花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)糯小麥和非糯小麥淀粉組分和理化特性的影響

劉希偉 張 敏 李 勇 張玉春 宋霄君 趙 城 蔡瑞國(guó),*

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花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)糯小麥和非糯小麥淀粉組分和理化特性的影響

劉希偉1張 敏1李 勇2張玉春1宋霄君1趙 城1蔡瑞國(guó)1,*

1河北科技師范學(xué)院生命科技學(xué)院, 河北昌黎066600;2山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東泰安 271018

花后弱光影響小麥淀粉分子積累和結(jié)構(gòu)形成, 進(jìn)而使面粉的加工品質(zhì)和食用品質(zhì)變劣。本研究以非糯小麥輪選987和糯小麥農(nóng)大糯50206為材料, 設(shè)置3個(gè)花后遮光處理(不遮光、遮光30%和遮光60%), 研究了花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)小麥籽粒中淀粉組分及其理化特性的影響。結(jié)果表明, 花后弱光脅迫使小麥籽粒中總淀粉含量減少, A-型淀粉粒比例增加, 淀粉相對(duì)結(jié)晶度增大。花后光照強(qiáng)度降低, 輪選987淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、稀澥值和反彈值增大, 而農(nóng)大糯50206淀粉的上述參數(shù)則呈減小趨勢(shì)。輪選987淀粉的起始溫度、峰值溫度和終止溫度隨弱光脅迫的增強(qiáng)而降低, 而糊化焓呈增加趨勢(shì); 相反, 農(nóng)大糯50206淀粉的上述熱力學(xué)特征參數(shù)呈降低趨勢(shì)。相關(guān)性分析表明, 直鏈淀粉含量、直/支比、A-型淀粉粒體積比例與相對(duì)結(jié)晶度、峰值黏度、谷值黏度、稀澥值、糊化時(shí)間和糊化焓呈顯著負(fù)相關(guān), 與最終黏度和反彈值存在極顯著正相關(guān)?？梢?jiàn), 小麥花后光照強(qiáng)度降低影響籽粒淀粉組分和粒度分布, 從而改變了淀粉的晶體、糊化和熱力學(xué)特性。

冬小麥; 遮光; 淀粉; 粒度分布; 淀粉組分; 理化特性

小麥淀粉以顆粒狀存在于胚乳中, 占籽粒干重的65%~70%, 其結(jié)構(gòu)可分為分子結(jié)構(gòu)和顆粒結(jié)構(gòu)2個(gè)層次[1]。分子結(jié)構(gòu)分為直鏈淀粉和支鏈淀粉2種類型, 而顆粒結(jié)構(gòu)包含A型(直徑≥10 μm)淀粉粒和B型(直徑<10 μm)淀粉粒。分子結(jié)構(gòu)是描述小麥淀粉構(gòu)成的重要指標(biāo), 也是衡量品質(zhì)的最常用指標(biāo)[2-5]。研究表明, 直、支鏈淀粉含量對(duì)面粉糊化特性有重要作用, 直鏈淀粉含量與各項(xiàng)黏度指標(biāo)呈極顯著負(fù)相關(guān), 支鏈淀粉含量與RVA參數(shù)有顯著相關(guān)性[6]。直鏈淀粉含量高的小麥面粉制成的面條、饅頭食用品質(zhì)差、韌性差, 而直鏈淀粉含量低的小麥制成的饅頭、面條韌性好, 饅頭體積大[3-5]; 淀粉顆粒結(jié)構(gòu)對(duì)磨粉品質(zhì)、面團(tuán)的流變學(xué)特性、面條和面包等食品品質(zhì)均存在顯著影響[7-8]。有研究者發(fā)現(xiàn)B型淀粉粒體積雖小, 但數(shù)量多, 表面積相對(duì)大, 能夠結(jié)合更多的蛋白質(zhì)、脂類等物質(zhì), 而A型淀粉粒作用相反[9-10]。小麥淀粉的理化性質(zhì)主要包括晶體、糊化和熱力學(xué)等特性。研究發(fā)現(xiàn), 淀粉的結(jié)晶和熱力學(xué)特性影響面包品質(zhì)[11]; 淀粉的糊化特性影響面條、饅頭和面包等食品的外觀和食用品質(zhì), 峰值黏度和稀澥值影響面條的質(zhì)地和口感[4]; 面條的硬度和口感與淀粉糊化的峰值黏度、低谷黏度和最終黏度呈顯著正相關(guān), 峰值黏度可能是決定面條品質(zhì)優(yōu)劣的最有效參數(shù)[12-13]?？梢?jiàn), 淀粉組分和理化特性與小麥?zhǔn)称芳胺鞘称芳庸て焚|(zhì)密切相關(guān)。

