施氮量對(duì)兩個(gè)強(qiáng)筋小麥品種品質(zhì)的影響

張一智 郭雷 晏帥 王魯振 趙一悅 陳怡菲 李紅霞 王中華 高欣

摘 要 為了探究施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥品質(zhì)特性的影響，以強(qiáng)筋小麥品種‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46為試驗(yàn)材料，分別設(shè)置0、120、240和360 kg/hm2的施氮量，研究不同氮水平對(duì)小麥面筋蛋白組成及二級(jí)結(jié)構(gòu)、淀粉的粒度分布和粘度特性、面團(tuán)流變學(xué)特性的影響。結(jié)果表明，‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46分別在N1（120 kg/hm2）和N2（240 kg/hm2）水平下流變學(xué)特性達(dá)到最佳，這可能是因?yàn)閮蓚€(gè)小麥品種分別在N1和N2下蛋白質(zhì)含量較高、總淀粉含量較低、B型淀粉相對(duì)含量較高；相比于N0（0 kg/hm2），N3（360 kg/hm2）條件下的面團(tuán)流變學(xué)特性顯著降低，可能是由于過(guò)量施氮分別影響了‘鄭麥366的蛋白含量和‘鄭農(nóng)46的B型淀粉含量。綜上，相比于其他品質(zhì)性狀，蛋白含量對(duì)‘鄭麥366品質(zhì)的影響更大，而B型淀粉含量的變化在‘鄭農(nóng)46品質(zhì)形成中起主導(dǎo)作用。本研究為強(qiáng)筋小麥‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46的氮素施用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 施氮量；強(qiáng)筋小麥；面筋蛋白；淀粉；二級(jí)結(jié)構(gòu)；流變學(xué)特性

小麥（Triticum aestivum L.）作為在世界范圍內(nèi)廣泛種植的重要糧食作物之一，為人類提供了20%以上的能量和蛋白質(zhì)[1]。中國(guó)小麥產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的17%左右，小麥的生產(chǎn)對(duì)于維護(hù)中國(guó)乃至世界糧食安全意義重大[2]。隨著生活水平的提高，人們對(duì)面制品的品質(zhì)提出了更高的要求，由強(qiáng)筋小麥生產(chǎn)的面包等食品越來(lái)越受到消費(fèi)者的親睞，而中國(guó)優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥占比較少，每年需從美國(guó)、加拿大等國(guó)家進(jìn)口大量?jī)?yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥才能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。近年來(lái)，雖然育種家選育了‘鄭麥366‘西農(nóng)979‘濟(jì)麥44等一批優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥新品種，但由于品種的生態(tài)適應(yīng)性、穩(wěn)定性以及栽培措施等原因[3]，中國(guó)強(qiáng)筋小麥的品質(zhì)達(dá)標(biāo)率仍然不高[4]，生態(tài)環(huán)境和肥料調(diào)控對(duì)強(qiáng)筋小麥品質(zhì)的影響越來(lái)越受到了農(nóng)藝學(xué)家的? 重視。

小麥面粉主要由蛋白質(zhì)（約10%～18%）和淀粉（約70%～80%）組成[5]，面粉加水并在機(jī)械力的作用下形成具有粘彈性和延展性的面團(tuán)，面團(tuán)的流變學(xué)特性決定了面團(tuán)及最終產(chǎn)品的品質(zhì)。面筋是面團(tuán)的“骨架”，主要由麥谷蛋白和醇溶蛋白組成，其中麥谷蛋白根據(jù)分子量的大小分為高分子量麥谷蛋白亞基（HMW-GS）和低分子量麥谷蛋白亞基（LMW-GS），HMW-GS的組成和單個(gè)亞基的相對(duì)含量都是影響小麥品質(zhì)的重要因素[6]。在面團(tuán)中，HMW-GS和LMW-GS通過(guò)二硫鍵形成谷蛋白聚合體，根據(jù)在0.5%的十二烷基硫酸鈉溶液中溶解度的差異，可將谷蛋白聚合體分為SDS-不溶性谷蛋白聚合蛋白（UPP）和SDS-可溶性谷蛋白聚合體（EPP）[7]，UPP%（UPP占總谷蛋白聚合體的百分?jǐn)?shù)）通常與面團(tuán)的穩(wěn)定性及流變學(xué)特性正相關(guān)[8-9]。此外，面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)也會(huì)影響面團(tuán)的流變學(xué)特性，面筋蛋白中的α螺旋通常與面團(tuán)流變學(xué)特性負(fù)相關(guān)，而β折疊通常與面團(tuán)流變學(xué)特性正相關(guān)[10-12]。淀粉以顆粒的形式存在于小麥胚乳中，根據(jù)其顆粒大小分為A型淀粉（直徑大于10 μm）和B型淀粉（直徑小于等于10 μm）[13]。最近的研究表明添加A型淀粉破壞了面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了面團(tuán)的流變學(xué)特性，而適量添加B型淀粉可以提高面團(tuán)中的二硫鍵和氫鍵含量，加強(qiáng)面筋與淀粉的相互作用，提高面團(tuán)的流變學(xué)特性[14]。

