灌漿期遮陰對(duì)小麥胚乳淀粉粒度分布及糊化特性的影響

袁建新，李文陽(yáng)，李 瑞，譚 植，魏 鵬，袁雅妮，閆素輝

(安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院，安徽鳳陽(yáng) 33100)

淀粉是小麥籽粒的主要組成部分，約占籽粒總干重的65%～70%[1]。根據(jù)小麥淀粉粒大小(0.1～100 μm)和理化特性差異，通常將小麥籽粒淀粉粒分為A型淀粉粒(≥10 μm)、B型淀粉粒(<10 μm)[2-5]，少數(shù)學(xué)者將小于5 μm的淀粉粒劃分為C型淀粉粒[6]。淀粉粒度分布特征是小麥淀粉的重要性狀之一，決定了籽粒品質(zhì)[7]，且對(duì)淀粉的糊化、回生、熱力學(xué)等特性存在顯著影響，進(jìn)而影響面粉的加工品質(zhì)和制成品品質(zhì)[8-9]。

安徽省沿淮地區(qū)是冬小麥重要的生產(chǎn)基地之一，地處黃淮冬麥區(qū)南端，長(zhǎng)江中下游麥區(qū)北端，屬過(guò)渡性氣候，自然災(zāi)害頻繁[10]。沿淮地區(qū)每年的3-5月份經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)階段性陰雨天氣，引起耕作層土壤濕度過(guò)大，小麥根系缺氧乏力，干物質(zhì)累積少，千粒重下降等[11]，導(dǎo)致小麥的品質(zhì)和產(chǎn)量大幅度降低。生產(chǎn)上為了追求高產(chǎn)，不斷擴(kuò)大小麥群體的種植密度，造成群體內(nèi)光照不足，對(duì)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育造成了嚴(yán)重的影響。近50年來(lái)，在中國(guó)地面太陽(yáng)總輻射下降的背景下，安徽省太陽(yáng)總輻射量亦呈現(xiàn)較為明顯的減少趨勢(shì)[12-13]。陰雨天氣頻繁、群體密度增加、太陽(yáng)輻射下降等，對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善造成影響。光照強(qiáng)度是影響小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的重要環(huán)境因子[14]，光照不足會(huì)直接或間接影響小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量及品質(zhì)形成。淀粉粒度分布是決定淀粉品質(zhì)的重要因素，然而對(duì)于沿淮地區(qū)弱光對(duì)小麥籽粒淀粉粒粒度分布和籽粒品質(zhì)形成的相關(guān)報(bào)道并不多。

因此，本試驗(yàn)以沿淮地區(qū)種植的幾個(gè)小麥品種揚(yáng)麥13、寧麥13和煙農(nóng)19為材料，在田間進(jìn)行灌漿期遮陰處理，研究灌漿期遮陰對(duì)小麥胚乳淀粉粒分布及淀粉糊化參數(shù)的影響，旨在為沿淮地區(qū)小麥籽粒品質(zhì)改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為揚(yáng)麥13(YM13)、寧麥13(NM13)和煙農(nóng)19(YN19)。在安徽科技學(xué)院農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。設(shè)置籽粒灌漿階段30%遮陰處理(SH)和對(duì)照處理(CK)，隨機(jī)區(qū)組排列,每個(gè)小區(qū)的面積為9 m2(3 m×3 m)，行距25 cm，3次重復(fù)。遮陰處理方式：在開(kāi)花期至成熟期，用竹桿搭建框架，在框架上覆蓋透光率為70%的遮光網(wǎng)，距離小麥冠層頂部約80 cm，保證遮光群體通風(fēng)狀況良好。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 淀粉粒的提取

參照Peng等[15]、蔡瑞國(guó)等[16]的方法提取小麥籽粒淀粉粒。

1.2.2 品質(zhì)性狀的測(cè)定

小麥于成熟期收獲，進(jìn)行測(cè)產(chǎn)及室內(nèi)考種。籽粒收獲后放入冷藏室貯藏三個(gè)月，用瑞典波通公司DA7200近紅外分析儀對(duì)小麥籽粒品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 糊化參數(shù)的測(cè)定

使用Perten公司的Starchmaster-2型快速黏度分析儀測(cè)定。每個(gè)處理取3 g面粉，加入25 mL蒸餾水，攪勻后置于快速黏度分析儀中測(cè)定峰值粘度、低谷粘度、稀懈值、最終粘度、回升值等指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003和DPS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陰對(duì)小麥籽粒淀粉粒體積分布的影響

