青稞籽粒灌漿期淀粉質(zhì)量分數(shù)的動態(tài)變化

鄭許光，齊軍倉，惠宏杉，黃湘怡

(石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832003)

青稞籽粒灌漿期淀粉質(zhì)量分數(shù)的動態(tài)變化

鄭許光，齊軍倉，惠宏杉，黃湘怡

(石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832003)

為了研究青稞籽粒灌漿期直鏈淀粉與支鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)的動態(tài)變化。采用雙波長分光光度法對3個青稞品種‘甘墾5號’、‘北青6號’和‘昆侖12號’的淀粉質(zhì)量分數(shù)進行測定，并借助logistic對測定結(jié)果進行擬合，以求得總淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉的合成速率。結(jié)果表明，3個品種在籽粒灌漿期支鏈淀粉、總淀粉的質(zhì)量分數(shù)是隨生育期的延長而逐漸增加，‘北青6號’和‘昆侖12號’的直鏈淀粉也是隨生育期的延長而逐漸增加的。其中‘北青6號’和‘昆侖12號’的支鏈淀粉/直鏈淀粉的比例呈現(xiàn)下降趨勢，到花后15 d之后，這一比例已接近相同。總淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉的合成速率均呈單峰曲線變化,即先增加后降低。并且均在花后21 d左右達到最大積累速率，直鏈淀粉與支鏈淀粉的最終積累量主要取決于最大積累速率和平均積累速率的大小。研究初步揭示了青稞籽粒灌漿期直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉質(zhì)量分數(shù)的積累規(guī)律。

青稞；籽粒灌漿期；淀粉質(zhì)量分數(shù)；淀粉合成速率

青稞亦稱裸大麥、米大麥、元麥，是生長在中國西北、西南特別是西藏、青海、甘肅等地的一種重要的高原谷類作物[1]。淀粉是青稞籽粒的主要成分之一，占籽粒干質(zhì)量的65%左右，包括直鏈淀粉和支鏈淀粉2種。青稞籽粒淀粉成分獨特，普遍含74%～78%的支鏈淀粉，有些甚至接近100%[2-3]。支鏈淀粉不僅具有優(yōu)良的增稠劑、乳化劑、黏著劑、懸浮劑的功效，而且隨著支鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)增加能夠使淀粉品質(zhì)整體優(yōu)化，從而被廣泛地應(yīng)用于食品、造紙、紡織和黏著劑工業(yè)[4]；直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)是影響糧食感官品質(zhì)和加工特性的一個重要因素，其質(zhì)量分數(shù)的高低，可作為評價糧食品質(zhì)的一個重要指標(biāo)[5]。所以，直鏈淀粉和支鏈淀粉的質(zhì)量分數(shù)測定對糧食的合理加工，淀粉的合理利用均具有重要意義。

測定淀粉的方法很多，如雙波長法和多波長法、旋光法、國標(biāo)法、比色法、碘親和力測定法、排阻色譜分析法、近紅外法、差示掃描量熱法、伴刀豆球蛋白法等[6]，但這些方法成本高，或者操作復(fù)雜，或者不能區(qū)分直鏈淀粉與支鏈淀粉，應(yīng)用受到限制。然而淀粉的雙波長分光光度法則根據(jù)支鏈淀粉與碘生成棕紅色包合物，直鏈淀粉與碘生成深藍色包合物，2種包合物的吸收光譜不同，通過標(biāo)準(zhǔn)品直鏈淀粉與標(biāo)準(zhǔn)品支鏈淀粉經(jīng)碘試劑處理后掃描獲得各自的吸收光譜，運用作圖法找到適合測定直鏈淀粉與支鏈淀粉的參比波長和測定波長，并建立起直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)與支鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)與吸光度差值的標(biāo)準(zhǔn)曲線。對待測樣品進行處理后，同時采用4種波長對其進行測定，就可分別求得直鏈淀粉與支鏈淀粉的質(zhì)量分數(shù)，并進而求得總淀粉質(zhì)量分數(shù)。該測定方法具有成本低、簡便快速的特點[7]，已成為植物淀粉測定的常用方法[6]。