小麥品質(zhì)不僅受遺傳特性影響，也受諸多環(huán)境因素的影響。氮素是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育以及品質(zhì)形成最重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一，研究表明，適量施氮可以顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量，提高面團(tuán)的形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間[15]。趙廣才等[16]認(rèn)為，在一定范圍內(nèi)，小麥貯藏蛋白、總蛋白含量和濕面筋含量等主要品質(zhì)性狀均隨施氮量的增加而升高。此外，還有研究表明施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥的清蛋白和球蛋白（可溶性蛋白）影響小，而對(duì)醇溶蛋白和谷蛋白（貯藏蛋白）影響大，提高施氮量可以顯著提高貯藏蛋白和總蛋白含量來(lái)改善面團(tuán)品質(zhì)，進(jìn)而改善加工品質(zhì)[17]。然而，有關(guān)施氮量如何影響單個(gè)HMW-GS相對(duì)含量、UPP%及淀粉粒度分布的研究較少。

本試驗(yàn)以‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46為試驗(yàn)材料，設(shè)置了0、120、240和360 kg/hm2 4個(gè)氮水平，研究施氮量對(duì)面筋蛋白的組成和二級(jí)結(jié)構(gòu)，淀粉粒度分布和粘度特性以及面團(tuán)流變學(xué)特性的影響，為強(qiáng)筋小麥的氮肥運(yùn)籌提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與設(shè)計(jì)

本研究以兩個(gè)強(qiáng)筋小麥品種‘鄭麥366（ZM366）和‘鄭農(nóng)46（ZN46）為材料，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與趙瑞等[18]的方案一致。試驗(yàn)材料于2019-2020年種植于陜西省楊陵區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)作物教學(xué)標(biāo)本區(qū)（108°4′E，34°16′N），試驗(yàn)田土壤類型為壤土，播種前0～25 cm土層土壤養(yǎng)分狀況為全氮0.94 g/kg、速效鉀175 mg/kg、速效磷? 7.42 mg/kg、有機(jī)質(zhì)12.9 g/kg。采取裂區(qū)設(shè)計(jì)，施氮水平為主區(qū)，小麥品種為副區(qū)。設(shè)置4個(gè)施氮水平，即無(wú)氮處理N0（0 kg/hm2）、低氮處理N1（120 kg/hm2）、正常氮處理N2（240 kg/hm2）、高氮處理N3（360 kg/hm2），尿素（N 46.4%）、磷酸二銨（P2O5 46%，N 18%）和氯化鉀（KCl 52%）以基肥一次施用。每個(gè)品種各種20行，行距25 cm，行長(zhǎng)1.5 m，每行點(diǎn)播30粒。4個(gè)處理，3次重復(fù)，每個(gè)品種12個(gè)小區(qū)，共計(jì)24個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為7.5 m2。除施肥外，耕作、灌溉、病蟲草害防治等田間管理均保持一致，小麥成熟后脫粒曬干保存于4 ℃中。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 籽?；瘜W(xué)組成測(cè)定 使用近紅外谷物分析儀（Diode Array 7250，Perten，Sweden）測(cè)定籽粒的化學(xué)組成，光譜采集波長(zhǎng)范圍為950～? 1 650 nm，采集方式為反射率。測(cè)定指標(biāo)包括水分、蛋白質(zhì)、濕面筋和淀粉含量，每個(gè)樣品測(cè)定兩次。

1.2.2 小麥面粉、面筋和淀粉樣品制備 參考測(cè)定的籽粒含水量，加入蒸餾水使籽粒含水量達(dá)到14%，充分搖勻后靜置24 h潤(rùn)麥，將籽粒在放入磨粉機(jī)（Brabender Instruments，Hackensack，NJ，USA）磨粉后過(guò)100目篩，試驗(yàn)前在4 ℃冰箱至少保存7? d。將10 g面粉和6 mL混揉形成面團(tuán)并醒發(fā)10 min，隨后將面團(tuán)置于流水下用手反復(fù)揉捏沖洗淀粉，直至水流澄清且面筋基質(zhì)中無(wú)硬顆粒。將洗出的濕面筋置于真空冷凍干燥機(jī)中干燥48 h，將干燥的面筋用研缽研磨成粉，過(guò)100目后保存于4 ℃。將淀粉懸濁液用8層紗布過(guò)濾兩次并用酒精清洗3次后在烘箱中烘干，將烘干的淀粉用研缽磨碎并過(guò)200目篩后保存于? 4 ℃。

1.2.3 小麥籽粒麥谷蛋白組分測(cè)定 參考李少鵬[19]的方法從面粉中提取麥谷蛋白，稱取小麥面粉100 mg置于1.5 mL離心管，加入1 mL 50%正丙醇，混合均勻后65 ℃水浴10 min，13 000?? r/min離心10 min后棄上清，重復(fù)以上步驟4次后向沉淀中加入250 μL提取液A[50%正丙醇，80 mmol/L Tris-HCl（pH=8.0），1.0%的二硫蘇糖醇]，水浴30 min后13 000 r/min離心10 min，加入250 μL提取液B[50%正丙醇，80 mmol/L Tris-HCl（pH=8.0），1.4%的4-乙烯基吡啶]，水浴30 min后13 000 r/min離心10 min，取上清液300 μL，加入1 200 μL預(yù)冷的丙酮后置于-20 ℃冰箱12 h，13 000 r/min離心10 min后棄上清，用無(wú)水乙醇洗滌沉淀兩次，晾干沉淀后加入600 μL溶解液（49.96%乙腈，49.96%水，0.08%三氟乙酸），65 ℃水浴2 h使白色的麥谷蛋白固體充分溶解，樣品用0.45 μm尼龍濾膜過(guò)濾后裝入液相瓶。使用超高效液相色譜儀（Infinity 1290，Agilent，USA）分離麥谷蛋白并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。使用ZORBAX SB-C18色譜柱? （5 μm，4.6×150 mm）（Agilent，USA）分離麥谷蛋白，流動(dòng)相A為含0.08%三氟乙酸的超純水，流動(dòng)相B為含0.08%三氟乙酸的乙腈溶液，流動(dòng)相經(jīng)雙層濾紙過(guò)濾并超聲除氣后使用。采用以下公式計(jì)算單個(gè)HMW-GS相對(duì)含量和H/L：

