分期施鉀對冬小麥籽粒蛋白質組分和加工品質的影響

陸強　張宇　賀明榮

摘要：以強筋小麥品種藁城8901和濟南17為試驗材料，設置不施用鉀肥（K0）、基施鉀肥120 kg/hm2（K1）和基施鉀肥60 kg/hm2+拔節期追施鉀肥60 kg/hm2（K2）3個處理，研究分期施鉀對小麥籽粒產量、籽粒粗蛋白含量、籽粒蛋白各組分（清蛋白+球蛋白、醇溶蛋白、麥谷蛋白、可溶性谷蛋白、不溶性谷蛋白）含量和小麥籽粒品質的影響。結果表明，分期施鉀處理的籽粒產量顯著高于不施鉀和一次性基施鉀肥的處理；與一次性基施鉀肥處理相比較，分期施鉀對籽粒粗蛋白含量和清球蛋白含量無顯著影響，但顯著降低醇溶蛋白的含量，提高籽粒谷蛋白含量，且對可溶性谷蛋白和不溶性谷蛋白含量的影響程度不同，結果導致谷蛋白聚合指數（不溶性谷蛋白/谷蛋白總量）、谷/醇比提高；分期施鉀處理的面團形成時間、面團穩定時間和面包體積等品質指標顯著優于不施鉀和一次性基施鉀肥處理；試驗表明，施鉀主要是通過提高谷/醇比和谷蛋白聚合指數來改善小麥加工品質和面包烘焙品質的；分期施鉀有利于強筋小麥籽粒產量和品質的同步改善。

關鍵詞：冬小麥；分期施鉀；蛋白質組分；加工品質

中圖分類號：S512.101 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2013）08-0079-07

黃淮冬麥區是我國小麥的主產區之一，是強筋小麥的重要生產基地，在我國小麥生產中有重要地位。近些年隨著產區小麥產量的不斷提高，以及生產中的重氮輕鉀、供需失調，使土壤的供鉀能力逐步下降，制約了小麥的生產。前人就土壤中的鉀素和鉀素對小麥產量與品質的影響已有一些研究。土壤中鉀素形態多樣，以礦質鉀含量最高、非交換性鉀含量次之，交換性鉀被認為是土壤中供鉀能力的容量因子，是當季作物吸鉀的主要來源，其含量通常不超過全鉀的2%_[1]。王文忠等_[2]研究表明，施用鉀肥有開柵促鉀外釋的作用，有利于促進非交換性鉀向交換性鉀的轉化。施用鉀肥能夠提高植株根系活力，促進植株對氮的吸收和累積，提高氮素向籽粒的轉運比例；提高葉綠素含量，延長葉片的功能期，提高光合速率。施用鉀肥能增強開花后旗葉磷酸蔗糖合成酶活性，提高旗葉中蔗糖含量；促進同化物的轉運與分配，鉀素淀粉積累速率利于經濟產量的形成_[3～5]。適量施用鉀肥能促進籽粒中鉀素和氮素的共同積累，提高蛋白質含量_[6]。有研究認為鉀肥的施用能夠提高小麥籽粒中清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麥谷蛋白的含量_[7]，但也有研究認為鉀肥的施用能提高醇溶蛋白和麥谷蛋白的含量，卻降低了清球蛋白的含量_[8]。可見，前人就鉀肥對小麥籽粒蛋白質組分影響的研究不盡一致。

研究表明，小麥對鉀素的吸收存在階段性差異，呈雙峰曲線，以分蘗初期和拔節期小麥植株體內鉀素含量最大，在返青到孕穗末期是小麥鉀素吸收速率最大的時期_[9]。進入拔節期后小麥植株吸鉀強度迅速增大，直至乳熟期_[10]，說明小麥生育后期需鉀量較多。但我國小麥栽培中均將鉀作為基肥一次性施用，與小麥需鉀規律不相吻合，不利于鉀肥的合理高效利用。為此，本試驗在黃淮冬麥區選擇兩個強筋小麥品種運用高效液相色譜分析方法，研究同等施鉀量條件下分期施鉀和一次性基施鉀肥對小麥籽粒產量、蛋白質組分含量和小麥加工品質的影響，并以不施用鉀肥的處理為對照進行研究，以期為小麥優質高效栽培提供理論依據。

