不同活力種子對玉米產量與淀粉品質的影響

陳志英, 房 浩, 余夢奇, 李文陽

(安徽科技學院農學院,滁州 233100)

玉米(ZeamaysL.)是禾本科一年生草本植物,是世界主要糧食作物之一,分布廣泛,栽培歷史悠久。玉米種子質量對產品的品質和產量至關重要,是農作物獲得豐收的前提[1]。

淀粉是玉米籽粒的主要組成部分,約占籽粒總干質量的2/3,以淀粉顆粒形式存在于籽粒胚乳中[2,3]。淀粉質量是影響玉米產量和品質的重要因素之一[4-6]。淀粉粒粒度分布也影響淀粉品質[7],且對淀粉黏度參數理化特性有顯著影響,隨著玉米淀粉粒粒徑的減小,淀粉糊化溫度和黏度下降[8,9]。玉米淀粉品質、產量除受種子遺傳因素的影響外,也受溫、光、水、肥和栽培等因素的影響,導致干物質累積少,百粒重下降等,進而大幅度降低玉米的品質和產量[10,11],前人對小麥、玉米等作物在不同氮磷肥、溫度等處理下淀粉粒度分布與淀粉理化特性的研究較多[11-13],但關于不同活力對玉米淀粉粒分布和黏度參數的研究,報道較少。

本研究以玉米雜交種安科985和隆平206為材料,設置不同活力種子,分析不同活力水平對成熟期玉米產量和淀粉品質的影響,及淀粉粒分布特征與黏度參數的關系。以期為玉米的優質高效生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗設計與材料

玉米:“安科985”、“ 隆平206”,初始發芽率為100%,由安徽科技學院玉米研究中心實驗室提供。

將同等數量的玉米種子用鋁箔袋密封包裝[14],同時采用老化箱進行人工老化處理(溫度為45 ℃、濕度為90%),分別得到相對發芽率為80%和60%的種子。田間實驗采用完全隨機區組設計,不同活力處理重復3次。2020年6月22日在安徽科技學院西區種植園種植,同年9月30日收獲,田間管理同一般高產田。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 田間調查及測產

在玉米出苗期調查各處理的田間出苗率,在玉米成熟期調查每行穗數,在成熟期取樣調查粒質量,玉米成熟后測產,用每公頃進行產量換算。

1.2.2 籽粒品質性狀測定

選用DA7200近紅外品質分析儀測定玉米籽粒的蛋白質含量、脂肪含量和淀粉含量。

1.2.3 淀粉粒提取

參照Peng等[15]的方法并稍作改進提取籽粒淀粉粒。用蒸餾水浸泡玉米籽粒(10粒)48 h,用研缽研磨,研磨勻漿過200目篩,3 000 r/min離心10 min,去除上清液,后加入2 mol/L NaCl溶液5 mL,混勻后,放搖床震蕩2 d,每天換溶液,期間多次用棉簽擦拭試管內壁臟污。后依次用0.2%氫氧化鈉、2%十二烷基硫酸鈉和蒸餾水2次清洗,洗至淀粉為白色。最后丙酮清洗3次,風干后儲存于-20 ℃環境備用。

1.2.4 淀粉粒度分布測定

使用BT-9300SE激光粒度分析儀進行粒徑分析。點擊計算機自動測試,檢測光路正常,根據提示在分析儀中加入玉米淀粉,當樣品遮光率達8%以上即可進行淀粉粒分析。

1.2.5 淀粉黏度參數的測定

各處理玉米籽粒用3100型粉碎磨儀器磨粉。根據AACC 199561—02的操作步驟中的標準程序1進行淀粉糊化特性的測定。準確稱3 g玉米粉,放入鋁盒中,再加蒸餾水25 mL,用Starchmaster-2型黏度分析儀進行糊化溫度和峰值黏度等7個黏度參數的測定。

1.3 數據處理與分析

數據統計處理和制表采用Excel 2010進行,用DPS 7.05軟件進行實驗數據分析,作圖采用BT-9300SE激光粒度分析儀自帶軟件。

2 結果與分析

2.1 產量與產量構成因素

活力與品種對玉米產量性狀有顯著影響(表1)。各活力下安科985和隆平206,在穗長、百粒重、穗粒質量、產量都隨著活力的下降總體上呈降低的變化趨勢。經方差分析可知,隆平206產量、百粒重及穗粒重均顯著(P<0.05)高于安科985,分別高9.62%、5.44%和7.67%。其中,安科985在SV100活力下產量高于SV60活力,隆平206在SV60活力下產量顯著低于其他活力;安科985在SV60活力下百粒重顯著低于其他活力,且安科985在SV100活力下百粒重最大。不同活力顯著影響玉米穗粒重、穗長,其中SV100活力玉米穗粒重顯著高于SV60活力。SV60活力下玉米穗長顯著低于其他活力處理,且SV100活力下玉米穗長較SV60活力高19.57%?？梢?品種間比較,隆平206子粒形成較安科985受活力影響小,不同活力水平間處理比較,SV60活力較SV100活力對玉米穗部性狀影響更大。