本試驗采用此方法，測定‘甘墾5號’、‘北青6號’和‘昆侖12號’共3個青稞品種籽粒灌漿期直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉質(zhì)量分數(shù)的動態(tài)變化，研究結(jié)果有助于明確青稞籽粒灌漿期支鏈淀粉、直鏈淀粉和總淀粉的積累規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取青稞品種‘北青6號’總淀粉質(zhì)量分數(shù)為(97.95±1.34)%[8]、‘昆侖12號’總淀粉質(zhì)量分數(shù)為(95.57±0.56)%[8]和高支鏈淀粉的青稞品種‘甘墾5號’支鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)高達98.94%[3,9]為研究對象。2015年4月至7月在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗站種植，人工條播，行距20 cm，株距2 cm，小區(qū)面積15 m2，3次重復(fù)。青稞開花期，掛牌、標(biāo)記穗子中上部穎花在同一天開花的穗子，于花后5 d、10 d、15 d、20 d、25 d、30 d取樣。每個小區(qū)取20穗，首先經(jīng)105 ℃殺青30 min，然后在70 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，稱量粒質(zhì)量。

1.2 測定方法

1.2.1 直鏈、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)工作液的配置 參考金玉紅等[10]的方法(略有改動)，具體操作如下：稱取0.100 0 g直鏈淀粉純品，放在100 mL燒杯中，加少量無水乙醇濕潤，加入1 mol/L NaOH 10 mL，在65 ℃[11]熱水浴中溶解后，取出加蒸餾水定容至50 mL，混勻，靜置。支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)工作液的配制方法同上。

1.2.2 淀粉掃描液的配制及雙波長的確定 取直鏈、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)工作液1.3 mL、2.0 mL各置100 mL燒杯中，加蒸餾水25 mL，以0.1 mol/L HCl溶液調(diào)pH至3.5，再分別將溶液全部轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，加0.5 mL碘試劑，加蒸餾水至刻度。室溫靜置20 min[12]后搖勻。以蒸餾水做空白進行分光比色[13]。

用U3900分光光度計對淀粉掃描液進行掃描得到吸收光譜(圖1)。確定直鏈淀粉測定波長λ1為554 nm，參比波長λ2為490 nm；支鏈淀粉測定波長λ3為542 nm，參比波長λ4為713 nm。

圖1 支鏈淀粉、直鏈淀粉測定波長與參比波長的選取

1.2.3 直鏈、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立 以測定波長λ1、參比波長λ2的吸光度差值OD為縱坐標(biāo)，即ΔA=Aλ1-Aλ2,直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)為橫坐標(biāo)，獲得直鏈淀粉的標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖2)，其擬合方程為y=0.007 9x-0.013 9，R2=0.998 9，說明標(biāo)準(zhǔn)曲線制作良好，直鏈淀粉質(zhì)量濃度在30 mg/L 范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

圖2 直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線

以測定波長λ3、參比波長λ4的吸光度值差值為縱坐標(biāo)，即ΔA=Aλ3-Aλ4，支鏈淀粉質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，獲得支鏈淀粉的標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖3)，其擬合方程為y=0.005 9x+0.019 1，R2=0.994 5，說明標(biāo)準(zhǔn)曲線制作良好，支鏈淀粉質(zhì)量濃度在100 mg/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

1.2.4 樣品溶液的制備和質(zhì)量分數(shù)測定 稱取0.1 g已粉碎過60目篩的青稞籽粒樣品，放在100 mL燒杯中，加少量無水乙醇濕潤，加入1 mol/L NaOH 10 mL，在65 ℃熱水浴中溶解后，加蒸餾水定容至50 mL，混勻，靜置。吸取3 mL作為樣品測定液，加入20～30 mL蒸餾水，以0.1mol/LHCl調(diào)pH至3.5左右，在樣品測定液中加碘試劑0.5 mL，定容至50 mL，混勻，室溫靜置20 min。以蒸餾水為對照，用分光光度計測定樣品溶液在λ1、λ2、λ3、λ4這4個波長條件下的吸光度，根據(jù)直、支鏈淀粉的雙波長標(biāo)準(zhǔn)曲線算出樣品的直、支鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)，兩者相加求得樣品總淀粉質(zhì)量分數(shù)。