1材料與方法

1.1供試品種與試驗設計

2010～2012連續兩年在山東農業大學農學試驗基地的防雨池栽培條件下進行，種植期間不啟用防雨設施。供試土壤為壤土，小麥播種前0～20 cm土層的土壤有機質含量13.7 g/kg、全氮0.8 g/kg、堿解氮45.21 mg/kg；速效磷23.4 mg/kg、速效鉀114.8 mg/kg。

試驗選用強筋小麥藁城8901和濟南17兩個品種。設置3個鉀肥處理，分別是小麥全生育期不施用鉀肥的對照處理（K0）、K2O 120 kg/hm2為基肥，播種前一次性施入的處理（K1）和K2O總量120 kg/hm2并以1∶1的基追比分別在播種前和拔節期分兩次施入的處理（K2）。P2O5 120 kg/hm2播種前基施，純氮120 kg/hm2，50%基施，50%拔節期結合澆水追施。栽培池面積為3 m×3 m，深2 m，下不封底。試驗采用隨機區組排列，重復3次。于2010年10月7日播種，2011年6月12日收獲；2011年10月7日播種，2012年6月9日收獲。其中開花到成熟時間為35天，基本苗為每公頃180萬株，其余管理措施與大田相同。

在開花期選擇同日開花、生長一致的麥穗掛牌標記。于花后5、10、15、20、25、30天和35天取樣， 每次每小區取30穗。及時剝出籽粒，于50℃條件下在烘箱烘至恒重，用于室內分析。

1.2產量及穗粒結構測定

成熟期于田間統計小麥穗數，分小區收獲后進行室內考種，記載小麥穗粒數、千粒重，并對收獲小麥脫粒測產。

1.3籽粒蛋白質含量及其組分含量測定

全麥粉用瑞典Perten公司生產的3100型試驗磨磨制，面粉用Brabender公司生產的Senior試驗磨磨制，細度均為100目。

按GB2905-1982“谷類、豆類作物種子粗蛋白質測定法（半微量凱氏法）”測定籽粒氮素含量， 含氮量乘以指數5.7為蛋白質含量_[11]。

參照Gupta等_[12]的方法，運用高效液相色譜法測定小麥籽粒中清蛋白+球蛋白、醇溶蛋白、SDS-可溶性谷蛋白和SDS-不溶性谷蛋白。色譜系統為Waters 1525色譜儀+Waters 2487檢測器（Waters， 美國），工作站軟件為Empower。樣品環體積為20 μl，色譜柱為TSK G4000 SW （7.5 mm×300 mm），保護柱為TSK G3000 SW （7.5 mm×75 mm）。提取液為0.1 mol/L磷酸鈉緩沖液（pH 6.9）+2% （W/V） SDS。

稱取0.01 g全麥粉放入2 ml離心管內，加入1 ml提取液，在60℃條件下用Thermomixer comfort型恒溫混合儀（Eppendorf 德國）振蕩2 h，20℃下12 500×g離心30 min，收集上清液。上清液包含清蛋白+球蛋白、醇溶蛋白和SDS-可溶性谷蛋白。剩余物加入1 ml提取液，用輸出25 W、23 kHz超聲15 s，漩渦振蕩2 min，用恒溫混合器振蕩30 min，在20℃下12 500×g離心30 min，收集上清液。上清液包含清蛋白+球蛋白和SDS-不溶性谷蛋白。樣品測定前過0.45 μm無機濾膜，進樣20 μl。

1.4小麥籽粒品質檢測

用瑞典Perten公司產2200型面筋洗滌儀，按國標GB/T14608-93測定濕面筋含量。用德國Brabender公司產810106002型粉質儀測定面團形成時間和穩定時間。面包烘烤體積試驗按AACC10-01方法進行（中國農業科學院，北京）。

