施氮量對弱筋小麥籽粒品質形成的影響

吳培金，閆素輝，邵慶勤，許 峰，張從宇，李文陽

(安徽科技學院農學院，安徽鳳陽 233100)

弱筋小麥籽粒硬度小、蛋白質含量低、面筋強度弱，是制作餅干、糕點等食品的重要原材料[1-2]。氮肥是影響小麥產量與品質的主要因素，施氮量對調節群體發展、優化群體結構、提高產量具有重要作用[3]。魏鳳珍等[4]研究認為，合理的氮肥運籌可有效增加小麥有效穗數和穗粒數，進而提高籽粒產量；增加施氮量及追氮比例對提高小麥籽粒蛋白質含量和濕面筋含量有重要作用。施用氮肥對小麥籽粒形成過程中相關酶活性具有明顯的調節效應[5-6]。不同施氮量對小麥籽粒淀粉粒的分布及糊化特性有顯著影響[7-8]，增施氮肥可以顯著提高小麥籽粒淀粉峰值黏度[9-10]。

施用氮肥雖可以有效提高小麥產量及改善籽粒品質，但不同類型小麥所需氮素營養有差異[11-12]。以往研究多是以中、強筋小麥為對象，其籽粒產量和蛋白質含量在一定范圍內隨施氮量的增加而增高，而弱筋小麥以較低的蛋白質含量為優質目標，要保證其高產且低蛋白含量，對適宜施氮量的把控要求更為嚴格。為此，本試驗選用不同弱筋小麥品種，設置不同氮素水平，探究施氮量對弱筋小麥成熟期籽粒產量與品質、相關酶活性、淀粉顆粒分布及糊化特性的影響，為弱筋小麥高效優質栽培的適宜施氮量選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗以弱筋小麥品種揚麥13和寧麥13為供試材料，于2016-2017年在安徽科技學院種植科技園(鳳陽)進行。試驗田土壤基礎肥力為有機質11.2 g·kg-1，速效氮80.2 mg·kg-1，速效磷28.6 mg·kg-1，速效鉀62.3 mg·kg-1。設置4個施氮水平，即施純氮0 kg·hm-2(N0)、105 kg·hm-2(N105)、210 kg·hm-2(N210)、315 kg·hm-2(N315)。追氮時期為起身期(3月20日)，基追比為7∶3。播種密度375×104·hm-2，行距25 cm，小區面積為9 m2(3 m × 3 m)，重復3次。其他肥料用量按N∶P2O5∶K2O= 1∶0.5∶0.5(P、K以N210為標準)，作為底肥一次性施用。其他田間管理同一般生產田(雨養條件)。播種期為2016年11月9日，收獲期為2017年5月25日。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 籽粒蛋白質含量測定

籽粒蛋白質含量用Perten公司的DA7200近紅外分析儀測定。

1.2.2 籽粒面筋蛋白組分測定

蛋白組分采用連續提取法[13]進行測定。

1.2.3 谷氨酰胺合成酶(GS)活性測定

于小麥灌漿前期(4月20日)、中期(5月4日)、后期(5月18日)分別取6～10個麥穗。用北京索萊寶科技有限公司的谷氨酰胺合成酶(GS)活性檢測試劑盒，按照試劑盒說明進行試驗；在540 nm下測定反應前后的吸光值，計算酶的活性。

1.2.4 淀粉粒的分離純化

參考Peng等[14]提取淀粉粒的方法，略有改動。將3 g小麥籽粒放于50 mL的離心管中加入30 mL蒸餾水浸泡24 h。去胚，在研缽內磨碎，直到所有的淀粉顆粒被釋放，攪勻，過200目篩； 3 500 r·min-1離心10 min；除去上清液，添加20 mL 2 mol·L-1NaCl溶液，混勻；將離心管30度角放于搖床上晃動；6 h后用脫脂棉擦去離心管壁內的雜質，然后同上述方法離心；去上清液后添加20 mL 2 mol·L-1NaCl溶液，重復操作3次。同樣方法分別用0.2% NaOH、2% SDS和蒸餾水代替NaCl進行混勻后離心步驟。最后，丙酮洗3次，干燥，-20 ℃低溫保存。

1.2.5 淀粉粒度分布測定

使用LS13320激光衍射粒度分析儀(Beckman Coulter，USA)測定淀粉的粒度特征。將約50 mg淀粉用5 mL的蒸餾水在10 mL的離心管中懸浮，取約1 mL淀粉懸浮液轉移到含有雙蒸水的激光衍射粒度分析儀分散罐中，在遮蔽率為8%～12%時進行分析。

