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

小麥?zhǔn)俏覈匾募Z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(chǔ)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(jìn)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(yīng)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(qiáng)度有影響。

適宜的種植密度不僅可以增加小麥產(chǎn)量，同時(shí)可以影響淀粉的粒度分布和晶體特性，進(jìn)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(yáng)麥12號(hào)種植密度從105× 10株·hm增至150×10株·hm時(shí)，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(dāng)密度增加到285×10株·hm，上述指標(biāo)則呈相反趨勢。李 筠等認(rèn)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(bào)道較少。因此，本研究選用2個(gè)強(qiáng)筋(鄭麥158、鄭麥366)和2個(gè)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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020—2021年度在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)原陽現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教園區(qū)進(jìn)行。供試土壤類型為砂質(zhì)潮土，播前0～20 cm耕層土壤有機(jī)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(qiáng)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(gè)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(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為14 m(10 m×1.4 m)，3次重復(fù)。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(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)高產(chǎn)麥田管理方式。成熟期每個(gè)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(gè)小區(qū)收獲4 m小麥穗子，脫粒、曬干后備用。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 籽粒磨粉

小麥籽粒樣品用ALBM實(shí)驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)(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(jìn)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(fù)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(jìn)行清洗，勻漿后同上述條件離心，重復(fù)4 次；加入5 mL蒸餾水清洗，勻漿后同上述條件離心，重復(fù)4次；最后用丙酮清洗一次，風(fēng)干后于-20 ℃下儲(chǔ)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(dòng)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?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳，水浴加熱至95 ℃，進(jìn)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(fù)3次，記錄出現(xiàn)析水時(shí)的次數(shù)并觀察淀粉糊的狀態(tài)，計(jì)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?jǐn)?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(xué)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(dòng)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(jì)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(gè)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(dá)顯著水平。總體而言，較低的種植密度D225處理下，籽?？偟矸酆亢椭ф湹矸酆枯^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(dá)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(dá)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(dá)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(qiáng)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(dá)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(qiáng)筋品種鄭麥158和鄭麥366均較低，且與鑫華麥818差異達(dá)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(biāo)，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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度均表現(xiàn)為23°>18°>17°>20°>15°。每個(gè)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(qiáng)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(dá)顯著水平，表明種植密度對小麥淀粉衍射圖譜中尖峰強(qiáng)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(gè)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(shí)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(biāo)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(yàn)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(rèn)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(biāo)。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(gè)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(gè)小麥品種蛋白質(zhì)含量均高于13%，達(dá)到了中強(qiáng)筋小麥標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)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(qiáng)筋小麥品種優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。籽粒蛋白質(zhì)含量隨著密度的增加呈增加趨勢，這也進(jìn)一步表明，對于不同小麥品種采用相對應(yīng)的管理措施有利于實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)量和品質(zhì)的同步提高。