籽粒淀粉組分和理化特性不僅受遺傳因素控制,而且受栽培環(huán)境條件的影響。據(jù)Lu等[14]報(bào)道, 小麥籽粒灌漿過(guò)程中遭受高溫、干旱及其復(fù)合脅迫可以通過(guò)影響淀粉結(jié)構(gòu)和粒度分布來(lái)降低淀粉含量。后來(lái), 又有研究者通過(guò)對(duì)小麥進(jìn)行花后漬水、高溫及其復(fù)合脅迫, 發(fā)現(xiàn)總淀粉含量、支鏈淀粉含量與主要糊化參數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān), 而直鏈淀粉含量與糊化時(shí)間和低谷黏度呈顯著正相關(guān)[15]。小麥籽粒灌漿持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng), 是淀粉合成的關(guān)鍵時(shí)期, 而此期間常發(fā)生陰雨寡照, 影響淀粉的生物合成。前人指出, 花后弱光可顯著降低籽粒直、支鏈淀粉的含量, 使直支比值提高[16], 在弱光環(huán)境下有限的光合產(chǎn)物優(yōu)先供給較大淀粉粒, 其次用于小淀粉粒的生成[17]。上述研究都以非糯小麥品種為試驗(yàn)材料, 而糯小麥由于、和基因同時(shí)純合或缺失, 最終表現(xiàn)為籽粒中不含直鏈淀粉或直鏈淀粉含量很低(<2%)[18-19], 這一遺傳特性決定了弱光條件下糯小麥與非糯小麥的淀粉組分和理化特性有不同變化規(guī)律。本研究選用糯小麥和非糯小麥為試驗(yàn)材料, 在大田栽培條件下于花后進(jìn)行不同強(qiáng)度遮光處理, 分析了弱光條件下籽粒淀粉組分變化及其理化特性的差異, 為解析弱光逆境下小麥品質(zhì)變劣的生理基礎(chǔ), 以及改善光合有效輻射不足時(shí)小麥淀粉品質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2013—2014和2014—2015年冬小麥生長(zhǎng)季, 在河北科技師范學(xué)院昌黎校區(qū)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行田間試驗(yàn)。試驗(yàn)田土壤為褐壤土, 前茬為玉米, 播種前測(cè)定0~20 cm耕層基礎(chǔ)肥力(表1)。選用非糯性和糯性2個(gè)小麥品種, 分別是輪選987和農(nóng)大糯50206, 播期為2013年10月2日和2014年10月4日, 基本苗均為375萬(wàn)株 hm–2, 行距20 cm, 三葉期定苗。小區(qū)面積為3 m × 3 m, 采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 3次重復(fù)。小麥生育期施純氮240 kg hm–2(肥料為尿素, 含N 46.4%), 底肥、拔節(jié)肥各施50%; 基施P2O5200 kg hm–2(肥料為過(guò)磷酸鈣, 含P2O518%)和K2O 120 kg hm–2(肥料為顆粒硫酸鉀, 含K2O 50%)。小麥生長(zhǎng)發(fā)育期間澆越冬水、拔節(jié)水和灌漿水, 按小麥高產(chǎn)栽培技術(shù)規(guī)程進(jìn)行, 試驗(yàn)期間小麥生長(zhǎng)發(fā)育正常, 分別于2014年6月15日和2015年6月18日收獲。

