王永兵，程海濤，馬兆惠，呂文彥

（1.甘肅亞盛農(nóng)業(yè)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，遼寧 沈陽 110161）

早在1939 年德國科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了鎂對植物生長的必要性。水稻缺鎂表現(xiàn)為，起初葉脈間失綠、下部老葉黃化，之后老葉在葉枕處折斷［1］。我國對鎂及鎂營養(yǎng)的有關(guān)研究最早始于20 世紀(jì)60 年代，主要報道了南方紅壤地區(qū)土壤鎂狀況調(diào)查和鎂肥肥效的研究，研究表明，缺鎂會顯著影響植物的光合作用［2-5］。針對稻米品質(zhì)，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，施鎂肥可降低水稻堊白粒率和堊白度［6-7］，提高稻米鎂含量以及稻米RVA 譜特征值中的最高黏度、崩解值和熱漿黏度，使得最終黏度、回復(fù)值及消減值降低［8］。此外，隨著施鎂量的增加，米飯食味值評分也增加，但當(dāng)鎂肥施用量大于240 kg/hm2時，米飯食味值評分出現(xiàn)降低、蛋白質(zhì)含量增加的現(xiàn)象［9］，可見鎂肥施用過量會降低稻米品質(zhì)。綜上，國內(nèi)有關(guān)鎂營養(yǎng)對水稻加工品質(zhì)、淀粉粘滯特征值的影響已經(jīng)有所開展，但研究結(jié)果存在品種間差異，對不同直鏈淀粉含量品種間施鎂影響的差異研究，及其對稻米可溶性糖等影響適口性逞味物質(zhì)及營養(yǎng)成分的研究較少［10］，因此，本試驗選擇代表性材料，針對上述問題開展了研究，為水稻優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與田間設(shè)計

1.1.1 試驗材料 采用‘彥粳軟玉1 號’（低直鏈淀粉含量軟米品種）‘秋田小町’（日本優(yōu)良食味品種）‘遼星1 號’（一般高產(chǎn)品種）3 個品種為供試材料。

1.1.2 田間設(shè)計 試驗于2017 年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)南試驗地水田展開，試驗地基本情況為：堿解氮65.70 mg/kg、有效磷13.59 mg/kg、速效鉀120.40 mg/kg、 交換態(tài)鎂0.43 g/kg、有機質(zhì)25.63 g/kg、土壤pH 5.53、電導(dǎo)率（5:1）274.70、電導(dǎo)率（2.5:1）294.70。 4 月中旬播種，5 月下旬插秧。采用裂區(qū)設(shè)計，以鎂處理為主區(qū)，品種為副區(qū)，重復(fù)3 次。行株距為 30 cm×13.3 cm，每穴2 株苗。各主區(qū)用聚乙烯分隔板隔開，以防肥水混串，中間留過道40 cm。小區(qū)長6 m，寬1.5 m，種5 行。整個大區(qū)周圍設(shè)保護(hù)行。礦質(zhì)鎂用MgSO4·7H2O 作基肥一次性施入，按MgO 計分別為0、90、180、270 kg/hm2，并分別記為Mg0、Mg1、Mg2、Mg3，施用方法為每小區(qū)拌1 kg土均勻撒施，試驗田基肥養(yǎng)分含量為N-P2O5- K2O：13-17-15（富友通用復(fù)合肥），用量為750 kg/hm2［10］。

1.2 性狀測定

1.2.1 加工品質(zhì)的測定 通過SY88-TH 試驗型礱谷機和Yamamoto 試驗精米機先后碾磨，測定糙米率、精米率和整精米率。

1.2.2 外觀品質(zhì)的測定 通過上海MICROTEK 公司生產(chǎn)的ScanMaker i800 Plus 彩色平臺掃描儀配套ScanWizard 軟件測定，測定整精米的堊白粒率和堊白度。

1.2.3 米飯食味的測定 將糙米用山本制造所Vp-32 立式精米機控制碾磨精度（90±1）%碾精，碾精后用Satake 米飯食味計測定食味。

1.2.4 直鏈淀粉含量的測定 用UV-2450 紫外分光光度計參照《ISO 6647-2:2007 直鏈淀粉含量測定方法》在720 nm 可見光波長下測定吸光度值，由中國水稻研究所提供高、中、低、糯一套直鏈淀粉含量標(biāo)樣。

