生物菌肥对稻米营养品质的影响

生物菌肥对稻米营养品质的影响

水稻是人类最重要的食物种类之一。在亚洲人的食物组成中稻米约占49%,并提供人体摄取全部能量的35%、蛋白质的28%。因此稻米的营养品质直接关系到人体营养的有效供给水平。据报导,稻米籽粒中各种营养成份的含量种间差异较大,其遗传上普遍存在加和效应的特征,即某一成份的总量受多基因系统控制的数量性状遗传作用,并成为科学选育杂交水稻优良品种的重要基础。另外,对稻米栽培过程中的各种环境因素的影响,特别是在抽穗结实期间的光照、温度等气候条件以及叶面施肥等不同的农作技术方面对稻米营养物质积累的影响,在近几年也已成为研究重点。普遍的结果显示,稻米品质的形成是品种遗传特性和环境条件综合作用的结果。80年代国内外曾对小麦的营养品质与施肥关系做过较为系统的研究分析,但对水稻结实籽粒中的营养品质与施肥的关系报导较少。本文通过对水稻不同肥源培育的结实籽粒进行营养品质的初步测试与分析,探讨了稻米中多种营养成份与肥源中不同营养素水平之间的相互关系,这是从栽培学角度提高稻米营养品质研究的一个重要方面。1材料和方法1.1测试样本由常规品种化肥和中合牌生物菌肥分别育秧培育的中作8923水稻结实籽粒作为测试样品,由北京中合农业生物制品研制中心提供。1.2氨基酸自动仪器上海第二天平仪器厂SC69-02C型水分快速测定仪;日立公司产835-50氨基酸自动分析仪;日本津岛公司产LC-10A型高压液相色谱仪;日本津岛公司产RF-510型荧光计;美国产TJA110真空6道电感耦合等离子直读光谱仪(ICP)。1.3测定指标及方法样品处理:将两组稻米样品加工成去壳糙米,再用捣碎机制成米粉备用。粗蛋白、粗脂肪、维生素B1和维生素C、灰分、粗纤维均按国家食品检验测试方法,做平行样分析。常规氨基酸:盐酸水解样品,再用氨基酸自动分析仪测试。微量元素:用酸水解样品后,再用ICP分析元素含量。2结果与分析2.1以固氮菌为主的微生物有机肥在水稻各养分含量中的优化稻米营养品质指标主要包括粗蛋白、粗脂肪、粗纤维以及碳水化合物等常规项目。对两组稻米测试的结果表明,菌肥组蛋白质、脂肪、碳水化合物及纤维素含量比化肥组均有不同程度的提高(表1)。其中粗蛋白增加了3.27%,脂肪增加了6.74%。这一结果说明菌肥对稻米各营养成份具有一定的改善作用。育秧用生物菌肥是一类以固氮菌为主的多菌种微生物有机肥,在维持土壤氮素以及有机营养成份的供给方面比化肥组具有明显的优势。广谱共生型固氮菌的有效作用时间可伴随植物整个生育期,并能提供均衡、稳定的氮素营养,多年的相关实验和生产实践已证明,施用氮性肥以及在水稻生长的某些重要时期,特别是减数分裂期和抽穗结实期,增施氮性肥(包括叶面喷施技术的应用),可大幅度提高水稻的产量和稻米中蛋白质含量,增加水稻籽粒中各营养成份的积累。菌肥组稻米中的脂肪含量也有明显提高,增幅约为6.74%。据报导,稻米油脂中85%～94%的脂肪酸为油酸、亚油酸和棕榈酸等,其中不饱和酸以亚油酸为主,饱和酸则以棕榈酸为最多,此外还有亚麻酸、花生酸等。稻米脂肪的提高,不仅增加了人体对亚油酸、亚麻酸等必需脂肪酸的摄入量,同时还提高了稻米的外观品质和蒸煮品质,使蒸煮后的饭粒外表光泽度提高,且食味、香气均有提高。对维生素的测定表明,施用菌肥比施用化肥培育的稻米,维生素的含量有所提高,维生素B1和维生素C的含量分别增长了14.94%和7.99%。2.2营养品质对稻米氨基酸的氧化对酸解蛋白质样品中的氨基酸测定结果表明,两组稻米中16种氨基酸的含量有明显的差异(表2),其中大多数氨基酸均以菌肥组偏高,7种人体必需氨基酸含量占氨基酸总量,菌肥组为42.9%,化肥组为41.1%,其中的6种氨基酸菌肥组偏高;值得注意的是菌肥组稻米中测出了脯氨酸,含量约为0.22%,而化肥组却没有测出。这与中合牌生物菌肥中含有较高浓度脯氨酸的情况相吻合。在相同品种、相同农作技术条件下稻米籽粒含氨基酸的差异,可以认为是不同肥料营养差异的结果。植物根系细胞除了对无机氮分子具有较高的吸收率以外,还具有直接吸收各种氨基酸分子,而无需待其分解后再吸收的特性,表明植物对高级有机营养成份具有良好的吸收利用性能。氨基酸分子进入植株后被很快转运到代谢最旺盛的新生组织中,参与其他氨基酸的形成,并促进蛋白质的合成。特别在抽穗结实期间,不同器官的有机营养物主要向穗部转移,从而加强了穗部营养物质的积累。菌肥中丰富的氨基酸可以直接向植物提供大量高级氮性营养成份。