香稻是水稻家族中的特殊成员，作为一种珍贵的特种水稻和功能稻，其栽培历史相当悠久，世界上各水稻生产国或地区几乎都有种植香稻。香稻因其香味浓郁和营养价值丰富而受到人们的青睐。研究证实了2-乙酰-1-吡咯啉(2-acetyl-1-pyrroline, 简称2-AP)是香稻香味特征化合物和主要香气贡献物(Buttery et al., 1982)，其含量在品种间存在差异(Buttery et al., 1983)。而且进一步的研究还证实了巴斯马蒂香型，茉莉香型等不同香味类型香稻中的香气主成分均为2-AP (Cordeiro et al., 2002; Jezussek et al., 2002; Wongpornchai et al., 2004)。

国际市场上著名的香米品种主要有Basmati品种群(巴基斯坦)、Jccrakasala(印度)、Khao Dawk Mali 105(泰国)、Scratns Malam(印尼)、Milagrosa(菲律宾)和Della (美国)等。中国的香稻资源也很丰富，如山东的曲阜香稻、陕西的洋县香米、广西的靖西香糯、广东的增城丝苗、湖南的江永香米、浙江的龙泉香稻和福建的过山香米等。现有的研究发现，香稻大多为地方品种，生态适应范围窄，具有很强的地域性。例如，山东曲阜香稻仅适合在城关、息陬一带种植(郑传刚和戴红燕, 2005)；湖南的江永香米产地只局限于江永县源口乡特定的1.67 hm²稻田，如种到其他地方，不但产量低，而且香味也消失(黄淑贞, 1990)。而巴基斯坦的香稻Basmati370引种到菲律宾种植时，香味则明显减少(van Quyen and Sharma, 2003)。可见，香味的形成与积累除了受遗传因素影响外，还与栽培过程中的土壤、气候等生态条件密切相关，是香味基因和环境互作的结果(Hossain et al., 2008; Sikdar et al., 2008; Ikram et al., 2009; Gaya et al., 2010)。本研究以中香1号和田东香两个籼型常规香稻品种为研究材料，采用气相色谱/质谱联用技术准确定量分析香稻中的特征化合物2-AP含量，并在此基础上比较了中国南方稻区中不同稻区不同生境间的香稻香味表达差异，以期对不同香稻品种间和地区间的香味表达的稳定性和适应性等进行评价，旨在为中国香稻稻区的种植区划和生产提供较为可靠的科学依据，同时也为不同稻区与不同生境香稻品种的选育与推广种植提供借鉴意义。 

1结果与分析
1.1香稻籽粒不同部位的2-AP含量分析
水稻籽粒通常是由稻壳和糙米组成，而糙米则可细分为果皮、种皮、糊粉层和胚乳淀粉组织，其中果皮、种皮和糊粉层在精米的加工过程中均形成糠(应兴华等, 2011)。因此，本文将香稻籽粒分成稻壳、糙米、糠和精米等4个部分，分别测定各部分中2-AP的含量，结果见表1。表1为种植在浙江富阳的两个香稻品种籽粒中不同部位的2-AP含量，从中可以看出，除谷壳外，两个香稻品种的糙米、糠和精米部分均能检出香稻的香味特征化合物2-AP。经Duncan氏新复极差法统计表明，在0.05水平上，糙米、精米和糠中的2-AP 浓度在香稻品种中香1号和田东香间存在显著差异。两个香稻品种的稻壳中均未检出2-AP。

表1 香稻籽粒不同部位中2-AP含量的比较 Table 1 Comparison of 2-AP contents in different parts of aromatic rice grain

1.2多点间香稻籽粒中的2-AP含量的差异性分析
表2为2009年11个试验点上种植的香稻品种中香1号和田东香籽粒糙米中香味主成分2-AP的含量。同一香稻品种在不同地点种植后，其香稻籽粒糙米中2-AP的含量各不相同。11个种植点同年收获的籽粒中，中香1号的2-AP含量为23.8 µg/kg ~221.6 µg/kg，田东香的2-AP含量为15.5 µg/kg ~105.4 µg/kg。经Duncan多重比较检验后发现，中香1号香稻籽粒糙米中2-AP的含量在湖北恩施、广西玉林、四川成都、江西南昌等7个生境间存在显著差异；而田东香籽粒糙米中2-AP的含量则在湖北恩施、江西南昌、河南信阳、广西玉林等6个生境间存在显著差异。其中，中香1号和田东香籽粒糙米中2-AP含量的最高值均出现在湖北恩施，其值分别为221.6 µg/kg和105.4 µg/kg，最低值则均出现在湖南常德，其值分别为23.8 µg/kg和15.5 µg/kg。

表2 不同生境中香稻籽粒糙米中2-AP的含量 Table 2 The 2-AP contents of aroma brown rice in different habitats

