磷肥對(duì)小麥淀粉粒度分布及黏度參數(shù)的影響

吳永杰，成惠華，李瑞，李文陽(yáng)，邵慶勤，張從宇，閆素輝*

（1.安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院，安徽 鳳陽(yáng) 233100；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210095；3.山東省菏澤市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 菏澤 274000）

淀粉在小麥籽粒中占干重的65%～70%，并以淀粉粒的形式存在［1］，根據(jù)淀粉粒粒徑大小，將其劃分為A型（粒徑＞10 μm）和B型（粒徑≤10 μm）［2］。A型淀粉粒體積大、數(shù)量少、比表面積小、呈圓盤(pán)或透鏡狀；B型淀粉粒體積小、數(shù)量多、比表面積大、呈球形或多邊形［2-4］。淀粉粒度分布特征與黏度參數(shù)密切相關(guān)，對(duì)小麥籽粒淀粉品質(zhì)有顯著影響［5-8］。研究表明遺傳特性和栽培措施等外界條件共同調(diào)控小麥淀粉粒度分布［9-10］。馬冬云等［11］研究發(fā)現(xiàn)，增加氮素條件下小麥胚乳中B型淀粉粒體積、表面積和數(shù)目百分比提高。顧鋒等［12］研究發(fā)現(xiàn)，施氮有利于弱筋品種小麥和中筋品種小麥B型淀粉粒比例增大。張潤(rùn)琪等［13］研究認(rèn)為，不同磷元素對(duì)小麥胚乳淀粉粒形態(tài)無(wú)顯著影響。

磷元素是小麥生長(zhǎng)過(guò)程中一種必不可少的大量元素，光合作用與碳水化合物合成和運(yùn)輸?shù)壬磉^(guò)程均需磷元素的參與［14］。小麥栽培過(guò)程中施用過(guò)多的磷肥會(huì)被土壤吸附固定，無(wú)法被小麥吸收利用造成浪費(fèi)，且土壤中的磷肥超過(guò)一定量時(shí)會(huì)污染環(huán)境，而少施或不施磷肥會(huì)限制小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，探究合理的磷肥使用量對(duì)改善小麥籽粒品質(zhì)、養(yǎng)分有效利用和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)均具有重要意義。目前關(guān)于磷肥對(duì)小麥籽粒淀粉粒度分布和黏度參數(shù)影響的相關(guān)研究較少，本試驗(yàn)以小麥華成3366為材料，探究磷肥對(duì)淀粉粒度分布及黏度參數(shù)的調(diào)控效應(yīng)，旨為改善小麥籽粒淀粉品質(zhì)，探索小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017-2018年在安徽科技學(xué)院種植園（117°56′E、32°87′N）內(nèi)開(kāi)展，前茬為玉米。土壤質(zhì)地為黃棕壤，pH值為6.74，0～20 cm土壤表層的有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀分別為12.2 g/kg、53.4 mg/kg、15.0 mg/kg和60.4 mg/kg。以小麥品種華成3366為試驗(yàn)材料，于2017年11月播種，2018年5月收獲。小區(qū)面積為9 m2（3 m×3 m），行距為25 cm，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。開(kāi)花期選取典型一致的穗子掛牌標(biāo)記，于成熟期取樣，剝?nèi)∽蚜＿M(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

試驗(yàn)所用氮、磷、鉀肥分別為尿素（含N 46%）、氯化鉀（含K2O 60%）和過(guò)磷酸鈣（含P2O512%）。氮肥用量為施純N量180 kg/hm2，底肥和拔節(jié)期追肥各占50%。鉀肥用量為施K2O量120 kg/hm2，全部基施。設(shè)置4個(gè)磷肥施用水平，即磷肥用量分別為施P2O50 kg/hm2（P0）、60 kg/hm2（P60）、120 kg/hm2（P120）、180 kg/hm2（P180），全部基施。其他大田管理同一般高產(chǎn)田。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

