灌水次数对小麦A、B淀粉和总淀粉含量及产量的影响

周发宝，路永强，刘玉秀，张正茂，姜宗昊，王文杰

（西北农林科技大学 农学院，陕西杨凌 712100）

淀粉是小麦籽粒的主要组成部分，其含量约占籽粒干质量的65%～70%，淀粉包括直链淀粉和支链淀粉，淀粉含量与小麦的产量和品质密切相关［1］。宋 韵 琳 等［2］研 究 表 明，小 麦 籽 粒 中支／直链淀粉的含量以及两者之间的比例直接影响淀粉的性质，进而影响小麦的品质。徐鑫等［3］研究表明，面粉中直链淀粉和支链淀粉之间的比例对面制品的品质有巨大影响，通过提高支链淀粉与直链淀粉的比值，可以达到对面条黏弹性、光滑性和口感的改善，进一步提高面条的品质。

淀粉主要以淀粉粒形式储藏在胚乳中，可以根据其粒径的大小将淀粉颗粒分为A 型淀粉（10～40μm）、B型淀粉（1～10μm）和C 型淀粉（小于1μm）［4-5］。小麦淀粉的理化特性和加工品质也受淀粉粒径分布的影响，淀粉粒径分布也是小麦淀粉品质重要的影响因素［6］，同时，籽粒中A型与B 型淀粉粒的相对含量显著影响籽粒食品加工品质［7］，因此，通过优化农艺措施改善其相对含量，对提高小麦加工品质具有重要意义。水分作为调节小麦产量和品质的主要因素之一，可以通过合理灌水来提高小麦的产量与品质［8］。水分亏缺会对籽粒的产量及品质产生不利影响，在拔节期和灌浆期缺水对籽粒产量的负面影响尤为显著。党根友等［9］研究表明，只灌二棱水条件下，小麦单位面积穗数、穗粒数会显著降低，而灌二棱水和拔节水条件下籽粒产量和收获指数均得到显著提高。王家瑞等［10］对不同降雨年份的灌水处理研究表明，在干旱年份，拔节期和灌浆期灌2水增产最高；在正常年份，拔节期灌1水可以达到更好的增产效果。方保停等［11］研究表明，在一定灌水量范围内，总淀粉产量、直链淀粉产量和籽粒产量均随着灌水量的增加呈现上升趋势，继续增加灌水量直链淀粉产量继续增加，而籽粒产量和总淀粉产量则呈现下降趋势。本试验选用4个小麦品种，设置3种灌水处理，研究不同灌水处理对4种小麦淀粉含量、淀粉粒径和籽粒产量的影响，最终确定最佳灌水模式，为实现高产、优质、高效的生产管理模式提供理论及实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用小麦新品种‘普冰151’‘普冰9946’‘扬麦13’‘豫麦58’为试验材料（均由西北农林科技大学农学院提供），其中‘普冰151’分别于2016年和2017年通过甘肃省和陕西省审定，具有高产、节水抗旱、耐冻、抗病等特性，属中强筋小麦品种。‘普冰9946’于2011年通过陕西省审定，具有抗寒、抗旱、节水和高产特性，属优质强筋小麦品种。

‘普冰151’（中筋）和‘普冰9946’（强筋）为旱地小麦品种，‘扬麦13’（弱筋）和‘豫麦58’（中筋）为水地小麦品种，通过不同灌水处理，研究不同类型小麦品种在不同灌水条件下其淀粉含量、淀粉粒径和小麦产量是否都存在相同的变化规律或变化趋势。

1.2 试验地概况

试验于2017-2018年在陕西杨凌西北农林科技大学北校杨凌试验农场进行。试验地土壤耕层有机质含量为10.22g／kg，全氮含量为1.27 g／kg，速效磷含量为12.06mg／kg，速效钾含量为215.57mg／kg。

1.3 试验设计

试验采用随机区组排列方式，设置3种灌水处理：全生育期不灌水（W0）；拔节期灌1 水（W1）；拔节期和灌浆期各灌1水（W2）。每试验小区面积6m2（2m×3m），每小区9行，行距20 cm，3 次重复。于2017年10月28日播种，播量为165kg／hm2，采用人工溜播。灌水量用水表（宁波宁水水表有限公司，DN15）严格控制，每次灌水60mm，不同灌水处理小区之间间隔2m，以防止不同灌水处理间水分相互渗透。小麦生育期间的各月降水及平均气温变化见图1，拔节期和灌浆期分别于2018-02-28和2018-05-03进行灌水。小麦播种至收获累计降水量为112.8 mm，灌溉前后10d内降水较少，对试验影响可忽略不计。其他管理措施与大田生产一致。

图1 小麦生长期内降水量和月平均气温Fig.1 Precipitation and average monthly temperature during growing season of wheat