單個(gè)HMW-GS相對(duì)含量=單個(gè)HMW-GS峰面積/HMW-GS總峰面積×100%

H/L=HMW-GS峰面積/LMW-GS峰面? 積×100%

1.2.4 小麥籽粒UPP%測(cè)定 參照Li等[20]的方法從面粉中提取SDS-可溶性谷蛋白聚合體（EPP）和SDS-不溶性谷蛋白聚合體（UPP），利用SE-HPLC測(cè)定EPP和UPP含量并計(jì)算UPP%。向25 mg面粉中加入1 mL提取液? （0.5%十二烷基硫酸鈉，0.05 mol/L 磷酸鹽緩沖液，pH 6.9），混合均勻后30 ℃水浴30 min，? 12 000?? r/min離心10 min后上清液即為EPP。向底部沉淀中加入1? mL提取液，超聲30 s后離心10 min，上清液為UPP。使用0.45 μm PVDF尼龍膜過(guò)濾EPP和UPP后80 ℃水浴2 min。使用超高效液相色譜儀和Biosep-SEC-S3000色譜柱（孔徑300 ，尺寸3.5 mm×300 mm×7.8 mm）分離EPP和UPP并根據(jù)液相圖譜計(jì)算UPP%（UPP面積與EPP和UPP面積和的比值），每個(gè)樣品測(cè)兩次。

1.2.5 面筋二級(jí)結(jié)構(gòu)分析 參考Liu等[7]的方法，將面筋樣品放置到傅立葉變換紅外光譜儀（i S50，Thermo Fisher，Waltham，Massachusetts，USA）ATR檢測(cè)器上方，調(diào)整儀器參數(shù)為：掃描次數(shù)32次、分辨率4 cm-1、波長(zhǎng)400～4 000 cm-1，每個(gè)樣品測(cè)量?jī)纱?。使用Peak Fit軟件（Version 4.12，Systat Software Inc.，USA）分析面筋樣品的光譜圖像，經(jīng)數(shù)學(xué)計(jì)算后得到各二級(jí)結(jié)構(gòu)所占的峰面積，通過(guò)計(jì)算各二級(jí)結(jié)構(gòu)峰面積與酰胺I區(qū)（1 600～1 700 cm-1）峰面積的比值得到分子間β折疊、分子內(nèi)β折疊和α螺旋的含量。

1.2.6 B型淀粉含量測(cè)定

利用激光粒度儀（Microtrac S3500 SI，Microtrac Inc.，USA）測(cè)定淀粉的粒度分布并計(jì)算B型淀粉含量，將10 mg淀粉樣品分散在蒸餾水中進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次，B型淀粉含量是小于等于10 μm的淀粉顆粒數(shù)目占總淀粉顆粒數(shù)目的百? 分?jǐn)?shù)。

1.2.7 淀粉粘度特性分析 參考Yang等[21]的方法使用快速粘度儀（RVA4500，Perten，Sweden）測(cè)定面粉的低谷粘度和最終粘度。將3 g面粉與15 mL蒸餾水在鋁筒中混合，懸浮液在? 50 ℃下保持1 min后以12 ℃/min速率加熱至95 ℃，然后95 ℃保持2.5 min后以12 ℃/min的速率冷卻至50 ℃，最后在50 ℃下保持2 min；懸浮液先在960 r/min下攪拌10 s然后在160?? r/min下攪拌，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定兩次。

1.2.8 小麥面團(tuán)流變學(xué)特性分析 參考Guo等[22]的方法使用旋轉(zhuǎn)流變儀（DHR-1，TA Instruments，USA）測(cè)定面團(tuán)的損耗角正切值（tan δ）。將2 g面粉與1.3 mL蒸餾水混揉成面團(tuán)后靜置10 min，將直徑為40 mm的平板裝在流變儀上，將面團(tuán)樣品平鋪在平板上后調(diào)整流變儀間隙為1 050 mm，刮去多余面團(tuán)并在面團(tuán)樣品周圍涂上一層硅油以防止測(cè)試過(guò)程中水分散失，調(diào)整流變儀間隙為1 000 mm后開(kāi)始測(cè)試。測(cè)試溫度為25 ℃，應(yīng)變?yōu)?%，振蕩頻率為0.1～10 Hz，每個(gè)樣品測(cè)試兩次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel軟件（Version 2016，Microsoft，USA）收集數(shù)據(jù)并計(jì)算，數(shù)據(jù)表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。使用SPSS軟件（Version 19.0，SPSS Inc.，Chicago，USA）進(jìn)行單因素方差分析以確定處理間的差異顯著性（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)蛋白質(zhì)含量、組分和面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量 施氮量對(duì)‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46的蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量有顯著影響（圖1-A和1-B）。隨著施氮量的增加，‘鄭麥366的蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)，低氮（N1）下的蛋白含量和濕面筋含量最高，相比N0水平分別提高了? 1.91%和? 1.77%，高氮（N3）下的蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量最低，相比N0水平分別降低了? 3.88%和3.89%；‘鄭農(nóng)46的蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為先降后升再降的趨勢(shì)，在低氮（N1）下分別達(dá)到了最低值，相比N0分別降低了4.80%和? 2.16%，在中高氮（N2）下最高，相比N0分別提高了10.65%和9.85%，可以明顯看出施氮量從N1（120 kg/hm2）水平增加到N2（240 kg/hm2）水平，兩種小麥籽粒的蛋白和濕面筋含量的變化不一致，綜合多種品質(zhì)性狀，可能是由于此階段的施氮量超過(guò)了‘鄭麥366品質(zhì)達(dá)到最佳的氮素需求，導(dǎo)致蛋白和濕面筋含量略有下降，而在N1～N2水平下能夠滿足‘鄭農(nóng)46對(duì)氮素的吸收，適量氮肥促進(jìn)氮肥同化物供應(yīng)的增加和蛋白質(zhì)合成能力的提高，進(jìn)而使蛋白含量和濕面筋含量增加。