由圖1可以看出，小麥籽粒淀粉粒體積分布呈雙峰曲線，3個(gè)小麥品種在對(duì)照和遮陰處理下表現(xiàn)趨勢(shì)相同。由表1可以發(fā)現(xiàn)，遮陰顯著降低<10 μm的B型淀粉粒體積占比，而使>10 μm的A型淀粉粒體積占比上升。與對(duì)照比較，揚(yáng)麥13、寧麥13、煙農(nóng)19遮陰處理下<5 μm的淀粉粒體積占比分別降低了13.56%、15.56%和 24.84%；5～10 μm淀粉粒體積占比揚(yáng)麥13升高4.06%，寧麥13和煙農(nóng)19分別降低16.31%和11.43%。A型淀粉粒中，3個(gè)小麥品種10～20 μm的淀粉粒體積占比顯著上升，揚(yáng)麥13、寧麥13、煙農(nóng)19分別上升了42.34%、38.10%和 66.67%，而>20 μm的淀粉粒體積占比均顯著下降，說(shuō)明A型淀粉粒體積占比的增加主要是 10～20 μm的淀粉粒體積占比上升所致。

表1 小麥籽粒淀粉粒體積分布

圖1 小麥籽粒淀粉粒體積分布

2.2 遮陰對(duì)小麥籽粒淀粉粒表面積分布的影響

3個(gè)小麥品種淀粉粒的表面積分布呈雙峰曲線，且對(duì)照與遮陰處理的趨勢(shì)一致(圖2)。由表2可知，與對(duì)照比較，遮陰處理下3個(gè)小麥品種的B型淀粉粒表面積占比顯著減少，而A型淀粉粒的表面積占比顯著增加。具體表現(xiàn)為，A型淀粉粒中，10～20 μm淀粉粒表面積占比顯著增加，揚(yáng)麥13、寧麥13、煙農(nóng)19分別增加了55.24%、 57.14%和95.36%，3個(gè)小麥品種>20 μm淀粉粒表面積占比下降，但未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明A型淀粉粒表面積占比的增加主要是10～20 μm的淀粉粒表面積占比上升所致；B型淀粉粒表面積顯著降低，其中，揚(yáng)麥13、寧麥13、煙農(nóng)19的<5 μm淀粉粒表面積占比分別降低了11.30%、 6.42%和10.93%；5～10 μm淀粉粒表面積占比揚(yáng)麥13上升了 6.04%，寧麥13、煙農(nóng)19分別降低了9.43%和 4.86%。

表2 小麥籽粒淀粉粒表面積分布

圖2 小麥籽粒淀粉粒表面積分布

2.3 遮陰對(duì)小麥籽粒淀粉粒數(shù)目分布的影響

3個(gè)小麥品種淀粉粒數(shù)目分布均呈單峰曲線分布(圖3)，<5 μm和<10 μm淀粉粒數(shù)目占比為99.15%～99.75%和99.60%～99.80%，說(shuō)明小麥胚乳中的淀粉粒絕大部分由B型淀粉粒構(gòu)成，且絕大部分為<5 μm的淀粉粒。遮陰處理對(duì)3個(gè)小麥品種的淀粉粒數(shù)目分布影響較小，<10 μm和>10 μm的淀粉粒數(shù)目占比與CK相比均無(wú)顯著變化。

圖3 小麥淀粉粒數(shù)目分布

表3 小麥淀粉粒數(shù)目分布

2.4 遮陰對(duì)淀粉糊化特性的影響

由表4可以看出，與CK相比較，遮陰處理小麥淀粉的峰值粘度、低谷粘度、衰減值、最終粘度、回升值均顯著下降。其中，揚(yáng)麥13、寧麥13、煙農(nóng)19的峰值粘度降幅分別為61.55%、61.36%、 63.79%，低谷粘度降幅分別為62.89%、 62.25%、66.65%，稀懈值降幅分別為58.69%、 59.52%、52.83%，最終粘度降幅分別為 54.03%、62.62%、66.42%，回升值降幅分別為 40.75%、 63.04%、66.18%。

表4 遮陰對(duì)糊化特性的影響

2.5 遮陰對(duì)硬度、容重、出粉率的影響

在小麥灌漿期進(jìn)行遮陰處理后，3個(gè)小麥品種的籽粒硬度、容重、出粉率均顯著降低；揚(yáng)麥13、寧麥13、煙農(nóng)19的硬度分別降低了5.20%、26.11%、26.56%，容重分別降低了6.04%、 8.54%和5.03%，出粉率分別降低了14.58%、 18.05%和13.66%，說(shuō)明灌漿期遮陰處理降低了小麥籽粒的品質(zhì)。

表5 遮陰對(duì)硬度、容重、出粉率的影響

3 討論與結(jié)論

安徽是我國(guó)北緯33°左右地區(qū)小麥生產(chǎn)大省之一[17]，作為糧食生產(chǎn)核心區(qū)，在保障主要農(nóng)產(chǎn)品基本供給和國(guó)家糧食安全方面發(fā)揮著重要作用，其中沿淮地區(qū)在北緯33°地區(qū)小麥生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用[18]。沿淮地區(qū)屬半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，光熱資源優(yōu)越，小麥生長(zhǎng)季節(jié)積溫2 200 ℃左右，日照時(shí)數(shù)1 400 h，光能生產(chǎn)潛力較大，能滿足半冬性與春性品種對(duì)熱量的要求，有利于獲得高產(chǎn)[19]。每年的3-5月份沿淮地區(qū)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)連續(xù)陰雨天氣，造成不利的弱光環(huán)境而影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。冬小麥開(kāi)花灌漿期對(duì)外界氣象條件較為敏感，遇陰雨寡照天氣，花粉粒會(huì)吸水膨脹而破裂死亡，授粉受阻，導(dǎo)致結(jié)實(shí)率降低和千粒重下降[20-21]。

