內外源因素對稻米品質影響規律研究現狀與展望

劉飛楊，何進宇，2，3，陳夢婷，馬 寧，馬彩云，石泰玥，賀宇思，楊 丹

（1.寧夏大學土木與水利工程學院，銀川750021；2.寧夏節水灌溉與水資源調控工程技術研究中心，銀川750021；3.旱區現代農業水資源高效利用教育部工程研究中心，銀川750021；4.長安大學經濟管理學院，西安710064）

0 引言

當今世界上約一半的人口以水稻為主要糧食，我國水稻產量約為糧食總產量的二分之一以上。水稻品質的好壞會受到一系列因素的影響，為了滿足人們逐漸升高的品質追求，提高水稻品質尤為重要。而水稻在生長的過程中又會受到其稻種基因的不同以及生長過程中外界因素帶來的不定影響，從而導致水稻的品質有各種各樣的變化，這些變化中有好有壞，眾多學者以探求提升水稻稻米品質為目標開展了大量的研究。水稻稻米的生產規模及其發展對人類糧食安全保障具有至關重要的作用。稻米品質的關鍵指標明確了水稻育種以及提高水稻品質的具體方向，其評價標準的波動可以反映水稻向優產優質轉變的發展方向與目標。在綜述多類型內外源影響因素對水稻稻米品質響應的基礎上歸納，內源因素主要指水稻自身品種差異及生長性狀差異等因素，而外源因素多指水稻種植所處環境條件及種植模式中對水稻品質產生影響的因素，在明確內外源因素的基礎上，開展較為系統、深入的研究，能體現出掌握水稻品質影響規律極其重要的科學理論價值。

1 水稻稻米品質關鍵評價指標體系

隨著社會經濟的發展，人們開始從追究產量轉向追求質量[1]。從以前的“吃飽”到如今的“吃好”的轉變，水稻產業也從追求高產轉變為了追求高質量。由于水稻所處的地位及其重要，目前世界各個國家都十分注重關于大米質量的相關研究。目前我國對于水稻種植領域的探究，因長年以來將重心放在產量的提高上，因而造成對品質的研究落后于美國、日本等發達國家的現狀[2]。

目前通過大量研究與實際生產經驗總結出稻米的品質指標體系可以分為四類，分別為碾磨、外觀、理化和食味四類品質。其中外觀品質是指大米直接可以觀察到的品質，包含其形狀、大小、透明度和堊白度，主要指標是堊白米率和堊白度；理化品質是包括糊化溫度，凝膠稠度等，主要指標是直鏈淀粉含量，它主要影響水稻的膨化、粘度、柔軟度、光澤和口感等；食味品質則是可直接觀察到的綜合評價，如米飯的外觀、氣味、味道、粘度以及是否過硬五個方面。主要的評價指標稱為米飯感官評分，此指標分類法，可以全面覆蓋水稻稻米關鍵品質的各個方向，較為客觀的反映水稻的營養價值和商品價值，也是較多學者開展水稻稻米品質相關研究的相對標準和通識。

2 水稻品種間稻米品質相關研究現狀

水稻品種對水稻品質影響十分重要，不同品種其遺傳基因也不相同，而不同的遺傳基因也會導致其品質有不一樣的顯現。國內外學者針對不同水稻品種間的品質存在著顯著差異方面進行了較全面的探究。我國于2017年經過省級以上認定的水稻種類可分為秈型常規與雜交稻、粳型常規與雜交稻以及秈粳雜交稻[3]。牟新宇[4]對12 個水稻品種按穗型分為三類分別為穗重型、穗粒兼顧型、穗數型，試驗發現穗數型精米率與食味值呈正相關關系，且水稻品種粒型與食味值呈正相關且3種類型水稻都表現出加工品質、外觀品質越好，其食味值也越好；王剛等[5]通過對遼寧省187 個水稻品種進行研究，發現不同的品種堊白粒率變化較大且稻米RVA 譜特征值與外觀品質呈負相關；AO.Yan 等[6]在115個太湖流域水稻地方品種和87 個改良品種同時研究了24 個基因內分子標記，并從試驗中得出地方品種與改良品種在遺傳多樣性和多態信息含量方面前者大于后者等結論。

通過許多學者的研究發現，地方品種、改良品種和雜交品種對水稻品質都有不同程度的影響，但目前對水稻品種對品質影響的研究僅局限于對單一地區的單一品種或不同品種間對比的研究以及雜交新品種的不確定性，缺乏更深入的研究。

