施氮量對(duì)弱筋小麥籽粒品質(zhì)形成的影響

吳培金，閆素輝，邵慶勤，許 峰，張從宇，李文陽(yáng)

(安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院，安徽鳳陽(yáng) 233100)

弱筋小麥籽粒硬度小、蛋白質(zhì)含量低、面筋強(qiáng)度弱，是制作餅干、糕點(diǎn)等食品的重要原材料[1-2]。氮肥是影響小麥產(chǎn)量與品質(zhì)的主要因素，施氮量對(duì)調(diào)節(jié)群體發(fā)展、優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)量具有重要作用[3]。魏鳳珍等[4]研究認(rèn)為，合理的氮肥運(yùn)籌可有效增加小麥有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，進(jìn)而提高籽粒產(chǎn)量；增加施氮量及追氮比例對(duì)提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量有重要作用。施用氮肥對(duì)小麥籽粒形成過(guò)程中相關(guān)酶活性具有明顯的調(diào)節(jié)效應(yīng)[5-6]。不同施氮量對(duì)小麥籽粒淀粉粒的分布及糊化特性有顯著影響[7-8]，增施氮肥可以顯著提高小麥籽粒淀粉峰值黏度[9-10]。

施用氮肥雖可以有效提高小麥產(chǎn)量及改善籽粒品質(zhì)，但不同類型小麥所需氮素營(yíng)養(yǎng)有差異[11-12]。以往研究多是以中、強(qiáng)筋小麥為對(duì)象，其籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量在一定范圍內(nèi)隨施氮量的增加而增高，而弱筋小麥以較低的蛋白質(zhì)含量為優(yōu)質(zhì)目標(biāo)，要保證其高產(chǎn)且低蛋白含量，對(duì)適宜施氮量的把控要求更為嚴(yán)格。為此，本試驗(yàn)選用不同弱筋小麥品種，設(shè)置不同氮素水平，探究施氮量對(duì)弱筋小麥成熟期籽粒產(chǎn)量與品質(zhì)、相關(guān)酶活性、淀粉顆粒分布及糊化特性的影響，為弱筋小麥高效優(yōu)質(zhì)栽培的適宜施氮量選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以弱筋小麥品種揚(yáng)麥13和寧麥13為供試材料，于2016-2017年在安徽科技學(xué)院種植科技園(鳳陽(yáng))進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)11.2 g·kg-1，速效氮80.2 mg·kg-1，速效磷28.6 mg·kg-1，速效鉀62.3 mg·kg-1。設(shè)置4個(gè)施氮水平，即施純氮0 kg·hm-2(N0)、105 kg·hm-2(N105)、210 kg·hm-2(N210)、315 kg·hm-2(N315)。追氮時(shí)期為起身期(3月20日)，基追比為7∶3。播種密度375×104·hm-2，行距25 cm，小區(qū)面積為9 m2(3 m × 3 m)，重復(fù)3次。其他肥料用量按N∶P2O5∶K2O= 1∶0.5∶0.5(P、K以N210為標(biāo)準(zhǔn))，作為底肥一次性施用。其他田間管理同一般生產(chǎn)田(雨養(yǎng)條件)。播種期為2016年11月9日，收獲期為2017年5月25日。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 籽粒蛋白質(zhì)含量測(cè)定

籽粒蛋白質(zhì)含量用Perten公司的DA7200近紅外分析儀測(cè)定。

1.2.2 籽粒面筋蛋白組分測(cè)定

蛋白組分采用連續(xù)提取法[13]進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 谷氨酰胺合成酶(GS)活性測(cè)定

于小麥灌漿前期(4月20日)、中期(5月4日)、后期(5月18日)分別取6～10個(gè)麥穗。用北京索萊寶科技有限公司的谷氨酰胺合成酶(GS)活性檢測(cè)試劑盒，按照試劑盒說(shuō)明進(jìn)行試驗(yàn)；在540 nm下測(cè)定反應(yīng)前后的吸光值，計(jì)算酶的活性。