圖3 支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線

W=W1+W2

其中：W為總淀粉質(zhì)量分數(shù)，W1為直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)，W2為支鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)，M為樣品質(zhì)量(g)，10為單位換算系數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013和DPS 7.05處理數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪圖采用Excel 2013，采用curveExpert 1.4進行l(wèi)ogistics曲線擬合，其中淀粉積累過程中的淀粉積累量由淀粉質(zhì)量分數(shù)乘以粒質(zhì)量求得。根據(jù)淀粉積累量(y)與開花后時間(t)建立logistic方程y=k/(1+eA+Bt)，采用curveExpert 1.4 對籽粒支鏈淀粉和直鏈淀粉積累過程進行擬合[14]，通過對方程求一階導(dǎo)數(shù)可以得到淀粉積累速率方程，并可得出淀粉積累特征參數(shù)。積累速率最大時的日期Tmax=-A/B；積累活躍生長期(大約完成淀粉總積累量的90%)D=[ln(1/9)-A]/B；平均積累速率Vmean=K/D；最大積累速率Vmax=-KB/4；積累起始勢C0=K/(1+eA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 3個青稞品種籽粒灌漿期淀粉質(zhì)量分數(shù)變化趨勢

由于‘甘墾5號’為糯性青稞，支鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)高達98.94%，其直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)過低，導(dǎo)致吸光值太小而檢測不出，故在此不作比較。從圖4可以看出‘北青6號’和‘昆侖12號’這2個品種直鏈淀粉的變化趨勢，在花后5 d到花后30 d，2個品種的直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)是逐漸增加的，其中‘北青6號’在花后5 d與花后25 d存在顯著差異，而‘昆侖12號’在花后10 d與花后25 d間存在顯著差異，說明這一時段是直鏈淀粉快速積累期。在25～30 d 2個品種直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)略有升高但增加不顯著，說明直鏈淀粉的合成基本停滯。從不同品種間來看，除花后5 d外，‘昆侖12號’在整個測定周期均比‘北青6號’的直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)高，在多數(shù)花后時間中達到極顯著差異。非糯性青稞品種直鏈淀粉最終積累的質(zhì)量分數(shù)：‘昆侖12號’>‘北青6號’。

不同字母表示兩者在0.01水平上差異顯著，下同。

從圖5可看出，3個品種的支鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)均呈緩慢上升的趨勢，在花后5 d與花后10 d呈顯著差異，而花后10 d到花后25 d增加不顯著，再結(jié)合圖4直鏈淀粉是上升的趨勢，可以推測‘北青6號’和‘昆侖12號’在花后5 d到花后10 d支鏈淀粉的合成速度快于直鏈淀粉，而在花后10 d到花后25 d直鏈淀粉的合成速度快于支鏈淀粉的。從不同品種間來看，3個青稞品種之間差異不顯著。

圖5 3個青稞品種籽粒灌漿期中支鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)變化趨勢

從圖6可以看出,3個青稞品種籽粒灌漿期中總淀粉質(zhì)量分數(shù)均呈緩慢上升的趨勢。但從不同品種間來看，3個青稞品種在花后5 d到花后20 d無顯著差異，但從花后25 d到花后30 d，‘甘墾5號’與‘北青6號’和‘昆侖12號’均呈極顯著差異，而‘北青6號’與‘昆侖12號’差異不顯著。在籽粒灌漿期中3個品種總淀粉質(zhì)量分數(shù)經(jīng)歷略微的上升與下降的震蕩變化，但在花后30 d 3個品種淀粉質(zhì)量分數(shù)均達到最大值。

圖6 3個青稞品種籽粒灌漿期總淀粉質(zhì)量分數(shù)變化趨勢

圖7是2個品種支鏈淀粉和直鏈淀粉比例的變化情況，可以看出，2個品種的這一比例均是逐漸下降的，再次表明，‘北青6號’和‘昆侖12號’在花后5 d到花后10 d支鏈淀粉的合成速度快于直鏈淀粉，而在花后10 d到花后25 d直鏈淀粉的合成速度快于支鏈淀粉的。從不同品種間來看，‘昆侖12號’在花后5 d的支鏈淀粉和直鏈淀粉比例達19.42倍，遠高于‘北青6號’的10.34倍，但到花后10 d這一比例快速下降，隨后持續(xù)緩慢下降，到花后15 d與花后30 d時2個品種的比例基本接近，已經(jīng)沒有差異。