1.4 样品采集

每小区籽粒全收后，自然晒干，每小区称取50g籽粒用于直链淀粉、支链淀粉含量和淀粉粒径的测定。

1.5 测定方法

小麦产量性状测定：成熟期统计单位面积穗数、穗粒数及千粒质量，每个小区全收脱粒后测产。

小麦直／支链淀粉含量测定采用双波长比色法，参照田翔等［12］的方法，用紫外可见分光光度计（UV-1780）测定。支链淀粉含量测定的双波长为535nm 和746nm，直链淀粉含量测定的波长为467nm 和600nm。总淀粉含量=直链淀粉含量+支链淀粉含量。

籽粒淀粉提取：参照Peng等［13］和余静等［14］淀粉提取方法。

淀粉粒度测定：参照戴忠民［15］的测定方法，用Mastersizer2000E 激光粒度仪测定样品的粒度分布。

1.6 统计分析

采用Excel 2016处理数据、图表，采用SPSS 20.0进行数据统计分析，采用新复极差法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种间小麦支／直链淀粉和总淀粉含量变化

通过方差分析可知（表1），4个小麦品种间总淀粉、支链淀粉和直链淀粉的含量存在一定差异。总淀粉和支链淀粉含量均以‘普冰151’最高，其中总淀粉含量显著高于‘扬麦13’和‘豫麦58’，分别提高4.77%和4.95%，支链淀粉显著高于‘普冰9946’和‘豫麦58’（P ＜0.05），分别提高4.17%和7.18%，表明总淀粉和支链淀粉在‘普冰151’中富集能力最强。直链淀粉含量表现为：‘普冰9946’＞‘豫麦58’＞‘普冰151’＞‘扬麦13’，且均显著高于‘扬麦13’（P＜0.05），分别提高15.21%、14.24%和13.72%。但‘普冰9946’‘普冰151’‘豫麦58’三者差异不显著，表明直链淀粉在‘普冰9946’中富集能力最强，而在‘扬麦13’中富集能力最弱。综合可知，总淀粉、支链淀粉和直链淀粉的含量存在品种间差异，各指标均以‘普冰151’达到最优。

表1 不同品种小麦总淀粉、支链淀粉和直链淀粉的含量Table 1 Contents of starch，amylopectin and amylose in wheat among different varieties %

2.2 不同灌水处理对各小麦品种支／直链淀粉和总淀粉含量的影响

由表2可知，灌水处理对支／直链淀粉和总淀粉含量的影响因小麦品种的不同存在差异。其中‘普冰151’在W2 处理的总淀粉含量显著高于W0 处 理（P ＜0.05），提 高6.13%。而‘普 冰9946’‘扬麦13’‘豫麦58’的总淀粉含量在灌水处理间均差异不显著，表明灌水处理对‘普冰151’总淀粉含量的影响较大，而对其他3个小麦品种的淀粉含量影响较小。在3种灌水处理条件下，‘普冰151’‘普冰9946’‘豫麦58’3个小麦品种的支链淀粉含量变化趋势基本一致，均以W2处理达到最大值，且显著高于W1和W0处理（P＜0.05），分 别 提 高11.17%、7.31%、8.78%、6.15%、5.39%和5.70%，表明灌2 水对这3种小麦的支链淀粉含量提高有较好的促进作用。‘扬麦13’中支链淀粉含量则呈现W0＞W1＞W2，且W0处理的支链淀粉含量显著高于W1和W2处理（P＜0.05），分别提高2.48%和5.66%，表明不灌水处理更有利于‘扬麦13’支链淀粉含量的提高。对直链淀粉进行方差分析可知，灌水处理对4个小麦品种的直链淀粉含量影响均未达到显著水平，表明灌水处理对直链淀粉的影响较小。对支直比进行方差分析可知，‘普冰151’与‘普冰9946’的变化趋势一致，均在W2处理达到最大值，其中‘普冰151’显著高于W0 和W1 处理（P＜0.05），提高18.44%和14.23%；与W0相比，‘普冰9946’在W2处理下支直比显著增加（P＜0.05），提高9.02%，表明不同灌水处理对同种小麦的支／直链淀粉含量影响不同，同一灌水条件下不同小麦的支／直链淀粉含量也表现出一定的差异。笔者还发现，与直链淀粉相比，灌水对4个小麦品种支链淀粉含量的影响更大，灌水处理主要通过改变小麦籽粒中的支链淀粉来影响淀粉含量和直支链淀粉之间的比例。