1.5統計分析

用Microsoft Excel 2003軟件整理數據，用DPS統計軟件進行差異顯著性檢驗（LSD法）。

2結果與分析

2.1分期施鉀對小麥籽粒產量及其構成因素的影響

由表1可以看出，兩年試驗結果基本一致，都表現為分期施鉀處理（K2）籽粒產量高于一次性基施鉀肥處理（K1），同時又都高于不施鉀處理（K0），且同年、同品種各處理之間的差異性達到顯著水平。與K0處理相比，K1處理兩年產量提高幅度為4.28%～10.84 %，平均提高8.85%。K2處理產量提高幅度為11.45%～17.81%，平均提高15.25%。與K1處理相比，K2處理產量提高幅度為3.99%～7.39%，平均提高5.9%。不同品種不同年份間，小麥產量存在顯著性差異。從品種來看，濟南17兩年的產量都顯著高于藁城8901。從年份來看，2012年藁城8901和濟南17的小麥產量都低于2011年同品種的小麥產量。

鉀肥對小麥各產量構成因素影響不一致。試驗結果表明，鉀肥對小麥籽粒千粒重影響較大，兩品種兩年結果表現一致，都表現為K2>K1>K0，且同年同品種內各處理間差異顯著。本試驗的兩個強筋小麥品種間千粒重無顯著差異。施用鉀肥的K1與K2處理穗數顯著高于不施鉀的K0處理，但K1與K2處理之間差異不顯著。不同品種間小麥穗數存在顯著差異，其中濟南17的穗數高于藁城8901。鉀肥處理對小麥穗粒數的影響較小，3個鉀肥處理間的差異不顯著，但不同品種間穗粒數差異顯著，藁城8901的穗粒數高于濟南17。

2.2不同施鉀時期對小麥籽粒蛋白質組分含量的影響

表2結果表明，兩個品種中K1和K2處理的總蛋白質含量顯著高于K0處理。其中K1處理比K0處理提高2.03%～4.38%，平均提高3.19%。K2處理比K0處理提高2.88%～5.36%，平均提高4.22%。K2處理相比于K1處理也略有提高，但兩處理間差異不顯著。鉀肥處理對清蛋白與球蛋白總量的影響與對總蛋白含量的影響類似，同樣表現為K1與K2處理顯著高于K0處理，但K1與K2處理間差異不顯著。從品種來看，藁城8901總蛋白含量顯著高于濟南17，但兩品種間清球蛋白含量無顯著性差異。

鉀肥處理對谷蛋白含量影響較大，兩品種兩年結果表現一致，都表現為K2>K1>K0，且差異顯著。其中K1相比于K0處理谷蛋白含量平均提高10.3%，K2比K0平均提高17.28%，K2比K1平均提高6.28%。對于本試驗的兩個強筋型小麥品種并未觀察到品種間谷蛋白含量的顯著性差異。鉀肥處理對籽粒中醇溶蛋白含量的影響較為特殊，與不施用鉀肥的K0處理相比，施鉀顯著提高了K1和K2處理的醇溶蛋白含量。但在相同施鉀量條件下，分期施鉀的K2處理醇溶蛋白含量顯著低于一次性基施鉀肥的K1處理。不同品種相比，濟南17的醇溶蛋白含量顯著高于藁城8901。谷/醇比受到谷蛋白含量和醇溶蛋白含量的共同作用，在鉀肥處理的影響下表現為K2>K1>K0，差異顯著。兩年兩品種試驗結果一致，且不同品種間存在顯著性差異。從兩年試驗結果來看，2012年總蛋白含量和各蛋白組分含量都高于2011年，這可能是由于2012年產量較低，造成了蛋白含量的相對提高。