1.2.4 淀粉粒的分離純化

參考Peng等[14]提取淀粉粒的方法，略有改動(dòng)。將3 g小麥籽粒放于50 mL的離心管中加入30 mL蒸餾水浸泡24 h。去胚，在研缽內(nèi)磨碎，直到所有的淀粉顆粒被釋放，攪勻，過(guò)200目篩； 3 500 r·min-1離心10 min；除去上清液，添加20 mL 2 mol·L-1NaCl溶液，混勻；將離心管30度角放于搖床上晃動(dòng)；6 h后用脫脂棉擦去離心管壁內(nèi)的雜質(zhì)，然后同上述方法離心；去上清液后添加20 mL 2 mol·L-1NaCl溶液，重復(fù)操作3次。同樣方法分別用0.2% NaOH、2% SDS和蒸餾水代替NaCl進(jìn)行混勻后離心步驟。最后，丙酮洗3次，干燥，-20 ℃低溫保存。

1.2.5 淀粉粒度分布測(cè)定

使用LS13320激光衍射粒度分析儀(Beckman Coulter，USA)測(cè)定淀粉的粒度特征。將約50 mg淀粉用5 mL的蒸餾水在10 mL的離心管中懸浮，取約1 mL淀粉懸浮液轉(zhuǎn)移到含有雙蒸水的激光衍射粒度分析儀分散罐中，在遮蔽率為8%～12%時(shí)進(jìn)行分析。

1.2.6 淀粉RVA黏度參數(shù)測(cè)定

用Perten公司的LABORATORY MILL 3100 磨粉，稱取3 g面粉，加入25 mL蒸餾水，搖勻。用Perten公司生產(chǎn)的RVA Starch Master 3測(cè)定淀粉RVA黏度參數(shù)。

1.2.7 籽粒產(chǎn)量性狀測(cè)定

在小麥成熟期每小區(qū)選1 m2用于產(chǎn)量性狀測(cè)定。首先調(diào)查穗數(shù)，之后隨機(jī)取20穗調(diào)查穗粒數(shù)。全小區(qū)收獲脫粒、晾曬后稱重，折算產(chǎn)量(籽粒含水量13%)，并測(cè)定千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析及作圖用DPS 7.05、Origin 2019軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對(duì)弱筋小麥產(chǎn)量與蛋白質(zhì)含量的影響

由表1可以看出，適量增加施氮量可有效調(diào)控小麥群體結(jié)構(gòu)。隨著施氮量的增加，兩個(gè)弱筋小麥品種的穗數(shù)均呈上升趨勢(shì)，穗粒數(shù)和千粒重的變化因品種而異。從產(chǎn)量構(gòu)成看，施氮量對(duì)穗數(shù)和穗粒數(shù)的影響是導(dǎo)致?lián)P麥13產(chǎn)量變化的主要原因。在施純氮0～210 kg·hm-2范圍內(nèi)，增施氮肥可提高2個(gè)弱筋小麥品種籽粒產(chǎn)量，若過(guò)量施用氮肥(315 kg·hm-2)，籽粒產(chǎn)量均降低，但原因不同，揚(yáng)麥13的減產(chǎn)主要?dú)w因于穗粒數(shù)和千粒重降低，而寧麥13是因?yàn)槌霈F(xiàn)倒伏。隨施氮量的增加，兩個(gè)弱筋小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量逐漸增加。當(dāng)施純氮105 kg·hm-2時(shí)，兩個(gè)弱筋小麥籽粒蛋白質(zhì)分別為10.59%(揚(yáng)麥13)、 11.37%(寧麥13)，而當(dāng)施純氮210 kg·hm-2時(shí)，兩個(gè)弱筋小麥品種的籽粒蛋白質(zhì)含量均不符合國(guó)家優(yōu)質(zhì)弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)(<12.5%)。

2.2 施氮對(duì)弱筋小麥面筋蛋白組分含量的影響

由表2可以看出，兩個(gè)品種的籽粒麥谷蛋白含量均隨著施氮量的增加而增加。醇溶、麥谷蛋白在不同氮水平處理間變異系數(shù)分別為8.15%、18.6%(揚(yáng)麥13)和6.3%、13.4%(寧麥13)?？梢?jiàn)與醇溶蛋白相比，氮肥對(duì)弱筋小麥籽粒麥谷蛋白含量的影響較大。

