不同增香施肥處理對香稻產量、品質和香氣風味揮發物的影響

姚祥濱 羅昊文 韋劍嬌 丘鑫峰 童少杰 彭潔梅 何珍珍 段美洋 潘圣剛 田華 祁劍英 莫釗文 唐湘如

（華南農業大學亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室/農業農村部華南地區作物栽培科學觀測實驗站/廣州市絲苗香米科學與技術重點實驗室，廣州 510642；第一作者：yaoxbgd@126.com；*通信作者：tangxr@scau.edu.cn）

香稻是一種具有芳香的優質稻種，與普通水稻相比，其獨特的香味和卓越的品質正越來越受到中國南方消費者的喜愛，銷售價格也高出2 倍[1-3]。近年來，香稻在全球大米交易市場上所占份額逐年增加，目前已占15%~18%[4]。現有香稻品種較多，如何通過栽培手段提高香稻的產量、品質以及香氣風味，已成為人們關注的焦點。

香稻中含有100 多種可揮發性物質，這些物質賦予香稻米獨特的香氣。其中，最主要的特征物質是2-乙酰-1 吡咯啉（2-acetyl-1-pyrroline，2-AP），稻米香氣的濃度與其中2-AP 的濃度成正比[5]。此外，香稻還含有多種不同的風味揮發物，如醛類、脂類、烯類和酮類，其也會提升香稻的香味。已有大量研究表明，環境條件和栽培措施對香稻香氣的產生起著重要作用[6-10]。香稻香氣的形成是基因和環境條件共同作用的結果。改變栽培條件，如施用不同肥料、調控水分等，可以從生理生化層面影響香稻香氣的產生。

2010 年華南農業大學唐湘如教授團隊自主研發了一種可以顯著提高香稻產量、品質和2-AP 濃度的香稻增香專用肥[12]。多個研究表明，香稻增香專用肥在香稻品種如美香占2 號和象牙香占中均有不錯的應用效果[9,13-14]。鑒于此，本研究在大田條件下，開展了香稻增香專用肥在香稻品種青香優19 香中的應用效果試驗，旨在為增香栽培技術推廣和香稻高產優質栽培提供技術支持和理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗田概況及參試品種

試驗于2022 年在華南農業大學田間試驗站（23°17′N，113°37′E，海拔12 m）開展。該試驗站屬亞熱帶季風氣候，2022 年年平均氣溫23 ℃，年降水量2 033 mm。土壤為砂質壤土，有機質11.20 g/kg，全氮1.08 g/kg，堿解氮96.61 mg/kg，速效磷5.07 mg/kg，速效鉀30.99 mg/kg，pH 值5.22。試驗品種為青香優19 香，種子從廣東鮮美種苗股份有限公司購得。

1.2 試驗設計

試驗設置2 個增香施肥處理：T1，傳統施肥模式+馫香1 號肥；T2，香稻增香專用肥。以傳統施肥模式為對照（CK，尿素292.5 kg/hm2，過磷酸鈣300 kg/hm2，氯化鉀90 kg/hm2）。T1：在CK 的基礎上，增加馫香1 號增香肥30 kg/hm2。T2：香稻增香專用肥（含N 15%、P2O54%、K2O 6%、有機質10%、硫酸鋅1.9%）900 kg/hm2。香稻增香專用肥和馫香1 號均由東莞富特生物技術有限公司制造和提供。每個處理3 次重復，小區面積30 m2。不同施肥處理的田間管理措施保持一致。7 月15 日播種，在播種前用清水浸種12 h，然后轉移到恒溫（36 ℃）培養箱中催芽12 h。采用缽苗育秧盤旱育秧。8 月1 日使用缽苗插秧機移栽。移栽后，采用香稻增香栽培模式[7]進行田間管理，11 月10 日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產量及其構成因素

成熟期收割1 m2的香稻，晾干后測定產量，3 次重復。收割前每小區調查香稻30 叢，記錄有效穗數。根據有效穗數在大田中選取6 叢代表性植株，晾干后脫粒風選出實粒和空粒，計算結實率、每穗粒數和千粒重。

1.3.2 品質指標

將收獲的稻谷在自然晾干7 d 后進行品質指標測定。參照NY/T 83—2017《米質測定方法》測定糙米率、精米率和整精米率；采用萬深SC-E 大米外觀品質分析系統測定大米長寬比和堊白度。采用FOSS 近紅外谷物品質分析儀（Infratec-1241 Grain Analyzer，FOSSTECATOR）測定稻米蛋白質含量、直鏈淀粉含量和堿消值。

1.3.3 2-AP 含量及風味揮發物

于成熟期取香稻10 穗置于冰盒中帶回實驗室保存于-80 ℃，參考GUI 等[15]方法使用氣相色譜質譜聯用儀（島津，GC-MS QP 2010 Plus）測定籽粒中的香氣物質2-AP 含量及相關風味揮發物。

1.4 數據處理

使用Excel 2022 處理數據，SPSS Statistics 20 進行最小極顯著差異法（LSD）多重比較分析（P＜0.05)，用Origin 2023b 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同增香施肥處理對產量及其構成因素的影響