2.3分期施鉀對小麥籽粒谷蛋白組分含量的影響

鉀肥對小麥籽粒中兩種谷蛋白組分含量的影響相同。表3結果表明，與不施用鉀肥的K0處理相比，施用鉀肥能同時顯著提高SDS-可溶性谷蛋白和SDS-不溶性谷蛋白的含量。對于不同施鉀方式，結果表明，分期施用鉀肥的K2處理SDS-可溶性谷蛋白含量和SDS-不溶性谷蛋白含量都顯著高于基施鉀肥的K1處理。不同品種間兩谷蛋白組分含量表現不同，其中藁城8901籽粒中SDS-可溶性谷蛋白含量顯著低于濟南17，但SDS-不溶性谷蛋白含量則顯著高于濟南17。

聚合指數（籽粒中SDS-不溶性谷蛋白含量占谷蛋白總含量的百分比）與不溶性谷蛋白含量關系密切，從表3結果看，籽粒成熟時各鉀肥處理間聚合指數表現為K2>K1>K0，且處理間差異性顯著。不同品種間聚合指數存在著顯著差異，表現為藁城8901的聚合指數顯著高于濟南17。

2.4分期施鉀對小麥籽粒加工品質的影響

由表4可以看出，鉀肥對兩個小麥品種的形成時間、穩定時間和面包體積的影響一致，都表現為K2>K1>K0，且各處理間差異顯著。這表明鉀肥處理影響到了小麥的加工品質，其中施鉀處理的籽粒加工品質優于不施用鉀肥的處理，同時分期施鉀處理相比于一次性施鉀處理其加工品質得到了進一步改善。鉀肥處理對小麥籽粒濕面筋含量的影響較小，各處理間無顯著性差異。不同品種間的加工品質存在顯著性差異，表3結果顯示，藁城8901的加工品質顯著優于濟南17。

2.5蛋白質組分與小麥籽粒加工品質指標間的相關分析

將小麥籽粒中重要的蛋白質組分與影響小麥加工品質的相關指標進行相關性分析，并將分析結果列入表5。

表5結果表明，不溶性谷蛋白含量、聚合指數、谷/醇比和濕面筋含量與形成時間、穩定時間和面包體積間呈顯著或極顯著正相關。可溶性谷蛋白含量和醇溶蛋白含量與加工品質各指標間呈負相關，且醇溶蛋白含量與面包體積間形成顯著負相關，表明醇溶蛋白含量對面包體積的增大起到負效應。谷蛋白總含量與形成時間、穩定時間和面包體積之間相關性不顯著。

3結論與討論

關于鉀肥施用對小麥籽粒產量的研究，大量報道指出，在適宜的鉀肥用量條件下，施用鉀肥能顯著提高小麥籽粒產量_[13，14]。另有研究表明，鉀肥施用過量時小麥籽粒產量將趨于穩定_[15]。而關于不同施鉀時期對小麥籽粒產量影響的相關報道很少。本試驗結果表明，與不施用鉀肥的處理相比，施用鉀肥能顯著提高小麥籽粒產量。同時，在相同的鉀肥用量條件下，分期施鉀比一次性基施鉀肥的處理產量更高，這一結果與于振文等_[16]的研究結果一致。Haeder等_[17]研究認為，施鉀對小麥籽粒產量的有利影響主要是因為增加了籽粒的千粒重，其次是增加了單位面積的穗數及每穗粒數。本試驗結果與該研究相近，結果表明，與不施用鉀肥的處理相比，施用鉀肥的小麥籽粒千粒重和穗數都有顯著提高。但對于相同鉀肥用量的小麥處理，分期施鉀對小麥產量的提高主要是通過提高籽粒千粒重來實現。