3 環境條件對水稻稻米品質影響

3.1 氣候條件對水稻稻米品質影響的研究

氣候條件對農作物生長極為重要。農作物在基于水、空氣和陽光的生長條件下，氣候帶來的影響最大，若氣候變化，則可能導致農作物減產和質量下降，從而造成巨大的損失[7]。國內外較多學者針對氣候條件對水稻稻米品質及其影響規律進行了廣泛深入的研究。LI Xiu-kun 等人[8]在4 個典型水稻種植區，種植了一系列秈粳雜交自交系，記錄了4個地區各水稻品種間其抽穗期至成熟期（45 d）的環境數據，通過對數據剖析，確定了光、溫度和濕度對4個區域稻米的碾磨、理化品質均有顯著影響。在各區域內，環境因子主要影響了稻米碾磨、外觀品質以及直鏈淀粉和蛋白質含量。此外，其影響程度從抽穗期到成熟期呈動態變化，與光、濕度相比，對溫度的影響更為穩定，更可預測，夜間溫度對蒸煮品質的關聯效率比白天溫度更強，而日溫范圍對稻米品質的影響與晝夜溫度相反；JING Li-quan 等人[9]以粳稻品種武運粳稻為研究對象，通過從分蘗到成熟的自由空氣CO2濃縮實現源庫操作，富集CO2降低了碾米的穗粒百分比和蛋白質濃度，也影響淀粉含量。試驗結果顯示，在此氣候條件下，蛋白質濃度和淀粉含量對于堊白的形成起到了一定的干預作用；宋廣樹等[10]發現低溫處理對稻米質量的影響程度為灌漿期>抽穗期>孕穗期，由此可知，灌漿期對水稻的品質最為關鍵；梁嘉熒等人[11]總結了高溫與干旱兩因子對水稻的雙重脅迫效應，表明了兩種脅迫同時出現產生的影響大于兩種脅迫的單一影響之和；景立權等[12]發現稻米處于高二氧化碳濃度、高O3濃度或高溫環境下生長會表現出堊白度增加和碎米數量增加，大米的蛋白質與多元素的濃度在高濃度二氧化碳下會降低，但味道的質量卻可能提高；褚春燕等[13]發現在抽穗和灌漿期低溫處理會使稻米蛋白質含量在各期上升而RVA 光譜特征一級參數卻下降的外觀質量變化且直鏈淀粉與次級參數由稻米品質而定。

根據以上氣候因素對水稻稻米質量影響的研究成果總結可查，多數試驗為改變某一因子或多因子觀察其稻米品質指標的變化，以此為依據提出相應提高品質的措施。但又受到氣候不穩定性和多樣性的局限，多種氣候因素影響規律的探究試驗較少，并且精度有待提高。

3.2 土壤水分條件對水稻稻米品質影響的研究

大量研究證明，基于水稻耗水量的水分管理對稻米的質和量至關重要[14]，而土壤水分條件對于水稻耗水量的合理調控起到關鍵作用。通過許多實驗可知節水灌溉技術，可以很大程度的提升稻米的質與量；呂艷東等[15]發現若在返青到成熟期間歇控水，則水稻的總蛋白質、球蛋白、谷蛋白含量等增高，且粘稠度增高，但糙米率和直鏈淀粉含量降低。次年，通過對寒冷地區水稻品質結實期的水分供應的影響研究，在結實期進行節水灌溉，稻米的蛋白質含量、碾米率和大米的食味品質呈上升趨勢，堊白率、堊白度呈下降趨勢，同時直鏈淀粉含量也降低；韓延如等[16]在大田條件下，開展了土壤水分對籽粒灌漿的影響，試驗表明土壤水分對結實期籽粒充實度、千粒質量、籽粒灌漿特征有明顯的影響，且充足的水分有利于后期籽粒灌漿；姜國輝等[17]發現鎘水灌溉對水稻的外觀與碾米質量方面呈現一定的抑制作用；何進宇等[18]通過設定存在差異的土壤水分水平，開展滴灌條件下水稻旱直播試驗，探究了不同土壤水分條件對旱作水稻品質的影響規律，結果表明，土壤含水量和稻米的碾磨品質、整精米率、堊白度之間存在正相關關系，與稻米不完全籽粒數存在負相關關系。

綜上所述，基于大量試驗研究可以看出，水稻種植特征表現出對水的需求量較大，從而水分的降低總會引起稻米品質的顯著波動。根據以上田間水分對稻米質量的影響，以此作為基礎提出高品質水稻節水種植方案，意義十分重大。

