施氮水平对玉米籽粒品质与淀粉黏度参数的影响

胡 健，陈志英，王长进，李文阳

(安徽科技学院 农学院，安徽 凤阳 233100)

玉米的生长发育、品质优劣、产量高低离不开对氮素的利用,在玉米的生长过程中施氮是获得高产的重要因素之一[1]。玉米籽粒中主要含有蛋白质、淀粉、脂肪三大类营养物质,而玉米本身的基因和外界的环境栽培条件是决定籽粒品质的重要因素[2-4]。有研究表明,在肥料中以氮肥对籽粒品质的影响最大[5]。在合理的施肥范围内,可通过增施氮肥增加籽粒蛋白质、淀粉的含量,降低脂肪的含量,改善籽粒品质[6]。另外在适宜播期内,适当早播也能增加籽粒粗蛋白含量,改善玉米品质,提高产量[7]。

糊化是淀粉的基本性质之一,淀粉的糊化特性会影响食品的口感、加工特性,对淀粉的加工利用有重要意义,而淀粉的加工利用主要受其理化性质的影响,黏度参数是评价其淀粉品质的重要性状[8-10]。前人对玉米淀粉的黏度参数做了探究, 贺江等[8]研究发现,在不同施氮水平下,施磷60～120 kg/hm2范围内,随着施磷量的增加,玉米淀粉的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度显著上升。李文阳等[11]发现,玉米籽粒小、中型淀粉粒体积百分比与淀粉峰值黏度、稀懈值呈显著或极显著负相关,大型淀粉粒体积百分比与淀粉峰值黏度、稀懈值呈显著或极显著正相关。前人对小麦上黏度参数的研究较多,对玉米上的研究相对较少。本研究以德合187等11个玉米杂交种为材料,设置不同施氮水平,分析氮素对籽粒品质与黏度参数的影响。以期为提高玉米的淀粉品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计与材料

试验于2018年6-10月在安徽科技学院种植园进行。选用德合(DH187)、登海685(DH685)、华农138(HN138)、京农科728(JNK728)、金玉698(JY698)、鲁单9088(LD9088)、蠡玉16(LY16)、盛瑞999(SR999)、伟科216(WK216)、先玉(XY335)、郑单958(ZD958)等11个玉米品种为试验材料。试验设3个氮水平,即分别施用纯氮135、270、405 kg/hm2(分别用N135、N270、N405表示);采用随机区组设计,3次重复。播种密度为60 000株/hm2,于6月10日播种,当年10月15日收获。田间管理同一般高产田管理进行。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 品质性状测定 将11个玉米品种收获后脱粒、晒干备用。用DA7200近红外品质分析仪(瑞典波通公司)分别测定样品的蛋白质、淀粉、脂肪含量。

1.2.2 淀粉黏度参数测定 参照贺江等[8]方法,将玉米籽粒用研磨机进行粉碎,粉碎后准确称取3 g淀粉放入铝盒内,加25 mL蒸馏水均匀搅拌后,使用Supper 3快速黏度分析仪(瑞典波通公司),选择Std1程序测定淀粉的糊化参数。

1.3 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2019软件对数据进行初步统计和整理,采用DPS 7.05软件对整理后的数据使用LSD 法进行方差分析与相关性分析。

2 结果与分析

2.1 籽粒品质性状

由表1可知,在不同施氮水平条件下,籽粒蛋白质、脂肪、淀粉/蛋白质比值均呈极显著相关。在135～405 kg/hm2范围内,随着施氮量的增加,玉米籽粒蛋白质含量显著增加,淀粉含量显著降低,碳氮比显著下降;籽粒脂肪含量呈先降后升趋势。不同品种间比较,京农科728和圣瑞999籽粒淀粉/蛋白质在三个氮素水平间变异系数较小,分别为12.01%、9.69%。说明与其他品种相比,京农科728和圣瑞999在不同施氮量条件下籽粒C/N比例变化较小。

表1 氮素水平对籽粒品质性状的影响Table 1 Effects of nitrogen rate on grain quality traits

2.2 淀粉糊化参数

由表2可以看出,在不同氮素水平下,玉米籽粒淀粉峰值黏度、低谷黏度、稀懈值呈极显著相关。在施氮135～405 kg/hm2范围内,随着施氮水平的增加,玉米籽粒淀粉峰值黏度、低谷黏度都显著降低,稀懈值呈先升后降趋势。玉米品种间比较,3个氮水平条件下登海685和伟科216籽粒淀粉峰值黏度变异系数较小,分别为47.60%、27.60%。说明与其他品种相比,登海685和伟科216在不同施氮条件下峰值黏度变化较小。

表2 氮素水平对淀粉糊化参数的影响Table 2 Effect of nitrogen rate on starch gelatinization parameters

