，与回复值、消减值则呈现一定的正相关或显著正相关，籼稻蛋白质含量与崩解值负相关但未达显著，而粳稻蛋白质含量与崩解值呈极显著负相关，说明稻米蛋白质含量在对稻米蒸煮过程中的糊化和对最终食味口感的表现中有重要作用，蛋白质含量的增加显著劣化了稻米蒸煮和食味品质。然而，稻米蛋白质含量的增加导致稻米食味品质的下降，是由蛋白质含量的增加所导致的直接效应，还是通过影响淀粉结构的合成或作用于淀粉糊化过程而产生的间接效应，还需要更为深入的研究才能确定。

进一步分析不同蛋白质组分与稻米食味品质的关系，籼、粳稻食味值均与球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白呈密切的负相关，与比例最小的清蛋白组分关系，籼稻呈极显著负相关，而粳稻相关性未达显著水平。这些结论与前人研究存在不同之处[15-16]。事实上，不少研究都认为醇溶蛋白不利于稻米品质的改善[27-29]，在本研究中也均可得到验证。谷蛋白营养价值高，容易被人体吸收与消化，属于营养优质蛋白，且对稻米品质影响相对较小[15]，因而可以尽力提高。但也有研究发现谷蛋白含量过高可造成食味不佳[1]，对稻米食味品质也有一定的负作用[30]。从本研究结果可见，谷蛋白含量的增加，不论籼粳亚种，均有显著的不利于稻米食味品质的负作用，而且在籼稻中表现更为明显。表明谷蛋白虽然是营养优质蛋白，但并不能认定为食味有益蛋白。谷蛋白对于蒸煮食味品质的作用，是不是在一些品种类型中有不同表现，可能还需要挖掘到新的材料才有进一步研究的价值。另一方面，随着生活水平的提高，稻米作为直接蒸煮后食用的主食，更重视的应该是食味品质的改善，而没有必要过于重视其营养品质的提高，在营养来源日益丰富的当代，稻米营养品质的评价必要性也会逐渐降低，而更应该重视稻米的食味和口感，使消费者更能体会到米饭食用的口舌享受。另外，籼稻和粳稻各蛋白质组分与食味品质的关系有所差异，通过分子育种手段，有目的的减少某种蛋白组分，在不同亚种或不同类型水稻中，能够起到的效应可能并不一致，在实际育种应用中也可能需要具体的个性评价。

3.2 后期氮肥施用对水稻精米蛋白质及其组分含量和蒸煮食味品质的影响

稻米蛋白质含量受遗传基因控制，但也易受环境条件(尤其是氮素因子)变化的影响，且遗传力相对较低[31-32]。本研究结果也表明，后期氮肥的作用效应甚至超过品种本身的差异。多数研究认为增施氮肥显著提高精米蛋白质及其各组分含量，其中以清蛋白和球蛋白含量对氮素穗肥的响应较小，醇溶蛋白和谷蛋白的变化较明显，而各组分蛋白占总蛋白百分比随氮肥水平变化并不明显[15,17-19,33]。本研究结果显示，后期氮肥施用均显著提高了不同籼、粳亚种水稻的精米蛋白质含量，且随氮肥水平的增加而提高，稻米蛋白质含量对氮肥水平的反应较为敏感，较低水平的后期氮素增施就会引起蛋白质的明显增加，虽然不同品种的蛋白质含量变幅存在差异，但氮肥引起精米蛋白质含量增加的变化趋势一致。不同籼、粳亚种水稻的蛋白组分含量同样随后期氮肥水平的提高而显著增加，且籼亚种稻米的谷蛋白变异幅度显著大于粳稻。不论是N2(中氮)还是N3(高氮)水平下，相比N1水平(不施用后期氮肥)，籼、粳亚种不同蛋白组分在品种间的变异幅度相对较稳定，且以含量较高的谷蛋白和醇溶蛋白对氮肥施用的效应更为明显，但蛋白各组分的构成比例受氮素影响并不明显。因此，通过减施后期氮肥，虽然可以整体上降低稻米蛋白质含量，但欲借助施肥调控改变蛋白组分比例来改善稻米的蒸煮和食味品质可能性不大，稻米蛋白质组分改变可能需要更多依赖于育种或分子生物学手段。