1.2.5 蛋白質(zhì)含量的測定 利用FOSS Kjeltec 840全自動凱氏定氮儀進(jìn)行測定，樣品采取平行雙樣法測量以降低試驗誤差，測得氮含量乘以5.95 轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)含量。

1.2.6 可溶性糖含量測定 方法參照《GB 5009.8-2006 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》。

儀器：超高效液相色譜儀（Waters Acquity. H-Class uplc）。 色譜條件， 色譜柱：ACQUITYUPLC ?CSHTMC18（2.1×50 mm，1.7 μm）；流動相：乙腈溶液+水=75+25（體積比）；流動相流速： 0.4 mL/min；柱溫：40 ℃；進(jìn)樣量：2 μL。ELSD 參數(shù)：漂移管溫度 55 ℃，氮氣壓力 30 psi，噴霧器 30 ℃，增益500［10］。

1.2.7 淀粉粘滯特性（RVA 譜特征值）的測定 將精米磨成80 目米粉，采用瑞典Perten 公司生產(chǎn)的快速粘度分析儀RVA-TecMaster 及TCW(ThermalCycle for Windows)配套軟件進(jìn)行分析，測定方法參照國際谷物科學(xué)與技術(shù)協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)方法(ICC Standard No.162)。

1.2.8 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel 2007 應(yīng)用程序結(jié)合DPS 15.10 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)變異

表1 結(jié)果顯示，鎂處理顯著影響3 種材料水稻的糙米率和精米率，且鎂與品種的互作效應(yīng)顯著影響其精米率，不同品種間的糙米率、堊白粒率表現(xiàn)為極顯著差異，整精米率和堊白度表現(xiàn)為顯著差異。

圖1 多重比較分析發(fā)現(xiàn)，Mg2（180 kg/hm2MgO）處理相比對照顯著提高了‘秋田小町’的糙米率和精米率，平均提高幅度為1.03%和3.15%。 Mg1 (90 kg/hm2MgO)顯著提高了‘遼星1 號’的糙米率和精米率，平均提高幅度分別為1.00%和2.37%。Mg2（180 kg/hm2MgO）、Mg3（270 kg/hm2MgO）相比對照均顯著提高了‘遼星1 號’的精米率，其中Mg2（180 kg/hm2MgO）提高了2.52%，Mg3（270 kg/hm2MgO）提高了3.00%。同時也發(fā)現(xiàn)鎂處理對軟米材料‘彥粳軟玉1 號’的糙米率、精米率和整精米率影響不顯著，這可能與軟米材料品種本身的特性有關(guān)（P＜0.05）。

表1 鎂處理對水稻加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響Table 1 Effect of magnesium treatments on processing quality and appearance quality of rice

圖1 鎂處理對水稻糙米率A 和精米率B 的影響Fig.1 Effect of magnesium treatments on brown rice rate A and milled rice rate B

2.2 蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、可溶性糖含量變異

可溶性糖含量是評價稻米品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。本研究發(fā)現(xiàn)，鎂主要顯著影響可溶性糖含量中的蔗糖含量，而對蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、葡萄糖含量影響不顯著。此外，不同品種間的蔗糖含量、蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量存在極顯著差異（表2）。

圖2 分析發(fā)現(xiàn)，鎂對不同品種蔗糖含量的影響效應(yīng)不同，施鎂顯著提高了‘彥粳軟玉1 號’的蔗糖含量，平均分別比對照提高66.2%、67.0%、93.7%，其中Mg3（270 kg/hm2MgO）處理效果最好。鎂處理對其他兩個品種蔗糖含量影響不顯著，但是對于擁有低直鏈淀粉含量特性的軟米品種，施鎂有助于其蔗糖含量的提高（P＜0.05）。

表2 鎂處理對水稻蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、 可溶性糖含量的影響Table 2 Effects of magnesium treatments on protein content, amylose content and soluble sugar content of rice

圖2 施鎂對水稻蔗糖含量的影響Fig.2 Effect of magnesium application on sucrose content on rice

2.3 蒸煮食味品質(zhì)變異

本試驗采用日本佐竹公司生產(chǎn)的米飯食味計測定米飯食味值，滿分以100 分計，檢測線為日本粳稻。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施鎂極顯著影響了米飯食味計參數(shù)值中的黏度、平衡度和食味值，顯著影響了外觀和硬度，不同品種間的米飯外觀、硬度、黏度、平衡度、食味值存在極顯著差異（表3）。

