種植密度對不同小麥品種籽粒淀粉含量及其特性的影響

許倍銘，馮健超，郝紫瑞，賈玉庫，楊世宇，謝迎新，王晨陽，馬冬云

(河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/國家小麥工程技術(shù)研究中心/河南農(nóng)業(yè)大學河南小麥技術(shù)創(chuàng)新中心，河南鄭州 450046)

小麥是我國重要的糧食作物，也是人們主要的糧食來源，提高小麥產(chǎn)量對保障國家糧食安全具有重要意義。小麥品質(zhì)受其淀粉含量及其組成的影響，小麥籽粒中的淀粉由直鏈和支鏈組成，以淀粉粒的形態(tài)儲存于胚乳中，淀粉中直鏈淀粉、支鏈淀粉含量及其性狀對糊化特性及膨脹度有影響，進而影響面條品質(zhì)。研究表明，直鏈淀粉含量低的淀粉，膨脹度高，制作的面條有彈性且光滑度好。目前，X-射線已廣泛應用于研究小麥淀粉粒的晶體特性。研究表明，小麥淀粉粒在X-衍射圖譜中呈A型晶體特征，且淀粉粒大小對結(jié)晶度和尖峰強度有影響。

適宜的種植密度不僅可以增加小麥產(chǎn)量，同時可以影響淀粉的粒度分布和晶體特性，進而可以改善籽粒品質(zhì)。劉 萍等研究結(jié)果表明，中筋品種揚麥12號種植密度從105× 10株·hm增至150×10株·hm時，籽粒中支鏈淀粉、總淀粉含量呈增加的趨勢，直鏈淀粉含量、直/支比下降；當密度增加到285×10株·hm，上述指標則呈相反趨勢。李 筠等認為，中等種植密度(180×10株·hm，270×10株·hm)下，小麥籽粒產(chǎn)量較高。而閆翠萍等研究表明，在低密度(225×10株·hm)條件下，中筋小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量高，加工品質(zhì)較佳。超高產(chǎn)小麥品種豫麥48-198則隨種植密度增加，籽粒蛋白質(zhì)含量降低，而淀粉含量和籽粒硬度升高。上述研究均是關(guān)于不同種植密度對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，針對不同筋力類型品種在不同群體密度下的淀粉特性變化的報道較少。因此，本研究選用2個強筋(鄭麥158、鄭麥366)和2個中筋小麥品種(平安518、鑫華麥818)，探討不同群體密度下不同小麥品種淀粉含量及其特性差異，以期為小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2020—2021年度在河南農(nóng)業(yè)大學原陽現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教園區(qū)進行。供試土壤類型為砂質(zhì)潮土，播前0～20 cm耕層土壤有機質(zhì)含量為 15.4 g·kg，全氮、速效磷和速效鉀含量分別為 0.82 g·kg、18.9 mg·kg、106.0 mg·kg。供試材料為強筋小麥品種鄭麥158(ZM158)和鄭麥366(ZM366)及中筋品種平安518(PA518)和鑫華麥818(XHM818)。設(shè)3個種植密度，基本苗分別為225×10株·hm(D225)、375×10株·hm(D375)、525×10株·hm(D525)。采用隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積為14 m(10 m×1.4 m)，3次重復。2020年10月25日播種，肥料按N 210 kg·hm、PO150 kg·hm、KO 150 kg·hm施用，其中，磷、鉀肥全部底施，氮肥50%底施，50%拔節(jié)期追施，田間管理按照當?shù)爻Ｒ?guī)高產(chǎn)麥田管理方式。成熟期每個小區(qū)取1 m雙行植株考種，測定穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重。每個小區(qū)收獲4 m小麥穗子，脫粒、曬干后備用。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 籽粒磨粉