3.3 土壤養分條件對水稻稻米品質影響的研究

土壤養分無法完全滿足當季作物生長所需，而且會因連作、耕作等因素影響產生差異性，如需促進作物對生長所需養分吸收，需進行補施肥料，對土壤養分狀況進行調控，故因此土壤養分條件對水稻質量的影響尤顯重要。王國驕等[19]通過大田實驗發現秸稈反田能夠提高水稻生育期的所需物，且能夠降低水稻堊白粒率、堊白大小、堊白度、直鏈淀粉含量，提升水稻口味；解文孝等[20]發現秸稈反田能增加米飯的味道，且降低水稻在鹽堿土、沙壤土中的堊白度以及堊白粒率；薛亞光等[21]研究發現麥秸還田能提高水稻產量，并且不同水平地提高了水稻的多種品質，但對烹飪和食用品質的影響不明顯，且水稻的峰值黏度、崩解值和凝膠稠度、食味品質都發生了下降。通過麥秸還田量的提高，發現麥秸集中溝埋還田優于旋耕還田在稻米質與量方面；李政芳等[22]通過試驗表明，增加氮肥用量和降低磷、鉀肥用量，能使蛋白質與直鏈淀粉含量上升，磷肥用量的提高和氮、鉀肥用量的適量降低，能夠提高淀粉與粘稠度的含量；陳新紅等[23]實驗發現氮肥管理使水稻的加工質量得到了提升，直鏈淀粉含量、堊白米和堊白率以及蛋白質含量呈下降趨勢，外觀質量有所改善；黃仁軍等[24]經過探究比較三種施肥措施和兩種耕作方式對土壤、水分、氮、磷、稻米產量和質量的影響，試驗發現在半旱式常規施肥措施下稻米品質最好；杜同慶等[25]通過試驗表明，噴施硅肥能減少水稻堊白度、堊白粒率以及直鏈淀粉含量，增加整精米率、精米率、蛋白質含量以及產量。

根據以上探究施肥條件對水稻稻米品質的影響可知，有效調節土壤養分對提高稻米品質有顯著作用。所以，通過對肥料不同施用方法以及肥料選擇進行深入的探究，從而提出合理施肥方案，進一步提高水稻稻米品質，這一研究手段對于水稻提質增效具有較好的科學價值。

3.4 土壤鹽漬化對水稻稻米品質影響的研究

土壤鹽漬化影響著全世界數百萬公頃的土地，威脅著許多土壤生態系統的可持續發展[26]。中國鹽漬土的種類多樣并且分布廣泛，占據面積上億公頃。研究發現土壤鹽漬化可導致植物對水和各種營養物質的吸收不均衡，即使在生長過程中也是如此。由于植物營養含量低，預防疾病和病蟲害的能力大大降低，導致產量下降[27]。因此，探究鹽漬化土壤對稻米質量影響規律及其機理十分重要。

王聰[28]通過連續四年的試驗，土壤平均鹽度得以下降0.30%，稻米產量逐漸增加，結果表明，水稻的種植能夠改良鹽漬土；田剛[29]在寧夏引黃灌區平羅縣次生鹽漬化農田進行種植水稻的土壤改良試驗表明，含鹽度在3年內減少了44.5%，氮盈余量為31.2 kg/hm2、P2O5盈余量為54.6 kg/hm2，略高于深鉆點，稻米平均產量增加28.7%，凈收入增加4 578.6 元/hm2，生產與投資比例提高25.3%，實現了土地利用和養護結合，有效利用和改善當地次生鹽漬化土壤；周圣凱[30]通過在松原探究多種水利措施對土壤鹽漬化的改良，他運用微咸水灌溉水稻進行種植，設置不同類型對比實驗，發現施用磷石膏、有機肥，分別為3.0 kg/m2，0.003 m3/m2并且微咸水沖洗,表現效果良好。