1.2.1 淀粉粒的分離純化參照Peng等［15］和蔡瑞國(guó)等［16］的方法，稍加改動(dòng)。取成熟期籽粒2 g，浸泡后胚研磨，之后勻漿過(guò)濾于50 mL離心管中，再離心10 min（3500 r/min），保留沉淀。向離心管中加入20 mL NaCl溶液（2 mol/L），渦旋混合后得到勻漿，置于搖床上晃動(dòng)，擦拭管壁，再次離心10 min（3500 r/min）。以上操作重復(fù)3次。使用0.2% NaOH，2% SDS和蒸餾水以相同方式進(jìn)行清潔。最后，再用丙酮洗滌3次，風(fēng)干之后保存在-40 °C條件下。

1.2.2 淀粉粒度分布特征及糊化參數(shù)的測(cè)定淀粉粒度的體積、表面積、數(shù)目分布特征用激光衍射粒度分析儀（LS13320，美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司）測(cè)定。淀粉糊化參數(shù)用快速黏度分析儀（starchmaster-2，瑞典波通公司）分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過(guò)Microsoft Excel 2010和DPS 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷肥對(duì)小麥兩種淀粉粒體積占比分布的影響

由表1可知，增施磷肥顯著影響小麥籽粒淀粉粒體積占比分布。不同處理中A型和B型淀粉粒體積占比分別為34.0%～53.6%和46.4%～66.0%，施磷肥后，B型淀粉粒的體積占比顯著提高，A型淀粉粒的體積占比顯著下降。磷肥用量從0 kg/hm2增加到120 kg/hm2，B型淀粉粒體積百分比平均提高了41.1%，粒徑小于6 μm、小于3.6 μm和小于0.55 μm的淀粉粒體積占比分別提高了49.3%、52.7%和30.6%；而P60和P120處理A型淀粉粒體積占比較P0處理分別下降了16.1%和35.7%。磷肥用量120 kg/hm2與180 kg/hm2兩種處理對(duì)A型和B型淀粉粒體積占比分布無(wú)顯著性差異。說(shuō)明一定范圍內(nèi)增施磷肥可顯著提高B型淀粉粒體積占比，當(dāng)磷肥用量超過(guò)120 kg/hm2，繼續(xù)增施磷肥對(duì)A型和B型淀粉粒的體積占比影響不顯著。

表1 磷肥對(duì)小麥籽粒淀粉粒體積占比分布的影響Tab.1 Effect of phosphate fertilizer on the volume distribution of wheat starch granules /%

2.2 磷肥對(duì)小麥淀粉粒表面積分布的影響

分析表2可知，增施磷肥顯著影響小麥籽粒淀粉粒表面積分布。A型淀粉粒表面積占比8.8%～15.8%，B型占比84.2%～91.2%。磷肥用量從0 kg/hm2增加至120 kg/hm2，B型淀粉粒的表面積占比提高8.3%，A型淀粉粒表面積占比下降44.1%，粒徑小于6 μm和3.6 μm的B型淀粉粒表面積占比分別提高10.5%和10.9%。磷肥用量120 kg/hm2與180 kg/hm2兩個(gè)處理間B型淀粉粒表面積占比無(wú)顯著差異。以上分析表明，適宜增施磷肥可顯著提高B型淀粉粒表面積占比，降低A型淀粉粒表面積占比。當(dāng)磷肥超過(guò)120 kg/hm2時(shí)，施磷對(duì)A型和B型淀粉粒表面積占比影響不顯著。

表2 磷肥對(duì)小麥籽粒淀粉粒表面積占比分布的影響Tab.2 Effect of phosphate fertilizer on the surface area distribution of wheat starch granules /%

2.3 磷肥對(duì)小麥淀粉粒數(shù)目分布的影響

由表3可知，增施磷肥未顯著影響小麥籽粒A、B型淀粉粒數(shù)目的分布。在小麥胚乳總淀粉粒中，B型淀粉粒數(shù)目占比為99.9%，A型淀粉粒數(shù)目占比為0.1%，即小麥淀粉粒數(shù)目主要由B型淀粉粒組成。

表3 磷肥對(duì)小麥籽粒淀粉粒數(shù)目占比分布的影響Tab.3 Effect of phosphate fertilizer on the number distribution of wheat starch granules /%