1.3不同稻区间香稻籽粒糙米中2-AP含量的差异性分析
参照中国水稻种植区划(中国水稻研究所, 1988)，表2中已列出各香稻种植试验点在中国水稻种植区划图中的所属稻区和稻亚区。从表2中可以看出11个试验点主要分布在中国南方稻区的华南双季稻稻区(Ⅰ)和华中双单季稻稻区(Ⅱ)，其中华南双季稻稻区主要集中在闽粤桂台平原丘陵双季稻亚区(Ⅰ1)，华中双单季稻稻作区(Ⅱ)则分布在长江中下游平原双单季稻亚区(Ⅱ1)、川陕盆地单季稻两熟亚区(Ⅱ2)和江南丘陵平原双季稻亚区(Ⅱ3)等三个稻亚区。

图1为不同稻区间香稻籽粒糙米中2-AP含量的差异性比较。从图中可以看出，中香1号和田东香在川陕盆地单季稻两熟亚区(Ⅱ2)种植后籽粒中2-AP的平均含量最高。经Duncan 多重比较检验后发现，在不同的稻亚区间中香1号和田东香的香味表达均存在显著差异。其中，中香1号在川陕盆地单季稻两熟亚区(Ⅱ2)种植后香稻籽粒糙米中2-AP含量与其它三个稻亚区间存在极显著差异，而田东香则在川陕盆地单季稻两熟亚区(Ⅱ2)和闽粤桂台平原丘陵双季稻亚区(Ⅰ1)、江南丘陵平原双季稻亚区(Ⅱ3)二个稻亚区间种植后香稻籽粒糙米中2-AP含量存在较显著差异。

图1 各稻区间香稻糙米中2-AP平均含量的差异性比较 Figure 1 Comparison of the 2-AP average contents in brown rice of different rice cropping regionalizations

1.4不同品种间香稻籽粒糙米中2-AP含量的地区稳定性分析
表3为不同生境以及不同稻亚区香稻籽粒糙米中2-AP的含量的变异水平。可以看出，中香1号在不同生境以及不同稻亚区籽粒糙米中2-AP含量的变异系数均高于田东香。由此可以看出，常规香稻品种田东香受地域环境的影响小，该品种的地区间品种稳定性较中香1号高。

表3 不同稻区不同生境香稻糙米中2-AP的含量的变异 Table 3 The deviations of 2-AP contents in different habitats and rice cropping sub-regions

2讨论
本研究参试的两个常规香稻品种的籽粒中均能检出2-AP，且2-AP的含量在两个品种间存在显著差异。而且2-AP在籽粒不同部位中的分布不同，主要集中在胚乳。籽粒中2-AP浓度含量为精米>糙米>糠>谷壳，究其原因可能是在水稻的整个生长期中，香稻籽粒中2-AP的累积主要集中在水稻籽粒灌浆期。这与日本学者的研究结果相类似，香稻品种Hieri和Miyakaori籽粒中2-AP 的含量均在抽穗后第28天达到最高(Tomio et al., 2004)。

本研究结果表明，香稻中香味主成分2-AP的累积和表达受种植地的生境影响显著，同一香稻品种在不同生境中种植后，其香稻籽粒中2-AP的含量差异显著。因此可以看出，香稻籽粒中香气主成分2-AP的含量除受品种的基因型制约外，环境中各生态因子也在很大程度上影响香稻籽粒中2-AP的表达量。2-AP是通过基因和环境条件共同作用而形成的，表现出典型的环境与基因型互作的特征。究其缘由，香稻种植地的气候条件和土壤条件可能是影响香稻香气积累和表达的关键因素。Yoshihashi研究小组发现影响香稻Khao Dawk Mali 105中2-AP含量的一个重要因素是干旱气候(Yoshihashi et al., 2004)。国内有学者研究发现香稻品种的产地特异性是源于香稻产地中土壤的特性。香稻产地土壤中的有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷含量以及铁、锰、铜、锌等微量元素含量均高于非产地(黄淑贞, 1990)。本研究中香稻品种中香1号和田东香籽粒中2-AP含量的最高值均出现在湖北恩施。通过其他学者对湖北恩施的土壤理化性质进行初步分析后发现，其有机质、全氮、阳离子交换量、速效磷和速效钾等均已达到了旱地土壤肥力Ⅱ级水平，其中有机质和速效钾的含量则达到了I级标准(戴文灿等, 2009)。相关研究说明，旱地土壤和土壤有机质、全氮和速效磷等因素都有可能是造成该地点香稻中2-AP含量较高的原因。此外，也有学者认为锌是水稻香味产生的必需元素之一(孙树侠和刘书城, 1991)。因此对于不同生境中土壤的各项理化指标以及微量元素锌含量与香味间的相关性有待于进一步深入研究。