1.2.6 淀粉RVA黏度參數測定

用Perten公司的LABORATORY MILL 3100 磨粉，稱取3 g面粉，加入25 mL蒸餾水，搖勻。用Perten公司生產的RVA Starch Master 3測定淀粉RVA黏度參數。

1.2.7 籽粒產量性狀測定

在小麥成熟期每小區選1 m2用于產量性狀測定。首先調查穗數，之后隨機取20穗調查穗粒數。全小區收獲脫粒、晾曬后稱重，折算產量(籽粒含水量13%)，并測定千粒重。

1.3 數據分析

數據分析及作圖用DPS 7.05、Origin 2019軟件完成。

2 結果與分析

2.1 施氮對弱筋小麥產量與蛋白質含量的影響

由表1可以看出，適量增加施氮量可有效調控小麥群體結構。隨著施氮量的增加，兩個弱筋小麥品種的穗數均呈上升趨勢，穗粒數和千粒重的變化因品種而異。從產量構成看，施氮量對穗數和穗粒數的影響是導致揚麥13產量變化的主要原因。在施純氮0～210 kg·hm-2范圍內，增施氮肥可提高2個弱筋小麥品種籽粒產量，若過量施用氮肥(315 kg·hm-2)，籽粒產量均降低，但原因不同，揚麥13的減產主要歸因于穗粒數和千粒重降低，而寧麥13是因為出現倒伏。隨施氮量的增加，兩個弱筋小麥品種籽粒蛋白質含量逐漸增加。當施純氮105 kg·hm-2時，兩個弱筋小麥籽粒蛋白質分別為10.59%(揚麥13)、 11.37%(寧麥13)，而當施純氮210 kg·hm-2時，兩個弱筋小麥品種的籽粒蛋白質含量均不符合國家優質弱筋小麥標準(<12.5%)。

2.2 施氮對弱筋小麥面筋蛋白組分含量的影響

由表2可以看出，兩個品種的籽粒麥谷蛋白含量均隨著施氮量的增加而增加。醇溶、麥谷蛋白在不同氮水平處理間變異系數分別為8.15%、18.6%(揚麥13)和6.3%、13.4%(寧麥13)。可見與醇溶蛋白相比，氮肥對弱筋小麥籽粒麥谷蛋白含量的影響較大。

2.3 施氮對弱筋小麥GS活性

由圖1可以看出，N0、N105處理小麥籽粒灌漿中后期GS活性低于N210和N315處理，兩個品種表現一致。這可能是低氮處理籽粒含較低蛋白質、中高氮處理籽粒含較高蛋白質的原因之一。

表1 氮素水平對弱筋小麥籽粒產量與蛋白質含量的影響

2.4 施氮對淀粉粒度分布的影響

由表3可知，兩個品種A、B型淀粉粒體積百分比隨施氮量的增加表現略有差異，揚麥13的B型淀粉粒體積百分比隨施氮量的增加而升高，A型淀粉粒體積百分比以N0處理最大，為80.8%；寧麥13的B型淀粉粒體積百分比則隨施氮量的增加先升高后降低。由此可見，弱筋小麥A、B型淀粉粒的體積分布與品種及施氮量均有關。兩個弱筋小麥品種的B型淀粉粒數目占總淀粉粒數目的99.7%以上，說明弱筋小麥的淀粉粒在數量上主要由B型淀粉粒組成。氮水平對淀粉粒數量無顯著影響，而品種和品種×氮水平互作對被測指標均有極顯著影響。由此可得，施氮量對弱筋小麥籽粒A型和B型淀粉粒的數目分布無顯著影響。兩個小麥品種B型淀粉粒表面積百分比在N210處理下達到最大值，A型淀粉粒表面積百分比在N0處理下達到最大值，隨著施氮量的增加，B型淀粉粒表面積百分比表現為先升高后降低，A型淀粉粒表現為先降低后升高。由此可得，在施氮量為0～210 kg·hm-2時，B型淀粉粒(<10 μm)表面積百分比隨施氮量的增加而升高，A型淀粉粒(>10 μm)表面積百分比隨施氮量的增加而降低。

2.5 施氮對弱筋小麥淀粉RVA黏度參數的影響

品種和施氮量對弱筋小麥籽粒淀粉糊化溫度影響不顯著，對峰值黏度和最終黏度的影響均達極顯著水平(表4)。兩個小麥品種籽粒淀粉的最終黏度隨施氮量的增加而增加；峰值黏度在施氮量為 0～210 kg·hm-2時也隨施氮量增加而增加，繼續增加施氮量，兩個小麥品種表現不同。由此可得，在施氮量為0～210 kg·hm-2時，弱筋小麥籽粒淀粉黏度參數隨施氮量的增加而增高。

