全 文 ：安宁河流域稻米生化品质与气候条件的关系*
彭国照1* * 柏 建2 王景波3
( 1 中国气象局成都高原气象研究所, 成都 610071; 2四川省农业气象中心,成都 610071; 3 凉山州气象局, 西昌 615000)
摘要 通过! 合系 39∀在四川安宁河流域无控制的地理分期播种大田试验及稻米生化品质室内分析 ,定
量研究了从穗前 40 d 到成熟期各阶段气象条件对稻米生化品质的影响及关键时期,建立了稻米生化品质
各组分与关键期平均温度、温度日较差和日照时数的综合关系模型. 结果表明,气候生态条件对稻米生化
品质各组分有重要影响, 且不同组分的影响形式和关键时期不同. 其组分与气候生态因子最显著相关的时
段或在齐穗前, 或在齐穗后,或从齐穗前持续到齐穗后.该模型于 2002~ 2003年应用在安宁河流域优质稻
生产决策中, 累计推广优质稻 7 3# 104 hm2 ,较 2001 年增加 3 0# 104 hm2 ,农民增收 2 亿元, 促进了优质
稻的迅速发展.
关键词 稻米 生化品质 气候条件 安宁河流域
文章编号 1001- 9332( 2004) 12- 2277- 05 中图分类号 S162 5 文献标识码 A
Relationships between biochemical qualities of paddy rice and climate conditions in the Anning River Valley.
PENG Guozhao1 , BA I Jian2, WANG Jingbo3 ( 1 I nstitute of Plateau Meteorology , China Meteorological Adminis
tr ation , Chengdu 610071, China; 2Agrometeorological Center of Sichuan Province, Chengdu 610071, China;
3Meteor ology Bur eau of L iangshan S tate , X ichang 615000, China ) . Chin . J . A pp l . Ecol . , 2004, 15 ( 12) :
2277~ 2281.
Base on the exper imental data of paddy r ice planted geographically periodically without control in the Anning
River Valley of Sichuan Prov ince, this paper quant itat ively analyzed the effects of met eorolo gical conditions from
40 days before heading to r ipeness on the biochemical qualities o f paddy rice, and developed a model about the in
teg rated relationships betw een biochemical qualities of paddy rice and mean temperature, daily range of tempera
ture and daylight hours, w hich would be of significance both for the instruction of paddy distribution in the An
ning River Valley and for improv ing rice qualities via adjusting planting time. The results show ed that climate
conditions had a great effect on the biochemical qualities of paddy r ice, which was different in w ays and in critical
periods. T he period w hen the cor relation between some ingr edients of r ice and climate conditions w as most signif
icant was before or after , or from before to after full heading , w hich widened the existing knowledge about the
period which w as important for paddy r ice qualities forming. Applying this finding in t he Anning River Valley
during 2002~ 2003, the accumulated highgrade paddy farming area stood at 73 000 hm2 , 30 000 hm2 more than
that in 2001, and brought 0 2 billion yuan increament to the peasants, pr omot ing t he development of highgrade
paddy gr eatly .
Key words Paddy r ice, Biochemical qualities, Climate conditions, Anning River Valley.
* 国家自然科学基金项目( 40375031)和四川省气象局重点资助项目
( 20001) .
* * 通讯联系人.
2004- 01- 16收稿, 2004- 06- 07接受.
1 引 言
稻米品质包括外观品质和生化品质.二者具有
一定的相关性[ 8, 11, 21] 前者主要由遗传因素确定,
受环境影响相对较小,可通过在育种中加以选育、改
良[ 9] ;而生化品质除品种特性以外, 更多的是随环
境因素的变化而变化[ 14, 22, 24, 31] ,因而常常出现同一
品种在不同地方种植稻米品质相异的现象. 关于稻
米生化品质与气候生态因子的关系,国内外学者进
行了大量的研究[ 2, 3, 5~ 7, 9, 10, 12, 13, 15~ 18, 20, 25~ 27, 30] ,
有关稻米品质在我国的区域分布特征也取得较丰富
的成果[ 1, 28, 29] . 在研究的时段上, 多集中在灌浆结
实阶段[ 18, 25~ 27] , 未考虑齐穗之前气候条件的影响,
且因使用的试验方法、地域和品种不同,结论往往不
一致[ 4, 19, 23] ,反映了稻米品质变化的复杂性.