小麥籽粒樣品用ALBM實驗磨粉機(無錫)制粉。

1.2.2 籽粒淀粉含量測定

采用何照范等方法測定總淀粉與直鏈淀粉含量，支鏈淀粉含量=總淀粉含量-直鏈淀粉含量。

1.2.3 淀粉糊化特性測定

采用快速粘度分析儀(Rapid Visco Analyzer4500，瑞典)測定糊化特性，并采用TCW配套軟件進行分析。

1.2.4 淀粉粒度分布測定

參照Peng等的方法提取淀粉粒。取3 g小麥籽粒于20 mL 0.5 M的NaCl 溶液浸泡16 h，在研缽中研磨成勻漿，過200 目篩，剩余固體部分繼續(xù)研磨、過濾，重復3 次；淀粉勻漿3 500 r·min離心10 min，去掉上清液；加入5 mL 2 M NaCl，渦旋混合均勻后同上述條件離心，去上清液；加入5 mL 2% SDS溶液進行清洗，勻漿后同上述條件離心，重復4 次；加入5 mL蒸餾水清洗，勻漿后同上述條件離心，重復4次；最后用丙酮清洗一次，風干后于-20 ℃下儲存?zhèn)溆谩?/p>

采用激光衍射粒度分析儀(LS 13320，Beckman Coulter，USA)分析淀粉粒度分布。取 0.5 g淀粉粒放入10 mL離心管內(nèi)，加入5 mL蒸餾水，振蕩搖勻后4 ℃冷藏1 h，期間每10 min晃動一次；轉(zhuǎn)移至激光衍射粒度分析儀的分散盒中，測定小麥淀粉粒的分布狀況。

1.2.5 淀粉凍融穩(wěn)定性測定

參考秦海霞等方法測定。配制50 mL質(zhì)量分數(shù)為6%的淀粉乳，水浴加熱至95 ℃，進行15 min的沸水浴，邊加熱邊攪拌，使其充分糊化(加熱過程中保持淀粉糊體積不變)；取出樣品冷卻至室溫，將其放在冰箱中冷凍24 h后取出，自然解凍，重復3次，記錄出現(xiàn)析水時的次數(shù)并觀察淀粉糊的狀態(tài)，計算凍融。析水率=凍融后淀粉糊析水量(g)/淀粉糊原來的總質(zhì)量(g)×100%。

1.2.6 淀粉溶解度和膨脹度測定

參考秦海霞等的方法略作修改，稱取1 g干淀粉，配制成50 mL質(zhì)量分數(shù)為2%的淀粉乳，置于95 ℃的恒溫水浴箱，間歇攪拌20 min；轉(zhuǎn)入離心管，8 000 r·min離心10 min，將上清液于105 ℃烘干，干物質(zhì)即為水溶性淀粉，離心管沉淀部分為膨脹淀粉。溶解度=水溶淀粉質(zhì)量/淀粉樣品質(zhì)量×100%；膨脹度=膨脹淀粉質(zhì)量/[淀粉樣品質(zhì)量×(1-溶解度)]。

1.2.7 淀粉晶體特性的測定

采用日本理學Mini flex600型粉末X-射線衍射儀，參考Man和蔡瑞國等方法測定。測試前將淀粉置于盛有飽和氯化鈉水溶液的密閉容器中，充分平衡水分。測定條件：輸出功率≥600 W；額定管電壓≥ 40 kV；額定管電流：≥15 mA，輻射量優(yōu)于0.5 Sv·h；轉(zhuǎn)動方式θ/2θ模式，衍射角(2θ)的旋轉(zhuǎn)范圍5～40°；掃描速度 1.2°·min，步長0.02°，可讀最小步長：≤0.001。結(jié)晶度指尖峰面積與光譜總面積的比值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析，采用Duncan多重比較，采用Excel繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對小麥籽粒淀粉含量的影響

由表1可以看出，隨著種植密度增加，4個小麥品種籽粒總淀粉含量、支鏈淀粉含量和支直比呈下降趨勢，均以D225處理下數(shù)值最高，D525處理下最低，且兩處理之間差異顯著(< 0.05，鑫華麥818的支直比除外)。不同品種的直鏈淀粉含量變化趨勢存在差異，其中，鄭麥158和平安518的直鏈淀粉含量隨著種植密度的增加呈增加趨勢，以D225處理最低，D525處理最高，且兩處理之間差異顯著；鄭麥366和鑫華麥818的直鏈淀粉含量在不同種植密度之間差異未達顯著水平。總體而言，較低的種植密度D225處理下，籽粒總淀粉含量和支鏈淀粉含量較高，而直鏈淀粉含量較低。不同品種比較，鄭麥366的直鏈淀粉含量最低，平安158的支鏈淀粉含量最低。