2.1.2 UPP% 施氮量顯著影響麥谷蛋白聚合體的形成且兩種小麥材料間存在顯著差異（圖1-C）。隨著施氮量的增加，‘鄭麥366的UPP%顯著下降，相比于N0，N1、N2和N3下的UPP%分別下降了2.03%、11.47%和16.06%；施氮提高了‘鄭農(nóng)46的UPP%，相比于N0，N1、N2和N3下的UPP%分別提高了16.10%、13.60%和? 53.64%。上述結(jié)果表明：低氮（N1）水平下，蛋白含量顯著升高，UPP%卻有所下降，這可能與Dx5亞基相對(duì)含量下降等因素有關(guān)，在中高氮（N2、N3）水平下則可能是由于總蛋白含量降低，使麥谷蛋白聚合體含量降低，影響了麥谷蛋白大聚體的聚合；而施氮促進(jìn)‘鄭農(nóng)46麥谷蛋白大聚體的形成，且在高氮（N3）水平下促進(jìn)效果最好。對(duì)于該兩個(gè)品種對(duì)施氮量反映出不同的表現(xiàn)，可能是與品種之間UPP%高低有關(guān)，氮素處理對(duì)低UPP%品種（‘鄭農(nóng)46）的影響比對(duì)高UPP%品種（‘鄭麥366）的影響要大得多。

2.1.3 單個(gè)HMW-GS相對(duì)含量和H/L 麥谷蛋白被認(rèn)為是影響面團(tuán)品質(zhì)的關(guān)鍵因素，利用RP-UPLC分離并定量分析了兩個(gè)小麥品種在不同施氮量下的麥谷蛋白組分（圖2），結(jié)果表明‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46的HMW-GS組成相同，其中Dy10親水性最強(qiáng)，出峰時(shí)間最短，隨后是Dx5、By8和Bx7，Ax1亞基的親水性較弱，出峰時(shí)間較長(zhǎng)，LMW-GS的親水性最弱，出峰時(shí)間最長(zhǎng)。施氮量不會(huì)影響麥谷蛋白的組成，而會(huì)影響單個(gè)峰的峰面積，進(jìn)而影響單個(gè)HMW-GS的相對(duì)含量和H/L（表1）。Dx5是典型的優(yōu)質(zhì)亞基，可以提高面筋的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。隨著施氮量的增加，‘鄭麥366的Dx5亞基含量先上升后下降，在N1下最高，在N3下最低；‘鄭農(nóng)46的Dx5亞基含量隨著施氮量的增加呈先降低后升高的趨勢(shì)，在N1下最低，N3下最高。H/L反映了HMW-GS的相對(duì)含量，施氮提高了‘鄭麥366的H/L，而‘鄭農(nóng)46的H/L略有降低但無(wú)顯著性差異。綜上，‘鄭麥366在N1水平下總蛋白含量最高、優(yōu)質(zhì)亞基Dx5相對(duì)含量最高，‘鄭農(nóng)46在N2水平總蛋白含量最高、高分子量谷蛋白亞基相對(duì)含量分布合理，說(shuō)明‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46分別在N1和N2水平下蛋白質(zhì)特性最優(yōu)。

2.1.4 面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu) 施氮量對(duì)‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46的面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)有顯著影響?！嶜?66的面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)中α螺旋比例在N0下最高，‘鄭農(nóng)46則相反（圖3-A）。N2下的‘鄭麥366的β折疊顯著高于N0，而N1和N3下的β折疊低于N0；N1下的‘鄭農(nóng)46的β折疊顯著高于N0，隨著施氮量N2和N3水平，β折疊含量下降，但與N0無(wú)顯著差異（圖3-B）。隨著施氮量的增加，‘鄭麥366的α螺旋/β折疊先下降后上升且N1、N2和N3的α螺旋/β折疊顯著低于N0；隨著施氮量的增加，‘鄭農(nóng)46的α螺旋/β折疊逐漸上升且N1、N2和N3的α螺旋/β折疊顯著高于N0（圖3-C）。說(shuō)明施氮使‘鄭麥

