日本寒地北海道稻作極限地帶糯米蛋白質含量和白度的年度間地區間差異及其產生因素

丹野 久

（日本水稻品質 ?食味研究會，日本 東京都中央區，104-0033）

為了防止由于粳稻花粉直感作用產生粳性顆粒以及粳米混入照成的品質下降，在北海道遠離粳稻品種的種植地區種植糯稻品種，從而形成了糯米生產區[1]。北海道的糯稻種植地區是氣候條件嚴峻的稻作極限地帶（圖1）。因此，北海道的糯稻生產容易受氣候條件的影響，容易產生年度間差異和地區間差異（圖2）。糯米大多被作為加工原料，在應用上品質很重要。為了使糯米品質穩定化，有必要明確糯米品質的年度間和地區間差異及其產生因素。

圖1 日本北海道主要糯稻和粳稻產地的水稻栽培期的平均氣溫推移

圖2 稻作極限地帶的糯稻種植地區網走以及北海道整體的糙米產量年度推移[1]

因此，我們從糯稻種植的主要地區收集了產量和品質變化較大的4個年度（2000—2003年）生產的糯米品種“天鵝糯米”[2]的糙米樣品。比如，在以糯稻種植為主的網走地區這4年的糙米產量為86～520 kg/10a，平均281 kg/10a，變異系數71%，最小值與最大值之差達到434 kg/10a。這與網走地區種植同品種較多的 20年（1991—2010年）的糙米產量 35～546 kg/10a，平均368 kg/10a，變異系數 42%相比，其最小值與最大值之差要小些為0.85倍，變異系數要大為1.7倍[1]。因此，通過調查分析這些收集的樣品可知北海道糯米品質的年度間和地區間差異。

為此，使用這些樣品分析了糯米品質中的大米蛋白質含量（以下稱“蛋白質”）、米粒白度、與等級有關的米粒外觀品質、以及搗制年糕的硬化特性和與其有關的糊化特性等，將這些數據按照6個主要的糯稻種植地區分開，調查了年度間差異和地區間差異以及這些差異與氣候和水稻生育特性之間的關系[3]。

比如，糯米品質中要求對影響搗制年糕食味[4]以及年糕面胚的伸展性[5]和膨化伸展性[6]的蛋白質要低，對影響以糯米為原料的加工品外觀的大米白度要高[7]。但是，北海道的糯米與日本東北以南的糯米相比，一般認為蛋白質要高，大米白度要低[7-8]（圖3、圖4）。在此，本文首先解明了蛋白質和米粒白度的年度間和地區間差異及其產生因素，然后提出了要達到目標米粒白度的施肥量計算方法[9]。

圖3 北海道糯稻的大米蛋白質含量的年度推移以及與東北地區以南產糯米的比較[8]

圖4 北海道糯稻的大米白度的年度推移以及與東北以南產糯米的比較[8]

1 各栽培期和生育期的氣溫及生育特性的年度間地區間差異

栽培期的營養成長期（即出穗期前，大概5-7月份）的累計氣溫，從出穗開花期到灌漿期（大概8-9月份）的累計氣溫，以及從出穗24天前開始的30天之間（以下稱為障礙型冷害危險期）的平均氣溫和出穗后 40天之間的日平均累計氣溫（以下稱為“灌漿氣溫”）的最小值與最大值之差以及變異系數，其年度間要比地區間大為2.5～8.5倍。生育特性也同樣，其年度間與地區間相比，除了出穗期是0.9、1.1倍（為基本相同）以外，秕粒比率、千粒重和糙米產量其年度間要比地區間大1.3～1.8倍（表1）。

表1 北海道糯稻不同試驗年度和地區的栽培期間的日平均累計氣溫，各生育期的氣溫及生育特性[3,10]

2 大米蛋白質含量和米粒白度的年度間地區間差異

蛋白質的最小值與最大值之差以及變異系數在年度間分別為1.5%（最小值8.4%～最大值9.9%，以下同樣）和8.9%，在地區間分別為1.5%（8.4%～9.9%）和7.1%。同樣，糙米白度在年度間分別為4.9（21.6～26.5）和 9.2，在地區間分別為 2.1（22.3～24.4）和 3.6。大米白度在年度間分別為8.0（45.1～53.1）和 7.7，在地區間間分別為 5.0（45.2～50.2）和 4.3。這些最小值與最大值之差以及變異系數，其年度間與地區間相比，蛋白質分別是 1.0和 1.3倍，為相同或年度間稍大。糙米白度分別為2.3和2.6倍，大米白度分別為1.6和1.8倍，年度間要比地區間大（表1）。

根據上述結果，栽培期氣溫其年度間差異大于地區間差異，因此水稻生育期的氣溫也同樣，年度間的差異要大。受其影響，在包括糙米產量的水稻生育特性上，除了出穗期以外其年度間差異要大于地區間差異。而蛋白質其年度間差異與地區間差異相比為相同或稍大，糙米白度和大米白度的年度間差異要大。

3 各栽培期和生育期的氣溫及生育特性其年度和地區的各平均值與變異系數之間的關系

從年度和地區的各平均值與變異系數（各年度的6個地區之間的變異系數、各地區的4個年度之間的變異系數）之間的相關系數可知，5-7月份和8-9月份的累計氣溫中只有5-7月份的年度間有負相關關系，累計氣溫越低的年度其地區間的變動越大。出穗期和灌漿氣溫在年度間和地區間均無一定的相關關系。而障礙型冷害危險期的平均氣溫其年度間和地區間均為負值，秕粒比率為正值，千粒重以及糙米產量均為負相關關系（表2，圖5）。