2.3 淀粉凝沉特性

由表3可以看出,不同施氮水平下,玉米籽粒淀粉回升值、最终黏度呈极显著差异。在施氮135～405 kg/hm2范围内,随着氮素水平的增加,玉米籽粒淀粉最终黏度显著降低,回升值在施氮135～270 kg/hm2范围内呈上升趋势的趋势,施氮405 kg/hm2时回升值显著下降。不同玉米品种比较,圣瑞999和伟科216籽粒淀粉回升值在3个施氮水平下变异系数较小,分别为51.19%、46.07%。可见圣瑞999、伟科216在不同施氮水平下回升值较稳定。

表3 氮素水平对淀粉凝沉特性的影响Table 3 Effect of nitrogen rate on starch coagulation characteristics

2.4 相关性分析

由相关分析(表4)可以看出,玉米籽粒中蛋白质与淀粉、峰值黏度、低谷黏度、稀懈值、回升值、最终黏度呈显著或极显著负相关。淀粉与淀粉峰值黏度、低谷黏度、最终黏度呈显著或极显著正相关,与稀懈值、回升值无明显相关性。脂肪与低谷黏度呈显著负相关,与峰值黏度、最终黏度、稀懈值和回升值无明显相关性。淀粉/蛋白质的比值与峰值黏度、低谷黏度、稀懈值、最终黏度呈显著或极显著正相关。可见玉米籽粒淀粉含量越高、蛋白质含量越低,即淀粉/蛋白质比值越高,淀粉峰值黏度、低谷黏度、稀懈值和最终黏度就越高。

表4 籽粒品质与淀粉黏度参数的相关分析Table 4 Correlation analysis of grain quality and starch viscosity parameter

3 结论与讨论

玉米籽粒中主要含有蛋白质、淀粉、脂肪三大类营养物质,蛋白质、淀粉含量的多少也影响其口感,玉米品质受环境、栽培条件的影响很大[2-4]。氮肥对玉米籽粒品质的影响前人有大量的研究。于宁宁等[6]发现,N2(184.5 kg/hm2)处理下的登海518和郑单958较N0、N1(129 kg/hm2)的粗蛋白、可溶性糖、总淀粉含量显著增加。N3(300 kg/hm2)处理下的夏玉米产量和品质有所下降。冯云超等[12]认为,随着施氮量的减少,各类型玉米籽粒的产量和蛋白质有下降趋势,淀粉有上升趋势,脂肪无明显规律变化。姜涛[13]发现,当施氮量较低时,玉米籽粒的粗蛋白、粗淀粉、粗脂肪含量会随着氮肥的增加而提高;当施氮量达到一定量时,则不会随着氮肥增加而增大,甚至有所下降。本研究结果显示,在135～405 kg/hm2范围内,随着氮素水平的增加,籽粒中蛋白质的含量显著增加,淀粉含量显著降低,碳氮比下降,脂肪含量呈先降后升趋势。该研究结果与冯云超等[12]研究结果相似。不同玉米品种间比较,圣瑞999和京农科728在不同施氮量条件下籽粒C/N比例变化较小,稳定性较好。

玉米淀粉糊化特性、凝沉特性等化学特性受氮肥调控的影响。石德杨等[14]在玉米研究上认为,氮肥能显著影响籽粒淀粉粒粒度分布与糊化特性,增加玉米籽粒淀粉峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、回升值和籽粒产量。钱必长等[15]研究认为,适当的氮素可以降低淀粉的峰值黏度、最终黏度。崔丽娜等[16]认为,随着追氮量的增加,淀粉峰值黏度,低谷黏度、最终黏度、稀懈值呈先升后降趋势。本研究结果发现,在试验氮水平范围内,随着氮素水平的增加,籽粒淀粉峰值黏度、低谷黏度、最终黏度呈下降的趋势,稀懈值在135～405 kg/hm2施氮范围有所上升,但施氮量在405 kg/hm2时显著下降,回升值在135～270 kg/hm2无明显差异,当施氮量达到405 kg/hm2时显著下降。在不同施氮水平条件下,登海685、圣瑞999和伟科216籽粒淀粉在黏度参数上的变异幅度总体较小。相关分析表明,籽粒蛋白质含量与淀粉峰值黏度、低谷黏度、稀懈值、回升值、最终黏度呈显著或极显著负相关,而淀粉与峰值黏度、低谷黏度、最终黏度呈极显著正相关,淀粉/蛋白质的比值与淀粉的峰值黏度、低谷黏度、稀懈值、最终黏度。说明玉米籽粒中淀粉比值越高,淀粉峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和稀懈值越高。本试验条件下,在施氮135～405 kg/hm2范围内,随着施氮水平增加,玉米籽粒蛋白质含量上升、淀粉含量下降,籽粒淀粉/蛋白质比值降低,进而影响淀粉化学特性,即降低了淀粉峰值黏度、低谷黏度、最终黏度等黏度参数。