安宁河流域地处我国云贵高原、青藏高原与四
川盆地的过渡地带, 包括四川凉山彝族自治州和攀
枝花市, 海拔高 950~ 2 400 m, 地形复杂, 日照多,
温度偏低,是四川省的一个特殊稻区.该地区水稻常
年种植面积约在 8 # 104 hm 2,占夏粮作物种植面积
的 22%,总产量占夏粮总产量的 33% ~ 34%, 在农
业中占有重要地位. 随着人民生活水平的提高和市
场经济的发展, 特别是加入WTO后,作物的优质高
产是农业生产追求的主要目标. 但在该流域复杂的
应 用 生 态 学 报 2004年 12 月 第 15 卷 第 12 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 2004, 15( 12)∃2277~ 2281
气候生态背景下,气候条件对稻米生化品质的影响
缺乏深入的定量研究,品种布局、播期安排带有一定
的盲目性, 限制了优质稻的规模发展和气候资源优
势的发挥. 1994年,地方政府大力提倡发展优质稻,
但到 2001年,安宁河流域优质稻面积仅 067 # 104
hm2,还不到水稻面积的 10% . 为此, 开展了无控制
条件下地理分期播种试验, 旨在定量研究气象条件
对稻米生化品质的影响及其关键时期, 并建立关系
模型,为该区域优质稻米生产布局提供科学依据, 为
提高稻米品质提供技术支持, 促进优质稻的规模发
展.
2 材料与方法
21 供试品种和处理
水稻品种为粳稻!合系 39 号∀.
2001年, 在四川省安宁河流域上、中游稻区的西昌(海
拔 1 550 m)、冕宁(海拔 1 770 m)选择土壤肥力中等或中等
偏上的田块 ,与当地气象台站所处海拔高度< 50 m,且有水
源保证. 试验小区面积 13 3 m2, 3 次重复, 随机排列, 2001
年 3月 25 日~ 5 月 15 日每隔 10 d 播 1 期, 共 6 期. 移栽规
格、施肥量、施肥方式与当地大田生产相同.
22 研究方法
将成熟收获的前 5 期(由于第 6 期不能正常成熟)稻谷
晒干送四川省农业科学院中心实验室分析粗蛋白、直链淀
粉、支链淀粉和 17 种氨基酸. 氨基酸采用日立 83550 型高
速氨基酸分析仪测定.
从齐穗前 40 d到穗后 10 d 之间, 每隔 5 d 作为一个起
点,向后分别以 10、15、20、25、30 和35 d作为统计时段长度,
统计各时段( 11# 6= 66 个时段)及齐穗到成熟期间共 67 个
时段的平均温度、最高温度、最低温度、温度日较差平均和总
日照时数,采用直线、曲线(指数、对数、抛物线)回归方法, 分
析稻米生化品质各分量与气象要素之间的关系.
3 结果与分析
31 温度对稻米生化品质的影响
由表 1可以看出,各时段温度与稻米生化品质
密切相关,除蛋氨酸 Met、脯氨酸 Pro 达到 5%的显
著性检验外,其余都达到 1%的显著性检验水平. 但
其组分的生化品质不同, 与温度的关系及影响的关
键时期也不同.
