温度和光照时间对小麦品种淀粉糊化特性的影响

李花帅 孙 辉 张立平 赵昌平 庞斌双 苏 青 郭玉平 苑少华

温度和光照时间对小麦品种淀粉糊化特性的影响

李花帅1，2孙 辉2张立平1，2赵昌平1，2庞斌双2苏 青2郭玉平2苑少华2

(首都师范大学生命科学学院1，北京 100048)
(北京市农林科学院，北京杂交小麦工程技术研究中心2，北京 100097)

以6个不同筋力小麦品种为材料，利用人工气候室，在灌浆前、中、后期分别采取不同的温度处理，同时在灌浆全期施以不同的光照时间处理。利用淀粉快速黏度分析仪(RVA)研究灌浆期温度和光照时间对籽粒淀粉糊化特性的影响。结果表明:小麦淀粉糊化参数受基因型、温度、光照时间、及其互作的影响。峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和回复值主要受环境因素中温度和光照时间的影响，受基因型的影响相对较小;糊化温度主要受环境因素与基因型互作的影响。灌浆后期经过高温30℃处理可显著提高淀粉的黏度值。灌浆后期不同温度处理下淀粉黏度值变异最大，是淀粉糊化品质形成的关键时期。光照时间14 h下的淀粉各黏度值最高，光照时间过长或过短都会降低淀粉黏度值。

小麦 灌浆期 温度 光照时间 糊化特性

淀粉约占小麦籽粒的75%，是其主要组成成分，淀粉品质性状的优劣对面条等面制食品的加工和食用品质有重要影响［1］。淀粉糊化特性是反映淀粉品质的重要指标［2］。何中虎等［3］的研究表明淀粉糊化特性对面条品质有较大影响，与面条外观和质地均呈显著正相关。RVA(淀粉快速黏度分析仪)谱的特征值主要有峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和糊化温度等，其中峰值黏度与面条的弹性、韧性和食用品质呈显著正相关，最终黏度、稀懈值与面条的滑爽性呈极显著正相关，与面条弹、韧性呈显著负相关等［4－5］。糊化温度与面食制品的蒸煮品质有关，糊化温度低则蒸煮容易［6］。

小麦淀粉糊化特性受基因型、环境及其互作的影响［7］，环境因素包括气候、土壤、栽培措施等，气候因素中又以温度和光照最为重要。小麦开花至成熟期，是籽粒产量和品质形成的关键时期，也是温度影响小麦籽粒品质的重要阶段［8］。前人的研究结果表明，在我国北方温带小麦栽培区，籽粒灌浆过程的适宜温度为20～24℃，高于25℃或低于12℃都不利于籽粒灌浆［9］。近年来，国内外开展的小麦淀粉糊化特性方面的研究，主要集中在不同纬度和播期对小麦淀粉糊化特性的影响［10－11］，纬度和播期受温度、光照、降水等因素综合作用的影响，而关于温度、光照单因素对小麦淀粉糊化品质的影响规律研究很少。小麦生产中在灌浆期常遭遇高温天气，前人关于高温对小麦品质影响的研究较多，陈希勇等［12］利用大棚升温处理和推迟播期研究高温胁迫对小麦淀粉黏度参数的影响，发现全生育期高温胁迫降低淀粉黏度参数，籽粒灌浆后期高温胁迫可提高多数基因型的淀粉黏度参数，灌浆期高温胁迫对糊化温度影响较小，全生育期高温胁迫提高糊化温度。敬海霞等［13］采用盆栽与人工气候室模拟结合的方法研究了花后高温胁迫对小麦蛋白质和淀粉含量的影响，结果表明，花后高温提高了籽粒蛋白质含量，降低了籽粒产量、蛋白质和淀粉产量，且花后20 d温胁迫的影响大于花后10 d。目前全球性气候恶劣，极端天气频发，关于低温对小麦淀粉品质影响的研究也势在必行。小麦开花至成熟期是籽粒品质形成的关键时期，也是温度影响小麦品质的重要阶段，小麦灌浆持续期较长，具体哪个时期对温度变化最敏感目前尚不明确。光照对小麦品质的影响小于温度，也是一个重要的影响因子，国内外关于光照强度对小麦品质影响的研究报道较多［14－16］，而关于光照时间对小麦淀粉糊化品质影响的研究鲜有报导。