1.2 弱光處理

小麥開(kāi)花期至成熟期用透光度不同的聚乙烯黑色遮陽(yáng)網(wǎng)搭建遮光棚, 設(shè)3個(gè)遮光處理, 遮光率分別為0% (CK)、30% (S30)和60% (S60)。遮光棚的水平高度距離小麥冠層1.5 m, 保證其通風(fēng)良好。據(jù)昌黎氣象臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 該區(qū)在小麥灌漿期的平均降水、溫度、相對(duì)濕度分別為45.7 mm、23.6℃和50.4%。處理過(guò)程中采用照度記錄儀、溫濕度記錄儀和二氧化碳記錄儀對(duì)小麥灌漿期遮光棚內(nèi)的小氣候進(jìn)行檢測(cè)記錄。從小麥冠層上部50 cm測(cè)得的小氣候特征值(表2)可見(jiàn), 本試驗(yàn)的遮光效果基本符合預(yù)期試驗(yàn)計(jì)劃。

1.3 小麥籽粒的采集及全麥粉的制備

開(kāi)花期選擇各處理長(zhǎng)勢(shì)一致的麥穗標(biāo)記, 成熟期收獲所標(biāo)記的麥穗, 剝?nèi)∷胫胁?、2位小花籽粒, 保存, 備用。一部分用PULVERISETTE 14旋轉(zhuǎn)粉碎機(jī)(FRITSCH, 德國(guó))磨制全麥粉, 用于淀粉含量的測(cè)定。剩余部分用于小麥淀粉的提取, 所提取的籽粒淀粉用于粒度分布、晶體特性、糊化特性及熱力學(xué)特性的測(cè)定。

表1 試驗(yàn)田0~20 cm土層播種前土壤養(yǎng)分含量

表2 花后不同遮光處理的試驗(yàn)田小氣候特征值

小氣候特征值測(cè)定時(shí)間為花后第30天上午11:00。數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年度中處理間差異顯著(<0.05)。CK: 不遮光對(duì)照; S30: 遮光30%; S60: 遮光60%。

Microclimate eigenvalues were measured at 11:00 am on the 30th day post after flowering. Different letters after data within the same year indicate significant difference among treatments at< 0.05. CK: control without shading; S30: shading by 30%; S60: shading by 60%.

1.4 籽粒淀粉含量和粒度分布測(cè)定方法

參考Wang等[20]描述的方法提取小麥籽粒淀粉, 置于4℃冰箱中儲(chǔ)存?zhèn)溆?。采用蒽酮比色法測(cè)總淀粉的含量, 直鏈淀粉含量的測(cè)定參照GB7648-87的方法。支鏈淀粉含量為總淀粉和直鏈淀粉含量之差。

參考Zhang等[21]描述的方法, 利用LS 13320型激光粒度分析儀(Beckman, 美國(guó))測(cè)定淀粉粒度。

1.5 籽粒淀粉理化特性測(cè)定方法

參考Cheetham和Tao[22]描述的方法, 采用D/max 2500PC型粉末X-射線衍射儀(Rigaku, 日本)測(cè)定淀粉晶體特性。

采用RVA 4500型快速黏度儀(Perten Instruments, 瑞典), 按照GB/T 24853-2010方法測(cè)定淀粉糊化特性。

參考Yu等[23]描述的方法, 采用DSC-200 PC型差示掃描量熱分析儀(NETZSCH, 德國(guó))測(cè)定淀粉熱力學(xué)特性。

1.6 數(shù)據(jù)分析與作圖

利用Jade 5.0、LS 13320型激光衍射粒度分析儀、RVA 4500型快速黏度分析儀和DSC-200 PC型差示掃描量熱分析儀自帶軟件導(dǎo)出試驗(yàn)數(shù)據(jù), 用Microsoft Excel 2003、SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)小麥籽粒淀粉及組分含量的影響