表3 鎂處理對水稻食味計參數(shù)值的影響Table 3 The effect of magnesium treatments on rice taste parameters

圖3、圖4 對比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過Mg2（180 kg/hm2MgO）、Mg3（270 kg/hm2MgO）處理均顯著提高了‘秋田小町’和‘遼星1 號’米飯食味計參數(shù)值中的外觀、黏度、平衡度和食味值，降低了米飯硬度，但是鎂處理對軟米品種‘彥粳軟玉1 號’米飯食味計參數(shù)值影響不顯著。其中Mg2（180 kg/hm2MgO）對改善‘遼星1 號’的蒸煮食味品質(zhì)最有利，使其食味值增加8.97%。Mg3 對改善‘秋田小町’的蒸煮食味品質(zhì)最有利，使其食味值增加6.65%?？偟膩砜磳τ谥辨湹矸酆枯^高的‘秋田小町’和‘遼星1 號’，鎂處理一定程度上改善了米飯的適口性 （P＜0.05）。

圖3 鎂處理對米飯外觀、硬度、黏度、平衡度和食味值的影響Fig.3 Effect of magnesium treatment on appearance, hardness, viscosity, stability of rice

圖4 鎂處理對米飯食味值的影響Fig.4 Effect of magnesium treatment on taste value of rice

2.4 鎂處理對淀粉粘滯特性（RVA 譜）特征值的影響

方差分析結(jié)果顯示（表4），鎂處理顯著影響了淀粉粘滯特性（RVA 譜）特征值中的最高粘度和最低粘度，而對崩解值、冷膠粘度、削減值、峰值時間和糊化溫度影響不顯著，不同品種間的淀粉粘滯特性（RVA 譜）特征值存在極顯著差異。

圖5 比較分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Mg2（180 kg/hm2MgO）、Mg3（270 kg/hm2MgO）處理顯著提高了‘秋田小町’的最高粘度和最低粘度，Mg3 處理效果最佳，最高粘度和最低粘度分別提高4.80%和9.02%。Mg3（270 kg/hm2MgO）顯著提高了‘彥粳軟玉1號’的最高粘度，增幅為3.36%。Mg1（90 kg/hm2MgO）顯著提高了‘秋田小町’的最高黏度和‘遼星1 號’的最低粘度，增幅分別為3.30%和4.53%?？偟膩砜?，鎂對不同品種淀粉RVA 譜特征值中的最高粘度和最低粘度影響效應(yīng)不同，但都表現(xiàn)為提高的作用（P＜0.05）。

表4 鎂處理對淀粉粘滯特性（RVA 譜）特征值的影響Table 4 Effect of magnesium treatments on characteristic value of starch viscosity（RVA spectrum）

圖5 比較分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Mg2（180 kg/hm2MgO）、 Mg3（270 kg/hm2MgO）處理顯著提高了‘秋田小町’的最高粘度和最低粘度，Mg3 處理效果最佳，最高粘度和最低粘度分別提高4.80%和9.02%。Mg3（270 kg/hm2MgO）顯著提高了‘彥粳軟玉1號’的最高粘度，增幅為3.36%。Mg1（90 kg/hm2MgO）顯著提高了‘秋田小町’的最高黏度和‘遼星1 號’的最低粘度，增幅分別為3.30%和4.53%?？偟膩砜?，鎂對不同品種淀粉RVA 譜特征值中的最高粘度和最低粘度影響效應(yīng)不同，但都表現(xiàn)為提高的作用（P＜0.05）。

圖5 鎂處理對最高粘度A 和最低粘度B 的影響Fig.5 Effect of magnesium treatment on peak viscosity and trough viscosity

3 討論

3.1 加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)分析

李金峰等［11］通過對多個品種試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前期施氮70%時，適當(dāng)施鎂肥可以提高水稻的整精米率?？子畹龋?2］研究表明，適當(dāng)施用Si、Mg 能夠提高水稻糙米率、精米率等外觀品質(zhì)指標(biāo)。楊文祥［8］、張堅勇［7］等研究表明鎂肥能夠降低水稻堊白粒率和堊白度。本研究也發(fā)現(xiàn)，鎂處理顯著影響3 種材料水稻的糙米率和精米率，對堊白粒率和堊白度影響不顯著，進(jìn)一步比較分析發(fā)現(xiàn)Mg1（90 kg/hm2MgO）相比對照顯著提高了‘遼星1 號’的糙米率和精米率，Mg2（180 kg/hm2MgO）處理相比對照顯著提高了‘秋田小町’的糙米率和精米率，但是鎂處理對軟米材料‘彥粳軟玉1 號’的糙米率、精米率和整精米率影響均不顯著，這可能與軟米材料品種本身的特性有關(guān)，也說明針對不同品種，合理選擇施鎂量是有助于其加工品質(zhì)改善的。