表1 活力對玉米籽粒產量及產量構成要素的影響

2.2 籽粒品質性狀

由表2可知,玉米籽粒蛋白質含量和淀粉相對質量分數受活力與品種的影響顯著,對脂肪含量沒有顯著影響。從品種上看,隆平206在蛋白質相對質量分數上高出安科98 543.76%,且淀粉相對質量分數上后者高于前者2.72%。從活力角度來看,在蛋白質相對質量分數上安科985 SV100與SV60相比,高出9.57%,而隆平206在蛋白質相對質量分數上各處理均無明顯變化;在淀粉相對質量分數兩品種 SV100與SV60相比,分別高出2.97%和3.95%,且SV100處理在淀粉相對質量分數明顯高出SV80和SV60處理,兩品種表現一致。3個籽粒品質性狀中,活力對籽粒淀粉含量的影響最大,蛋白質含量次之,脂肪含量相對較小。

表2 不同活力條件下品質性狀的比較

2.3 胚乳淀粉粒分布

不同處理玉米淀粉粒度分布基本一致。淀粉粒粒徑在0.1～40.5 μm區間分布,淀粉粒體積和表面積呈雙峰曲線分布,體積和表面積峰值分別在1.4～1.6 μm、16 μm和1.2～1.4 μm和11～12.5 μm,而3 μm為曲線的低谷值。淀粉粒數目呈單峰曲線分布,峰值區間在0.5～0.6 μm范圍內。研究以低谷值3 μm和峰值16 μm作為界限,將玉米淀粉粒分為3組,<3 μm為小型淀粉粒組、3～16 μm為中型淀粉粒組、>16 μm為大型淀粉粒組。

2.3.1 玉米淀粉粒度體積分布

活力與品種對淀粉粒體積分布有顯著影響(表3)。各活力下安科985和隆平206,在小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～16 μm)和大型淀粉粒組(>16 μm)都隨著活力的下降總體上呈降低的趨勢。兩品種在淀粉粒體積分布上小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～16 μm)和大型淀粉粒組(>16 μm)分別約占總體積6.18%、57.02%、36.76%和8.02%、51.29%、40.69%,說明中型淀粉粒組(3～16 μm)對體積貢獻最大,其次為大型淀粉粒組(>16 μm),貢獻最小的為小型淀粉粒組(<3 μm)。隨著活力水平的增加,玉米胚乳3～16 μm 淀粉粒淀粉體積百分比顯著增加。

表3 玉米淀粉粒體積分布

2.3.2 玉米淀粉粒度表面積分布

活力與品種對淀粉粒表面積分布有顯著影響(表4)。各活力下安科985和隆平206,在小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～16 μm)和大型淀粉粒組(>16 μm)都隨著活力的下降總體上呈降低的趨勢。兩品種在淀粉粒表面積分布上小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～16 μm)和大型淀粉粒組(>16 μm)分別約占總表面積的44.56%、37.63%、17.81%和51.00%、34.97%、14.03%,說明小型淀粉粒組(<3 μm)表面積貢獻最大,其次為中型淀粉粒組(3～16 μm),貢獻最小的為大型淀粉粒組(>16 μm)。隨著活力水平的增加,玉米胚乳<3 μm淀粉粒淀粉表面積百分比顯著增加。

表4 玉米淀粉粒表面積分布

2.3.3 玉米淀粉粒度數目分布

由表5可知,小型淀粉粒組淀粉粒數目占總淀粉?？偭孔畲?高達98%,其次是中淀粉粒組,貢獻最小的是大型淀粉粒組,分別占淀粉粒數目的0.91%和0.09%,說明成熟玉米籽粒主要由小型淀粉粒組(<3 μm)構成。隨著活力水平的增加,小型淀粉粒組(<3 μm)和中型淀粉粒組(3～16 μm)數目分布的百分比無顯著變化,大型淀粉粒組(>16 μm)淀粉粒數目百分比呈顯著變化趨勢。隨著活力水平的增加,玉米胚乳<3 μm淀粉粒淀粉表面積百分比顯著增加。

