鉀肥對玉米胚乳淀粉粒分布及糊化特性的影響

夏澳運，錢必長，李文陽

(安徽科技學院農學院/安徽省玉米育種工程技術研究院，安徽鳳陽 233100)

【研究意義】淀粉粒的大小和糊化特性都是決定玉米品質和產量形成的重要影響因素之一［1－3］。鉀元素是作物生長發育所不可缺少的礦質元素之一［4－5］。【前人研究進展】淀粉是成熟玉米籽粒主要成分，其占干重70%左右，并以顆粒態形式存在于籽粒胚乳中［6－7］。玉米淀粉理化特性與粒度分布不僅取決于該淀粉來源的遺傳背景，同時還受栽培環境因素的影響［8－10］。【本研究的切入點】前人對谷類作物淀粉粒度及糊化特性的研究較多，但關于鉀素對玉米淀粉粒形態和糊化特性影響的研究，報道較少。【擬解決的關鍵問題】本研究以玉米雜交種鄭單958為材料，設置不同鉀肥用量，分析不同施鉀肥水平對成熟期玉米胚乳淀粉粒度分布特征與糊化特性的影響，及淀粉粒分布與糊化特性的關系。以期為玉米淀粉品質調優提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2016年6－10月在安徽科技學院種植園進行。供試品種為當地主推品種鄭單958(Zhengdan958)。設4個鉀素水平，分別為K0(0)、K1(135 kg/hm2K2O)、K2(270 kg/hm2K2O)、K3(405 kg/hm2K2O)。完全隨機設計，小區面積48 m2(行長 6.7 m，行距 0.6 m，12 行區)，3 次重復。播種密度為67 500株/hm2。所用鉀肥為氯化鉀，鉀肥施用中基肥、追肥(拔節期)各占50%。于6月15日播種，10月2日收獲。其它田間管理同一般高產田。

1.2 測試項目與方法

1.2.1 淀粉粒提取及測定 參照 Peng等［11］和Malouf和Hoseney［12］的方法提取淀粉粒，稍作改進。于玉米成熟時按小區隨機取5 g玉米籽粒(穗中部)分別置于已標號的50 mL離心管里，灌滿蒸餾水中浸泡48 h，期間換幾次蒸餾水，撕去種皮，剔除胚乳，然后在研缽中研磨成勻漿，再用200 μm篩布過篩，沖洗篩布上固體部分到研缽中，繼續研磨過濾;接著用3500 r/min離心機離心8 min，倒去上清液，加入2 mol/L的NaCl10mL，旋渦混合，重復多次。然后用同樣的方法依次0.2%NaOH、2%SDS和蒸餾水清洗多次，最后用丙酮清洗3次，置于室溫下風干，貯存于－20℃醫療冰箱中備用。

1.2.2 淀粉粒粒徑分析 使用美國Beckman Coulter(貝克曼庫爾特)公司生產的LS13320衍射粒度分析儀分析。將玉米淀粉50 mg置于離心管中，然后再倒入蒸餾水5 mL，旋渦混勻，之后置于4℃條件下1 h振蕩，最后移到激光衍射粒度分析儀的分散盒中，進行淀粉粒分析測定。

1.2.3 淀粉糊化特性測定 根據AACC操作步驟(199561-02)中的標準程序1進行淀粉糊化特性的測定。準確稱量3 g玉米面粉(玉米含水量14%)，放入鋁盒中，再加入25 mL的蒸餾水，使用Supper3快速粘度分析儀器(瑞典Perten公司)測定淀粉糊化參數，其轉速為160 r/min。

1.3 數據處理與分析

此試驗是采用Excel 2013進行數據統計處理及DPS7.05數據處理系統進行相關的數據分析，采用LSD法測驗其顯著性。

2 結果與分析

2.1 淀粉粒粒度分布特征

由圖1可知，不同處理玉米淀粉粒粒度分布趨勢基本一致，粒徑范圍為0.40～45 μm。玉米胚乳不同粒徑淀粉粒體積與表面積都呈雙峰曲線分布，數目呈單峰曲線分布。淀粉粒體積分布峰值出現在1.5 和18 μm 左右，低谷出現在 3 μm 左右;表面積峰值出現在1.2和18 μm 左右，低谷出現在3 μm左右;數目分布峰值出現在1 μm左右。參照前人對玉米淀粉粒類組劃分方法［13－15］，以淀粉粒直徑3和18 μm為分界限，可將成熟的玉米淀粉粒分為小型淀粉粒組( ＜3 μm)、中型淀粉粒組(3～18 μm)和大型淀粉粒組(＞18 μm)3組。

圖1 玉米胚乳淀粉粒體積(A)、表面積(B)與數目(C)分布Fig.1 Volume(A)，surface area(B)，and number(C)distribution of starch granules in maize kernel

表1 不同鉀素水平對玉米淀粉粒體積分布的影響Table 1 Effects of potassium on volume distribution of starch granule in maize kernel

2.2 淀粉粒體積分布

從表1可知，各處理中玉米小型淀粉粒組(＜3 μm)、中型淀粉粒組(3～18 μm)和大型淀粉粒組(＞18 μm)淀粉粒體積分別約占總體積的8.29%、54.49%和36.21%，說明對體積貢獻最大是中型淀粉粒組，其次為大型淀粉粒組，對體積的貢獻最小為小型淀粉粒組。隨著鉀素水平的增加，淀粉粒平均粒徑顯著降低。與對照相比，施鉀顯著提高＜3 μm淀粉粒體積百分比。隨著鉀素水平的增加，玉米胚乳3～18 μm淀粉粒淀粉體積百分比顯著增加，＞18 μm淀粉粒體積百分比顯著減小。