氨基酸总量、蛋白质表征稻米营养品质的重要
成分,直链淀粉则与稻米的蒸煮品质密切相关,直链
淀粉含量低则蒸煮品质较好. 由图 1可见,氨基酸总
量、蛋白质、直链淀粉与各时段的平均温度呈直线负
相关, 相关最显著的时段(即关键时段)分别为 0~
35 d、0 ~ 3 5 d和- 5 ~ 3 0 d , 相关系数分别达
表 1 稻米品质与温度因子的最大相关系数和关键时期
Table 1 Relationship between bio chemical qual ity of rice and tempera
ture
生化品质组分
Biochemical quality
component
最大相关系数
Max
correlation
coefficient
关键时段
Key
period
关系式
Relationshipmodel
P
蛋白质 Protein - 09828 0~ 35 Y= - 0 6835 T+ 21018 * *
直链淀粉 AC - 08836 - 5~ 30 Y= - 0 4033 T+ 25931 * *
氨基酸总量Amino acid - 09530 0~ 35 Y= - 0 6282 T+ 19555 * *
支链淀粉Amylopectin 09311 5~ 30 Y= 47 534 T- 12135 T2- 40076 * *
天门冬氨酸A sp - 09774 - 15~ 20 Y= - 0 0495 T+ 16528 * *
苏氨酸 Thr - 09267 - 25~ - 10 Y= - 0 0258N + 06982 * *
丝氨酸 Ser - 09318 - 15~ 20 Y= - 0 0279 T+ 09027 * *
谷氨酸 Glu - 09705 10~ 45 Y= - 0 1826N + 45853 * *
甘氨酸 Gly - 08631 10~ 35 Y= - 0 0225 T+ 07443 * *
丙氨酸Ala - 09160 5~ 40 Y= - 0 0512X + 16658 * *
胱氨酸 CysCys 08372 - 30~ - 20 Y= - 03573X+ 00063X2+ 51917 * *
缬氨酸 Val 08437 0~ 30 Y= - 21708T+ 00561T2+ 214340 * *
蛋氨酸 Met - 07423 10~ 35 Y= - 0 0225X + 06257 *
异亮氨酸 Ieu - 09317 - 40~ - 10 Y= - 0 0377 T+ 11737 * *
亮氨酸 Leu - 09463 0~ 30 Y= - 0 0694N + 18093 * *
酪氨酸 Tyr - 09194 0~ 30 Y= - 0 0462N + 10782 * *
苯丙氨酸 Phe - 08760 10~ 45 Y= - 0 0286N + 08967 * *
赖氨酸 Lys - 08825 0~ 35 Y= - 0 0242 T+ 07442 * *
组氨酸His - 08056 - 5~ 5 Y= - 0 0110N + 03474 * *
精氨酸A rg - 08916 - 30~ - 15 Y= - 0 0522X + 21929 * *
脯氨酸 Pro 07837 5~ 35 Y= 27731 T- 00731T2- 259797
T、X、N:关键阶段平均温度、平均最高温度和平均最低温度 T , X, N
is mean and max. and min. temperature respectively.关键时段以齐穗期
作为 0点,齐穗前为负, 齐穗后为正 T assel date is 0, before tassel is
negat ive, af ter tassel is posit ive; * P < 005; * * P < 001.下同 The
same below .
图 1 稻米生化品质与关键期平均温度的关系
Fig. 1 Relat ionship betw een bio chemical qualit y of rice and mean tem
perature during key period.
1)蛋白质 Protein; 2)氨基酸Amino acid; 3)直链淀粉 Amylose.
- 09530、- 09828和- 08836,通过 1%的显著性
检验.随着关键时段平均温度的升高( 1 % ) , 其含量
分别下降 06282%、06835%和 04033%, 表明在
一定范围内, 关键期平均温度的升高不利于稻米营
养品质增加, 但在一定程度上提高了稻米的蒸煮品
质.
