兩種灌水條件下4種氮源對小麥籽粒淀粉含量及其特性的影響

孫 婉，高宏歡，劉素君，杜晨陽，黃 鑫，盧紅芳，王晨陽，謝迎新，馬冬云

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)/國家小麥工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450046)

淀粉是小麥籽粒的主要成分，占籽粒干重的70%左右[1]。小麥淀粉的直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量、直/支比及糊化特性等均對面食品質(zhì)有重要影響[2-3]。章紹兵等[4]認(rèn)為，面粉糊化特性和直鏈淀粉含量呈顯著正相關(guān)，而直鏈淀粉含量對彈性的影響較小。研究表明，直鏈淀粉含量較低的淀粉具有良好的膨脹特性，制成面條的光滑性、黏彈性等較好，蒸煮損失較小[5]。馬冬云等[6]認(rèn)為，鮮面條的最佳煮制時間與直鏈淀粉含量呈顯著正相關(guān)。小麥籽粒中的淀粉粒主要有A型大淀粉粒和B型小淀粉粒，A型淀粉粒較B型淀粉粒含有較高的直鏈淀粉，且其淀粉峰值粘度、最終粘度和稀懈值均高于B型淀粉粒[7]。

合理的氮肥運籌，有助于實現(xiàn)小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。氮素不僅能提高籽粒蛋白質(zhì)含量，改善面包烘焙品質(zhì)[8]，對小麥籽粒淀粉直、支鏈組成和理化特性也有較大影響[9]。氮肥形態(tài)一般有銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及酰胺態(tài)氮，由于作物類型以及生長環(huán)境的不同，不同形態(tài)氮肥對作物影響不同。趙 鵬等[10]認(rèn)為，銨態(tài)氮和酰胺態(tài)氮可以提高籽粒中蛋白質(zhì)含量，酰胺態(tài)氮可以提高中筋小麥籽粒產(chǎn)量，而硝態(tài)氮有利于提高強筋小麥和中筋小麥的產(chǎn)量。吳金芝等[11]研究表明，酰胺態(tài)氮可以提高小麥直鏈淀粉含量，銨態(tài)氮可以提高弱筋小麥籽粒支鏈淀粉和總淀粉含量。不僅氮素形態(tài)對作物的影響存在差異，即使同一種氮素形態(tài)的不同類型對作物的影響也存在差異；如硝酸銨、硝酸銨鈣、硫硝酸銨的銨揮發(fā)存在顯著差異[12]。我國的氮肥主要以尿素為主，而發(fā)達國家施用較多的是硝酸銨鈣、硝酸銨等[13]。研究認(rèn)為，小麥以尿素為氮肥的氨揮發(fā)損失率為21%左右；以硝酸銨鈣為氮肥的損失率僅2%～3%[14]；以硝酸銨鈣為氮肥可以增加玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率[15]。

水、氮運籌是實現(xiàn)小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效的重要農(nóng)藝措施。已有研究結(jié)果表明，最佳的水、氮運籌方案因生態(tài)環(huán)境、品種特性及被測品質(zhì)指標(biāo)的差異而不盡相同[3,16-17]。對灌水次數(shù)與氮素形態(tài)耦合的研究表明，灌水次數(shù)不同，相應(yīng)的優(yōu)化氮素形態(tài)也不同[18]。隨著全球變暖和水資源的短缺，干旱脅迫已成為影響作物產(chǎn)量的一個主要因素。為探明不同水分條件下，不同氮源對小麥淀粉含量及其特性的影響，本試驗擬以鄭麥366(強筋)和百農(nóng)207(中筋)材料，在全生育期不灌水和灌拔節(jié)水+抽穗水條件下，研究4種氮源(尿素、氯化銨、硝酸鈣、硝酸銨鈣)對小麥籽粒淀粉含量及其特性的影響，以期為小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

本試驗于2017—2018年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)毛莊科教示范園區(qū)進行。試驗土質(zhì)為潮土，土壤含有機質(zhì)17.5 g·kg-1、全氮0.93 g·kg-1、速效磷18.83 mg·kg-1、速效鉀252.6 mg·kg-1。采用裂區(qū)設(shè)計，其中品種為主區(qū)，2個品種分別為鄭麥366(強筋)和百農(nóng)207(中筋)；水分為副區(qū)，設(shè)2種處理，分別為全生育期不灌水(W1)，灌拔節(jié)水+抽穗水(W2)，每次灌水定額為600 m3·hm-2；氮源為裂區(qū)，設(shè)4個處理，分別為氯化銨(NT1)、硝酸鈣(NT2)、尿素(NT3)、硝酸銨鈣(NT4)。每種氮源的用量均為純N 225 kg·hm-2，其中50%底施，50%于拔節(jié)期追施。施用磷肥120 kg·hm-2，鉀肥120 kg·hm-2，磷鉀肥均全部底施。田間管理同一般大田。成熟期取不同處理小區(qū)1 m雙行植株進行考種，測定小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、粒重。每小區(qū)收獲9 m2的樣方小麥植株，脫粒后計算其產(chǎn)量。