国外关于人工精确控制温度和光照条件对小麦品质影响的研究较多［17－18］，国内相关研究较少，且偏重于蛋白和淀粉含量方面。本研究利用人工气候室对温度和光照时间进行精确的控制，将小麦灌浆时期分为灌浆前期，中期和后期，分别进行不同温度处理，同时在灌浆全期施以不同的温度处理，研究不同灌浆时期的温度和灌浆全期的光照时间对小麦淀粉糊化特性的影响，得出温度和光照时间对小麦淀粉糊化特性的影响规律，以期为小麦适时播种、规划种植和优质专用小麦生产提供参考。

1 材料与方法

1．1 材料

供试材料为中优9507、豫麦34、高优503、京冬11、皖麦19、京411，于2005～2006年种植，栽培方式为盆栽，花盆26 cm(d)×23 cm(h)，每盆8株，秋季播种后埋于北京市农林科学院院内大田中自然越冬，12月中旬移入温室缓苗，开花后选取生长状态一致的花盆移入人工气候箱内进行不同的温度和光照时间处理。生长期间适度浇水，保持气候室内小麦不受干旱胁迫。光温对照条件:药隔前12℃(大田)，药隔－抽穗16℃(大田)，抽穗后(气候室)20℃，光照:14 h，温差10℃，相对湿度50%。

1．2 试验设计

自始花后进行温度处理，分为3个时期:灌浆前期(始花后5 d开始处理)、中期(始花后15 d开始处理)和后期(始花后25 d开始处理)。温度处理分别为10℃和30℃。在整个灌浆时期施以不同的光照时间处理，分为12 h和16 h。每个处理进行7 d，处理后均放在对照20℃，14 h的人工气候室箱内生长至收获，每个处理两次重复。具体温光处理见表1。

表1 籽粒灌浆过程的温光处理

1．3 试验方法

1．3．1 制粉

用Foss Tecator公司生产的Cyclotee1 093 Sample Mill磨制全麦粉(0．5 mm筛孔)，过100目筛。

1．3．2 测定方法

用澳大利亚Newport Scientific公司制造的Super 3型快速黏度分析仪(Rapid Visco Analyzer)测定。RVA黏度计量单位有2种，即RVU(Rapid Viscosity Unit)和CP(厘泊)，本研究采用的计量单位为CP。

1．4 数据分析

采用SPSS16．0和Microsoft Excel2007对试验数据进行统计和方差分析。

2 结果与分析

2．1 温度、灌浆时期及其互作对籽粒淀粉糊化特性的效应分析

由表2的分析可知，除糊化温度在不同处理间差异不显著外，峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和回复值在品种、温度、灌浆时期、温度与灌浆时期互作间均达到了极显著差异，说明淀粉糊化参数不仅受品种基因型的影响，还受温度、灌浆时期及其互作的影响。其中，峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和回复值的温度效应＞品种效应＞互作效应;糊化温度的互作效应＞温度效应＞品种效应。

表2 小麦淀粉糊化参数方差分析

2．2 灌浆时期不同温度处理对小麦淀粉糊化特性的影响

灌浆时期不同温度处理间的多重比较(表3)得出，糊化温度受温度变化的影响很小，各温度处理间均无显著差异，而淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和回复值在不同处理间均有显著差异。灌浆后期30℃处理下的淀粉各黏度值最高，灌浆全期20℃处理下次之，均显著高于其他处理，说明灌浆后期经过高温处理可显著提高籽粒的淀粉糊化参数。灌浆前期和中期高温30℃与低温10℃处理下的淀粉黏度值均无显著差异，明显低于对照20℃处理，而灌浆后期高温30℃处理下的淀粉黏度值均显著高于低温10℃处理，说明灌浆后期对温度变化最敏感，是籽粒淀粉糊化品质形成的关键时期，在这一时期施以不同的温度处理有利于籽粒淀粉糊化品质的形成。本试验的6个品种对温度的反应规律一致，灌浆前期和中期在20℃时黏度值最高，灌浆后期在30℃时黏度值最高。