2278 应 用 生 态 学 报 15卷
支链淀粉与平均温度的关系随时段而不同, 有
直线型和抛物线型,但相关最显著的还是抛物线型
(图 2) . 影响的关键时段为 5~ 30 d, 相关系数为
09311,其统计关系式为 Y 支链淀粉= 47534 T 5~ 30 d
- 12135 T 25~ 30 d- 40076.将该式求导并令导数为
0,得到抛物线顶点温度为 196 % , 即在 196 % 以
下随着温度升高,支链淀粉含量增加;在 196 % 以
上随着温度升高,支链淀粉含量下降.
图 2 支链淀粉与平均温度的关系
Fig. 2 Relat ionship betw een am ylopect in content and mean temperature
during k ey period.
氨基酸的 17种组分对温度的反应比较复杂, 影
响的关键时段也不同. 平均温度与天门冬氨酸
(Asp)、丝氨酸( Ser)、甘氨酸( Gly)、异亮氨酸( Ieu)、
赖氨酸( Lys)关系密切;最低温度与苏氨酸( Thr )、
谷氨酸 ( Glu)、亮氨酸( Leu)、酪氨酸( Tyr)、苯丙氨
酸( Phe)、组氨酸( His)关系密切;最高温度与丙氨酸
(Ala)、精氨酸 ( Arg )、蛋氨酸( Met )关系密切. 但都
随着温度的升高而降低, 呈显著的直线负相关. M et
的显著性检验略差,仅达 5%的显著检验水平.而缬
氨酸( Val)、脯氨酸( P ro )、胱氨酸( CysCys)与温度
呈抛物线关系, 最大相关系数也仅达 5%的显著检
验水平.影响的关键时段有 3 种情况: 一是在齐穗
前,如 Thr、CysCys、Ieu和 Arg 都主要在穗前( - 40
~ - 10 d)形成,存储在茎杆和叶片中,灌浆期间再
转移到子粒中; 二是在齐穗后, 如 Glu、Gly、Ala、
Met、Val、Leu、T yr、Lys、Phe、Pro 主要在穗后形成;
三是从齐穗前持续到齐穗后, 如 Asp、Ser 和 His在
孕穗后期到灌浆中前期形成.
32 气温日较差对稻米品质的影响
统计结果表明,各统计时段温度日较差与稻米生
化品质各组分的关系均为线性关系,通过筛选普查,
其最大相关系数和关键时段如表 2.支链淀粉与气温
日较差呈正相关,关键时段为- 5~ 30 d, 相关系数达
08307,通过 1%的显著性检验,随着关键期温度日较
差的增大,有利于支链淀粉含量的提高.此外,直链淀
粉、蛋白质、氨基酸总量及 17种氨基酸分量都与温度
日较差呈负相关,但不同组分的关键期不同.总的趋
势是随着关键期温度日较差的增大,其组分含量有降
低的趋势.其中直链淀粉、蛋白质、氨基酸总量及Asp、
Thr、Ser、Glu、Ala、Met、Phe、Arg和Pro 都达到1%以上
的显著性检验水平,而Gly、Ieu、Leu、Tyr、Lys和His仅
通过 5%的显著性检验. CysCys及 Val与温度日较差
的关系较差,未通过 5%的显著性检验,气温日较差
的大小对其影响不大.