2.2 3個青稞品種籽粒灌漿期淀粉積累速率的變化

2.2.1 直鏈淀粉積累速率 在籽粒灌漿過程中，不同品種的青稞直、支鏈淀粉和總淀粉積累速率均呈先增加后降低的趨勢(圖8)。不同品種的青稞在花后21 d左右積累速率達到最大值。非糯性‘北青6號’和‘昆侖12號’的直鏈淀粉積累速率在初期(花后5～10 d)幾乎相同。而在灌漿中后期(花后15 d之后)，‘昆侖12號’的積累速率和積累速率最大值均大于‘北青6號’。由此說明灌漿后期積累速率的大小和最大積累速率值的高低是品種間直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)高低的原因之一。

2.2.2 支鏈淀粉積累速率 非糯性和糯性2種青稞品種在整個灌漿過程中，非糯性品種‘北青6號’和‘昆侖12號’支鏈淀粉的積累速率均大于糯性品種‘甘墾5號’(圖9)，說明非糯性青稞品種的支鏈淀粉的合成能力優(yōu)于糯性青稞品種，可能由于支鏈淀粉的合成是由直鏈淀粉轉(zhuǎn)化而成的。

圖7 2個青稞品種籽粒灌漿期支鏈淀粉/直鏈淀粉變化趨勢

圖8 2個青稞品種籽粒灌漿期直鏈淀粉積累速率

2.2.3 總淀粉積累速率 3個青稞品種花后15 d之后灌漿過程中總淀粉積累速率表現(xiàn)為：‘北青6號’>‘昆侖12’>‘甘墾5號’，這與支鏈淀粉的合成積累速率表現(xiàn)一致，主要是因為3個青稞品種中淀粉質(zhì)量分數(shù)均以支鏈淀粉為主。總淀粉最大積累速率與總淀粉的質(zhì)量分數(shù)基本相符，最大積累速率越大，總淀粉質(zhì)量分數(shù)也越高(圖10)。

2.3 不同類型青稞淀粉積累特征參數(shù)比較

表1顯示，2個非糯性青稞品種的籽粒支鏈淀粉的最大積累速率(Vmax)、達到最大積累速率的時間(Tmax)、平均積累速率(Vmean)和積累活躍生長期(D)均大于糯性青稞品種相應(yīng)的各積累特征參數(shù)值，這可能與不同類型品種支鏈淀粉的最終積累量有關(guān)。

圖9 3個青稞品種籽粒灌漿期支鏈淀粉積累速率

2個非糯性青稞品種的直鏈淀粉與支鏈淀粉的積累特征參數(shù)規(guī)律類似，‘北青6號’支鏈淀粉Vmax、Vmean、Tmax和D均大于‘昆侖12號’。這可能是由于不同品種間淀粉最終的積累量和直鏈淀粉與支鏈淀粉所占的百分比不同導(dǎo)致的。

圖10 3個青稞品種籽粒灌漿期總淀粉積累速率

表1 不同類型青稞支鏈淀粉和直連淀粉積累特征參數(shù)

3 討 論

本試驗采用雙波長分光光度法研究3個青稞品種籽粒灌漿期直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉以及支鏈淀粉/直鏈淀粉的變化動態(tài)。結(jié)果表明在整個籽粒灌漿期，直鏈淀粉和支鏈淀粉在總淀粉中的質(zhì)量分數(shù)是逐漸上升，而灌漿后期直鏈淀粉合成速率大于支鏈淀粉合成速率，導(dǎo)致支鏈淀粉和直鏈淀粉的比例逐漸下降。總淀粉質(zhì)量分數(shù)呈逐漸上升趨勢，這與黃惠芳等[15]研究木薯干質(zhì)量計的總淀粉質(zhì)量分數(shù)比較穩(wěn)定不同，這可能是作物種類不同導(dǎo)致的。