3.2 施鎂對軟米品種營養(yǎng)改善具有明顯效應(yīng)

鎂是作物生長發(fā)育的必需元素，是葉綠素分子的中心原子，是植物體內(nèi)多種酶的活化劑，在光合作用中起著重要的作用，鎂還能促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。而可溶性糖含量是影響稻米食味品質(zhì)的一個重要指標(biāo)，其形成與積累與光合作用息息相關(guān)。據(jù)報道，水稻外層的可溶性糖是影響其甜味的主要成分［13］，水稻食味品質(zhì)的改善很可能是通過光合作用調(diào)節(jié)糖、淀粉的積累和轉(zhuǎn)運進(jìn)而間接影響水稻食味。本研究發(fā)現(xiàn)，鎂對不同品種可溶性糖的影響效應(yīng)也不同，對于擁有較低直鏈淀粉含量的軟米材料，鎂處理平均分別比對照提高66.2%、67.0%、93.7%的蔗糖含量。其中Mg3（270 kg/hm2MgO）處理效果最好，可見施鎂有助于提高軟米品種甜味成分中的蔗糖含量，本研究中品種間的蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量存在明顯差異，而施鎂對兩個性狀沒有明顯差異，因此未來仍需要對不同品種類型間的性狀差異及其相關(guān)機制進(jìn)行廣泛研究。

3.3 施鎂對蒸煮食味品質(zhì)影響分析

日本諸多學(xué)者認(rèn)為Mg 及Mg/K 比值對稻米的品質(zhì)尤其是食味品質(zhì)影響很大［14-15］。楊文祥［8］等研究表明，隨著鎂濃度的增大，米飯的黏度、平衡度和綜合食味值增大，本研究也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過Mg2（180 kg/hm2MgO）、Mg3（270 kg/hm2MgO）處理均顯著提高了‘秋田小町’和‘遼星1 號’米飯食味計參數(shù)值中的外觀、黏度、平衡度和食味值，降低了米飯硬度，但是鎂處理對軟米品種‘彥粳軟玉1 號’米飯食味計參數(shù)值影響不顯著?？偟膩砜矗瑢τ谥辨湹矸酆枯^高的‘秋田小町’和‘遼星1 號’，鎂處理一定程度上改善了米飯的適口性。

3.4 淀粉粘滯特性（RVA 譜）特征值分析

水稻適口性表示人類在食用米飯時的感官感受，在影響水稻適口性的諸多因素中，淀粉的黏彈性是評價米飯適口性的重要指標(biāo)［16］。研究顯示，淀粉的黏彈性可利用快速粘度分析儀（RVA）加以評價，其峰值粘度、最低粘度、崩解值、最終粘性和回冷值等參數(shù)基本反映了淀粉在蒸煮，糊化過程的粘度變化。RVA 譜特征值是評價水稻適口性、蒸煮和加工品質(zhì)特征的重要指標(biāo)，優(yōu)良適口性品種具有高崩解值、低回冷值和最終粘度的特點，相反則適口性較差［17-19］。楊文祥等［7］試驗結(jié)果表明，施鎂肥提高了稻米RVA 譜特征值中的最高黏度、熱漿黏度和崩解值，降低了回復(fù)值、消減值和最終黏度。本研究發(fā)現(xiàn)Mg3（270 kg/hm2MgO）處理顯著提高了‘秋田小町’和‘彥粳軟玉1 號’的最高粘度，這與前人的研究結(jié)果基本相似，但是對于不同品種的影響效應(yīng)不同。

4 結(jié)論

對于直鏈淀粉含量偏高的‘秋田小町’和‘遼星1 號’，合理選擇施鎂量有助于提高其糙米率和精米率，改善米飯的外觀、黏度、平衡度和食味值，降低米飯硬度。而對于較低直鏈淀粉含量的軟米品種，施鎂有助于提高蔗糖含量。