施氮量对弱筋小麦籽粒品质形成的影响

吴培金，闫素辉，邵庆勤，许 峰，张从宇，李文阳

(安徽科技学院农学院，安徽凤阳 233100)

弱筋小麦籽粒硬度小、蛋白质含量低、面筋强度弱，是制作饼干、糕点等食品的重要原材料[1-2]。氮肥是影响小麦产量与品质的主要因素，施氮量对调节群体发展、优化群体结构、提高产量具有重要作用[3]。魏凤珍等[4]研究认为，合理的氮肥运筹可有效增加小麦有效穗数和穗粒数，进而提高籽粒产量；增加施氮量及追氮比例对提高小麦籽粒蛋白质含量和湿面筋含量有重要作用。施用氮肥对小麦籽粒形成过程中相关酶活性具有明显的调节效应[5-6]。不同施氮量对小麦籽粒淀粉粒的分布及糊化特性有显著影响[7-8]，增施氮肥可以显著提高小麦籽粒淀粉峰值黏度[9-10]。

施用氮肥虽可以有效提高小麦产量及改善籽粒品质，但不同类型小麦所需氮素营养有差异[11-12]。以往研究多是以中、强筋小麦为对象，其籽粒产量和蛋白质含量在一定范围内随施氮量的增加而增高，而弱筋小麦以较低的蛋白质含量为优质目标，要保证其高产且低蛋白含量，对适宜施氮量的把控要求更为严格。为此，本试验选用不同弱筋小麦品种，设置不同氮素水平，探究施氮量对弱筋小麦成熟期籽粒产量与品质、相关酶活性、淀粉颗粒分布及糊化特性的影响，为弱筋小麦高效优质栽培的适宜施氮量选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验以弱筋小麦品种扬麦13和宁麦13为供试材料，于2016-2017年在安徽科技学院种植科技园(凤阳)进行。试验田土壤基础肥力为有机质11.2 g·kg-1，速效氮80.2 mg·kg-1，速效磷28.6 mg·kg-1，速效钾62.3 mg·kg-1。设置4个施氮水平，即施纯氮0 kg·hm-2(N0)、105 kg·hm-2(N105)、210 kg·hm-2(N210)、315 kg·hm-2(N315)。追氮时期为起身期(3月20日)，基追比为7∶3。播种密度375×104·hm-2，行距25 cm，小区面积为9 m2(3 m × 3 m)，重复3次。其他肥料用量按N∶P2O5∶K2O= 1∶0.5∶0.5(P、K以N210为标准)，作为底肥一次性施用。其他田间管理同一般生产田(雨养条件)。播种期为2016年11月9日，收获期为2017年5月25日。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 籽粒蛋白质含量测定

籽粒蛋白质含量用Perten公司的DA7200近红外分析仪测定。

1.2.2 籽粒面筋蛋白组分测定

蛋白组分采用连续提取法[13]进行测定。

1.2.3 谷氨酰胺合成酶(GS)活性测定

于小麦灌浆前期(4月20日)、中期(5月4日)、后期(5月18日)分别取6～10个麦穗。用北京索莱宝科技有限公司的谷氨酰胺合成酶(GS)活性检测试剂盒，按照试剂盒说明进行试验；在540 nm下测定反应前后的吸光值，计算酶的活性。

1.2.4 淀粉粒的分离纯化

参考Peng等[14]提取淀粉粒的方法，略有改动。将3 g小麦籽粒放于50 mL的离心管中加入30 mL蒸馏水浸泡24 h。去胚，在研钵内磨碎，直到所有的淀粉颗粒被释放，搅匀，过200目筛； 3 500 r·min-1离心10 min；除去上清液，添加20 mL 2 mol·L-1NaCl溶液，混匀；将离心管30度角放于摇床上晃动；6 h后用脱脂棉擦去离心管壁内的杂质，然后同上述方法离心；去上清液后添加20 mL 2 mol·L-1NaCl溶液，重复操作3次。同样方法分别用0.2% NaOH、2% SDS和蒸馏水代替NaCl进行混匀后离心步骤。最后，丙酮洗3次，干燥，-20 ℃低温保存。

1.2.5 淀粉粒度分布测定

使用LS13320激光衍射粒度分析仪(Beckman Coulter，USA)测定淀粉的粒度特征。将约50 mg淀粉用5 mL的蒸馏水在10 mL的离心管中悬浮，取约1 mL淀粉悬浮液转移到含有双蒸水的激光衍射粒度分析仪分散罐中，在遮蔽率为8%～12%时进行分析。