366改善了面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)含量分布，使面團(tuán)更加穩(wěn)定，有研究認(rèn)為施氮量達(dá)到240 kg/hm2（N2）時(shí)可以增加β折疊和無(wú)規(guī)卷曲的含量，從而改善面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)[23]，這一點(diǎn)與‘鄭麥366表現(xiàn)一致；但不同于前人研究，施氮使‘鄭農(nóng)46面團(tuán)的二級(jí)結(jié)構(gòu)含量分布變差，面團(tuán)穩(wěn)定性下降，這可能是由于‘鄭農(nóng)46對(duì)氮肥比較敏感，過(guò)度施氮致使‘鄭農(nóng)46的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞，面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)組分混亂，形成了較差的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

2.2 施氮量對(duì)淀粉含量、組分和粘度特性的影響

2.2.1 淀粉含量 ‘鄭麥366的淀粉含量隨著施氮量的增加先減小后增大，N1下的淀粉含量最低，N3下的淀粉含量最高，但4個(gè)處理間無(wú)顯著差異（圖4-A）；相比于N0，少量施氮提高了‘鄭農(nóng)46的淀粉含量，而正常施氮或過(guò)量施氮降低了‘鄭農(nóng)46的淀粉含量（圖4-A）。

2.2.2 B型淀粉含量 隨著施氮量的增加，‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46的B型淀粉含量先上升后下降，分別在N1和N2下達(dá)到最大值，相比于N0分別提高了34.44%和8.35%，‘鄭麥366在N0下有最小值，為42.34%，‘鄭農(nóng)46在N3下有最小值，相比于N0下降了1.03%（圖4-B）。然而，施氮顯著提高了‘鄭麥366的B型淀粉含量，而對(duì)‘鄭農(nóng)46的B型淀粉含量無(wú)顯著影響（圖4-B）。

2.2.3 粘度特性 施氮量顯著影響了‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46的粘度特性（圖4-C和4-D）。相比于N0，少量施氮提高了‘鄭麥366的低谷粘度，而正常施氮或過(guò)量施氮降低了‘鄭麥366的低谷粘度；施氮顯著降低了‘鄭農(nóng)46的低谷粘度，隨著施氮量的增加，‘鄭農(nóng)46的低谷粘度先降低后增加，N2下的低谷粘度最低（圖4-C）。施氮降低了‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46的峰值粘度，隨著施氮量的增加，兩個(gè)小麥品種的最終粘度先下降后上升，分別在N2和N1下有最小值，相比于N0分別下降了? 14.63%和18.67%（圖4-D）。說(shuō)明‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46的粘度在低氮（N1）水平下對(duì)氮素的反應(yīng)分別為基本不變和顯著下降，而施用中高水平氮素（N2、N3）則均表現(xiàn)為淀粉粘度的降低。普遍認(rèn)為B型淀粉含量與各粘度指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)[24]，在N0水平下，兩種品種的粘度存在差異（圖4-C和圖4-D），這與B型淀粉含量的結(jié)果（圖4-B）相對(duì)應(yīng)。

2.3 施氮量對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性的影響

損耗角正切值（Tan δ）是面團(tuán)損耗模量與儲(chǔ)能模量的比值，反映了面團(tuán)的粘彈性強(qiáng)弱，在整個(gè)掃描頻率內(nèi)，Tan δ均小于1（圖5），這說(shuō)明面團(tuán)彈性占主導(dǎo)地位。隨著頻率的增加，Tan δ先下降后上升，表明面團(tuán)在低頻率剪切時(shí)表現(xiàn)出類似固體的行為，而在高頻率剪切時(shí)表現(xiàn)出類似液體的行為[25]。隨著施氮量的增加，‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46的Tan δ先下降后上升，‘鄭麥366在N1下的Tan δ最低，而‘鄭農(nóng)46在N2下最低（圖5），這說(shuō)明適量施氮可以提高面團(tuán)的彈性且不同品種的最佳施氮量不同。

2.4 施氮量與兩個(gè)小麥品種各品質(zhì)指標(biāo)間主成分分析

主成分分析（Principal component analysis）是一種線性降維的統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)正交變換將一組可能存在相關(guān)性的變量轉(zhuǎn)換為一組線性不相關(guān)的變量，變換后的變量稱之為主成分，并將相關(guān)性強(qiáng)的變量進(jìn)行分組，相關(guān)性相反的變量分布在通過(guò)原點(diǎn)的線的兩端。主成分一（PC1）和主成分二（PC2）的累計(jì)貢獻(xiàn)率為63.8%（圖6），在可接受范圍之內(nèi)，即分析具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。從得分圖來(lái)看，樣本點(diǎn)間置信橢圓區(qū)域重合，說(shuō)明兩個(gè)品種在施氮量增大的條件下表現(xiàn)出一定的相似程度；此外，α/β、淀粉含量在PC1方向上貢獻(xiàn)較大，UPP%、α/β值和B型淀粉含量在PC2方向上貢獻(xiàn)較大，蛋白和濕面筋含量、H/L、低谷和峰值粘度、淀粉含量在兩個(gè)主成分方向上的貢獻(xiàn)都比較大，說(shuō)明蛋白和濕面筋含量、α/β值、UPP%和B型淀粉含量對(duì)該兩個(gè)品種貢獻(xiàn)較大，且圖中各指標(biāo)之間的相關(guān)性與本試驗(yàn)品質(zhì)指標(biāo)結(jié)果一致，再次印證了本試驗(yàn)的可靠性。