2.4 磷肥對(duì)小麥淀粉黏度參數(shù)的影響

由表4可知，增施磷肥顯著影響小麥淀粉黏度參數(shù)。隨著磷肥用量增加，淀粉糊化參數(shù)總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，其中磷肥用量在120 kg/hm2時(shí)，峰值黏度和最終黏度最高。稀懈值和回升值在各處理?xiàng)l件下均無(wú)顯著差異。

表4 磷肥對(duì)小麥籽粒淀粉黏度參數(shù)的影響Tab.4 Effect of phosphate fertilizer on viscosity parameters of wheat starch

3 討論

小麥籽粒胚乳中A型與B型淀粉粒的形成是一個(gè)受淀粉合成相關(guān)酶（腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶、淀粉分支酶和淀粉去分支酶等）調(diào)節(jié)的過(guò)程，適宜的磷素供應(yīng)有利于提高小麥灌漿中后期的旗葉和穗部葉綠素以及DNA含量，提高淀粉合成相關(guān)酶的活性［17-19］。李瑞等［20］研究發(fā)現(xiàn)，磷肥顯著影響弱筋小麥淀粉粒度的分布，增加A型淀粉粒體積和表面積占比。本研究發(fā)現(xiàn)，增施磷肥有利于B型淀粉粒的分化生長(zhǎng)，其體積、表面積占比顯著提高，A型淀粉粒的體積、表面積占比顯著降低。當(dāng)磷肥達(dá)到一定用量后，繼續(xù)增施磷肥淀粉粒粒度分布無(wú)顯著變化。Ni等［21］研究發(fā)現(xiàn)磷肥顯著提高了B型淀粉粒體積、表面積占比，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。此外，不同磷水平對(duì)籽粒A、B型淀粉粒的數(shù)目占比無(wú)顯著影響，可能是由于小麥淀粉粒中小于3.6 μm淀粉粒數(shù)目占比較多（98.15%～98.30%）的原因。

黏度參數(shù)是反映淀粉品質(zhì)的重要指標(biāo)［22］。李瑞等［20］研究發(fā)現(xiàn)，施磷水平與小麥籽粒淀粉峰值黏度、最終黏度等黏度參數(shù)顯著正相關(guān)。Li等［23］發(fā)現(xiàn)增施磷肥條件下小麥淀粉低谷黏度、峰值黏度和回升值均顯著提高。熊瑛等［24］研究表明，磷肥僅可提高強(qiáng)筋小麥的稀懈值。本研究結(jié)果表明，增施磷肥顯著提高小麥籽粒淀粉低谷黏度、峰值黏度和最終黏度。磷肥增加到一定程度（180 kg/hm2）后，上述參數(shù)變化不顯著。A、B型淀粉粒理化特性差異大，小麥胚乳淀粉粒度分布是影響小麥淀粉黏度參數(shù)和面粉品質(zhì)的重要因素［2，5，8］，本試驗(yàn)中增施磷肥顯著影響了黏度參數(shù)，可能是上述籽粒淀粉粒度分布變化引起。

淀粉粒度分布對(duì)淀粉黏度參數(shù)有顯著影響［25］。馬冬云等［11］研究表明A型淀粉粒的峰值黏度、低谷黏度、最終黏度和回升值高于B型淀粉粒。Peterson等［26］研究表明B型淀粉粒占比與峰值黏度顯著正相關(guān)。本試驗(yàn)條件下，增施磷肥不僅顯著提高B型淀粉粒體積和表面積占比，且小麥淀粉低谷黏度、峰值黏度和最終黏度等黏度參數(shù)也顯著提高。由施用不同水平磷肥后，小麥淀粉粒度分布、黏度參數(shù)的變化可以看出，增施磷肥（0～120 kg/hm2）可顯著影響淀粉粒度分布，即提高B型淀粉粒的體積、表面積百分比，降低A型淀粉粒體積、表面積百分比，進(jìn)而提高峰值黏度等淀粉黏度參數(shù)。