1.2.6 淀粉RVA黏度参数测定

用Perten公司的LABORATORY MILL 3100 磨粉，称取3 g面粉，加入25 mL蒸馏水，摇匀。用Perten公司生产的RVA Starch Master 3测定淀粉RVA黏度参数。

1.2.7 籽粒产量性状测定

在小麦成熟期每小区选1 m2用于产量性状测定。首先调查穗数，之后随机取20穗调查穗粒数。全小区收获脱粒、晾晒后称重，折算产量(籽粒含水量13%)，并测定千粒重。

1.3 数据分析

数据分析及作图用DPS 7.05、Origin 2019软件完成。

2 结果与分析

2.1 施氮对弱筋小麦产量与蛋白质含量的影响

由表1可以看出，适量增加施氮量可有效调控小麦群体结构。随着施氮量的增加，两个弱筋小麦品种的穗数均呈上升趋势，穗粒数和千粒重的变化因品种而异。从产量构成看，施氮量对穗数和穗粒数的影响是导致扬麦13产量变化的主要原因。在施纯氮0～210 kg·hm-2范围内，增施氮肥可提高2个弱筋小麦品种籽粒产量，若过量施用氮肥(315 kg·hm-2)，籽粒产量均降低，但原因不同，扬麦13的减产主要归因于穗粒数和千粒重降低，而宁麦13是因为出现倒伏。随施氮量的增加，两个弱筋小麦品种籽粒蛋白质含量逐渐增加。当施纯氮105 kg·hm-2时，两个弱筋小麦籽粒蛋白质分别为10.59%(扬麦13)、 11.37%(宁麦13)，而当施纯氮210 kg·hm-2时，两个弱筋小麦品种的籽粒蛋白质含量均不符合国家优质弱筋小麦标准(<12.5%)。

2.2 施氮对弱筋小麦面筋蛋白组分含量的影响

由表2可以看出，两个品种的籽粒麦谷蛋白含量均随着施氮量的增加而增加。醇溶、麦谷蛋白在不同氮水平处理间变异系数分别为8.15%、18.6%(扬麦13)和6.3%、13.4%(宁麦13)。可见与醇溶蛋白相比，氮肥对弱筋小麦籽粒麦谷蛋白含量的影响较大。

2.3 施氮对弱筋小麦GS活性

由图1可以看出，N0、N105处理小麦籽粒灌浆中后期GS活性低于N210和N315处理，两个品种表现一致。这可能是低氮处理籽粒含较低蛋白质、中高氮处理籽粒含较高蛋白质的原因之一。

表1 氮素水平对弱筋小麦籽粒产量与蛋白质含量的影响

2.4 施氮对淀粉粒度分布的影响

由表3可知，两个品种A、B型淀粉粒体积百分比随施氮量的增加表现略有差异，扬麦13的B型淀粉粒体积百分比随施氮量的增加而升高，A型淀粉粒体积百分比以N0处理最大，为80.8%；宁麦13的B型淀粉粒体积百分比则随施氮量的增加先升高后降低。由此可见，弱筋小麦A、B型淀粉粒的体积分布与品种及施氮量均有关。两个弱筋小麦品种的B型淀粉粒数目占总淀粉粒数目的99.7%以上，说明弱筋小麦的淀粉粒在数量上主要由B型淀粉粒组成。氮水平对淀粉粒数量无显著影响，而品种和品种×氮水平互作对被测指标均有极显著影响。由此可得，施氮量对弱筋小麦籽粒A型和B型淀粉粒的数目分布无显著影响。两个小麦品种B型淀粉粒表面积百分比在N210处理下达到最大值，A型淀粉粒表面积百分比在N0处理下达到最大值，随着施氮量的增加，B型淀粉粒表面积百分比表现为先升高后降低，A型淀粉粒表现为先降低后升高。由此可得，在施氮量为0～210 kg·hm-2时，B型淀粉粒(<10 μm)表面积百分比随施氮量的增加而升高，A型淀粉粒(>10 μm)表面积百分比随施氮量的增加而降低。

2.5 施氮对弱筋小麦淀粉RVA黏度参数的影响

品种和施氮量对弱筋小麦籽粒淀粉糊化温度影响不显著，对峰值黏度和最终黏度的影响均达极显著水平(表4)。两个小麦品种籽粒淀粉的最终黏度随施氮量的增加而增加；峰值黏度在施氮量为 0～210 kg·hm-2时也随施氮量增加而增加，继续增加施氮量，两个小麦品种表现不同。由此可得，在施氮量为0～210 kg·hm-2时，弱筋小麦籽粒淀粉黏度参数随施氮量的增加而增高。