3 討? 論

3.1 施氮量對(duì)兩個(gè)小麥品種蛋白特性的影響

施氮量是影響小麥蛋白質(zhì)含量、組成和結(jié)構(gòu)的重要因素。在N1水平（120 kg/hm2）水平下，‘鄭麥366的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、優(yōu)質(zhì)亞基Dx5含量最高；‘鄭農(nóng)46在N2（240 kg/hm2）條件下蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量最高。王月福等[26]研究發(fā)現(xiàn)，適量氮素可通過(guò)提高光合作用效率以及旗葉硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶的活性，來(lái)增加氨基酸含量，從而提高蛋白質(zhì)的含量。過(guò)量施氮，即在N3條件下，‘鄭麥366的蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量顯著低于N0，而‘鄭農(nóng)46的蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量顯著高于N0，這說(shuō)明兩個(gè)小麥品種對(duì)土壤中氮素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)效率存在顯著差異。面團(tuán)的穩(wěn)定性通常與UPP%正相關(guān)，而與α/β負(fù)相關(guān)[27-30]。相比于N0，施氮顯著降低了‘鄭麥366的UPP%和α/β，而顯著提高了‘鄭農(nóng)46的UPP%和α/β（圖1-C和圖3-C），這與面團(tuán)流變學(xué)特性的結(jié)果不一致，這可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的含量對(duì)面團(tuán)的流變學(xué)特性的影響更大，掩蓋了UPP%和面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)差異對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性的影響。也有相關(guān)研究報(bào)道了氮肥對(duì)不同品種間蛋白含量的影響差異[31]，印證了兩個(gè)品種間可能存在氮肥對(duì)蛋白含量的不同影響。

3.2 施氮量對(duì)兩個(gè)小麥品種淀粉理化特性的? 影響

施氮量也會(huì)影響淀粉的含量、組成和理化特性?！嶜?66的淀粉含量在N1下最低，‘鄭農(nóng)46的淀粉含量在N2下最低；隨著施氮量的增加，兩個(gè)小麥品種的B型淀粉先增加后減小，分別在N1和N2下有最大值（圖4-B），這說(shuō)明施氮量會(huì)影響淀粉的生物合成。B型淀粉體積小、比表面積大，可以更加靈活、更加均勻的填充在面筋網(wǎng)絡(luò)中，加強(qiáng)面筋與淀粉的相互作用進(jìn)而提高面團(tuán)的流變學(xué)特性[32]。此外，最近的研究表明適量添加B型淀粉還可以提高面團(tuán)中二硫鍵、氫鍵和結(jié)合水含量，進(jìn)而降低面團(tuán)的Tan δ[14]?！嶜?66和‘鄭農(nóng)46的面團(tuán)的流變學(xué)特性分別在N1和N2下最優(yōu)，這與B型淀粉含量最高的結(jié)果一致，這說(shuō)明B型淀粉含量是影響面團(tuán)品質(zhì)特性的重要因素之一。面粉中的淀粉含量通常與粘度正相關(guān)，而蛋白質(zhì)含量、B型淀粉含量通常與粘度負(fù)相關(guān)，面粉粘度特性變化主要與其化學(xué)組成有關(guān)。Gao等[32]發(fā)現(xiàn)最終粘度與面團(tuán)的流變學(xué)特性負(fù)相關(guān)，而在本研究中最終粘度與面團(tuán)流變學(xué)特性沒(méi)有明顯的相關(guān)性，這可能與供試小麥品種遺傳背景的差異有關(guān)。

3.3 施氮量對(duì)兩個(gè)小麥品種面團(tuán)流變學(xué)特性的影響

施氮量是影響面團(tuán)流變學(xué)特性的重要因素，隨著施氮量的增加，兩個(gè)小麥品種的Tan δ先降低后增加，‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46分別在N1和N2條件下面團(tuán)的流變學(xué)特性最優(yōu)（圖5），這說(shuō)明‘鄭麥366達(dá)到品質(zhì)最佳的施氮量可能是120 kg/hm2到240 kg/hm2之間，而‘鄭農(nóng)46達(dá)到品質(zhì)最佳的施氮量可能是240 kg/hm2或240?? kg/hm2到360 kg/hm2之間，這主要與其在N1或N2下較高的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和B型淀粉含量有關(guān)。此外，施氮對(duì)‘鄭農(nóng)46面團(tuán)品質(zhì)的改善作用要比‘鄭麥366大，這可能是因?yàn)椤嵽r(nóng)46品種本身面團(tuán)流變學(xué)特性較差。過(guò)量施氮降低了兩個(gè)小麥品種面團(tuán)的流變學(xué)特性，‘鄭麥366面團(tuán)品質(zhì)的下降主要與蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量的下降有關(guān)，而‘鄭農(nóng)46面團(tuán)品質(zhì)的下降主要?dú)w因于B型淀粉含量的下降。

研究表明，施氮量對(duì)不同面筋強(qiáng)度小麥品種品質(zhì)特性的影響存在較大差異[33]，在本研究中，施氮量通過(guò)影響強(qiáng)筋小麥‘鄭麥366和‘鄭農(nóng)46面筋蛋白的組成和結(jié)構(gòu)、淀粉的理化特性進(jìn)而影響面團(tuán)的流變學(xué)特性，而施氮量對(duì)其他強(qiáng)筋小麥品種以及中筋和弱筋小麥品種面筋蛋白組成及結(jié)構(gòu)、淀粉理化特性的影響還有待系統(tǒng)研究。此外，今后還應(yīng)深入研究氮肥的種類、施氮量與基因型互作以及氮肥與其他農(nóng)藝措施的聯(lián)合效應(yīng)對(duì)小麥品質(zhì)特性的影響。

參考文獻(xiàn) Reference：

［1］ BERNKLAU I，LUCAS L，JEKLE M，et al.Protein network analysis-a? new approach for quantifying wheat dough microstructure[J].Food Research International，2016，89：812-819.