淀粉粒數(shù)目、體積、表面積的分布特征是決定小麥淀粉品質(zhì)的重要因素，其在很大程度上受遺傳因素控制，但環(huán)境條件對(duì)其也有顯著影響，尤其是在小麥籽粒產(chǎn)量形成階段即籽粒灌漿期，環(huán)境條件的作用大于基因型的作用[22]。研究表明，花后高溫導(dǎo)致小麥胚乳淀粉粒組成發(fā)生明顯變化，顯著降低籽粒B型淀粉粒體積、數(shù)目及表面積占比，增加A型淀粉粒體積、數(shù)目及表面積占比[14]。B型淀粉粒對(duì)高溫脅迫較A型淀粉粒更敏感[23]。閆素輝等[24]研究發(fā)現(xiàn)，播期對(duì)淀粉粒度分布亦產(chǎn)生較大影響，晚播處理使小麥B型淀粉粒比例顯著上升，A型淀粉粒占比顯著下降。光強(qiáng)也是影響淀粉粒粒度分布的重要因素之一。蔡瑞國(guó)等[16]研究表明，弱光處理可以降低小麥B淀粉粒的數(shù)量，對(duì)淀粉粒的分布有顯著影響。本研究結(jié)果表明，灌漿期進(jìn)行遮陰處理后，小麥籽粒淀粉粒組分發(fā)生顯著變化，B型(<10 μm)淀粉粒的體積和表面積占比顯著降低，A型(>10 μm)淀粉粒的體積和表面積占比增加。研究表明，小麥籽粒小淀粉粒是由大淀粉粒分化而來(lái)，而小淀粉粒在養(yǎng)分充足的情況下方可正常分化生長(zhǎng)[25]。本試驗(yàn)中，小麥在整個(gè)灌漿期處于遮陰處理的弱光環(huán)境條件下，光合產(chǎn)物生產(chǎn)不足，有限的光合產(chǎn)物優(yōu)先供應(yīng)大淀粉粒的生長(zhǎng)，主要是10～20 μm的A型淀粉粒的生長(zhǎng)，沒(méi)有更多的養(yǎng)分用于小淀粉粒生長(zhǎng)，導(dǎo)致B型淀粉粒體積和表面積占比顯著降低。灌漿期遮陰處理對(duì)籽粒A、B型淀粉粒的數(shù)目占比無(wú)明顯影響，這可能與<5 μm淀粉粒數(shù)目較多(98.75%～99.30%)有關(guān)。

面制品的外觀和口感與淀粉的糊化特性顯著相關(guān)。淀粉糊化特性受基因型、環(huán)境及其互作的影響[26]。顧 峰等[27]認(rèn)為，增施氮肥對(duì)小麥淀粉的糊化特性存在較大影響，且因基因型和施氮量而異。宋宵君等[28]等研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫顯著降低了小麥淀粉的峰值黏度和稀懈值，并提高了其低谷黏度、終結(jié)黏度和回生值。王晨陽(yáng)等[29]研究發(fā)現(xiàn)，花后高溫、干旱脅迫均顯著影響小麥淀粉糊化特性。本試驗(yàn)中，小麥灌漿期進(jìn)行遮陰處理對(duì)淀粉糊化參數(shù)有著明顯影響，峰值粘度、低谷粘度、衰減值、最終粘度、回升值等糊化指標(biāo)均因遮陰處理而降低，并且3個(gè)小麥品種對(duì)弱光的響應(yīng)一致，表明弱光會(huì)對(duì)小麥淀粉的理化特性和蒸煮品質(zhì)產(chǎn)生不利的影響。硬度、容重、出粉率等是小麥籽粒品質(zhì)分級(jí)的重要因素和衡量磨粉品質(zhì)的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，遮陰處理后3個(gè)小麥品種的籽粒硬度、容重、出粉率等指標(biāo)均顯著低于對(duì)照，表明灌漿期弱光會(huì)降低小麥籽粒的一次加工品質(zhì)。

綜上所述，灌漿期遮陰改變了小麥胚乳淀粉粒的粒度分布，同時(shí)也降低了淀粉的糊化參數(shù)和籽粒的一次加工品質(zhì)。進(jìn)一步印證了前人有關(guān)淀粉粒大小分布與籽粒品質(zhì)關(guān)系的結(jié)論[30]。