不同強(qiáng)度遮光對(duì)兩品種小麥籽粒淀粉及組分含量有顯著影響, 且弱光逆境對(duì)直鏈淀粉、支鏈淀粉含量及直/支比的影響存在基因型差異(表3)。隨光照強(qiáng)度的降低, 兩小麥品種籽粒淀粉含量降低, 且隨遮光強(qiáng)度的增大降低幅度增大。輪選987的直鏈淀粉含量、直/支比呈先降低后增加的趨勢(shì), 而支鏈淀粉含量呈增加趨勢(shì), 且S30遮光處理的增加幅度大于S60處理; 農(nóng)大糯50206的直鏈淀粉含量、直/支比隨光照強(qiáng)度的降低呈增加趨勢(shì), 支鏈淀粉含量呈減少趨勢(shì)。同一品種的不同遮光處理間的淀粉含量、直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量及直/支比差異顯著。

2.2 花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)小麥淀粉粒度分布的影響

兩年度結(jié)果一致表明, 不同基因型的小麥胚乳淀粉粒體積分布和表面積分布呈雙峰曲線變化, B型淀粉粒(<10 μm)處峰高隨光照強(qiáng)度的降低而降低, A型淀粉粒(≥10 μm)處峰高呈相反變化趨勢(shì)(圖1)。小麥胚乳淀粉粒數(shù)目分布呈單峰曲線變化, 且峰值粒徑小于4 μm, 光照強(qiáng)度降低后峰高降低, S30和S60兩處理差異不明顯。B型淀粉粒體積、表面積和數(shù)目比例隨光照強(qiáng)度降低呈減小趨勢(shì), 而A型淀粉粒呈增大的趨勢(shì)(表4)。表明小麥籽粒灌漿過(guò)程中, 光照強(qiáng)度減弱降低了光合產(chǎn)物的生產(chǎn), 使可分化成B型淀粉粒的光合物質(zhì)減少, 導(dǎo)致B型淀粉粒的數(shù)量下降, 相對(duì)提高了A型淀粉粒的比例。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn), 農(nóng)大糯50206 B型淀粉粒的體積、表面積和數(shù)目分布比例均高于輪選987, 而A型淀粉粒低于輪選987。

2.3 花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)小麥淀粉晶體特性的影響

淀粉X-射線衍射圖譜顯示, 兩品種S60處理的的衍射峰強(qiáng)度明顯低于CK和S30處理, 晶體類型均呈典型的A型特征, 即在衍射角2θ為15o、20o和23o 附近各有一個(gè)單峰, 在17o和18o附近有相連的雙峰, 表明其不受花后弱光脅迫影響, 但在衍射角2θ為20o時(shí), 輪選987的淀粉尖峰強(qiáng)度明顯大于農(nóng)大糯50206 (圖2)。兩品種的淀粉相對(duì)結(jié)晶度受弱光的影響存在基因型差異, 花后光照強(qiáng)度降低使輪選987的淀粉相對(duì)結(jié)晶度呈增大趨勢(shì), 且S30處理的增幅大于S60, 而農(nóng)大糯50206的淀粉相對(duì)結(jié)晶度隨光照強(qiáng)度的降低呈減小趨勢(shì), 并且高于相同遮光處理的輪選987的相對(duì)結(jié)晶度(表5)。

表3 不同遮光處理對(duì)小麥籽粒淀粉及組分含量的影響

同一年度中, 數(shù)據(jù)后不同字母表示相同品種的處理間差異顯著(<0.05)。CK: 不遮光對(duì)照; S30: 遮光30%; S60: 遮光60%。

In each growing year, different letters after data within the same cultivar indicate significant difference among treatments at< 0.05. CK: control without shading; S30: shading by 30%; S60: shading by 60%.