Narendra等_[18，19]研究認為，在一定范圍內，隨施鉀量的提高，籽粒蛋白質含量有所提高。本試驗與該研究結果相近，表明在土壤速效鉀為114.8 mg/kg的條件下，與不施用鉀肥處理相比，施用鉀肥能顯著提高小麥籽粒中蛋白質的含量，但分期施鉀與一次性基施鉀肥的處理間蛋白質含量并無顯著性差異。施鉀對籽粒中蛋白質組分含量影響的報道很少。鄒鐵祥_[20]和張定一_[21]的研究結果都認為施用鉀肥能夠提高各蛋白質組分含量，但對于不同組分的影響兩人研究結果不同。鄒鐵祥認為施鉀對球蛋白和醇溶蛋白含量影響較大，對谷蛋白和清蛋白含量影響較小。張定一研究結果表明施鉀對谷蛋白含量影響最大，而對醇溶蛋白含量影響很小。本試驗結果表明，施用鉀肥能顯著提高各蛋白質組分的含量，這與上述兩人研究結果一致。與兩人研究不同的是本試驗表明，從影響幅度來看，施鉀對谷蛋白和醇溶蛋白兩種貯藏性蛋白質含量的影響較大，而對清蛋白和球蛋白這兩種結構性蛋白的含量影響較小。分期施鉀對蛋白質組分含量的影響未見相關報道，本研究認為，與一次性基施鉀肥相比，分期施鉀對清、球蛋白含量無顯著性影響，但能顯著提高谷蛋白的含量，同時顯著降低醇溶蛋白含量，谷/醇比因而得到相應提高。這表明鉀肥對貯藏性蛋白的影響較大，同時能夠調節貯藏性蛋白間的比例，這是其進一步影響小麥品質的基礎。

與蛋白質組分相比，谷蛋白組分中SDS-不溶性谷蛋白含量（也稱谷蛋白大聚合體含量）和聚合指數對小麥的加工品質和面包烘焙品質的影響更大_[22，23]，但關于鉀肥對谷蛋白組分影響的報道則寥寥無幾。本研究認為，與不施用鉀肥和基施鉀肥相比，分期施鉀能夠更加顯著地提高SDS-不溶性谷蛋白的含量，提高谷蛋白的聚合指數。聚合指數的提高意味著聚合程度的提高，小麥灌漿后期，聚合指數的提高有利于大粒徑的谷蛋白大聚合體的形成，從而促進小麥加工品質和面包烘焙品質的協同提高。

前人對小麥籽粒加工品質和面包品質有諸多研究，Zhang等_[24]研究認為醇/谷比是影響面包烘焙品質的重要指標；Wieser等_[25]研究指出較低的醇/谷比能增加面團形成時間、揉面峰值阻力、最大抗延阻力和面包體積。而另一些研究認為SDS-不溶性谷蛋白含量與聚合指數對小麥籽粒加工品質和面包品質有顯著的改善作用_[26]。這可能是由于不同試驗中所選用的栽培品種和處理方式的不同，使得最終影響其小麥品質的因素有所不同。本試驗結果表明，施用鉀肥使不溶性谷蛋白含量顯著增加，聚合指數顯著提高，同時由于谷蛋白含量的提高使醇溶蛋白含量下降，谷/醇比提高，最終使小麥籽粒的面團形成時間和穩定時間顯著提高，面包體積顯著增大，小麥品質得到改善，且分期施鉀比一次性基施鉀肥效果更顯著。

在適宜的鉀肥用量條件下，施用鉀肥能顯著提高小麥籽粒的粒重和產量，且分期施鉀效果好于一次性基施鉀肥。與不施鉀相比施用鉀肥能夠顯著提高籽粒中蛋白質及其各組分的含量，但在相同施鉀量條件下，不同施鉀方式間蛋白質總含量和結構蛋白含量無顯著性差異。與一次性基施鉀肥相比，分期施鉀能夠顯著提高SDS-不溶性谷蛋白含量，提高聚合指數和谷/醇比，使小麥的加工品質和面包烘焙品質得到改善。本試驗結果表明，小麥籽粒蛋白的谷/醇比對小麥加工品質影響最大，而小麥籽粒中谷蛋白大聚合體聚合指數的提高則是面包體積增大、面包烘焙品質提高的根本原因。

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