[2] 盧春燕.我國(guó)小麥生產(chǎn)現(xiàn)狀與提高小麥生產(chǎn)能力的思考[J].南方農(nóng)業(yè)，2021，15（30）：177-178.

LU CH? Y.The present situation of wheat production in China and thoughts on improving wheat production capacity[J].South China Agriculture，2021，15（30）：177-178.

[3] 昝香存，周桂英，吳麗娜，等.我國(guó)小麥品質(zhì)現(xiàn)狀分析[J].麥類作物學(xué)報(bào)，2006（6）：46-49.

ZAN X C，ZHOU G Y，WU L N，et al. Present status of wheat quality in China[J].Journal of Triticeae Crops， 2006，26（6）：46-49.

[4] 胡學(xué)旭，孫麗娟，周桂英，等.2006—2015年中國(guó)小麥質(zhì)量年度變化[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（16）：3063-3072.

HU X X，SUN L J，ZHOU G Y，et al.Variations of wheat quality in China from 2006 to 2015[J].Scientia Agricultura Sinica，49（16）：3063-3072.

[5] PENG Y C，ZHAO Y，YU Z T，et al. Wheat quality formation and its regulatory mechanism[J].Frontiers in Plant Science，2022，13：834654.

[6] LUO C，GRIFFIN W B，BRANLARD G，et al.Comparison of low- and high molecular-weight wheat glutenin allele effects on flour quality[J].Theoretical and Applied Genetics，2001，102：1088.

[7] LIU T，GAO X，LI L，et al. Effects of HMW-GS at Glu-B1 locus on the polymerization of glutenin during grain development and on the secondary and micro-structures of gluten in wheat （Triticum aestivum L.）[J].Journal of Cereal Science，2016，72：101-107.

[8] COOPER J K，STROMBERGER J A，MORRIS C F，et al.End-use quality and agronomic characteristics associated with the Glu-B1al high-molecular-weight glutenin allele in U.S.hard winter wheat[J].Crop Science，2016，56：2348-2353.

[9] WANG X Y，GUO X N，ZHU K X.Polymerization of wheat gluten and the changes of glutenin macropolymer （GMP） during the production of Chinese steamed bread[J].Food Chemistry，2016，201：275-283.

[10] BOCK J E，CONNELLY R K，DAMODARAN S.Impact of bran addition on water properties and gluten secondary structure in wheat flour doughs studied byattenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy[J].Cereal Chemistry，2013，90：377-386.

[11] WANG D，ZHANG K，DONG L，et al.Molecular genetic and genomic analysis of wheat milling and end-use traits in China：Progress and perspectives[J].The Crop Journal，2018，6：68-81.

[12] MONDHER M，BARBARA R，ABDELFATTAH B，et al.Effects of some additives on wheat gluten solubility：A structural approach[J].Food Chemistry，2005，92：7-15.

[13] LI W H，SHAN Y L，XIAO X L，et al. Physicochemical properties of A- and B-starch granules isolated from hard red and soft red winter wheat[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2013，61：6477-6484.

[14] GUO L，WANG Q，CHEN H，et al. Moderate addition of B-type starch granules improves the rheological properties of wheat dough[J].Food Research International，2022，160：111748.

[15] 劉 霞，李青常，王振林，等.施氮水平對(duì)小麥子粒蛋白質(zhì)組分和加工品質(zhì)的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13（1）：70-76.

LIU X，LI Q CH，WANG ZH L et al.Effects of nitrogen rates on grain protein components and processing quality of wheat[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizers，2007，13（1）：70-76.

[16] 趙廣才，常旭虹，劉利華，等.施氮量對(duì)不同強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量和加工品質(zhì)的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2006，32（5）：723-727.

ZHAO G C，CHANG X H，LIU L H，et al. Effect of nitrogen application on grain yield and processing quality in different strong gluten wheats[J].Acta Agronomica Sinica，2006，32（5）：723-727.

[17] DELCOUR J A，JOYE I J，PAREYT B，et al.Wheat gluten functionality as a quality determinant in cereal-based food products[J].Annual Review of Food Science and Technology，2012，3（1）：469-492.

[18] 趙 瑞，張旭輝，張程煬，等.小麥種質(zhì)資源成株期氮效率評(píng)價(jià)及篩選[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，54（18）：3818-3833.

ZHAO R，ZHANG X H，ZHANG CH Y，et al.Evaluation and screening of nitrogen efficiency of wheat germplasm resources at mature stage[J].Scientia Agricultura Sinica，2021，54（18）：3818-3833.

[19] 李少鵬.花后葉面噴施尿素對(duì)小麥面團(tuán)品質(zhì)的影響[D].陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2020.

LI SH? P.Effect of folic spraying urea on the quality of wheat dough after anthesis[D].Yangling Shaanxi：Northwest A&F University，2020.

[20] LI S，LIU Y，TONG J，et al. The overexpression of high-molecular-weight glutenin subunit Bx7 improves the dough rheological properties by altering secondary and micro-structures of wheat gluten[J].Food Research International，2020，130：108914.