1.2 測定項目及方法

小麥籽粒樣品采用ALBM實驗?zāi)シ蹤C(無錫)制粉。籽粒淀粉及其組分含量測定：采用何照范[19]雙波長比色法。淀粉糊化特性測定：采用快速粘度分析儀(Rapid Visco Analyzer4500，Perten，瑞典)測定，并采用配套軟件分析。淀粉粒度分布測定：參照Peng等[20]的方法提取淀粉粒，采用激光衍射粒度分析儀(LS 13320，Beckman Coulter，USA)分析淀粉粒度分布。

淀粉凍融穩(wěn)定性測定[21]：取淀粉樣品，配制 40 g 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6%的淀粉乳(淀粉按干重計)，于 95 ℃水浴糊化后，冷卻至室溫，移入50 mL 的離心管中，置于冰箱冷凍室冷凍，24 h后取出，自然解凍后，觀察是否析水，記錄出現(xiàn)析水時的凍融次數(shù)并觀察糊液的狀態(tài)，用來確定其凍融穩(wěn)定性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS進行數(shù)據(jù)分析；采用多因素方差分析法分析水分、品種、肥料的效應(yīng)；采用Duncan多重比較法分析處理間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對淀粉含量及支/直比的影響

從表1可見，在全生育期不灌水(W1)條件下，強筋小麥品種鄭麥366總淀粉和支鏈淀粉含量均以尿素和硝酸銨鈣處理較高，且與氯化銨處理間差異顯著；支/直比以尿素處理最高，達到 4.17，硝酸銨鈣次之，為3.27。在灌拔節(jié)水+抽穗水(W2)條件下，總淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量及支/直比在不同氮源處理間均無顯著差異。

對中筋小麥品種百農(nóng)207，在W1條件下，以尿素和硝酸銨鈣處理的總淀粉含量、支鏈淀粉含量以及支/直比相對較高，其中尿素較氯化銨處理的總淀粉、支鏈淀粉和支/直比分別提高8.50%、18.15%和49.32%。而在W2條件下，被測指標(biāo)在不同氮源處理間均無顯著差異。表明在干旱或限制灌溉條件下，尿素和硝酸銨鈣的施用可以提高籽粒支鏈淀粉含量及支/直比。與W1處理比較，W2處理下兩個小麥品種的籽粒直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量的均值均有所增加。

表1 兩種灌水條件下氮源類型對淀粉含量及直、支比的影響

同列同一品種相同水處理數(shù)值后的不同字母表示處理間差異在0.05水平顯著。NT1：氯化銨；NT2：硝酸鈣；NT3：尿素；NT4：硝酸銨鈣。下同。

Data in same column cultivar and irrigation followed by different letters are significantly different at 0.05 level..NT1:Ammonium chloride;NT2:Calcium nitrate; NT3:Urea; NT4:Calcium ammonium nitrate.The same in tables 2-5.

2.2 不同處理對淀粉糊化特性的影響

強筋小麥品種鄭麥366在W1條件下，施用尿素和硝酸銨鈣的峰值粘度、稀懈值、反彈值和糊化溫度均較高，但與其他肥料之間差異不顯著。在W2條件下，施硝酸鈣的淀粉峰值粘度最高，且與氯化銨處理差異顯著；反彈值和糊化溫度在尿素和硝酸銨鈣處理下最高，且與氯化銨處理之間差異顯著。

中筋小麥品種百農(nóng)207在不同水氮處理下淀粉糊化特性的變化與鄭麥366略有不同，其中在W1條件下，淀粉峰值粘度、反彈值和糊化溫度均在氯化銨處理下最高，且均與硝酸鈣處理差異顯著。在W2條件下，百農(nóng)207的淀粉峰值粘度、反彈值和糊化溫度均在硝酸鈣處理下較高，而在硝酸銨鈣處理下最低。

W2條件下，兩個品種籽粒淀粉峰值粘度、稀懈值、反彈值和糊化溫度的均值均高于相應(yīng)的W1處理，表明灌2水處理可以提高淀粉糊化參數(shù)。

表2 兩種灌水條件下氮源類型對淀粉糊化特性的影響

2.3 不同處理對淀粉粒度分布的影響

從表3可見，在W1條件下，兩個小麥品種不同粒徑范圍的淀粉粒體積占比在4種氮源之間均沒有顯著差異，表明在相對干旱條件下，這4種氮源對淀粉粒體積占比的影響沒有顯著差異。