表4 不同遮光處理對(duì)小麥籽粒淀粉粒粒度分布特征的影響

同一年度中, 數(shù)據(jù)后不同字母表示相同品種的處理間差異顯著(<0.05)。CK: 不遮光對(duì)照; S30: 遮光30%; S60: 遮光60%。

In each growing year, different letters after data within the same cultivar indicate significant difference among treatments at< 0.05. CK: control without shading; S30: shading by 30%; S60: shading by 60%.

CK: 不遮光對(duì)照; S30: 遮光30%; S60: 遮光60%。

CK: control without shading; S30: shading by 30%; S60: shading by 60%.

2.4 花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)小麥淀粉糊化特性的影響

花后光照強(qiáng)度降低對(duì)小麥籽粒淀粉RVA特征參數(shù)的影響存在基因型差異。輪選987的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、稀澥值、反彈值隨光照強(qiáng)度的降低而增大, 且不同遮光處理間差異顯著, 糊化溫度在S60處理?xiàng)l件下顯著降低, 而糊化時(shí)間在不同處理間差異不大; 農(nóng)大糯50206的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、稀澥值和反彈值隨光照強(qiáng)度的降低而減小, 不同遮光處理間的差異達(dá)顯著水平, 弱光對(duì)糊化溫度和糊化時(shí)間基本沒(méi)影響。與輪選987相比較, 農(nóng)大糯50206的峰值黏度和稀澥值較大, 糊化溫度較高, 達(dá)到峰值所需時(shí)間更長(zhǎng)(表6)。

CK: 不遮光對(duì)照; S30: 遮光30%; S60: 遮光60%。

CK: control without shading; S30: shading by 30%; S60: shading by 60%.

表5 不同強(qiáng)度遮光對(duì)小麥淀粉相對(duì)結(jié)晶度的影響

數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(<0.05)。CK: 不遮光對(duì)照; S30: 遮光30%; S60: 遮光60%。

Different letters after data indicate significant difference among treatments at< 0.05. CK: control without shading; S30: shading by 30%; S60: shading by 60%.

2.5 花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)小麥淀粉熱力學(xué)特性的影響

花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)小麥淀粉的熱力學(xué)特征參數(shù)的影響因基因不同存在差異。輪選987的起始溫度、高峰溫度和終止溫度隨光照強(qiáng)度的降低而降低, 而糊化焓增加, 各處理間差異達(dá)顯著水平; 農(nóng)大糯50206的起始溫度、高峰溫度、終止溫度及糊化焓隨光照強(qiáng)度的降低均呈下降趨勢(shì); 農(nóng)大糯50206起始溫度、高峰溫度、終止溫度和糊化焓均高于輪選987, 表明農(nóng)大糯50206需要更高的溫度才開(kāi)始糊化,淀粉糊化過(guò)程中需要吸收更多的熱量(表7)。

2.6 小麥籽粒淀粉組分與理化特性的相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明, 小麥籽粒淀粉組分與理化特性存在顯著的相關(guān)關(guān)系(表8)。直鏈淀粉含量、直/支比與相對(duì)結(jié)晶度呈顯著負(fù)相關(guān), 而支鏈淀粉含量與相對(duì)結(jié)晶度呈顯著正相關(guān)。直鏈淀粉含量和直/支比與峰值黏度、谷值黏度、稀澥值、糊化時(shí)間和糊化焓存在顯著負(fù)相關(guān), 與最終黏度和反彈值存在極顯著正相關(guān)。支鏈淀粉含量與峰值黏度、稀澥值、糊化溫度、糊化時(shí)間和糊化焓存在顯著正相關(guān), 與最終黏度和反彈值存在極顯著負(fù)相關(guān)。A型淀粉粒體積比例和直鏈淀粉含量與淀粉理化特性之間的相關(guān)性基本一致, 與直鏈淀粉中A型淀粉粒含量相對(duì)較多有關(guān)。

