灌浆期遮阴对小麦胚乳淀粉粒度分布及糊化特性的影响

袁建新，李文阳，李 瑞，谭 植，魏 鹏，袁雅妮，闫素辉

(安徽科技学院农学院，安徽凤阳 33100)

淀粉是小麦籽粒的主要组成部分，约占籽粒总干重的65%～70%[1]。根据小麦淀粉粒大小(0.1～100 μm)和理化特性差异，通常将小麦籽粒淀粉粒分为A型淀粉粒(≥10 μm)、B型淀粉粒(<10 μm)[2-5]，少数学者将小于5 μm的淀粉粒划分为C型淀粉粒[6]。淀粉粒度分布特征是小麦淀粉的重要性状之一，决定了籽粒品质[7]，且对淀粉的糊化、回生、热力学等特性存在显著影响，进而影响面粉的加工品质和制成品品质[8-9]。

安徽省沿淮地区是冬小麦重要的生产基地之一，地处黄淮冬麦区南端，长江中下游麦区北端，属过渡性气候，自然灾害频繁[10]。沿淮地区每年的3-5月份经常会出现阶段性阴雨天气，引起耕作层土壤湿度过大，小麦根系缺氧乏力，干物质累积少，千粒重下降等[11]，导致小麦的品质和产量大幅度降低。生产上为了追求高产，不断扩大小麦群体的种植密度，造成群体内光照不足，对小麦的生长发育造成了严重的影响。近50年来，在中国地面太阳总辐射下降的背景下，安徽省太阳总辐射量亦呈现较为明显的减少趋势[12-13]。阴雨天气频繁、群体密度增加、太阳辐射下降等，对小麦籽粒产量的提高和品质的改善造成影响。光照强度是影响小麦籽粒产量和品质的重要环境因子[14]，光照不足会直接或间接影响小麦生长发育和产量及品质形成。淀粉粒度分布是决定淀粉品质的重要因素，然而对于沿淮地区弱光对小麦籽粒淀粉粒粒度分布和籽粒品质形成的相关报道并不多。

因此，本试验以沿淮地区种植的几个小麦品种扬麦13、宁麦13和烟农19为材料，在田间进行灌浆期遮阴处理，研究灌浆期遮阴对小麦胚乳淀粉粒分布及淀粉糊化参数的影响，旨在为沿淮地区小麦籽粒品质改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验材料为扬麦13(YM13)、宁麦13(NM13)和烟农19(YN19)。在安徽科技学院农场进行。设置籽粒灌浆阶段30%遮阴处理(SH)和对照处理(CK)，随机区组排列,每个小区的面积为9 m2(3 m×3 m)，行距25 cm，3次重复。遮阴处理方式：在开花期至成熟期，用竹杆搭建框架，在框架上覆盖透光率为70%的遮光网，距离小麦冠层顶部约80 cm，保证遮光群体通风状况良好。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 淀粉粒的提取

参照Peng等[15]、蔡瑞国等[16]的方法提取小麦籽粒淀粉粒。

1.2.2 品质性状的测定

小麦于成熟期收获，进行测产及室内考种。籽粒收获后放入冷藏室贮藏三个月，用瑞典波通公司DA7200近红外分析仪对小麦籽粒品质相关指标进行测定。

1.2.3 糊化参数的测定

使用Perten公司的Starchmaster-2型快速黏度分析仪测定。每个处理取3 g面粉，加入25 mL蒸馏水，搅匀后置于快速黏度分析仪中测定峰值粘度、低谷粘度、稀懈值、最终粘度、回升值等指标。

1.3 数据处理

用Excel 2003和DPS进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 遮阴对小麦籽粒淀粉粒体积分布的影响