表3 灌浆时期不同温度处理间淀粉糊化参数的差异分析

2．3 不同光照时间下小麦淀粉糊化特性的差异

由表4可知，淀粉各黏度参数在不同品种、光照时间及其互作处理下均达到极显著差异，说明其受品种效应、光照时间效应和品种与光照时间互作效应的影响。其中，峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和回复值的光照时间效应＞品种效应＞互作效应;糊化温度的互作效应＞光照时间效应＞品种效应。

表4 小麦淀粉糊化参数方差分析

由不同光照时间下淀粉糊化参数的多重比较(表5)可知，淀粉各黏度参数在不同光照时间处理下均有显著差异。在14 h光照时间下籽粒峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和回复值均最高，与12 h和16 h处理下有显著差异，且糊化温度最低;光照时间12 h与16 h间无显著差异。以上结果说明最有利于籽粒淀粉糊化品质形成的光照时间是14 h，光照时间过长或过短都对籽粒淀粉糊化品质形成不利。本试验中6个品种的淀粉糊化参数对光照时间的反应规律较一致，峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和回复值均是在14 h光照下淀粉黏度值最高，糊化温度值最低。

表5 不同光照时间处理下淀粉糊化参数的差异分析

3 讨论与结论

淀粉是小麦籽粒的主要组成成分，淀粉品质包括籽粒淀粉含量、淀粉粒大小、破损程度、淀粉直/支比及淀粉糊化特性。其中淀粉糊化特性是反应淀粉品质的重要指标［19］。国内外研究结果表明，基因型、环境及其互作共同影响淀粉糊化特性［20－21］，有研究认为淀粉糊化特性受基因型和环境的共同影响，但遗传因素起决定作用［20］，也有研究认为除直链淀粉及糊化时间外，淀粉其他性状受环境因素的影响更大［21］。本研究结果表明，小麦淀粉糊化参数均受基因型、温度、光照时间、及其互作的影响，这与前人的研究结果一致，说明小麦淀粉糊化特性不仅受品种基因型的影响还受环境因素中温度和光照时间的影响。温度、灌浆时期及其互作的方差分析结果表明:峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和回复值的温度效应＞品种效应＞互作效应;糊化温度的互作效应＞温度效应＞品种效应。品种、光照时间处理间的方差分析结果表明:峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和回复值的光照时间效应＞品种效应＞互作效应;糊化温度的互作效应＞光照时间效应＞品种效应。总起来看，峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值和回复值主要受环境中温度和光照时间的影响，受基因型的影响相对较小;糊化温度主要受环境因素与基因型互作的影响。

温度被普遍认为是气象因子中对小麦品质影响最显著的因子，特别是灌浆结实期的温度。本研究不同温度处理间的多重比较得出灌浆后期30℃处理下淀粉各黏度值最高，20℃处理下次之，与其他处理下的黏度值均有显著差异，说明灌浆后期经过高温处理可显著提高小麦淀粉的黏度参数，而在其他时期低温或高温处理都使小麦的黏度参数降低。邓志英等［22］选用2个面筋强度不同的冬小麦品种，在籽粒灌浆的不同时期(开花后15、20、25 d)进行适度高温(日平均温度＜32℃，未达到热胁迫水平)处理的结果表明:小麦开花后20d时适度高温处理有利于优质面团品质的形成，也利于面条的弹性和面条评分，其中面团品质［23］是蛋白质和淀粉共同作用的结果，这说明了适度高温处理改善了淀粉和蛋白质的相互作用。张平平等［24］也认为后期温度是影响品质变异的重要环境因素。