表 2 温度日较差、日照时数对稻米生化品质的影响及关键时期
Table 2 Effect of diurnal range of temperature and sun times of rice quali ty and its keyperiod
生化品质组分
Biochemical quality
温度日较差 Diurnal range of temperature
Max. R Key period P
日照时数 Sun times compon ent
Max. R Key period P
直链淀粉 AC - 08100 - 30~ - 15 * * - 07746 - 30~ - 15 * *
支链淀粉 Amylopect in 08307 - 5~ 30 * * 08089 - 5~ 30 * *
蛋白质 Protein - 08525 0~ 35 * * - 08673 - 5~ 30 * *
氨基酸总量 Amino acid - 08488 - 5~ 30 * * - 08773 - 5~ 30 * *
门冬氨酸 Asp - 08955 - 5~ 30 * * - 09237 - 5~ 30 * *
苏氨酸 T hr - 08643 - 5~ 30 * * - 08898 - 5~ 30 * *
丝氨酸 Ser - 09074 - 5~ 30 * * - 09437 - 5~ 30 * *
谷氨酸 Glu - 08662 - 5~ 30 * * - 08877 - 5~ 30 * *
甘氨酸 Gly - 07577 - 30~ - 15 * - 07344 - 30~ - 15 *
丙氨酸 Ala - 07966 0~ 35 * * - 07713 0~ 35 * *
胱氨酸 CysCys - 05837 - 40~ - 25 - 05202 10~ 35 * *
缬氨酸 Val - 05679 - 40~ - 10 - 05435 - 40~ - 10 * *
蛋氨酸 Met - 07723 0~ 35 * * - 07839 0~ 35 * *
异亮氨酸 Ieu - 07265 - 5~ 30 * - 07783 - 5~ 30 * *
亮氨酸 Leu - 07054 - 30~ - 10 * - 07457 - 5~ 30 *
酪氨酸 T yr - 07264 - 30~ - 10 * - 07494 - 5~ 30 *
苯丙氨酸 Phe - 07932 - 5~ 30 * * - 08063 - 5~ 30 * *
赖氨酸 Lys - 07623 - 30~ - 20 * - 07707 - 5~ 30 * *
组氨酸 His - 06414 - 5~ 30 * - 06850 - 5~ 30 *
精氨酸 Arg - 08846 - 30~ - 15 * * - 08956 - 30~ - 15 * *
脯氨酸 Pro - 08324 - 35~ - 25 * * 06216 - 40~ - 10
227912 期 彭国照等: 安宁河流域稻米生化品质与气候条件的关系
33 日照时数对稻米生化品质的影响
由表 2可见, 生化品质各组分均以对数曲线的
相关最好.支链淀粉与- 5~ 30 d日照时数呈正相
关,相关系数为 08089, 达 1%的显著性检验水平.
直链淀粉、蛋白质、氨基酸总量以及除 Pro 之外的
16种氨基酸分量和关键期日照时数均呈负相关, 日
照时数的增加使这些组分含量呈下降趋势. Pro 与
- 40~ - 10 d期间日照时数呈正相关. 但 CysCys、
Val、Pro 相关性较差, 未能通过 5%的显著性检验,
说明这些氨基酸组分对日照的变化不敏感. 随着关
键期日照时数的增加, 有利于降低稻米的直链淀粉
含量,提高稻米的口感品质,但蛋白质、氨基酸含量
则随之降低.这与前人的研究结果基本一致[ 9, 17] .
34 稻米生化品质各组分综合气象模型及其应用
为了综合考虑温度、温度日较差和日照时数的
影响, 并据此评估不同地区气候生态条件对稻米生
化品质的影响, 或根据各地气象条件确定适宜种植
地区及播期,有必要建立各组分的综合气象模型. 由
于同一时期的日照时数、温度日较差之间存在较显
著的相关性,独立性较差,或者有些因子虽与稻米生
化品质组分的单相关统计较显著, 但综合而言,贡献
率较低,因此利用本试验资料,采用逐步回归分析来
建立综合模型. 综合模型共有 21个,限于篇幅,仅列
出蛋白质、总氨基酸、直链淀粉、支链淀粉与气象要
素的综合模型:
y直链淀粉 = - 029793T - 5~ 30 - 0 22005c- 30~ - 15 +
26 1
R = 0 9010, F(2, 7) = 151 > F001( 2, 7) = 955
y支链淀粉 = 3636565T 5~ 30 - 093075 T 25~ 30 +
12855c- 5~ 30 - 3001
R = 0 9339, F(3, 6) = 136 > F001( 3, 6) = 978
y蛋白质 = - 0 67858T 0~ 35 - 002063 Ln( S- 5~ 30) +
21 01084
R = 0 9813, F(2, 7) = 911 > F001( 2, 7) = 955
y总氨基酸 = - 053711T 0~ 35 - 03802 Ln( S- 5~ 30) +
19 43183
R = 0 9580, F(2, 7) = 391 > F001( 2, 7) = 95540
式中, T、c、S 分别表示关键时段的平均温度、温度
日较差平均和累计日照时数, 下标表示关键时段, 以
齐穗期为 0点, 齐穗前为负, 齐穗后为正. 以上各式
均达到 1% 的显著检验水平. 直链淀粉、支链淀粉的
主导气象因子为关键期的平均温度和温度日较差,
蛋白质、氨基酸的主导气象因子为关键期的平均温
度和日照时数, 且各项系数的符号与前面单因子分
析结果相同.从各式的偏回归系数可以看出,温度的
作用是第一位的, 其次才是日照时数或温度日较差.