由图1可以看出，小麦籽粒淀粉粒体积分布呈双峰曲线，3个小麦品种在对照和遮阴处理下表现趋势相同。由表1可以发现，遮阴显著降低<10 μm的B型淀粉粒体积占比，而使>10 μm的A型淀粉粒体积占比上升。与对照比较，扬麦13、宁麦13、烟农19遮阴处理下<5 μm的淀粉粒体积占比分别降低了13.56%、15.56%和 24.84%；5～10 μm淀粉粒体积占比扬麦13升高4.06%，宁麦13和烟农19分别降低16.31%和11.43%。A型淀粉粒中，3个小麦品种10～20 μm的淀粉粒体积占比显著上升，扬麦13、宁麦13、烟农19分别上升了42.34%、38.10%和 66.67%，而>20 μm的淀粉粒体积占比均显著下降，说明A型淀粉粒体积占比的增加主要是 10～20 μm的淀粉粒体积占比上升所致。

表1 小麦籽粒淀粉粒体积分布

图1 小麦籽粒淀粉粒体积分布

2.2 遮阴对小麦籽粒淀粉粒表面积分布的影响

3个小麦品种淀粉粒的表面积分布呈双峰曲线，且对照与遮阴处理的趋势一致(图2)。由表2可知，与对照比较，遮阴处理下3个小麦品种的B型淀粉粒表面积占比显著减少，而A型淀粉粒的表面积占比显著增加。具体表现为，A型淀粉粒中，10～20 μm淀粉粒表面积占比显著增加，扬麦13、宁麦13、烟农19分别增加了55.24%、 57.14%和95.36%，3个小麦品种>20 μm淀粉粒表面积占比下降，但未达到显著水平，说明A型淀粉粒表面积占比的增加主要是10～20 μm的淀粉粒表面积占比上升所致；B型淀粉粒表面积显著降低，其中，扬麦13、宁麦13、烟农19的<5 μm淀粉粒表面积占比分别降低了11.30%、 6.42%和10.93%；5～10 μm淀粉粒表面积占比扬麦13上升了 6.04%，宁麦13、烟农19分别降低了9.43%和 4.86%。

表2 小麦籽粒淀粉粒表面积分布

图2 小麦籽粒淀粉粒表面积分布

2.3 遮阴对小麦籽粒淀粉粒数目分布的影响

3个小麦品种淀粉粒数目分布均呈单峰曲线分布(图3)，<5 μm和<10 μm淀粉粒数目占比为99.15%～99.75%和99.60%～99.80%，说明小麦胚乳中的淀粉粒绝大部分由B型淀粉粒构成，且绝大部分为<5 μm的淀粉粒。遮阴处理对3个小麦品种的淀粉粒数目分布影响较小，<10 μm和>10 μm的淀粉粒数目占比与CK相比均无显著变化。

图3 小麦淀粉粒数目分布

表3 小麦淀粉粒数目分布

2.4 遮阴对淀粉糊化特性的影响

由表4可以看出，与CK相比较，遮阴处理小麦淀粉的峰值粘度、低谷粘度、衰减值、最终粘度、回升值均显著下降。其中，扬麦13、宁麦13、烟农19的峰值粘度降幅分别为61.55%、61.36%、 63.79%，低谷粘度降幅分别为62.89%、 62.25%、66.65%，稀懈值降幅分别为58.69%、 59.52%、52.83%，最终粘度降幅分别为 54.03%、62.62%、66.42%，回升值降幅分别为 40.75%、 63.04%、66.18%。

表4 遮阴对糊化特性的影响

2.5 遮阴对硬度、容重、出粉率的影响

在小麦灌浆期进行遮阴处理后，3个小麦品种的籽粒硬度、容重、出粉率均显著降低；扬麦13、宁麦13、烟农19的硬度分别降低了5.20%、26.11%、26.56%，容重分别降低了6.04%、 8.54%和5.03%，出粉率分别降低了14.58%、 18.05%和13.66%，说明灌浆期遮阴处理降低了小麦籽粒的品质。