表1 不同種植密度下小麥籽粒淀粉含量及組分

2.2 種植密度對淀粉糊化特性的影響

峰值粘度、低谷粘度和最終粘度均隨種植密度的增加呈增加的趨勢(表2)，以D225處理下數(shù)值最低，D525處理下數(shù)值最高，且兩處理之間差異均達顯著水平(鄭麥366的最終粘度除外)；反彈值總體也隨著種植密度的增加呈增加趨勢，僅鄭麥158在不同處理之間差異達顯著水平。稀懈值隨著種植密度的增加呈下降趨勢，均以D225處理下數(shù)值最高，D525處理下數(shù)值最低，且兩處理之間差異達顯著水平。不同小麥品種比較發(fā)現(xiàn)，峰值粘度、低谷粘度、稀懈值和最終粘度以強筋品種鄭麥366中表現(xiàn)最高，分別為 2 215.22、1 324.22、856.33和2 052.78 cp；而反彈值以中筋品種鑫華麥818表現(xiàn)最高(798.22 cp)。

表2 不同種植密度下小麥籽粒的淀粉糊化特性

2.3 種植密度對淀粉粒度分布的影響

從表3可見，粒徑<2.0 μm的淀粉粒體積分布和表面積分布百分比隨種植密度增加呈下降趨勢，均以D225處理最高，D525處理最低，兩處理間的差異程度因品種而異。粒徑>9.8 μm的淀粉粒體積分布和表面積分布百分比隨密度增加呈上升趨勢，均以D225處理最低，D525處理最高；而>9.8 μm的淀粉粒數(shù)目分布百分比只有鑫華麥818在不同處理之間差異達顯著水平。表明增加種植密度，降低了小淀粉粒的體積和表面積分布百分比，而增加了大淀粉粒的體積和表面積分布百分比。不同品種比較，中筋品種鑫華麥818中大淀粉粒(粒徑>9.8 μm)的體積、表面積和數(shù)目分布百分比均最高，分別為64.50%、14.14%和0.002%；平安518次之，分別為56.78%、9.34%和0.001%；而強筋品種鄭麥158和鄭麥366均較低，且與鑫華麥818差異達顯著水平。

表3 不同種植密度下的淀粉粒度分布

2.4 種植密度對淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

凍融析水率反映淀粉凍融穩(wěn)定性的指標，穩(wěn)定性好則適宜做冷凍食品。由圖1可知，隨著種植密度的增加，凍融析水率呈增加趨勢。4個小麥品種的淀粉析水率均在D225處理下最低，分別為53.42%、62.42%、61.02%和51.64%；表明較低的種植密度可以降低淀粉凍融析水率，在一定的程度上提高淀粉凍融穩(wěn)定性。不同小麥品種之間比較發(fā)現(xiàn)，中筋品種鑫華麥818的析水率最低，表明其可能比較適宜制作冷凍食品。

同一品種圖中柱上不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)；圖柱上不同大寫字母表示不同品種間差異顯著(P<0.05)；柱上垂直線表示標準誤。圖2和圖4同。

2.5 種植密度對淀粉溶解度和膨脹度的影響

由圖2可知，淀粉溶解度隨密度增加呈“V”型趨勢(ZM158除外)，鄭麥366、平安518和鑫華麥818在D375密度處理下淀粉的溶解度最低，依次為10.63、9.17、12.3和11.27；其中平安518的淀粉溶解度在D375密度處理顯著低于D225、D525處理。

圖2 種植密度對小麥淀粉溶解度和膨脹度的影響

膨脹度是指淀粉在加熱的過程中吸水膨脹的能力，由圖2可見，隨著種植密度的升高，淀粉膨脹度呈增加的趨勢；鄭麥366和平安518的D225、D375處理顯著低于D525處理，其在D225處理下的數(shù)值為7.28%和7.10%，而在D525處理下膨脹度提高到10.24%和9.82%。