2.3 施氮對(duì)弱筋小麥GS活性

由圖1可以看出，N0、N105處理小麥籽粒灌漿中后期GS活性低于N210和N315處理，兩個(gè)品種表現(xiàn)一致。這可能是低氮處理籽粒含較低蛋白質(zhì)、中高氮處理籽粒含較高蛋白質(zhì)的原因之一。

表1 氮素水平對(duì)弱筋小麥籽粒產(chǎn)量與蛋白質(zhì)含量的影響

2.4 施氮對(duì)淀粉粒度分布的影響

由表3可知，兩個(gè)品種A、B型淀粉粒體積百分比隨施氮量的增加表現(xiàn)略有差異，揚(yáng)麥13的B型淀粉粒體積百分比隨施氮量的增加而升高，A型淀粉粒體積百分比以N0處理最大，為80.8%；寧麥13的B型淀粉粒體積百分比則隨施氮量的增加先升高后降低。由此可見(jiàn)，弱筋小麥A、B型淀粉粒的體積分布與品種及施氮量均有關(guān)。兩個(gè)弱筋小麥品種的B型淀粉粒數(shù)目占總淀粉粒數(shù)目的99.7%以上，說(shuō)明弱筋小麥的淀粉粒在數(shù)量上主要由B型淀粉粒組成。氮水平對(duì)淀粉粒數(shù)量無(wú)顯著影響，而品種和品種×氮水平互作對(duì)被測(cè)指標(biāo)均有極顯著影響。由此可得，施氮量對(duì)弱筋小麥籽粒A型和B型淀粉粒的數(shù)目分布無(wú)顯著影響。兩個(gè)小麥品種B型淀粉粒表面積百分比在N210處理下達(dá)到最大值，A型淀粉粒表面積百分比在N0處理下達(dá)到最大值，隨著施氮量的增加，B型淀粉粒表面積百分比表現(xiàn)為先升高后降低，A型淀粉粒表現(xiàn)為先降低后升高。由此可得，在施氮量為0～210 kg·hm-2時(shí)，B型淀粉粒(<10 μm)表面積百分比隨施氮量的增加而升高，A型淀粉粒(>10 μm)表面積百分比隨施氮量的增加而降低。

2.5 施氮對(duì)弱筋小麥淀粉RVA黏度參數(shù)的影響

品種和施氮量對(duì)弱筋小麥籽粒淀粉糊化溫度影響不顯著，對(duì)峰值黏度和最終黏度的影響均達(dá)極顯著水平(表4)。兩個(gè)小麥品種籽粒淀粉的最終黏度隨施氮量的增加而增加；峰值黏度在施氮量為 0～210 kg·hm-2時(shí)也隨施氮量增加而增加，繼續(xù)增加施氮量，兩個(gè)小麥品種表現(xiàn)不同。由此可得，在施氮量為0～210 kg·hm-2時(shí)，弱筋小麥籽粒淀粉黏度參數(shù)隨施氮量的增加而增高。

表2 氮素水平對(duì)小麥籽粒面筋蛋白組分含量的影響

圖1 施氮量對(duì)揚(yáng)麥13(A)和寧麥13(B) GS酶活性的影響

3 討 論

3.1 施氮量對(duì)弱筋小麥產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的影響

氮肥對(duì)小麥的籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要影響。本研究表明，在施純氮0～210 kg·hm-2范圍內(nèi)，增施氮肥可提高弱筋小麥籽粒產(chǎn)量，即適當(dāng)?shù)脑鍪┑士捎行岣咝←溩蚜．a(chǎn)量，這與前人研究結(jié)果[15-16]一致。徐鳳嬌等[17]研究表明，增施氮肥能夠有效提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量。本研究表明，隨施氮量的增加，兩個(gè)弱筋小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量逐漸增加，當(dāng)施純氮105 kg·hm-2時(shí)，兩個(gè)弱筋小麥籽粒蛋白質(zhì)含量分別為 10.59%(揚(yáng)麥13)、11.37%(寧麥13)，而當(dāng)施純氮210 kg·hm-2時(shí)，兩個(gè)弱筋小麥籽粒蛋白質(zhì)含量均不符合國(guó)家優(yōu)質(zhì)弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn) (<12.5%)。故本試驗(yàn)條件下，要保證弱筋小麥籽粒品質(zhì)和相對(duì)較高的產(chǎn)量，適宜的施氮量應(yīng)在105～210 kg·hm-2范圍。