不同灌浆时期需要的最适温度不同，灌浆前期和中期在20℃时，籽粒的黏度值最高，灌浆后期在30℃时淀粉黏度值最高。这与小麦的生长规律相一致，随着灌浆时期的持续，需要的温度逐渐升高。前人的研究结果都表明小麦淀粉糊化参数随播期推迟而增加［10，25］，播期推迟可导致灌浆期温度升高。刘建军等［26］的研究结果表明，我国北方冬麦区小麦的峰值黏度显著低于南方麦区和黄淮麦区，与本研究结果相一致。阎俊等［27］也认为，我国春小麦的淀粉峰值黏度明显高于冬小麦。本研究中将小麦灌浆期分为灌浆前期、中期和后期3个时期，其中在灌浆后期高温30℃与低温10℃处理间淀粉黏度参数有显著差异，说明灌浆后期是籽粒淀粉糊化品质形成的关键时期，在这一时期施以不同的温度处理有利于籽粒淀粉糊化品质的形成。Stone和Nicolas［28］的研究也表明，灌浆前期高温对产量性状影响大，而后期高温对品质性状影响大。

光照也是影响小麦品质的一个重要气象因子。迄今为止关于光照时间对小麦淀粉糊化品质影响的研究尚不多见，多是通过纬度间接研究光照时间对小麦淀粉糊化品质的影响。马冬云等［7］以3个不同筋力小麦品种为材料，在河南省5个纬度点(32～36°N)种植，研究发现峰值黏度、谷值黏度、最终黏度均随纬度降低呈逐渐下降趋势。本试验利用人工气候室控制光照时间，研究其对淀粉糊化特性的影响，分析结果表明在14 h光照时间下淀粉各黏度参数值最高，光照时间12 h与16 h间无显著差异，淀粉黏度值均较低，说明有利于小麦淀粉糊化品质形成的光照时间是14 h，光照时间过长或过短都对小麦淀粉糊化品质形成不利。

总而言之，温度和光照时间都是影响小麦淀粉糊化品质形成的重要环境因子，过去多采用多点多年的研究方法，所得的研究结果往往受其他环境因素和人为因素的影响。本研究采取人工模拟方法控制环境条件，排除了其他因素的影响，研究了温度和光照时间单因素对小麦淀粉糊化特性的影响，发现了我国小麦品种在灌浆期对温度反应的初步规律，在今后的小麦育种中，可以为小麦的适时播种和区域规划种植提供指导，通过温光条件的适当调整，为优质专用小麦生产提供理论基础。

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Effects of Temperature and Illumination Time on Grain Paste Property in Different Wheat Cultivars

Li Huashuai1，2Sun Hui2Zhang Liping1，2Zhao Changping1，2Pang Binshuang2Su Qing2Guo Yuping2Yuan Shaohua2

(Capital Normal University1，Beijing 100048)
(Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing Engineering and Technique Research Center for Hybrid Wheat2，Beijing 100097)

Six wheat cultivars with different gluten were used to investigate the effect of temperature and illumination time on wheat paste property at different filling stages with fast viscosity analyzer(RVA)．The results showed that genotype，temperature，illumination time and their interactions all have a very significant impact on wheat paste property．Peak viscosity，trough viscosity，final viscosity，breakdown and setback is mainly affected by environment of temperature and illumination time，the influence from genotype is relatively minor．Pasting time is mainly effected by interactions of genotype and environment factors．At late filling stage temperature under 30℃got the highest viscosity value．Late filling stage is the critical stage to grain paste property formulation，during which we got the biggest variation under different temperature treatments．Under illumination of 14 hours，we got the highest viscosity value，time too long or too short all have a negative effect on wheat paste property．

wheat，grain filling stages，temperature，iIllumination time，paste property

S512．1;S331

A

1003－0174(2011)07－0001－05

863计划(2011AA10A106)，国家自然科学基金(3087 1517)，北京市自然科学基金(5082005)，院创新能力建设专项(KJCX201101007)，北京市科技计划(D1111 00001311002)

2011－09－09

李花帅，女，1987年出生，硕士，小麦品质

张立平，女，1969年出生，博士，副研究员，小麦雄性不育遗传和品质研究

赵昌平，男，1962年出生，博士，研究员，小麦遗传育种