表5 遮阴对硬度、容重、出粉率的影响

3 讨论与结论

安徽是我国北纬33°左右地区小麦生产大省之一[17]，作为粮食生产核心区，在保障主要农产品基本供给和国家粮食安全方面发挥着重要作用，其中沿淮地区在北纬33°地区小麦生产中发挥重要作用[18]。沿淮地区属半湿润季风气候，光热资源优越，小麦生长季节积温2 200 ℃左右，日照时数1 400 h，光能生产潜力较大，能满足半冬性与春性品种对热量的要求，有利于获得高产[19]。每年的3-5月份沿淮地区经常会出现连续阴雨天气，造成不利的弱光环境而影响小麦的产量和品质。冬小麦开花灌浆期对外界气象条件较为敏感，遇阴雨寡照天气，花粉粒会吸水膨胀而破裂死亡，授粉受阻，导致结实率降低和千粒重下降[20-21]。

淀粉粒数目、体积、表面积的分布特征是决定小麦淀粉品质的重要因素，其在很大程度上受遗传因素控制，但环境条件对其也有显著影响，尤其是在小麦籽粒产量形成阶段即籽粒灌浆期，环境条件的作用大于基因型的作用[22]。研究表明，花后高温导致小麦胚乳淀粉粒组成发生明显变化，显著降低籽粒B型淀粉粒体积、数目及表面积占比，增加A型淀粉粒体积、数目及表面积占比[14]。B型淀粉粒对高温胁迫较A型淀粉粒更敏感[23]。闫素辉等[24]研究发现，播期对淀粉粒度分布亦产生较大影响，晚播处理使小麦B型淀粉粒比例显著上升，A型淀粉粒占比显著下降。光强也是影响淀粉粒粒度分布的重要因素之一。蔡瑞国等[16]研究表明，弱光处理可以降低小麦B淀粉粒的数量，对淀粉粒的分布有显著影响。本研究结果表明，灌浆期进行遮阴处理后，小麦籽粒淀粉粒组分发生显著变化，B型(<10 μm)淀粉粒的体积和表面积占比显著降低，A型(>10 μm)淀粉粒的体积和表面积占比增加。研究表明，小麦籽粒小淀粉粒是由大淀粉粒分化而来，而小淀粉粒在养分充足的情况下方可正常分化生长[25]。本试验中，小麦在整个灌浆期处于遮阴处理的弱光环境条件下，光合产物生产不足，有限的光合产物优先供应大淀粉粒的生长，主要是10～20 μm的A型淀粉粒的生长，没有更多的养分用于小淀粉粒生长，导致B型淀粉粒体积和表面积占比显著降低。灌浆期遮阴处理对籽粒A、B型淀粉粒的数目占比无明显影响，这可能与<5 μm淀粉粒数目较多(98.75%～99.30%)有关。

面制品的外观和口感与淀粉的糊化特性显著相关。淀粉糊化特性受基因型、环境及其互作的影响[26]。顾 峰等[27]认为，增施氮肥对小麦淀粉的糊化特性存在较大影响，且因基因型和施氮量而异。宋宵君等[28]等研究发现，干旱胁迫显著降低了小麦淀粉的峰值黏度和稀懈值，并提高了其低谷黏度、终结黏度和回生值。王晨阳等[29]研究发现，花后高温、干旱胁迫均显著影响小麦淀粉糊化特性。本试验中，小麦灌浆期进行遮阴处理对淀粉糊化参数有着明显影响，峰值粘度、低谷粘度、衰减值、最终粘度、回升值等糊化指标均因遮阴处理而降低，并且3个小麦品种对弱光的响应一致，表明弱光会对小麦淀粉的理化特性和蒸煮品质产生不利的影响。硬度、容重、出粉率等是小麦籽粒品质分级的重要因素和衡量磨粉品质的重要指标。本试验结果显示，遮阴处理后3个小麦品种的籽粒硬度、容重、出粉率等指标均显著低于对照，表明灌浆期弱光会降低小麦籽粒的一次加工品质。

综上所述，灌浆期遮阴改变了小麦胚乳淀粉粒的粒度分布，同时也降低了淀粉的糊化参数和籽粒的一次加工品质。进一步印证了前人有关淀粉粒大小分布与籽粒品质关系的结论[30]。