此外，同一香稻品种其香味的表达量在南方稻区不同稻亚区间亦不相同，中香1号和田东香在川陕盆地单季稻两熟亚区种植后其籽粒糙米中的2-AP含量最高。原因可能是，各个稻区间海拔高度存在差异。已有的大量研究表明，水稻生长发育与稻作可发展地区的海拔密切相关。随着海拔升高，水稻生育期呈线性上升趋势，且不同类型的水稻品种生育期变化幅度不一样(罗学刚等, 1999; 袁继超等, 2005)。海拔高度不仅对水稻的产量有很大影响，而且水稻籽粒中的淀粉及蛋白质同样受生态条件影响, 籽粒蛋白质与海拔高度呈显著正相关, 与灌浆结实期日均温度和日照时数呈负相关(邓飞等, 2012)。本研究仅初步探讨了海拔高度与籽粒中香味2-AP含量之间的内在联系，至于两者间的内在关系还有待于深入的研究。本研究结果还表明，中香1号在不同稻区不同生境中香稻籽粒糙米中2-AP含量的变异系数均高于田东香，说明常规香稻品种中香1号较田东香更易受地域环境的影响，产生这一现象的原因可能与参试香稻品种间的遗传背景存在差异具有相关性。同时，该现象是否也为我们深入开展广适性香稻品种的选育工作提供了思路，相关的猜想亟需进一步的研究实证。

3材料与方法
3.1水稻材料和试验点
供试水稻品种为籼型常规香稻品种中香1号和田东香。在中国南方稻区选取11个不同生境的香稻种植试验点同时开展此项实验(全国农业技术推广服务中心和中国水稻研究所, 2008, 中国农业科学技术出版社, pp.5-16)，图2为11个不同生境的香稻种植试验点的分布图，图中d1为广东省高州市良种场、d2为广西壮族自治区玉林市农业科学研究所、d3为浙江省富阳市中国水稻研究所皇天畈试验区、d4为江苏省扬州市里下河地区农业科学研究所、d5为河南省信阳市农业科学研究所、d6为安徽省黄山市种子站、d7为湖北省恩施州种子管理局、d8为四川省成都市省原良种试验站、d9为陕西省汉中市农业科学研究所、d10为湖南省常德市贺家山原种场、d11为江西省南昌市省种子站。
 

图2 香稻种植点的采样分布图 Figure 2 Distribution of the aromatic rice cropping regions

各试验点划分专门田块单独种植生产，每品种1个小区，小区面积5 m²，重复种植3次。香稻全生育期栽培管理措施按当地大田生产习惯，中等偏下肥力，防治病虫，黄熟时及时收获，手工轻搓脱粒，自然适温晾晒，确保样品谷黄熟饱满、无病虫害、无穗发芽、无霉变，收种时谷样含水量控制在13-14%。

3.2香稻中2-乙酰基吡咯啉含量的测定
3.2.1样品预处理
种子收获后均采用晾干至标准含水量，然后采用试验用脱壳机(Satake THU-35A, 日本)脱壳，用国产的精米机(JMJ-100型, 中国)碾成去糠率为10%左右的精米(相当于国标特等米精度)，精米经配有0.42 mm筛片的样品磨(Cyclo Tec 1093, 瑞士)磨成糙米粉后备用。糙米、精米和糠的2-AP制备参照文献的测定方法(应兴华等, 2010)。

3.2.2香稻中2-AP含量的测定
稻壳、糙米和精米的2-AP及TMP的定性分析采用NIST库检索，2-AP的定量分析采用内标法。仪器色谱条件、质谱条件、进样方法和2-AP含量标定方法参照文献的分析方法(应兴华等, 2010)。 

3.3数据统计与分析
采用excel和DPS数据处理软件对实验数据进行统计与分析(唐启义和冯明光, 2002)。

4结论
香味基因的表达与香味产物2-AP的累积受生境的影响显著。中香1号与田东香分别在7个和6个生境间，籽粒糙米中2-AP的含量存在显著差异。两个香稻品种中2-AP含量的最高值均出现在湖北恩施，最低值则均出现在湖南常德。同一香稻品种其香味的表达量在南方稻区的不同稻亚区间亦不相同，中香1号和田东香在川陕盆地单季稻两熟亚区种植后其籽粒糙米中的2-AP含量最高，且与其它稻亚区间存在显著差异。不同香稻品种其香味表达量受地域环境的影响程度不同，中香1号在不同稻区不同生境中香稻籽粒糙米中2-AP含量的变异系数均高于田东香，说明常规香稻品种中香1号较田东香更易受地域环境的影响，田东香的地区间品种稳定性则优于中香1号。

作者贡献
徐霞和陈能是本研究的实验设计和实验研究的执行人；应兴华完成数据分析和论文初稿的写作；唐绍清参与实验设计；吴建利是项目的构思者及负责人，指导实验设计，数据分析，论文写作与修改。全体作者都阅读并同意最终的文本。

致谢
本研究由国家863计划项目(2012AA101102, 2011AA10A101)和浙江省超级稻重点实验室项目(2013E10021)共同资助。感谢中国水稻研究所王惠梅老师在香稻采样点分布图绘制中的帮助。