应用综合模式可以推算稻米品质在安宁河流域的分
布特征,也可以确定高产优质的适宜播期,生产上可
根据其对各生化品质组分的具体要求作出决策, 具
有重要的生产意义[ 30] .
利用安宁河流域气候资料及山地气候剖面考察
资料, 采用气候和小气候分析方法, 建立关键期平
均、日照时数、温度日较差的空间分布模型 f i =
f ( h, , , !, ∀) , f i 为气候生态要素, h、、 、!、∀
分别为海拔高度、经度、纬度、坡度和坡向;其次,利
用国家 1∃250 000地理信息系统资料和 GIS 技术,
根据稻米生化品质综合模型模拟计算出不同播期情
况下生化品质各种组分在安宁河流域的分布,结合
优质稻国家标准! GB/ T178911999∀,选择合适的播
期和该品种的适宜种植区域. 2002~ 2003年在安宁
河流域生产中应用 73 # 104 hm2, 较 2001 年增加
30# 104 hm2, 达到优质、高产的目的, 农民增收 2
亿元,促进了安宁河流域优质稻的迅速发展,收到显
著的社会经济效益.
4 结 论
41 温度是影响稻米生化品质的重要环境因素,不
同组分的影响形式和关键时期不同. 温度影响蛋白
质、总氨基酸、直链淀粉的关键时期在- 5~ 30 d之
间,随着关键期平均温度的升高, 其含量下降;支链
淀粉含量与 5~ 30 d平均温度呈凸抛物线关系, 温
度较低时,随着温度升高含量增加; 当温度较高时,
随着温度的升高而减少.其原因有待进一步研究.温
度对 17种氨基酸分量的影响比较复杂,影响的关键
时段也不同. 有的关键时期在齐穗前, 有的在齐穗
后,有的从齐穗前持续到齐穗后.
42 温度日较差、日照时数对稻米生化品质的影响
形式具有一致性. 稻米生化品质与温度日较差呈线
性关系,与日照时数呈对数关系.仅支链淀粉与温度
日较差、日照时数呈正相关,直链淀粉、蛋白质、氨基
酸及氨基酸的 17种分量都呈负相关,表明日照时数
的增多和温度日较差的增大,有利于提高支链淀粉
的分量,降低直链淀粉的含量, 增加稻米的食口性,
但不利于提高蛋白质、氨基酸的含量,使稻米的营养
品质降低.
43 本文提出气候生态因子对稻米生化品质影响
的关键时期,为优质稻品种布局和播期安排的调整,
获得稻米优质高产提供了依据和方法, 应用于生产
2280 应 用 生 态 学 报 15卷
中收到显著的社会经济效益. 将其推广到其它类似
高原稻区和四川盆周山地稻区, 将能发挥更大的作
用.
致谢 承蒙中国气象科学研究院王石立研究员指导.
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作者简介 彭国照, 男, 1958 年生,副研究员, 主要从事气候
生态和应用气象学研究, 发表论文 30 多篇. T el: 028
87384055; Email: pgzhao567@ sina. com
228112 期 彭国照等: 安宁河流域稻米生化品质与气候条件的关系