圖5 糙米產量的平均值與變異系數之間的關系[10]

表2 北海道糯稻的各栽培期間和生育期的氣溫以及生育特性其試驗年度和地區的各平均值與變異系數之間的相關系數[10]

在蛋白質的平均值與變異系數之間的關系上，年度和地區都是平均值越高變異系數越大（表3，圖6、圖7）。但是，綜合年度和地區的所有數據，蛋白質超過 10.5%后變異系數有變小的趨勢，可以推測地區整體的高蛋白質化使蛋白質均一化。糙米白度和大米白度的年度和地區都是平均值越低其變異系數越大（表3，圖8、圖9）。

圖8 大米白度的各年度頻數分布

圖9 大米白度的平均值與變異系數之間的關系[10]

表3 北海道糯稻的大米蛋白質含量和米粒白度其試驗年度及地區的各平均值與變異系數之間的相關系數[10]

綜上所述，糙米產量及蛋白質、米粒的兩種白度越是在收成不好的年度和地區其地區間和年度間的變異系數就越大。所以，這些成為穩定生產一定品質糯米的困難因素。

4 大米蛋白質含量、米粒白度、各生育期氣溫以及生育特性之間的關系

在年度之間，出穗期越早，障礙型冷害危險期的平均氣溫越高，秕粒比率越低，灌漿期的日照時間（以下稱“灌漿日照”）越長，千粒重越重，產量越高，蛋白質就越低（表4，圖10～12）。在地區之間，蛋白質與秕粒比率、糙米產量以及千粒重之間具有和年度間類似的關系，而與其它指標之間的關系不明確。另外，綜合分析年度和地區的所有數據，蛋白質在灌漿氣溫849 ℃時為最低，在849 ℃以下或以上時變高（圖13）。

圖10 秕粒比率與糙米產量之間的關系[10]

圖11 糙米產量與大米蛋白質含量之間的關系[10]

圖12 秕粒比率與大米蛋白質含量之間的關系[10]

圖13 出穂后40天之間的日平均累計氣溫與大米蛋白質含量之間的關系[10]

表4 北海道糯稻年度間和地區間的大米蛋白質含量、米粒白度、生育特性以及各生育期氣溫之間的相關系數[10]

糙米白度與大米白度之間，在年度間和地區間都有明確的正相關關系（圖14）。在年度之間，障礙型冷害危險期以及灌漿氣溫越高，秕粒比率越低，千粒重越重，產量就越高；蛋白質越低，糙米白度和大米白度就越高（表4，圖15～17）。而在地區之間，米粒的兩種白度當秕粒比率越低，千粒重越重，產量越高，蛋白質越低時就越高，但是與灌漿氣溫以及灌漿日照之間沒有明確的相關關系。

圖14 糙米白度與大米白度之間的關系

圖15 出穂后40日天之間的日平均累計氣溫與糙米白度之間的關系

圖16 糙米產量與大米白度之間的關系[10]

圖17 大米蛋白質含量與大米白度之間的關系[10]

綜合上述項目1和項目 2，在生育氣溫和生育特性之間，最小值與最大值之差和變異系數其年度間要比地區間大。因此，這些指標之間的相關關系也是年度間比地區間要明確。從這些相關關系可以推測在上述項目3的年度和地區的各平均值與變異系數之間的關系上，5-7月份的氣溫下降帶來障礙型冷害危險期的氣溫下降，產生秕粒的同時抑制稻殼形成而使千粒重變輕[11]，糙米產量下降，蛋白質上升，米粒的兩種白度下降。這成為年度間和地區間的這些品質指標越差變異系數就越大的因素。

5 低蛋白米的生產技術以及根據目標米粒白度決定施肥量

為了生產優質大米，需要降低蛋白質并提高米粒的兩種白度。根據蛋白質與米粒的兩種白度之間具有的負相關關系（表4，圖17），降低蛋白質的栽培很重要。因此，有必要推廣為優良食味粳稻開發的低蛋白米生產技術[12]。

糙米白度和大米白度都與每平方米每粒稻谷的灌漿氣溫（以下稱“每粒稻谷的灌漿氣溫”）成正相關關系（圖18、圖19）。如果設定糙米白度的目標值為25（根據以往的研究結果[7]相當于大米白度50，圖14），根據一次回歸方程每粒稻谷的灌漿氣溫需要 0.025 ℃/粒/m2以上。以糯稻主要產地之一的名寄市正常年份的灌漿氣溫760 ℃為例，0.025 ℃/粒/m2時的每 m2稻谷粒數為30 000（圖20）。而與每 m2稻谷粒數 30 000相對應的灌漿期氮吸收量為10 kg/10a（圖21）。然后明確各種土壤的施肥量與灌漿期氮吸收量以及糙米產量之間的關系，同時考慮目標產量，這樣可以決定達到目標糙米白度的各種土壤的施肥量[9]。

圖18 每m2每粒稻谷的出穂后40天之間的日平均累計氣溫（每粒稻谷的灌漿氣溫）與糙米白度之間的關系[9]

圖19 每平方米每粒稻谷出穂后40天之間的日平均累計氣溫（每粒稻谷的灌漿氣溫）與大米白度之間的關系[9]

圖20 每平方米每粒稻谷出穂后40天之間的日平均累計氣溫（每粒稻谷的灌漿氣溫）與每平方米的稻谷粒數以及灌漿氣溫之間的關系[9]

圖21 灌漿期氮吸収量與每m2稻谷粒數之間的關系[9]

（術語備注：文中的“硬化性”在日本主要用于評價糯米、年糕的回生特性。）