[21] YANG Y，WANG L，LI Y，et al.Investigation the molecular degradation，starch-lipid complexes formation and pasting properties of wheat starch in instant noodles during deep-frying treatment[J].Food Chemistry，2019，283：287-293.

[22] GUO L，YU L W，GAO X，et al.Addition of Aegilops geniculata 1Ug chromosome improves the dough rheological properties by changing the composition and micro-structure of gluten[J].Food Chemistry，2021，358：129850.

[23] LIU J X，ZHANG J W，ZHU G R，et al. Effects of water deficit and high N fertilization on wheat storage protein synthesis，gluten secondary structure，and breadmaking quality[J].The Crop Journal，2022，10（1）：216-223.

[24] 銀永安，李衛(wèi)華，齊軍倉(cāng)，等.小麥胚乳A、B型淀粉粒發(fā)育特征及黏度特性[J].作物研究，2012，26（4）：337-343.

YIN Y A，LI W H，QI J C，et al.Development and viscosity characteristics of A，B-type starch granule in wheat endosperm[J].Crop Research，2012，26（4）：337-343.

[25] LU L，XING J J，YANG Z，et al.Influence of ε-poly-l-lysine treated yeast on gluten polymerization and freeze-thaw tolerance of frozen dough[J].Food Chemistry，2020，343：128440.

[26] 王月福，姜 東，于振文，等.氮素水平對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的影響及其生理基礎(chǔ)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（5）：513-520.

WANG Y F，JIANG D，YU ZH W，et al.Effects of nitrogen rates on grain yield and protein content of wheat and its physiological basis[J].Scientia Agricultura Sinica，2003，36（5）：513-520.

[27] KAUR A，SINGH N，KAUR S，et al.Relationships of flour solvent retention capacity，secondary structure and rheological properties with the cookie making characteristics of wheat cultivars[J].Food Chemistry，2014，158：48-55.

[28] GUPTA R B，KHAN K，MACRITCHIE F.Biochemical basis of flour properties in bread wheats：I.Effects of variation in the quantity and size distribution of polymeric protein[J].Journal of Cereal Science，1993，18（1）：23-41.

[29] 唐建衛(wèi)，劉建軍，張平平，等.濟(jì)麥20面團(tuán)流變學(xué)特性和面包加工品質(zhì)穩(wěn)定性及與蛋白質(zhì)組分的關(guān)系分析[J].作物學(xué)報(bào)，2007，33（11）：1788-1793.

TANG J W，LIU J J，ZHANG P P，et al.Dough properties and loaf quality stability in wheat cultivar Jimai 20 and their relationship with protein fractions[J].Acta Agronomica Sinica，2007，33（11）：1788-1793.

[30] LIU J X，ZHANG J W，ZHU G R，et al. Effects of water deficit and high N fertilization on wheat storage protein synthesis，gluten secondary structure，and breadmaking quality[J].The Crop Journal，2022，10（1）：216-223.

[31] LIU P X，MA X F，WAN H S，et al.Effects of differential nitrogen application on wheat grain proteome[J].Journal of Cereal Science，2021，102：103367.

[32] GAO X，TONG J，GUO? L，et al.Influence of gluten and starch granules interactions on dough mixing properties in wheat （Triticum aestivum? L.）[J].Food Hydrocolloids，2020，106：105885.

[33] 張定一，黨建友，王姣愛(ài)，等.施氮量對(duì)不同品質(zhì)類型小麥產(chǎn)量、品質(zhì)和旗葉光合作用的調(diào)節(jié)效應(yīng)[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13（4）：535-542.

ZHANG D Y，DANG J Y，WANG J A，et al.Regulative effect of nitrogen fertilization on grain yield，quality and photosynthesis of flag leaves in different wheat varieties[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizer， 2007，? 13（4）：535-542.

Effects of Nitrogen Fertilizing Levels on Quality of Two Strong? Gluten Wheat Varieties

Abstract To investigate the effects of nitrogen fertilizing levels on the quality characteristics of strong gluten wheat varieties，two strong gluten wheat varieties：‘Zhengmai 366 and ‘Zhengnong 46，were used as experimental materials，and four nitrogen application rates （0 kg/hm2，120 kg/hm2，240?? kg/hm2，and 360 kg/hm2） were set up to examine the composition and secondary structure of wheat gluten protein，the particle size distribution and viscosity characteristics of starch，as well as the rheological characteristics of dough.The results showed that ‘Zhengmai 366 exhibited optimal rheological properties at N1 （120 kg/hm2） level，while ‘Zhengnong 46 demonstrated the best performance at N2 （240 kg/hm2） level.This observation may be attributed to the higher protein content of the both wheat varieties，lower total starch content，and the relatively higher content of B-type starch under N1 and N2，respectively.Compared with N0 （0 kg/hm2），the rheological properties of the dough under N3 （360 kg/hm2） were significantly reduced.This reduction may be attributed to the excessive nitrogen application affecting the protein content of ‘Zhengmai 366 and the B-type starch content of ‘Zhengnong 46，respectively.In summary，among different quality traits，protein content has a greater effect on the quality of ‘Zhengmai 366，where as variations in content of type B starch play a leading role in the quality formation of ‘Zhengnong 46.This study provides a theoretical basis for the nitrogen application in strong gluten wheat varieties ‘Zhengmai 366 and ‘Zhengnong 46.

Key words Nitrogen fertilizing level; Strong gluten wheat; Gluten protein; Starch; Secondary structure; Rheological properties