3 討論

3.1 花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)小麥籽粒淀粉組成變化的影響

花后灌漿階段是小麥淀粉合成的關(guān)鍵時(shí)期, 而在灌漿期常遇陰雨寡照等不良天氣, 對(duì)小麥淀粉的合成產(chǎn)生不利影響。淀粉含量及淀粉粒分布比例的變化影響淀粉的品質(zhì)[24]。本研究表明, 弱光處理后輪選987的直鏈淀粉含量先減少后增加, 支鏈淀粉含量增加, 總淀粉含量減少, 可見(jiàn)花后直鏈淀粉含量的降低是輪選987總淀粉含量降低的主因。李文陽(yáng)等[16]研究發(fā)現(xiàn), 小麥灌漿期遮光后直/支比減小。本試驗(yàn)中, 非糯品種輪選987也呈現(xiàn)此結(jié)果, 且遮光對(duì)直/支比的影響與對(duì)直鏈淀粉含量的影響一致; 而糯性品種農(nóng)大糯50206則與此不同, 遮光后直鏈淀粉含量增加, 支鏈淀粉含量減少, 由此導(dǎo)致總淀粉含量減少, 同時(shí)直/支比增大。

表6 不同遮光處理對(duì)小麥淀粉糊化特性的影響

同一年度中, 數(shù)據(jù)后不同字母表示相同品種的處理間差異顯著(<0.05)。CK: 不遮光對(duì)照; S30: 遮光30%; S60: 遮光60%。

In each growing year, different letters after data within the same cultivar indicate significant difference among treatments at< 0.05. CK: control without shading; S30: shading by 30%; S60: shading by 60%.

同一年度中, 數(shù)據(jù)后不同字母表示相同品種的處理間差異顯著(<0.05)。CK: 不遮光對(duì)照; S30: 遮光30%; S60: 遮光60%。

In each growing year, different letters after data within the same cultivar indicate significant difference among treatments at< 0.05. CK: control without shading; S30: shading by 30%; S60: shading by 60%.

小麥淀粉粒度的體積、表面積和數(shù)目分布不僅受其本身的遺傳基因控制, 而且受環(huán)境條件的影響。尤其是在小麥籽粒灌漿期間, 環(huán)境條件的作用大于基因型的作用[25]。蔡瑞國(guó)等[26]研究發(fā)現(xiàn), 強(qiáng)筋小麥胚乳淀粉粒數(shù)目分布呈單峰曲線, 體積和表面積分布成雙峰曲線變化。Zhang等[21]認(rèn)為, 干旱脅迫減少了小淀粉粒的積累, 卻提高了大淀粉粒的含量。李文陽(yáng)等[16]報(bào)道, 花后弱光條件下A型淀粉粒增多, B型淀粉粒減少, 本試驗(yàn)結(jié)果印證這一結(jié)果, 分析其原因, 可能是B型淀粉形成相對(duì)較晚[27], 光合產(chǎn)物優(yōu)先供給A型淀粉粒, 花后光照強(qiáng)度降低后, 光合產(chǎn)物積累減少, 限制B型淀粉粒的分化, 相對(duì)提高了A型淀粉粒數(shù)目的比例[17]。農(nóng)大糯50206的B型淀粉粒的體積、表面積和數(shù)目比例均高于輪選987, 而A型淀粉粒低于輪選987, 這可能與兩小麥品種對(duì)灌漿期弱光的敏感度、光合產(chǎn)物積累量不同及農(nóng)大糯品種50206小麥基因的缺失有關(guān)。

表8 小麥籽粒淀粉組分與其理化特性的相關(guān)性分析

*< 0.05;**< 0.01.