從表1 可見，相比于CK，T1 和T2 處理的有效穗數分別提高14.22%和42.23%，結實率分別提高2.34%和4.90%，差異均達顯著水平。與CK 相比，T1 處理的穗粒數顯著提高8.99%，而T2 處理則顯著降低14.54%；不同處理千粒重無明顯差異。T1 和T2 處理的產量顯著高于CK 9.94%和11.94%。

表1 不同增香施肥處理對青香優19 香產量及其構成因素的影響

2.2 不同增香施肥處理對稻米品質的影響

如表2 所示，T1 和T2 處理的加工品質都顯著高于CK，糙米率分別提高2.14%和1.23%，精米率分別提高2.74%和1.61%，整精米率分別提高2.72%和3.25%。相較于CK，T1 處理長寬比顯著降低2.64%，T2 處理長寬比顯著提高2.96%；T1 處理堊白度顯著低于CK，T2 處理則沒有顯著差異。T2 處理蛋白質含量相比CK顯著提高1.27%，T1 處理與CK 則無顯著差異；T2 處理直鏈淀粉含量相比CK 顯著降低0.50%，T1 處理與CK則無顯著差異；T1 和T2 處理的堿消值與CK 相比無顯著差異。

2.3 不同增香施肥處理對籽粒中2-AP 含量及風味揮發物的影響

如圖1 所示，T2、T1 處理籽粒中2-AP 含量比CK分別顯著提高33.83%和11.11%。

圖1 不同增香施肥處理對青香優19 香籽粒2-AP 含量的影響

風味揮發物聚類熱圖（圖2）分析顯示，不同增香施肥處理籽粒中風味揮發物含量有很大差異。相比于CK，T1 處理2-乙酰-1-吡咯啉、辛醛（Octana）、2-十烯醛（2-Decenal, (Z)）、庚醛（Heptanal）、檸檬烯（Limonene）含量顯著提高，而T2 處理3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮（3,4-dimethyl-2,5-Furandione）、2-乙酰-1-吡咯啉、4-乙基環己醇（4-Ethylcyclohexanol）含量顯著提高。

圖2 不同增香施肥處理下青香優19 香籽粒中風味揮發物含量熱圖

通過風味揮發物數據庫FlavourDB ( https://cosylab.iiitd.edu.in/flavordb/ ) 檢索得到不同風味揮發物的感官反應及香氣描述（表3）。

表3 稻米中不同風味揮發成分信息表

2.4 不同增香施肥處理下2-AP 及多種風味揮發物的主成分分析

對所獲得的青香優19 香產量（每穗粒數、結實率、千粒重、產量）、大米品質（糙米率、精米率、整精米率、長寬比、堊白度、蛋白質含量、直鏈淀粉含量、堿消值）做主成分分析，結果（圖3A）顯示，PC1 覆蓋率為42.6%，PC2 覆蓋率為23.6%，兩者總覆蓋率為66.2%，表明PCA 具有代表性，在PCA 中，T1 和T2 處理的點與CK 處理的點出現了強烈的分離，表明與CK 相比，T1 和T2 處理對青香優19 香的產量與品質有著顯著的影響。

圖3 不同增香施肥處理下青香優19 香籽粒中產量與品質主成分分析圖（A）和風味揮發物主成分分析圖（B）

對所獲得的不同化合物做主成分分析，結果（圖3B）顯示，PC1 覆蓋率為57.3%，PC2 覆蓋率為28.3%，兩者總覆蓋率為85.6%，表明PCA 具有代表性。在PCA中，CK、T1 和T2 處理下，不同風味化合物指標均出現了強烈的分離，表明與CK 相比，T1 和T2 處理對青香優19 香籽粒中不同風味揮發物有顯著影響。

3 討論與結論

3.1 不同增香施肥處理對青香優19 香產量和品質的影響

在本研究中，相比CK，T2 和T1 處理產量顯著提高11.94%和9.94%。但產量構成因素中，T2 處理的有效穗數和結實率比CK 分別顯著提高42.23%和4.90%，而每穗粒數降低了14.54%（表1），說明T2 處理通過提高有效穗數和結實率使得香稻增產。T1 處理的有效穗數、每穗粒數和結實率比CK 分別提高14.22%、8.99%和2.34%，說明T1 處理通過提高有效穗數、每穗粒數和結實率使得香稻增產。

相關研究表明，香稻增香施肥可以促進稻米品質的提高[14,16]。在本研究中，相比CK，T2 和T1 處理的糙米率、精米率和整精米率都有顯著提高。在外觀品質上，T1 處理的長寬比、堊白度比CK 有所降低，說明馫香1號肥可能通過促進籽粒灌漿的方式使得長寬比減小，堊白度降低。

3.2 不同增香施肥處理對青香優19 香籽粒中2-AP含量和風味揮發物的影響

有研究發現，香稻中含有多種風味揮發物，共同組成了香稻的香氣特征[17]。在本研究中，聚類熱圖分析（圖2）表明，T1 和T2 處理青香優19 香中籽粒多種風味揮發物含量有顯著提高。這些風味揮發物賦予了香稻青香優19 香稻米獨特的香氣。