2.3 不同小麦品种间淀粉粒径变化

由表3可知，‘普冰151’和‘普冰9946’淀粉颗粒的表面积平均粒径、A 型（10.51μm＜粒径＜40.24μm）淀粉含量均显著低于‘扬麦13’和‘豫麦58’（P ＜0.05），而‘普冰151’和‘普冰9946’的B型淀粉（粒径＜10.51μm）含量显著高于‘扬麦13’和‘豫麦58’（P＜0.05），表明‘普冰151’和‘普冰9946’小型淀粉颗粒的富集能力较强，而‘扬麦13’和‘豫麦58’的大型淀粉颗粒富集能力较强。

2.4 不同水分处理对各小麦品种淀粉粒径的影响

由表4可知，灌水处理对4个小麦品种淀粉粒径的影响存在一定差异。其中在W2灌水条件下，‘普冰9946’的表面积平均粒径显著大于W1处理（P＜0.05），增加1.53μm，而灌水处理对其他3个小麦品种表面积平均粒径的影响未达到显著差异。对B型淀粉进行方差分析可知，增加灌水次数有利于其含量的提高，其中‘普冰151’表现为W2＞W1＞W0，但各处理间未达到显著差异；而‘普冰9946’‘扬麦13’和‘豫麦58’B型淀粉含量均表现为W1＞W2＞W0，其中‘普冰9946’W1处理显著大于W0 和W2（P ＜0.05），提高40.78%和32.36%，‘豫麦58’W1处理显著高于W0处理（P＜0.05），提高30.13%，表明灌水次数对‘普冰9946’和‘豫麦58’B 型淀粉含量的影响较大。增加灌水量均不利于‘普冰151’‘普冰9946’‘豫麦58’籽粒中A 型淀粉含量的提高，3个小麦品种的A 型淀粉含量均表现为W0＞W2＞W1，且W0处理均显著大于W1（P＜0.05），分别提高4.21%、9.86%、5.15%。而‘扬麦13’籽粒中A 型淀粉含量随灌水次数的增加呈现上升趋势，但影响不显著。综合分析可知，同一灌水处理对不同小麦品种籽粒中的A 型和B 型淀粉含量影响不同，‘普冰151’‘普冰9946’‘豫麦58’籽粒中的A 型淀粉和B 型淀粉含量受灌水处理影响较大，可通过合理的灌水来调控其籽粒中A 型淀粉和B型淀粉的含量，以达到提高其淀粉品质的目的。

表2 不同灌水处理下籽粒中直／支链淀粉及总淀粉的含量Table 2 Contents of straight，amylopectin and total starch in mature kernels under different moisture treatments

表3 不同小麦品种籽粒淀粉颗粒表面积、体积平均粒径以及A、B型淀粉的含量Table 3 Surface area and volume average particle size of starch granules and differences in starch content of type A and B between different wheat cultivars

2.5 不同小麦品种间籽粒产量构成要素及产量分析

由表5可知，千粒质量和籽粒产量均以‘普冰9946’最高，其千粒质量显著高于其他3个小麦品种（P＜0.05），产量显著高于‘普冰151’和‘豫麦58’（P＜0.05）；穗粒数以‘扬麦13’表现最高，且显著高于‘普冰151’和‘豫麦58’（P＜0.05）；单位面积穗数以‘豫麦58’表现最高，但与其他3个小麦品种无显著差异。表明4个小麦品种在单位面积穗数方面不存在品种间差异，而穗粒数、千粒质量和籽粒产量品种间差异较大，具体表现因品种而异。

表4 不同灌水下小麦籽粒淀粉颗粒中的表面积和体积平均粒径及A型和B型淀粉的含量Table 4 Surface area and volume average particle and starch content of type A and type B in wheat grain of different irrigation

表5 不同品种间小麦产量构成要素及籽粒产量分析Table 5 Analysis of wheat yield components and grain yield among different cultivar

2.6 不同灌水处理对各小麦品种产量以及构成要素的影响

由表6可知，灌水处理对4个小麦品种的单位面积穗数影响均不显著，表明本试验的3种灌水模式对小麦单位面积穗数的影响较小。增加灌水次数均有利于4个小麦品种穗粒数的增加，其中‘普冰151’‘扬麦13’‘豫麦58’均表现为W2＞W1＞W0，且‘普冰151’和‘扬麦13’的W2灌水处理显著高于W0 处理（P ＜0.05），分别提高10.27%和12.04%；而‘普冰9946’穗粒数在W1灌水处理下达到最大值，且显著高于W0 处理（P＜0.05），提高5.49%，表明通过增加灌水次数有利于促进小麦穗粒数的有效提高。4个小麦品种的千粒质量对灌水处理的反应不尽相同，其中‘普冰151’‘普冰9946’的千粒质量随着灌水次数的增加显著下降，而灌水次数的增加有利于‘扬麦13’和‘豫麦58’千粒质量的提高，这可能是由于‘普冰151’和‘普冰9946’为旱地品种，而‘扬麦13’和‘豫麦58’为水地品种的原因。灌水处理对4个小麦品种的籽粒产量存在显著影响，其中‘普冰151’‘普冰9946’均在W1灌水处理下达到最大值，且显著高于W0处理（P＜0.05），分别增加9.61%和15.84%，而‘扬麦13’和‘豫麦58’均在W2灌水处理下达到最大值，且显著高于W0 处理（P＜0.05），分别增加23.58%和11.59%，表明增加灌水次数均有利于籽粒产量的增加，且灌1水对‘普冰151’和‘普冰9946’的增产效果最好，灌2水对‘扬麦13’和‘豫麦58’的增产效果最好，表明抗旱品种和常规品种产量达到较高水平时的需水要求存在较大差异，因此可以根据各地区灌溉条件的差异，选择不同小麦品种，最终实现产量和品质协同提高的目标。