表5 玉米淀粉粒數目分布

2.4 玉米淀粉黏度特性

由表6可知,與SV100相比,隨著活力水平降低,玉米淀粉峰值黏度、最終黏度、低谷黏度、稀懈值和回升值顯著增大,其中糊化溫度隨著活力水平顯著降低。說明隨著種子活力的升高其淀粉糊化峰值黏度、最終黏度、低谷黏度等糊化參數也隨之降低。

表6 玉米淀粉粒糊化特性

2.5 玉米淀粉黏度參數與淀粉粒表面積分布的相關分析

由表7可知,玉米淀粉的稀懈值與小、大型淀粉粒表面積比例之間呈極顯著負相關;峰值黏度與中型淀粉粒表面積比例之間呈極顯著負相關,與大型淀粉粒組呈顯著負相關;糊化溫度、最終黏度、低谷黏度、回升值與淀粉粒的表面積分布無明顯相關性。說明峰值黏度、稀懈值與中、大型淀粉粒的表面積百分比有顯著負相關,與小型淀粉粒的表面積百分比有顯著負相關。表明隨著種子活力降低,淀粉糊化峰值黏度、稀懈值、最終黏度等糊化參數升高。

表7 玉米淀粉糊化參數與表面積分布相關性分析

3 討論

種子活力是種子重要品質性狀,高活力種子不僅提高作物田間出苗率,同時顯著增加作物產量,對大豆、玉米、小麥等13種作物的統計資料表明,高活力種子可以增產20%～40%[16]。玉米種子發育階段,子粒中淀粉含量和蔗糖含量有顯著負相關,隨著蔗糖含量的下降,子粒中淀粉含量呈現升高變化,淀粉含量的增多,有利于提高種子活力。玉米淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩類,淀粉質量受兩類淀粉的比重和數目影響,有研究顯示,2類淀粉含量和總淀粉數目在種子發育期均呈升高趨勢[17,18]。淀粉占玉米籽粒質量分數70%以上,是衡量玉米品質的重要指標;玉米種子的活力與淀粉數目、種類及生理生化特性相關聯[19]。本研究表明,活力對籽粒淀粉含量的影響最大,蛋白質含量次之,脂肪含量相對較小。隨著活力的降低,籽粒淀粉含量顯著降低。不同種子活力處理比較,安科985和隆平206穗長、百粒重、穗粒重和產量都隨著活力的下降總體上呈降低的變化趨勢。

淀粉含量與淀粉粒分布決定玉米品質的重要因素[4-6],夏澳運等[11]在研究不同鉀肥含量對玉米籽粒淀粉粒度的分布特征影響中,將玉米籽粒分為小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～18 μm)和大型淀粉粒組(>18 μm)3類。本研究表明,玉米籽粒淀粉粒粒徑在0.1～40.5 μm區間分布,參照淀粉粒的分級方法[19-21],以淀粉粒體積分布曲線取低谷值3 μm和峰值16 μm為分界點,將淀粉粒劃分為玉米小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～16 μm)和大型淀粉粒組(>16 μm)。本研究中不同活力處理胚乳玉米籽粒淀粉粒體積、表面積及數目的分布特征與前人研究基本一致[8,13]。

玉米淀粉粒度分布受遺傳特性和環境條件影響,且環境條件對玉米淀粉粒分布影響大于種子本身的遺傳特性[20-28]。實驗以玉米組合安科985和隆平206為材料,分析不同活力水平下胚乳淀粉粒分布特征,結果表明,峰值黏度、低谷黏度和最終黏度中、小型淀粉粒的體積百分比有顯著負相關,與大型淀粉粒的體積百分比有顯著正相關[13]。相關分析表明,玉米淀粉稀懈值與小型淀粉粒(<3 μm)和大型淀粉粒(>16 μm)表面積比例之間呈極顯著負相關;峰值黏度與中型(3～16 μm)淀粉粒表面積比例之間呈極顯著負相關,與大型(>16 μm)淀粉粒組呈顯著負相關。表明玉米種子活力降低,玉米收獲期籽粒淀粉糊化峰值黏度、稀懈值、最終黏度等糊化參數升高。可見隨著種子活力的降低,中小型淀粉粒比例增大,大型淀粉粒比例減小,進而影響淀粉糊化峰值黏度、稀懈值、最終黏度等參數。

4 結論

隨著種子活力的下降,玉米穗長、百粒重、穗粒重、產量、淀粉含量呈降低趨勢。活力對玉米籽粒淀粉含量的影響最大,蛋白質含量次之,脂肪含量相對較小。低活力種子通過影響胚乳淀粉粒度分布,即減小大型淀粉粒比例,進而降低玉米淀粉最終黏度、峰值黏度等糊化參數。因此玉米播種前盡可能要對低活力種子進行活力修復。