不少研究结果认为，后期氮素肥料的施用对稻米品质有不良作用[20,34]。本研究也显示，后期氮肥导致稻米胶稠度变短，米饭食味值显著降低；稻米淀粉粘滞特性(RVA)特征值也有类似表现，随着氮素粒肥施用水平的提高，最高黏度、热浆黏度、崩解值和最终黏度等特征值表现下降，回复值和消减值则有明显升高，稻米蒸煮品质下降。这种后期氮肥对蒸煮和食味品质的劣化效应，在籼稻中表现更为明显，表明籼稻的调优栽培中对中后期氮素肥料的施用可能更要谨慎。另外，后期氮肥施用使直链淀粉含量有所降低，这可能是由于直链淀粉与蛋白质合成之间存在一定的互作效应[35]，结实期植株氮素的供应水平过高，会直接促进植株体内氮素的过量累积，激发籽粒和叶片中谷氨酰胺合成酶(GS)等酶活性，加快蛋白质的合成，形成对籽粒中蔗糖合成酶(SS)和叶片中蔗糖磷酸合成酶(SPS)等酶活性的抑制，阻碍籽粒中淀粉的合成[36]，使得淀粉粒排列相对疏松，而且大小和形状呈现一定的不规则状态[37]。同时，研究结果还显示，后期氮肥施用使直链淀粉含量有所下降，但其胶稠度也变短，这与一般情况下直链淀粉和胶稠度的负向关系表现并不一致，可见，仅仅从直链淀粉含量的降低看，并不一定表现为淀粉蒸煮特性的改善，稻米品质还必须结合蛋白质含量、稻米淀粉结构等相关指标进行综合判断。在本研究中，后期氮肥施用导致稻米蛋白质含量明显升高，可能是导致稻米蒸煮食味品质变劣的主要原因，后期氮素水平是否引起稻米淀粉结构的变化，与稻米食味品质变劣有无直接关系还有待进一步深入研究。不少研究仅凭中后期氮肥使直链淀粉含量有所降低即认定为对稻米品质有改善作用，结论还有待商榷。稻米蒸煮食味品质的改善，也需要从直链淀粉含量、淀粉精细结构、蛋白质含量及其组分分布等方面综合考虑才能实现，特别是优质食味稻米的保优栽培技术，可能更应该注重稻米蛋白质含量的控制，通过适当的氮肥前移和穗肥早施，减数分裂期之后少用或不用氮肥，控制结实期植株氮素水平，协调好蛋白质与淀粉合成两者之间的平衡，才能使优质品种表现出更好的蒸煮和食味品质，这在日本等国的优质栽培中已经有明确运用。同时，在优质食味稻米的评价指标体系的构建中，可能更需要重视稻米蛋白质与淀粉特性方面的指标融入。此外，由于高产水稻对氮素的吸收和转运利用能力往往较强，穗部接受的氮素相应也多[38]，如何降低穗部的氮素浓度而不影响籽粒产量，可能会成为高产优质协同的难点，在水稻生产实践中也会长久地面临着产量与品质协同提高的艰难挑战。

4 结论

不论籼粳亚种，后期氮素肥料均显著增加了稻米蛋白质及其组分含量，品种间蛋白质对氮素的反应存在明显不同，且肥料处理效应大于品种间差异，其中醇溶蛋白和谷蛋白对氮肥的施用更为敏感。随着后期氮肥水平的增加，直链淀粉含量和胶稠度均有所下降，淀粉糊化特征值中最高黏度、热浆黏度、崩解值和最终黏度呈下降趋势，而回复值、消减值呈上升趋势，食味值显著下降。相关分析表明，稻米蛋白质含量对稻米糊化特征和最终食味表现均有显著的负面作用，各蛋白组分也对食味值产生了不同程度的负作用，以球蛋白和醇溶蛋白负效应最为明显，同时谷蛋白对食味的负效应也不可忽视，尤其是在籼稻品种中更为明显。

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Relationship of Grain Protein Content with Cooking and Eating Quality as Affected by Nitrogen Fertilizer at Late Growth Stage for Different Types of Rice Varieties

SHI Lü1, 2, ZHANG Xinyue1, SUN Huiyan1, CAO Xianmei1, LIU Jian2, ZHANG Zujian1, *

(Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology/Yangzhou University,,;Key Laboratory of Recycling Agriculture of Nantong City/Jiangsu Yanjiang Area Institute of Agricultural Science,,;Corresponding author,:)

The aim of this study is to clarify the relationship of grain protein content with cooking and eating quality in different types of rice varieties and effects of nitrogen fertilizer at late growing stage.Different nitrogen fertilizer levels were applied at heading stage to analyze the relationship between protein and its components contents and cooking and eating quality by using three conventionalrice varieties and three conventionalrice varieties.Regardless ofor, nitrogen fertilizer application at late growth stage significantly increased the protein content of rice, and the response to nitrogen fertilizer significantly varied with varieties, with nitrogen fertilizer exerting much greater effects than varieties. The four components contents all increased significantly with rising nitrogen fertilizer level at late growing stage, and gliadin and glutenin contants showed a greater response to nitrogen fertilizer application. With increasing nitrogen fertilizer level, the amylose content decreased and gel consistency was significantly shorter, the peak viscosity, hot viscosity, breakdown and final viscosity of the starch gelatinization characteristic values followed a downward trend, while the consistence and setback showed a upward trend and the taste value decreased significantly. Correlation analysis showed that the total protein content had an extreme significant negative correlation with gel consistency inandrice. The protein content ofrice also had an extreme significant negative association with the taste value (=−0.975**) and peak viscosity, but was negatively associated with the breakdown, and positively or significantly positively interrelated with the consistence and setback. The protein content ofrice was negatively correlated with the taste value (=−0.923**) and breakdown at extremely significant level, and was significantly negatively correlated with the peak viscosity, and the relationship with the consistence and setback was basically the same as that ofrice. The taste value ofrice andrice were all negatively related to globulin, gliadin and glutenin contents at extremely significant level, and albumin accounted for the smallest proportion, which was negatively correlated with the taste value at extremely significant level forrice, while had no significant correlation inrice.The rising nitrogen fertilizer level at late growing stage significantly increased the protein and its components contents of rice. The increasement of protein content significantly degraded the cooking quality and palatability of rice. At the same time, the augment of four protein components would also deteriorated the taste of rice to varying degrees, especially for globulin and gliadin, the negative effect of glutenin could not be ignored especially invarieties.

rice;; nitrogen; protein; cooking and eating quality; RVA viscosity

S143.1; S511.01

A

1001-7216(2019)06-0541-12

10.16819/j.1001-7216.2019.9022

2019-02-18；

2019-08-24。

国家重点研发计划资助项目(2016YFD0300502，2016YFD0300903)；南通市科技项目(CP12015003，JC2018156)。