3.2 花后不同強(qiáng)度遮光對(duì)小麥籽粒淀粉理化特性的影響

小麥淀粉粒包含結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū), 結(jié)晶區(qū)主要由支鏈淀粉的A鏈和B鏈以雙螺旋結(jié)構(gòu)形成, 結(jié)構(gòu)較為緊密, 不易被外力和化學(xué)試劑作用。高溫和干旱脅迫影響小麥面粉的相對(duì)結(jié)晶度[28-29], 表明環(huán)境條件對(duì)小麥胚乳淀粉相對(duì)結(jié)晶度存在影響。本研究結(jié)果表明, 輪選987和農(nóng)大糯50206淀粉的晶體類型不受花后弱光的影響, 均呈典型的A型特征, 且農(nóng)大糯50206的相對(duì)結(jié)晶度顯著高于輪選987。這一結(jié)果與前人報(bào)道一致[30]。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn), 花后光照強(qiáng)度降低, 輪選987淀粉的相對(duì)結(jié)晶度呈增大趨勢(shì), 且在S30處理的增幅大于S60處理, 而農(nóng)大糯50206的相對(duì)結(jié)晶度隨光照強(qiáng)度的降低呈減小趨勢(shì)。這種變化趨勢(shì)與弱光脅迫下支鏈淀粉含量的變化相符, 可見(jiàn)淀粉相對(duì)結(jié)晶度與支鏈淀粉含量密切相關(guān)。

花后弱光影響小麥淀粉糊化特性, 李花帥等[31]研究表明, 光照時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短均降低了淀粉黏度值; 而牟會(huì)榮[32]發(fā)現(xiàn), 揚(yáng)麥158和揚(yáng)麥11經(jīng)遮陰處理后, 其籽粒淀粉峰值黏度降低, 回生值提高, 但揚(yáng)麥158的谷值黏度和糊化溫度不受遮陰處理影響。本研究結(jié)果與此不盡相同, 輪選987的淀粉峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、稀澥值和反彈值隨花后光照強(qiáng)度的降低而增大, 糊化溫度在S60處理?xiàng)l件下顯著降低; 農(nóng)大糯50206淀粉隨光照強(qiáng)度的降低RVA特征參數(shù)呈減小趨勢(shì), 糊化溫度和糊化時(shí)間無(wú)顯著變化, 這說(shuō)明弱光脅迫對(duì)小麥淀粉糊化特性的影響與基因型有關(guān)。正常光照下,基因型(糯性品種, Waxy蛋白缺失)的淀粉峰值黏度和稀澥值顯著高于基因型[33]。在弱光脅迫下, 仍表現(xiàn)這一規(guī)律, 本研究農(nóng)大糯50206淀粉的峰值黏度和稀澥值也顯著高于輪選987。

輪選987和農(nóng)大糯50206的淀粉熱力學(xué)特性對(duì)弱光的響應(yīng)也存在差異, 隨光照強(qiáng)度的降低, 輪選987淀粉的高峰溫度、終止溫度和起始溫度降低, 糊化焓增加, S30處理的起始溫度下降幅度較大; 農(nóng)大糯50206淀粉的熱力學(xué)特性參數(shù)均隨光照強(qiáng)度的降低而降低。相同處理?xiàng)l件下, 農(nóng)大糯50206淀粉的起始溫度、高峰溫度、終止溫度和糊化焓均高于輪選987, 表明農(nóng)大糯50206比輪選987需要更高的溫度才開(kāi)始糊化, 并且糊化過(guò)程中需要吸收更多的熱量, 這可能與糯小麥支鏈淀粉含量多, 排列比較規(guī)則, 淀粉分子結(jié)合比較緊密有關(guān)。