表6 不同灌水处理下小麦产量构成要素及籽粒产量Table 6 Effects of different irrigation treatments on wheat yield components and grain yield

3 讨论与结论

胡阳阳等［15］研究发现，在干旱胁迫条件下，直链淀粉、支链淀粉以及总淀粉含量都显著降低。李莎莎等［16］研究表明，与雨养条件相比，小麦籽粒中支链淀粉含量以及总淀粉含量在灌水处理中都显著增加。本研究结果表明，拔节期和灌浆期灌2水（W2）显著提高‘普冰151’‘普冰9946’‘豫麦58’的支链淀粉含量，显著提高‘普冰151’的总淀粉含量。与李莎莎等［16］的研究结果一致，与胡阳阳等［15］的研究结果相似。而拔节期和灌浆期各灌1水（W2）显著降低‘扬麦13’的支链淀粉含量，原因可能是小麦品种的内在特性不同。

戴忠民等［17］的研究结果认为，灌水条件和自然降雨条件对所研究的7个品种小麦籽粒淀粉粒径大小分布都有显著影响，与灌溉相比，旱作提高小麦B型（2μm～9.8μm）淀粉粒的百分比，与雨养条件相比，灌水增加大于18.8μm 的A 型淀粉颗粒和大于9.8μm 的淀粉颗粒含量。本研究结果表明，灌水处理提高‘扬麦13’籽粒中A 型淀粉含量，与戴忠民等［15］的研究结果相似。拔节期灌1水（W1）提高4个小麦品种的B 型淀粉含量，而显著降低‘普冰151’‘普冰9946’‘豫麦58’籽粒中A 型淀粉含量，与戴忠民等［15］的研究结果存在一定差异，可能是由于品种间差异和水分处理方式不同引起的。

周晓燕［18］研究结果表明，随着灌溉次数的增加，籽粒产量呈现先增加后降低的规律，这是由于灌水增加了小麦穗粒数，但千粒质量则呈现下降的趋势，因此，适当干旱条件下有利于千粒质量增加。赵雪飞等［19］研究结果表明，灌水对小麦的穗数和千粒质量有显著影响，在4个灌水处理中，雨养条件下小麦产量最低，灌3 水小麦产量最高。本研究中，增加灌水次数优化4个小麦品种单位面积穗数、穗粒数的构成，使产量得到不同程度提高。其中，灌1水对‘普冰151’和‘普冰9946’增产效益最大，灌2水对‘扬麦13’和‘豫麦58’的增产效益最大，这与赵雪飞等［19］的研究结果中灌水次数对小麦增产效益的结果不尽相同，可能是不同小麦品种的本身特性所导致，‘普冰151’和‘普冰9946’为旱地小麦品种，而‘扬麦13’和‘豫麦58’为水地小麦品种，最终在不同灌水次数和灌水量中增产效果不同。

4 结 论

通过分析不同水分处理对小麦支／直链淀粉含量、淀粉粒径及籽粒产量的影响，结合不同品种间淀粉含量、淀粉粒径和籽粒产量存在差异性，本研究认为，支链淀粉比直链淀粉更容易受水分影响；‘普冰151’支链淀粉和总淀粉含量更容易受灌水影响。因此，在实践生产中，适宜的灌水有利于调节小麦籽粒的支链淀粉含量，使小麦籽粒中的支直比例达到预期目标。增加灌水次数还可以增加B型淀粉含量，同时减少A 型淀粉含量，因此可以通过调节灌水次数进而提高小麦的淀粉品质。产量方面，在拔节期灌1 水（W1），‘普冰151’和‘普冰9946’产量增幅最大，‘扬麦13’和‘豫麦58’在拔节期和灌浆期灌水2次产量增幅最大，因此可以通过合理地增加灌水次数来提高籽粒产量。