根據以上對土壤鹽漬化和水稻之間的探究，基于我國土壤鹽漬化的情況，種植水稻有利于改良鹽漬化。并且對于在鹽漬化土壤條件下如何提高水稻品質也是很重要的。

綜上4個方面的環境影響，我們可知不同的環境條件下對水稻的影響不同，但是多種環境條件同時對水稻產生的影響研究甚少，有待進一步研究。

4 種植條件對水稻稻米品質的影響

4.1 栽培技術對水稻稻米品質的影響研究

傳統的水稻種植技術通常采用大田漫灌的方式進行，并且對于種植時間以及種植方式并沒有細致的研究。近年來，通過大量的試驗，結果表明，水稻過晚的進行播種、育苗以及插秧會使稻米中的直鏈淀粉、粗蛋白質含量下降，從而減小膠稠度的硬度進而對稻米口感造成一定的影響[31]。而水稻種植密度也會對水稻生長、吸收營養等造成一定的影響，最終影響稻米品質；孟德龍等[32]研究發現，在碾磨品質出糙率和精米率方面，直播稻＞機插稻＞手栽稻，外觀品質堊白率和堊白度方面，手栽稻＞機插稻＞直播稻，且直播稻的高蛋白質含量會導致口感變差，直鏈淀粉含量：手栽稻大于機插稻，機插稻大于直播稻，且由于手栽稻的直鏈淀粉含量高導致稻米的膨脹性大，色澤淺，冷卻后呈變硬趨勢，味道不良。相比之下，當大米比較軟且味道與品質較好時通常峰值黏度、崩解值都比較高且消減值低；邢亮[33]研究發現在單孔4株條件下，墾稻26 產量達到10 353 kg/hm2、堊白率為5.7%、糙米率79.25%、整精米率71.66%，對栽培稻12 號卻無影響；蕭長亮等[34]研究發現寒地水稻4月20日和4月30日播種均有利于保證稻米產量，但前者更有利于保證稻米質量，能夠完成稻米質與量的均衡；邵旭東[35]探究發現應在水稻成熟前后幾天收獲水稻。楊孟剛[36]研究發現恰當的收獲期有利于稻米品質的提高。王麗妍[37]發現寒地水稻收獲期逐漸延遲，稻米產量逐漸增加，齊穗后55 d 產量達到最高，在此期間收獲的稻米，糙米、精米、整精米率的加工品質最高，且堊白度、堊白粒率以及蛋白質含量降低。

通過以上的試驗發現，不同栽培技術可以對水稻稻米品質產生較為明顯的影響，所以繼而不斷探索新的栽培技術和復合型栽培技術對提高水稻優質高產至關重要。

4.2 不同灌溉方式對水稻稻米品質影響的研究

水稻在傳統淹灌方式下，會產生地表水層，從而產生蒸發與深層滲漏，以至于過于浪費水資源。眾多學者為節省水資源，開展了不同灌溉方式條件下對水稻品質影響規律及機理的相關研究。韓淑嫻[38]通過在同樣的灌溉頻率下，改變灌溉定額，探究水稻不同階段的需水量，結果表明抽穗開花時期需水量最大；陳海龍[39]通過設置控灌、節灌及葉齡灌3種灌溉方式進行對比，結果表明控灌與節灌不僅節水而且產量和每穴的實際粒數呈增加趨勢；燕輝等[40]通過研究虧水灌溉給籽粒帶來的影響表明，過度的虧水會影響籽粒灌漿從而影響稻米品質；丁峰等[41]發現水稻拔節孕穗期與分蘗期對水分十分敏感且隨著水分的減少，葉片會出現早衰的現象，最終導致灌漿不足；林玉萍等[42]通過不同的灌溉類型作比較得出，節水灌溉處理會讓水稻減產，其中影響最明顯的時期是分蘗期和孕穗期的停灌，節水灌溉處理的不同方式均對大米的碾磨質量和營養價值沒有顯著影響，但它對大米的烹飪質量有相應的影響；蔣天琦[43]試驗設計探究了不同水氮組合對墾粳5號多種因子的影響，通過試驗數據分析，結果發現，不同的灌溉方法和施氮量對稻米的干物質與氮的積累以及產量和產量相關因子均有一定程度的相關關系，在同一灌溉處理下，當施加氮量越來越多時，稻米的各項品質的指標將會出現先增后減的現象；陳楊[44]通過探究寒地水稻在不同灌溉條件下的情況，同樣得出在節水和產量方面，控灌>節灌>常規灌溉。