2.6 種植密度對淀粉晶體特性的影響

由圖3可知，各小麥品種的衍射主峰為15°、17°、18°、20°和23°，其中17°和18°是相連的雙峰。同一品種在相同密度處理情況下，尖峰衍射強度均表現(xiàn)為23°>18°>17°>20°>15°。每個品種淀粉的晶體結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)典型的A型結(jié)構(gòu)特征。鄭麥366和鑫華麥818峰值強度在D525處理下最高；而鄭麥158和平安518則在D375處理下最高，但不同處理之間差異均未達顯著水平，表明種植密度對小麥淀粉衍射圖譜中尖峰強度影響不顯著。從圖4可見，隨種植密度增加，各小麥品種淀粉相對結(jié)晶度顯著下降；4個品種間差異不明顯。

圖3 種植密度對小麥淀粉X-衍射圖譜的影響

圖4 種植密度對小麥淀粉相對結(jié)晶度的影響

3 討 論

淀粉是小麥籽粒的主要成分，占小麥籽粒干重54%～72%，淀粉的含量和組成對籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)有重要的影響，其直鏈淀粉、支鏈淀粉含量及淀粉糊化特性對面條、饅頭等面食品質(zhì)及加工性能均有一定的影響。本研究結(jié)果表明，隨著種植密度的增加，籽粒中總淀粉、支鏈淀粉含量及支直比呈下降趨勢，以225×10株·hm基本苗處理下含量最高，這與查菲娜等的研究結(jié)果基本一致。說明較低種植密度有利于小麥籽粒總淀粉的積累。本研究條件下低密度處理籽粒千粒重和穗粒數(shù)較高，而高密度下穗數(shù)較高；在中等密度條件下(375×10株·hm基本苗)小麥產(chǎn)量最高。馬冬云等研究結(jié)果表明，淀粉糊化特性與面條煮制時間呈顯著相關(guān)關(guān)系。宋健民等研究表明，膨脹勢與面條總評分呈極顯著正相關(guān)；在糊化特性指標中，峰值粘度對面條品質(zhì)的影響最大；峰值粘度與面條的柔軟度、粘彈性和總評分之間顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果表明，峰值粘度和膨脹度均隨著種植密度的增加而增加，這表明相對較高的種植密度有利于改善淀粉的糊化特性，這與范金平等的研究結(jié)果基本一致。這表明適宜的種植密度有利于淀粉糊化特性的改善。

小麥淀粉粒主要分為粒徑>9.8 μm的A型淀粉粒和粒徑≤9.8 μm的B型淀粉粒。研究表明，隨種植密度的增加，A型淀粉粒的數(shù)目、體積、表面積分布呈明顯上升趨勢。本試驗結(jié)果表明，粒徑>9.8 μm的淀粉粒體積、表面積和數(shù)目分布百分比隨種植密度增加均呈升高趨勢，較高的種植密度有利于大淀粉粒的積累。而戴忠民等的研究結(jié)果認為，中等種植密度(180× 10·hm)顯著增加大粒徑淀粉粒所占的體積百分比；這可能主要是由供試品種以及具體種植密度不同所引起的。

凍融析水率是反映淀粉凍融穩(wěn)定性的指標。本研究發(fā)現(xiàn)，較低的種植密度有利于提高淀粉凍融穩(wěn)定性。本研究對四個小麥品種的分析表明，鑫華麥818在不同處理下的淀粉析水率均低于其他品種，可能比較適宜用于冷凍食品的制作。由于不同筋力小麥品種蛋白質(zhì)含量和質(zhì)量存在較大差異，淀粉含量的積累一定程度上可能影響蛋白質(zhì)含量的積累。我們對不同品種蛋白質(zhì)含量的分析發(fā)現(xiàn)，4個小麥品種蛋白質(zhì)含量均高于13%，達到了中強筋小麥標準，但中筋小麥品種鑫華麥818的蛋白質(zhì)含量(13.64%)高于鄭麥158(13.01%)，這一方面可能是由于不同品種蛋白質(zhì)含量對環(huán)境響應的差異，另一方面也表明了蛋白質(zhì)含量可能不是限制目前育成中強筋小麥品種優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵指標。籽粒蛋白質(zhì)含量隨著密度的增加呈增加趨勢，這也進一步表明，對于不同小麥品種采用相對應的管理措施有利于實現(xiàn)其產(chǎn)量和品質(zhì)的同步提高。