在W2條件下，強筋小麥鄭麥366在粒徑<2 μm、<5 μm和<9.8 μm的淀粉粒體積占比均表現(xiàn)為在硝酸銨鈣處理下最高，分別為12.65%、37.21%和52.92%；氯化銨處理下最低，分別為6.70%、18.07%和25.09%；大淀粉粒的體積占比(粒徑>9.8 μm)則分別表現(xiàn)為硝酸銨鈣處理下最低(47.08%)，氯化銨處理下最高 (74.91%)，表明在灌拔節(jié)水+抽穗水條件下施用硝酸銨鈣可以提高鄭麥366小淀粉粒的體積占比。

在W2條件下，中筋小麥百農(nóng)207粒徑 <2 μm、<5 μm和<9.8 μm的淀粉粒體積占比均表現(xiàn)為在硝酸鈣處理下最高，分別為12.00%、34.98%和48.66%；在硝酸銨鈣處理下最低，分別為5.95%、14.83%和20.92%；大淀粉粒的體積占比(粒徑>9.8 μm)則表現(xiàn)為硝酸鈣處理下最低(51.34%)、硝酸銨鈣處理下最高 (79.08%)，表明灌拔節(jié)水+抽穗水條件下施用硝酸鈣可以提高百農(nóng)207小淀粉粒的體積占比。

從表4可見，在W1條件下，兩個品種不同粒徑范圍的淀粉粒表面積的占比在4種氮肥類型之間沒有顯著差異，表明在相對干旱條件下，這4 種氮肥對淀粉粒表面積分布的影響沒有顯著 差異。

表3 兩種灌水條件下氮源對淀粉粒體積占比的影響

表4 兩種灌水條件下氮源對淀粉粒表面積占比的影響

在W2條件下，鄭麥366粒徑<2 μm、<5 μm和<9.8 μm的淀粉粒表面積占比均表現(xiàn)為在硝酸銨鈣處理下最高，分別為56.79%，81.02%和88.46%；而在氯化銨處理下較低，分別為54.14%，76.90%和83.36%；大淀粉粒(粒徑>9.8 μm)的表面積占比則表現(xiàn)為硝酸銨鈣處理下最低(11.54%)、氯化銨處理下最高 (16.64%)，表明灌拔節(jié)水+抽穗水條件下施用硝酸銨鈣可以提高鄭麥366小淀粉粒表面積的百 分比。

在W2條件下，中筋小麥品種百農(nóng)207不同淀粉粒表面積占比在4種氮肥間沒有顯著差異，表明灌拔節(jié)水+抽穗水條件下，這4種氮肥對不同淀粉粒表面積占比沒有顯著影響。

由表5可知，兩個小麥品種不同粒徑范圍的淀粉粒數(shù)目占比在4種氮肥間均沒有顯著差異，表明這4種氮肥對淀粉粒數(shù)目占比的影響沒有顯著差異。

2.4 兩種灌水條件下氮源對淀粉失水率的影響

淀粉失水率是反映淀粉凍融穩(wěn)定性的指標(biāo)，好的凍融穩(wěn)定性適宜于冷凍食品的制作。由圖1可見，在W1處理下，鄭麥366淀粉失水率在尿素施用下最低，為48%；在W2條件下，鄭麥366淀粉失水率在硝酸銨鈣施用下最低，為51%。表明對于鄭麥366，施用酰胺態(tài)氮肥在一定程度上可提高面團凍融的穩(wěn)定性。對于百農(nóng)207來說，不同灌水條件下不同氮肥對淀粉失水率的影響不一致；在W1條件下，施用氯化銨和硝酸銨鈣之間沒有顯著差異，但在W2條件下，施用氯化銨下淀粉失水率較低，表明水份和氮肥類型對淀粉失水率有交互作用，在施氮肥改善淀粉品質(zhì)時需要同時考慮氮肥類型和灌溉條件。

表5 兩種灌水條件下氮源對淀粉粒數(shù)目占比的影響

圖柱上不同小寫字母表示處理間差異在5%水平顯著。

Different lower-case letters above the columns indicate significant difference among treatments at 0.05 level.