3.3 小麥籽粒淀粉組分與理化特性之間的關(guān)系

本研究通過(guò)相關(guān)性分析表明, 直鏈淀粉含量、直支比值和A型淀粉粒體積比例與相對(duì)結(jié)晶度呈顯著負(fù)相關(guān), 支鏈淀粉含量與結(jié)晶度呈顯著正相關(guān), 這一結(jié)果支持糯小麥相對(duì)結(jié)晶度高于非糯小麥的結(jié)論[5], 因?yàn)榕葱←溨杏懈嘀ф湹矸鄣膫?cè)鏈參與形成雙螺旋結(jié)構(gòu)?；ê笕豕饽婢秤绊懶←溩蚜Ｖ械矸劢M分以及糊化、熱力學(xué)和黏度特性, 表現(xiàn)為直鏈淀粉含量越高、直/支比越大, 淀粉的峰值黏度、谷值黏度、稀澥值、糊化時(shí)間和糊化焓就越小, 而最終黏度和反彈值越大。

4 結(jié)論

花后弱光脅迫條件下, 糯性不同的2個(gè)小麥品種均呈現(xiàn)籽粒淀粉含量下降、A型淀粉粒占比例升高、B型淀粉粒減少等特征, 其中輪選987的淀粉相對(duì)結(jié)晶度、峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、稀澥值、反彈值及糊化焓隨光照強(qiáng)度的降低而增大, 農(nóng)大糯50206的上述指標(biāo)則呈相反變化趨勢(shì)?；ê笕豕庥绊懥藘煞N類型小麥籽粒淀粉組分含量變化和淀粉粒度分布, 相應(yīng)地改變了其淀粉晶體、糊化和熱力學(xué)特性, 而且不同基因型品種間差異顯著。

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Effects of Post-Flowering Shading Intensities on Starch Components and Physicochemical Properties inand Non-Wheats

LIU Xi-Wei1, ZHANG Min1, LI Yong2, ZHANG Yu-Chun1, SONG Xiao-Jun1, ZHAO Cheng1, and CAI Rui-Guo1,*

1Life Science and Technology Institute, Hebei Normal University of Science & Technology, Changli 066600, China;2State Key Laboratory of Crop Biology, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China

Post-flowering shading may change the accumulation and structure formation of starch in wheat, resulting in deterioration of flour processing and edible qualities. In this study, we observed the changes of starch components and physicochemical properties under 0%, 30%, or 60% shading intensity after flowering in the non-wheat Lunxuan 987 and thewheat Nongdanuo 50206. Under shading stress, the starch content decreased, however, the proportion of A-type starch granules and the relative crystallinity increased in both cultivars. The starch peak viscosity, hold trough, final viscosity, breakdown, and setback in Lunxuan 987 showed increasing trends with the increase of shading intensity; on the contrary, those in Nongdanuo 50206 showed decreasing changes. In Lunxuan 987, stronger shading stress led to decreased onset temperature, peak temperature, and end temperature, but increased gelatinization enthalpy. In Nongdanuo 50206, these starch thermodynamic parameters all decreased with the increase of shading intensity. The correlation analysis showed that amylose content, amylose/amylopectin ratio, and A-type starch granules volume proportion were positively correlated with the relative crystallinity, peak viscosity, hold trough, breakdown, pasting temperature, and gelatinization enthalpy, but negatively correlated with final viscosity and setback. Our findings suggest that post-flowering shading stress has the negative effects on starch components and particle size distribution, thus, resulting in the changes of relative crystallinity, gelatinization, and thermodynamic properties of wheat starch.

Winter wheat; Shading; Starch; Size distribution; Starch components; Physicochemical properties

10.3724/SP.J.1006.2017.00777

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31201157), 河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(C201507061), 河北省教育廳優(yōu)秀青年基金專項(xiàng)(Y2012032)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300402-2)資助。

The study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31201157), the Natural Science Foundation of Hebei Province (C201507061), the Special Project for Outstanding Youth funded by the Education Department of Hebei Province (Y2012032), and the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300402-2).

(Corresponding author): 蔡瑞國(guó), E-mail: cairuiguo@126.com, Tel: 13653360972

E-mail: lxw890510@163.com

(收稿日期): 2016-06-13; Accepted(接受日期): 2017-03-01; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2017-03-07.

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170307.1841.004.html