雖然淀粉積累的變化趨勢在3個品種中均呈上升趨勢，但在質(zhì)量分數(shù)水平上3個品種間還是具有明顯差異的，例如在花后5 d到花后10 d，3個品種在支鏈淀粉和總淀粉質(zhì)量分數(shù)上均存在顯著差異，而在花后25 d之后‘甘墾5號’與‘北青6號’和‘昆侖12號’的總淀粉質(zhì)量分數(shù)呈極顯著差異，而‘北青6號’與‘昆侖12號’差異不顯著。品種‘昆侖12號’和‘北青6號’在花后5 d時其支鏈淀粉和直鏈淀粉的比例可高達19.42倍，但在花后15 d之后2個品種間已經(jīng)沒有差異，這些結(jié)果說明這3個青稞品種間直鏈淀粉、支鏈淀粉的積累速率是有差異的。

不同品種青稞直、支鏈淀粉積累速率均呈單峰曲線變化，支鏈淀粉的積累在灌漿前期比較活躍，而直鏈淀粉在灌漿后期比較活躍，且在灌漿中后期，2個非糯青稞品種的支鏈/直鏈的比例基本接近，已經(jīng)沒有差異。閆素輝等[16]認為，直鏈淀粉與支鏈淀粉最終積累量取決于啟動時間和積累速率，而最大積累速率出現(xiàn)時間的早晚和積累持續(xù)期的長短對其調(diào)節(jié)作用較小，而曹穎妮[17]認為，直鏈淀粉與支鏈淀粉積累量的大小取決于最大積累速率和平均積累速率的大小，與積累啟動時間和積累持續(xù)期的長短關(guān)系不大，本試驗的結(jié)果與曹穎妮的研究一致。

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CAO Y N.Effect of the activities of key enzymes involved in starch biosynthesis and expression profiles of genes which encoded starch synthase in developing wheat grain[D].Yangling Shaanxi:Northwest A&F University,2012(in Chinese with English abstract).

(責(zé)任編輯：成 敏 Responsible editor:CHENG Min)

Dynamic Change of Starch Mass Fraction in Hulless Barley at Filling Stage

ZHENG Xuguang,QI Juncang,HUI Hongshan and HUANG Xiangyi

(College of Agriculture, Shihezi University, Shihezi Xinjiang 832003, China)

The objective of this study was to uncover the dynamic change pattern of starch mass fraction in hulless barley at filling stage. The mass fraction of amylopectin and amylase in three hulless barley cultivars(‘Ganken 5’,‘Beiqing 6’ and ‘Kunlun 12’) was investigate by dual-wavelength spectrophotometry. To obtain the synthetic rate of total starch, amylopectin and amylase,logistic equation was employed to analysis data. The results showed that total starch and amylopectin of three hulless barley cultivars showed an upward trend at filling stage with the development of grain. And the ratio of amylopectin/amylase in ‘Beiqing 6’ and ‘Kunlun 12’ showed a tendency to decrease until 15 days after anthesis, then the ratio close to the same level. The synthesis rate of total starch, amylopectin and amylase showed a unimodal curve in three hulless barley cultivars, and the peak were presented at 21 days after anthesis. The accumulation quantity of amylopectin and amylase depended on the maximum accumulation rate and the average accumulation rate.

Hulless barley；Grain filling duration；Starch mass fraction；Rate of starch synthesis

ZHENG Xuguang, male,master student.Research area:physiological research on barley quality.E-mail:994194553@qq.com

QI Juncang,male,professor,doctoral supervisor.Research area:malting barley genetics and breeding.E-mail:shzqjc@qq.com

2015-10-29

2015-11-13

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-05)。

鄭許光，男，在讀碩士，從事大麥品質(zhì)生理研究。E-mail:994194553@qq.com

齊軍倉，男，教授，博導(dǎo)，主要從事啤酒大麥遺傳與育種研究。E-mail:shzqjc@qq.com

日期：2016-12-12

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161212.1114.020.html

S330

A

1004-1389(2016)12-1802-07

Received 2015-10-29 Returned 2015-11-13

Foundation item Supported by the Earmarked Fund for Modern Agro-industry Technology Research System(No.CARS-05).