圖1 兩種灌水條件下氮肥對鄭麥366(A)和百農(nóng)207(B)淀粉失水率的影響

Fig.1 Effect of nitrogen fertilizer types on the rate of starch water loss of Zhengmai 366(A)and Bainong 207(B)under two irrigation conditions

3 討 論

淀粉占小麥籽粒的60%～80%，對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)有重要作用；淀粉包括直鏈淀粉和支鏈淀粉，淀粉含量及其比例變化影響?zhàn)z頭、面條等食品品質(zhì)。優(yōu)質(zhì)面條、饅頭要求較低的直鏈淀粉含量和適宜的直/支比[22]。施用不同類型氮源對小麥籽粒淀粉含量及其組分比例的影響不同。吳金芝等[18]認(rèn)為，酰胺態(tài)氮可以提高直鏈淀粉含量，而銨態(tài)氮可以提高弱筋小麥籽粒支鏈淀粉和總淀粉含量。本研究中，在不灌水條件下，酰胺態(tài)氮(尿素)施用下直鏈淀粉含量較低，總淀粉含量和支鏈淀粉含量較高，而在灌2水條件下，不同氮肥類型對淀粉含量的影響沒有顯著差異。與已有研究結(jié)果存在差異，主要原因可能一方面在于供試品種不同，另一方面在于肥料類型(碳銨vs氯化銨)和水分狀況的差異。研究表明，小麥籽粒品質(zhì)受水、氮及其與品種間互作的影響[23-24]。Matiz等[25]認(rèn)為，尿素不僅可以作為氮源，同時也可以作為一定的碳源，尤其是干旱條件下氣孔關(guān)閉限制了葉片對CO2的吸收，在干旱條件下促進碳平衡。因此，在灌溉條件有限或相對干旱條件下，施用尿素可以提高中強筋小麥品種總淀粉含量，改善淀粉直/支比。

淀粉糊化特性是反映淀粉品質(zhì)的重要指標(biāo)，對小麥蒸煮品質(zhì)均有重要影響[26-27]。干旱脅迫顯著降低了小麥淀粉的峰值粘度和稀懈值，并提高了其低谷粘度和反彈值[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，在灌拔節(jié)水+抽穗水條件下，淀粉峰值粘度、稀懈值和反彈值高于全生育期不灌水。表明適宜灌水可以提高淀粉含量并且改善淀粉糊化特性。已有研究表明，灌水次數(shù)和不同氮素形態(tài)影響淀粉特性，其中淀粉糊化特性以灌拔節(jié)水并施硝態(tài)氮效果最好[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，在灌拔節(jié)水+抽穗水并施用硝酸鈣條件下，2個參試小麥品種籽粒的淀粉峰值粘度、反彈值均較高；與已有研究結(jié)果相似，表明適宜灌溉條件下施用硝態(tài)氮(本研究為硝酸鈣)有助于淀粉糊化特性的改善。在不灌水條件下，鄭麥366在不同類型氮肥處理下并無顯著差異，而百農(nóng)207以施用氯化銨淀粉峰值粘度最高；這可能由于不同品種最佳淀粉品質(zhì)所要求水、氮模式存在一定的差異[24]。

一般認(rèn)為，粒徑<9.8 μm的為小淀粉粒(B型)，粒徑>9.8 μm的為大淀粉粒(A型)[29-30]。李莎莎等[16]研究認(rèn)為，灌水可以增加中、小淀粉粒的體積占比，灌1水和灌2水較不灌水分別增加3.4%和4.8%。本研究中，灌拔節(jié)水+抽穗水較不灌水，粒徑<5 μm的淀粉粒體積占比分別增加 3.34%和6.85%，表面積占比增加3.08%和6.49%；表明適宜的灌溉可以增加小淀粉粒的體積和表面積占比，一定程度上改善面制品品質(zhì)。B型淀粉粒含量的增加可以改善面條色澤，增加面條粘彈性[31]。在灌2水條件下，鄭麥366小淀粉粒表面積和體積占比均在硝酸銨鈣處理下最高；而百農(nóng)207則在硝酸鈣施用下最高，這表明不同品種淀粉粒分布對氮肥類型的響應(yīng)存在差異。本研究發(fā)現(xiàn)，不同類型氮肥對淀粉粒數(shù)目分布的影響不顯著(總體趨勢與體積分布相似)。由于本研究只是一年的試驗結(jié)果，有關(guān)不同灌溉條件下(尤其是干旱條件下)氮肥類型對小麥品質(zhì)的影響有待進一步探討。本研究發(fā)現(xiàn)，不同氮源施用對品質(zhì)指標(biāo)的調(diào)控并不完全一致；如百農(nóng)207淀粉凍融穩(wěn)定性在氯化銨施用下較好。因此，在不同類型的優(yōu)質(zhì)專用小麥的生產(chǎn)中，可能需要根據(jù)品種的專用性優(yōu)先考慮其最佳品質(zhì)指標(biāo)來進行相應(yīng)栽培調(diào)控。