由大量的實驗結果可知，不同的灌溉方式會對水稻品質以及產量帶來不同的影響，因此研究節水與水稻產量以及品質的關系也是未來水稻產業可持續發展的重要研究方向之一。

5 稻種貯藏條件對水稻稻米品質影響

稻種的優良對于來年水稻種植是否成功具有決定性的作用，而稻種的貯藏條件與環境，在很大程度上影響了稻種的好壞，若貯藏條件出現問題，便會造成一定的損失。以稻種貯藏條件對水稻稻米品質影響為出發點，很多學者開展了大量相關試驗研究。邱漢等[45]為了探明環境因子對稻米種子儲藏的影響，在大量關于合適儲藏稻米種子的環境標準基礎上，探究了種子中水的含量以及儲存環境的相對溫濕度和其中的氣體組成對種子儲藏影響的先后與程度，結果發現，對于大部分稻米品種，當含水量為10%～12%，環境相對濕度不超過60%，溫度低于15 ℃的條件下適用于短時間儲藏稻米種子，適合長期貯存的條件為3%～7%的含水量和5 ℃或更低的溫度，水稻氣調儲藏最佳參數為二氧化碳濃度為35%～70%之間，氧氣濃度在5%～7%之間，氮濃度為95%。整體剖析，稻米種子貯藏時最先考慮相對濕度再為溫度最后為氣體濃度，使用合理的儲存方法，依據品種的不同將其放置在不同的袋子里，并懸掛于通風且干燥的房子里，品種間進行隔離以防止混合，儲存期間加強管理，經常檢查水稻種子，避免種子發熱引起的霉變和腐敗；楊素華[46]從貯藏前準備、入庫以及貯藏過程中管理進行說明，水稻種子的貯藏需要對貯藏條件進行控制且對貯藏環境進行檢測以及過程中進行管理，保證種子的質量以提高水稻品質；蔣凌云[47]通過探究在冷庫貯藏條件下水稻不育系種子的活力，結果表明隨著冷藏時間的增加種子的活力呈下降趨勢；繆麗霞等[48]發現低溫有利于水稻種子儲存；蔣薇等[49]試驗表明種子的活力指標與種子的儲藏時間沒有關系，但可溶性蛋白隨著時間的推遲逐漸減小。

根據以上貯藏條件對稻種的影響，良好的貯藏條件以及貯藏管理模式對稻種的意義重大，稻種的優良直接導致水稻品質是否優質。

6 展望

綜上所述，水稻品種、環境及種植條件等諸多內外源因素都會對水稻品質產生一定程度的影響，并具有一定的規律性。對各類因素開展相關的研究有利于未來提高水稻的品質，從而達到高產高質量的水準。

在水稻品種方面，通過綜述相關研究發現，地方品種、改良品種和雜交品種對水稻品質有明顯且規律性的影響，有很多現有研究取得了一定的試驗成果，但目前仍有一些問題值得研究，比如探究稻米長寬比和加工質量時，要注意是否會導致產量以及抗性等性狀下降，這也是稻米育種方面可深入研究的要點。如果需在產量與品質之間做出選擇，一方面可利用分子標記輔助選擇技術選出具有高產量的水稻品種，進而提高品質，從而提高水稻商品價值；另一方面，可從消費者角度出發，按消費者的喜好來培育水稻并協調好品質之間的關系，從而提高水稻質量。

在環境條件方面，現有研究分別從氣候、田間水分、施肥條件和鹽漬化四方面進行大量的試驗分析，開展了溫度、水分、CO2濃度和土壤鹽漬化等不同環境情況對水稻品質影響的相關研究，這對于水稻品質的提高意義重大。以后可在當前基礎上分析氣候變化因素與其他因素之間的相互作用，突出這些相互作用的潛在機制，以研究出能夠契合未來氣候變化的水稻生產技術。

在種植條件方面，現有研究分別從栽培技術、灌溉方式、和貯藏條件進行了探究。但目前針對水稻品質對其種植方式的響應關系研究在深度與廣度上還有待深究，過去單一地考慮某種條件，對于多重條件的研究很少且工業化的種植條件還有待去挖掘。

依據我國稻米品質的整體情況，結合目前水稻品質的研究現狀，我國高品質的稻米依然有較大提升空間，雖然高品質大米率達37.1%，與以前相比有進步，但是與日本等國家進行比較，中國稻米的市場競爭力總體上不強，水稻品質的提升迫在眉睫，現應在多類型內外源影響因素對水稻稻米品質響應的基礎上，開展較為系統、深入的研究，以滿足水稻高產、優質、高效育種和優化栽培的目標要求。

7 結論

本文通過綜述近幾年來學者對水稻稻米品質在內外源因素影響下表現出的不同性狀規律得出以下結論：

（1）不同的水稻品種由于基因的不同，從而導致表現出的加工品質、外觀品質和食味品質都有所區別。

（2）環境條件和種植條件對水稻的直鏈淀粉含量、蛋白質含量和堊白度等會產生一定的影響，使得水稻的精米率、整精米率、粗糙率和堊白粒率出現上升或下降，進而影響水稻的外觀品質、碾磨品質、食味品質和理化品質。

（3）水稻種子貯藏的好壞對于水稻的產量以及品質有一定的影響，且貯藏種子的關鍵要素在于貯藏環境濕度以及溫度的控制。