2.3 淀粉粒表面積分布

由表2可知，小型、中型、大型淀粉粒組分別約占淀粉粒表面積的 48.56%、38.24%、12.89%。隨著鉀素的增加，玉米＜3 μm淀粉粒表面積百分比呈先增加后降低的變化趨勢，其中施鉀量270 kg/hm2處理最高。施鉀0～270 kg/hm2范圍內，3～18 μm淀粉粒表面積百分比無顯著變化，當施鉀量405 kg/hm2，3～18 μm淀粉粒表面積百分比顯著增加。隨著鉀素的增加，玉米＞18 μm淀粉粒表面積百分比顯著減小。

2.4 淀粉粒數目分布

由表3可知，小型淀粉粒組淀粉粒數目約占總淀粉粒的98%，大、中型淀粉粒組淀粉粒僅占總淀粉粒數目的1.28%和0.13%，說明成熟玉米籽粒中主要組成部分是小組淀粉粒。隨著鉀素的增加，玉米＜3 μm淀粉粒表面積百分比呈先增加后降低的變化趨勢，3～18 μm淀粉粒表面積百分比呈先降低后增加的變化趨勢。而隨著鉀素逐漸增加，＞18 μm淀粉粒數目百分比無顯著變化。

表2 不同鉀素水平對玉米淀粉粒表面積分布的影響Table 2 Effects of potassium on surface area distribution of starch granule in maize kernel

表3 不同鉀素水平對玉米淀粉粒數目分布的影響Table 3 Effects of potassium on the number distribution of starch granule in maize kernel

表4 不同鉀素水平對玉米淀粉糊化特性的影響Table 4 Effects of potassium on the pasting characteristics of maize starch

表5 玉米淀粉糊化參數與淀粉粒表面積分布的相關性分析Table 5 Correlation analysis between granule surface area distribution and pasting parameters of maize starch

2.5 淀粉糊化特性

由表4可知，與對照相比，玉米淀粉峰值粘度、最終粘度、保持粘度在隨著鉀素水平提高而顯著減小。表明施用鉀肥能降低淀粉糊化峰值粘度、最終粘度、保持粘度等糊化參數。

2.6 淀粉糊化參數與淀粉粒表面積分布的相關分析

由表5可知，＞18 μm淀粉粒表面積百分比與淀粉峰值黏度、保持黏度、最終黏度呈顯著正相關。＜3 μm與3～18 μm淀粉粒表面積百分比與淀粉峰值黏度、保持黏度、最終黏度呈負相關。

3 討論

禾谷類作物淀粉占胚乳細胞的90%左右，對作物品質起決定作用。張麗等［16］在研究不同淀粉含量玉米籽粒淀粉粒度的分布特征中將玉米籽粒分為小型(粒徑 ＜2 μm 的淀粉粒) 、中型(2～15 μm) 和大型( ＞15 μm)3 類，Bechtel等［17］以5 和16 μm 為分界點把小麥淀粉粒劃分為了 A型(＞16 μm)、B型(5～16 μm) 和 C型(＜5 μm)3種類型。本研究表明，玉米籽粒胚乳淀粉粒的粒徑一般為0.40～45 μm，參照前人對玉米淀粉粒類組劃分方法，取雙峰點3和18 μm為分界點，將玉米淀粉粒劃分為小型淀粉粒組(＜3 μm)、中型淀粉粒組(3～18 μm)和大型淀粉粒組(＞18 μm)3組。玉米胚乳不同粒徑淀粉粒體積和表面積都呈現雙峰分布，淀粉數目呈現單峰曲線分布。不同鉀素處理胚乳玉米籽粒淀粉粒體積、表面積及數目的分布特征與前人［18－19］研究基本一致。

玉米淀粉形成受品種、栽培措施及環境的共同調控，且受環境條件的影響作用大于基因組［20－21］。本研究表明，隨著鉀素水平的增加，玉米胚乳＞18 μm淀粉粒體積與表面積百分比顯著減小;而玉米胚乳＞18 μm淀粉粒數目百分比沒有顯著變化。隨著鉀素水平逐漸增加，淀粉峰值粘度、最終粘度、保持粘度顯著降低。在小麥上研究表明，淀粉峰值、最終黏度與大淀粉粒比例呈極顯著正相關，說明隨著小麥籽粒大淀粉粒比例的增加，小麥淀粉峰值、最終黏度表現為升高的趨勢［22］。相關分析表明，＞18 μm淀粉粒表面積百分比與峰值粘度、保持黏度、最終黏度之間呈顯著正相關，說明玉米的糊化特性與其淀粉粒表面積分布有顯著正相關。說明鉀素通過降低胚乳大型淀粉粒組淀粉粒表面積與體積百分比，進而影響其糊化特性，即降低了其淀粉黏度，因此可通過控制施鉀素的水平調控玉米淀粉粒度的分布，進而改良玉米淀粉的糊化特性，從而有助于改善玉米的品質。

4 結論

玉米胚乳不同粒徑淀粉粒體積和表面積都呈現雙峰分布，淀粉數目呈現單峰曲線分布。玉米籽粒中＞18 μm淀粉粒表面積百分比與淀粉峰值粘度、保持黏度、最終黏度呈顯著正相關，鉀肥降低了玉米籽粒大型淀粉粒組淀粉粒比例，進而降低了其淀粉黏度。