表2 氮素水平對小麥籽粒面筋蛋白組分含量的影響

圖1 施氮量對揚麥13(A)和寧麥13(B) GS酶活性的影響

3 討 論

3.1 施氮量對弱筋小麥產量和蛋白質含量的影響

氮肥對小麥的籽粒產量和品質具有重要影響。本研究表明，在施純氮0～210 kg·hm-2范圍內，增施氮肥可提高弱筋小麥籽粒產量，即適當的增施氮肥可有效提高小麥籽粒產量，這與前人研究結果[15-16]一致。徐鳳嬌等[17]研究表明，增施氮肥能夠有效提高小麥籽粒蛋白質含量。本研究表明，隨施氮量的增加，兩個弱筋小麥品種籽粒蛋白質含量逐漸增加，當施純氮105 kg·hm-2時，兩個弱筋小麥籽粒蛋白質含量分別為 10.59%(揚麥13)、11.37%(寧麥13)，而當施純氮210 kg·hm-2時，兩個弱筋小麥籽粒蛋白質含量均不符合國家優質弱筋小麥標準 (<12.5%)。故本試驗條件下，要保證弱筋小麥籽粒品質和相對較高的產量，適宜的施氮量應在105～210 kg·hm-2范圍。

表3 施氮量對弱筋小麥淀粉粒(A型和B型)體積、數目及表面積分布的影響

表4 施氮量對小麥籽粒淀粉RVA黏度參數的影響

3.2 施氮量對弱筋小麥面筋蛋白組分及GS活性的影響

陸增根等[12]研究表明，小麥籽粒蛋白各組分的含量隨施氮量的增加而增加，但各組分含量的變化幅度不同，醇溶蛋白最大，其次是谷蛋白、清蛋白，球蛋白提高幅度最小。本研究發現，與醇溶蛋白相比，氮肥對籽粒麥谷蛋白含量的影響較大，這與劉 霞等[18]研究結果一致。GS活性對小麥籽粒蛋白質的合成起著關鍵作用，其活性受品種及栽培環境的影響。本研究結果表明，施用氮肥對小麥灌漿前期GS活性的影響不大，在灌漿中期和后期，適當的增加施氮量，能夠顯著的提高GS活性，使N210和N315處理小麥籽粒的蛋白質含量顯著高于低氮處理，這與王月福等[5]研究結果相似。

3.3 施氮量對弱筋小麥淀粉粒度分布及糊化特性的影響

淀粉粒的粒度分布和理化特性主要受基因型控制，也受水分、溫度和土壤等栽培環境因素的影響[19-21]。蔡瑞國等[22]研究發現，適量增施氮肥能顯著提高小麥籽粒支鏈淀粉含量，降低其直鏈淀粉含量；與A型(>10 μm)淀粉粒相比，B型(<10 μm)淀粉粒在直鏈淀粉中含量較低，而在支鏈淀粉含量中高[23]。本研究得出，在施氮量為0～210 kg·hm-2時，B型淀粉粒體積、表面積百分比隨施氮量的增加而升高，A型淀粉粒則反之，不同施氮量對弱筋小麥A型與B型淀粉粒的數目分布無顯著影響。

小麥淀粉的糊化特性是反映淀粉品質的重要指標，對加工食品有顯著影響[24-25]。適當增施氮肥可有效提高淀粉的糊化黏度，過多反而會降低[26]。本研究表明，施氮量對弱筋小麥籽粒淀粉糊化溫度影響不顯著，弱筋小麥籽粒淀粉的峰值黏度、最終黏度在施氮量為0～210 kg·hm-2時，隨施氮量的增加而增高。Peterson等[27]研究認為，大淀粉粒的比例越高，面粉的峰值黏度越低；李文陽等[23]研究認為，B型淀粉粒黏度參數均顯著高于A型淀粉粒；淀粉的糊化與淀粉粒的淀粉分子間締合程度、分子排列緊密程度、微晶束的大小及密度有關[28]。本試驗結果得出，在施氮量為0～210 kg·hm-2時，B(<10 μm)型淀粉粒表面積百分比隨施氮量的增加而升高，且淀粉的峰值黏度也隨施氮量的增加而增高，即小麥淀粉的峰值黏度與B型淀粉粒表面積百分比很可能存在正相關關系，具體還需要相關試驗進一步 論證。