表3 施氮量對(duì)弱筋小麥淀粉粒(A型和B型)體積、數(shù)目及表面積分布的影響

表4 施氮量對(duì)小麥籽粒淀粉RVA黏度參數(shù)的影響

3.2 施氮量對(duì)弱筋小麥面筋蛋白組分及GS活性的影響

陸增根等[12]研究表明，小麥籽粒蛋白各組分的含量隨施氮量的增加而增加，但各組分含量的變化幅度不同，醇溶蛋白最大，其次是谷蛋白、清蛋白，球蛋白提高幅度最小。本研究發(fā)現(xiàn)，與醇溶蛋白相比，氮肥對(duì)籽粒麥谷蛋白含量的影響較大，這與劉 霞等[18]研究結(jié)果一致。GS活性對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)的合成起著關(guān)鍵作用，其活性受品種及栽培環(huán)境的影響。本研究結(jié)果表明，施用氮肥對(duì)小麥灌漿前期GS活性的影響不大，在灌漿中期和后期，適當(dāng)?shù)脑黾邮┑浚軌蝻@著的提高GS活性，使N210和N315處理小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量顯著高于低氮處理，這與王月福等[5]研究結(jié)果相似。

3.3 施氮量對(duì)弱筋小麥淀粉粒度分布及糊化特性的影響

淀粉粒的粒度分布和理化特性主要受基因型控制，也受水分、溫度和土壤等栽培環(huán)境因素的影響[19-21]。蔡瑞國(guó)等[22]研究發(fā)現(xiàn)，適量增施氮肥能顯著提高小麥籽粒支鏈淀粉含量，降低其直鏈淀粉含量；與A型(>10 μm)淀粉粒相比，B型(<10 μm)淀粉粒在直鏈淀粉中含量較低，而在支鏈淀粉含量中高[23]。本研究得出，在施氮量為0～210 kg·hm-2時(shí)，B型淀粉粒體積、表面積百分比隨施氮量的增加而升高，A型淀粉粒則反之，不同施氮量對(duì)弱筋小麥A型與B型淀粉粒的數(shù)目分布無(wú)顯著影響。

小麥淀粉的糊化特性是反映淀粉品質(zhì)的重要指標(biāo)，對(duì)加工食品有顯著影響[24-25]。適當(dāng)增施氮肥可有效提高淀粉的糊化黏度，過(guò)多反而會(huì)降低[26]。本研究表明，施氮量對(duì)弱筋小麥籽粒淀粉糊化溫度影響不顯著，弱筋小麥籽粒淀粉的峰值黏度、最終黏度在施氮量為0～210 kg·hm-2時(shí)，隨施氮量的增加而增高。Peterson等[27]研究認(rèn)為，大淀粉粒的比例越高，面粉的峰值黏度越低；李文陽(yáng)等[23]研究認(rèn)為，B型淀粉粒黏度參數(shù)均顯著高于A型淀粉粒；淀粉的糊化與淀粉粒的淀粉分子間締合程度、分子排列緊密程度、微晶束的大小及密度有關(guān)[28]。本試驗(yàn)結(jié)果得出，在施氮量為0～210 kg·hm-2時(shí)，B(<10 μm)型淀粉粒表面積百分比隨施氮量的增加而升高，且淀粉的峰值黏度也隨施氮量的增加而增高，即小麥淀粉的峰值黏度與B型淀粉粒表面積百分比很可能存在正相關(guān)關(guān)系，具體還需要相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)一步 論證。