这种营养一般是纯化肥所难以提供的。因而可以看出,土肥的营养成份与稻米营养品质之间有着内在的直接联系。从已报导的中合牌生物菌肥的成份分析来看,菌肥中含有非常丰富的氨基酸。其中游离氨基酸有30多种,蛋白质氨基酸有17种(因酸解破坏未检出色氨酸)。在蛋白质中,人体必需氨基酸(7种)约占其总量的42.32%,而脯氨酸的含量高达29.33%。水稻大量吸收外源性氨基酸的强度,在一定范围内随供给量的增加而增加,同时其他相关氨基酸的含量也会受此影响,表现出增长的趋势。穗中游离氨基酸、蛋白质含量均与外源性供给量在一定范围内呈正相关关系。因此稻米氨基酸品质特别是人体必需氨基酸的含量可以通过调节土肥中多种氨基酸的水平来加以提高。此外,对表2的分析还发现,两组稻米的氨基酸中的谷氨酸的含量都是最高的。这种情况同样出现在水稻植株的其他组织器官中。这是由于谷氨酸在整个氨基酸的合成代谢中起中心作用。它通过转氨基作用,参与形成各种氨基酸,还可以通过形成酰胺态参与植株对铵态氮(NH+4)的吸收、转运。因此在整个植株的各个器官组织中都存在谷氨酸含量偏高的现象,稻米籽粒亦如此。2.3变量测定2.3.1对稻米主要营养成分的影响稻米中的微量元素是稻米营养品质的重要组成。在特种稻如香稻、色稻等的营养成份中,微量元素更是特殊品质的指标。对分别用化肥和生物菌肥培育的中作8923水稻籽粒进行ICP元素分析(表3),结果显示糙米中的元素含量>1.0mg·g-1的有P、K、Mg;>10-2mg·g-1的有Ca、Na、Fe、Mn、Zn、Si;>10-3mg·g-1的有Al、Cu;>10-4mg·g-1的有Cr、Ba、Sr、Ni;最少的是Co,含量>10-5mg·g-1。一些有毒物质,如Cd、Li和Pb均未被检出,说明稻米的种植环境未被污染。从所测16种元素的情况来看,菌肥组多数元素的含量比化肥组有显著提高。含量明显增长的9种元素平均增幅为30.13%,其中一些对人体极为重要的营养元素如Ca、Si、Mn、Zn、Mg等增幅较大。另7种元素则有一定程度的下降,降幅平均为21.37%,Na、Co等元素的含量降幅较大。说明菌肥的使用对稻米籽粒中微量元素的含量具有较大程度的影响。表3的结果还表明,菌肥组稻米还具有低Na的特点。而低Na型食品被认为对人体健康非常有益。稻米在亚洲人的食谱中占有重要地位,因此培育低钠型稻米,对提高稻米营养品质,增进人体吸收和健康具有很大的作用。2.3.2含可溶性zn肥菌肥中含有较高浓度的微量元素,具有种类齐全、物理性能稳定、无有害元素如Cs、Pb等特性,施用后对土壤微量元素水平具有良好的矫正平衡的作用。而一般的单一性化肥并不能提供全价性微量元素。据报导,施用含可溶性SiO2或硅酸盐的Si肥可以提高植物根系发育,增加成熟期干物质积累,达到增产效果。含可溶性Zn+2的Zn肥同样具有促进水稻高产的特性,同时还提高了糙米中蛋白质、氨基酸的含量。但高浓度的Zn肥还要求高浓度的P肥与之配合,以满足植物生长所需求的P-Zn平衡。由此看来,Si肥、Zn肥的增产效应在一定程度上促进了N、P以及干物质在稻米籽粒中的积累。在某些区域性土壤中,有效Mn、Fe、Cu、Zn、Ca等元素含量较高,一些深层地下水往往也具有同样的特性,这或许是某些特种稻米只能在某一地区的局部土壤里种植的重要原因。就本试验的结果来看,向植物提供一定浓度的全价型微量元素,对稻米营养品质的改善具有较为积极的作用。3水稻植株营养品质应符合生物菌肥所提供的一些重要从上面的结果与分析中不难看出,水稻的良好生长以及籽粒的营养品质,除了遗传作用和气候条件外,还依赖于环境所能提供的均衡营养。不同营养因子的协调作用是保障水稻高产、高营养品质的重要基础。生物菌肥以多种活性微生物为主体配以某些发酵基料和营养添加剂,是一种新型多价全营养性有机肥。菌肥主要利用微生物作用将土肥中非有效态物质分子转化为可被植物有效吸收的营养分子,而且多为高级营养成份,如氨基酸、脂类和各种含氮、磷的有机分子等。应该说生物菌肥所提供给水稻植株的营养要比纯化肥更全面、更均衡,加上活性微生物的增殖作用,在较长时间内可保持养份的均衡供给能力和水平,这是促使植物良好生长、结实的重要原因之一。研究表明,单一品种化肥的使用,水稻产量低于氮、磷、钾混合使用后的产量,且蛋白质含量下降,而其他营养品质变化不大。但纯化肥长期使用对水稻的不利影响会引起产量递减、品质下降、蛋白质含量降低;有机肥则基本没有这种情况,并能长期保持高产量、高品质的持续性生产