表2 氮素水平对小麦籽粒面筋蛋白组分含量的影响

图1 施氮量对扬麦13(A)和宁麦13(B) GS酶活性的影响

3 讨 论

3.1 施氮量对弱筋小麦产量和蛋白质含量的影响

氮肥对小麦的籽粒产量和品质具有重要影响。本研究表明，在施纯氮0～210 kg·hm-2范围内，增施氮肥可提高弱筋小麦籽粒产量，即适当的增施氮肥可有效提高小麦籽粒产量，这与前人研究结果[15-16]一致。徐凤娇等[17]研究表明，增施氮肥能够有效提高小麦籽粒蛋白质含量。本研究表明，随施氮量的增加，两个弱筋小麦品种籽粒蛋白质含量逐渐增加，当施纯氮105 kg·hm-2时，两个弱筋小麦籽粒蛋白质含量分别为 10.59%(扬麦13)、11.37%(宁麦13)，而当施纯氮210 kg·hm-2时，两个弱筋小麦籽粒蛋白质含量均不符合国家优质弱筋小麦标准 (<12.5%)。故本试验条件下，要保证弱筋小麦籽粒品质和相对较高的产量，适宜的施氮量应在105～210 kg·hm-2范围。

表3 施氮量对弱筋小麦淀粉粒(A型和B型)体积、数目及表面积分布的影响

表4 施氮量对小麦籽粒淀粉RVA黏度参数的影响

3.2 施氮量对弱筋小麦面筋蛋白组分及GS活性的影响

陆增根等[12]研究表明，小麦籽粒蛋白各组分的含量随施氮量的增加而增加，但各组分含量的变化幅度不同，醇溶蛋白最大，其次是谷蛋白、清蛋白，球蛋白提高幅度最小。本研究发现，与醇溶蛋白相比，氮肥对籽粒麦谷蛋白含量的影响较大，这与刘 霞等[18]研究结果一致。GS活性对小麦籽粒蛋白质的合成起着关键作用，其活性受品种及栽培环境的影响。本研究结果表明，施用氮肥对小麦灌浆前期GS活性的影响不大，在灌浆中期和后期，适当的增加施氮量，能够显著的提高GS活性，使N210和N315处理小麦籽粒的蛋白质含量显著高于低氮处理，这与王月福等[5]研究结果相似。

3.3 施氮量对弱筋小麦淀粉粒度分布及糊化特性的影响

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、温度和土壤等栽培环境因素的影响[19-21]。蔡瑞国等[22]研究发现，适量增施氮肥能显著提高小麦籽粒支链淀粉含量，降低其直链淀粉含量；与A型(>10 μm)淀粉粒相比，B型(<10 μm)淀粉粒在直链淀粉中含量较低，而在支链淀粉含量中高[23]。本研究得出，在施氮量为0～210 kg·hm-2时，B型淀粉粒体积、表面积百分比随施氮量的增加而升高，A型淀粉粒则反之，不同施氮量对弱筋小麦A型与B型淀粉粒的数目分布无显著影响。

小麦淀粉的糊化特性是反映淀粉品质的重要指标，对加工食品有显著影响[24-25]。适当增施氮肥可有效提高淀粉的糊化黏度，过多反而会降低[26]。本研究表明，施氮量对弱筋小麦籽粒淀粉糊化温度影响不显著，弱筋小麦籽粒淀粉的峰值黏度、最终黏度在施氮量为0～210 kg·hm-2时，随施氮量的增加而增高。Peterson等[27]研究认为，大淀粉粒的比例越高，面粉的峰值黏度越低；李文阳等[23]研究认为，B型淀粉粒黏度参数均显著高于A型淀粉粒；淀粉的糊化与淀粉粒的淀粉分子间缔合程度、分子排列紧密程度、微晶束的大小及密度有关[28]。本试验结果得出，在施氮量为0～210 kg·hm-2时，B(<10 μm)型淀粉粒表面积百分比随施氮量的增加而升高，且淀粉的峰值黏度也随施氮量的增加而增高，即小麦淀粉的峰值黏度与B型淀粉粒表面积百分比很可能存在正相关关系，具体还需要相关试验进一步 论证。