种植密度对不同小麦品种籽粒淀粉含量及其特性的影响

许倍铭，冯健超，郝紫瑞，贾玉库，杨世宇，谢迎新，王晨阳，马冬云

(河南农业大学农学院/国家小麦工程技术研究中心/河南农业大学河南小麦技术创新中心，河南郑州 450046)

小麦是我国重要的粮食作物，也是人们主要的粮食来源，提高小麦产量对保障国家粮食安全具有重要意义。小麦品质受其淀粉含量及其组成的影响，小麦籽粒中的淀粉由直链和支链组成，以淀粉粒的形态储存于胚乳中，淀粉中直链淀粉、支链淀粉含量及其性状对糊化特性及膨胀度有影响，进而影响面条品质。研究表明，直链淀粉含量低的淀粉，膨胀度高，制作的面条有弹性且光滑度好。目前，X-射线已广泛应用于研究小麦淀粉粒的晶体特性。研究表明，小麦淀粉粒在X-衍射图谱中呈A型晶体特征，且淀粉粒大小对结晶度和尖峰强度有影响。

适宜的种植密度不仅可以增加小麦产量，同时可以影响淀粉的粒度分布和晶体特性，进而可以改善籽粒品质。刘 萍等研究结果表明，中筋品种扬麦12号种植密度从105× 10株·hm增至150×10株·hm时，籽粒中支链淀粉、总淀粉含量呈增加的趋势，直链淀粉含量、直/支比下降；当密度增加到285×10株·hm，上述指标则呈相反趋势。李 筠等认为，中等种植密度(180×10株·hm，270×10株·hm)下，小麦籽粒产量较高。而闫翠萍等研究表明，在低密度(225×10株·hm)条件下，中筋小麦品种籽粒蛋白质含量高，加工品质较佳。超高产小麦品种豫麦48-198则随种植密度增加，籽粒蛋白质含量降低，而淀粉含量和籽粒硬度升高。上述研究均是关于不同种植密度对小麦产量和品质的影响，针对不同筋力类型品种在不同群体密度下的淀粉特性变化的报道较少。因此，本研究选用2个强筋(郑麦158、郑麦366)和2个中筋小麦品种(平安518、鑫华麦818)，探讨不同群体密度下不同小麦品种淀粉含量及其特性差异，以期为小麦优质高产栽培提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2020—2021年度在河南农业大学原阳现代农业科教园区进行。供试土壤类型为砂质潮土，播前0～20 cm耕层土壤有机质含量为 15.4 g·kg，全氮、速效磷和速效钾含量分别为 0.82 g·kg、18.9 mg·kg、106.0 mg·kg。供试材料为强筋小麦品种郑麦158(ZM158)和郑麦366(ZM366)及中筋品种平安518(PA518)和鑫华麦818(XHM818)。设3个种植密度，基本苗分别为225×10株·hm(D225)、375×10株·hm(D375)、525×10株·hm(D525)。采用随机区组设计，小区面积为14 m(10 m×1.4 m)，3次重复。2020年10月25日播种，肥料按N 210 kg·hm、PO150 kg·hm、KO 150 kg·hm施用，其中，磷、钾肥全部底施，氮肥50%底施，50%拔节期追施，田间管理按照当地常规高产麦田管理方式。成熟期每个小区取1 m双行植株考种，测定穗数、穗粒数和粒重。每个小区收获4 m小麦穗子，脱粒、晒干后备用。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 籽粒磨粉

小麦籽粒样品用ALBM实验磨粉机(无锡)制粉。

1.2.2 籽粒淀粉含量测定

采用何照范等方法测定总淀粉与直链淀粉含量，支链淀粉含量=总淀粉含量-直链淀粉含量。

1.2.3 淀粉糊化特性测定

采用快速粘度分析仪(Rapid Visco Analyzer4500，瑞典)测定糊化特性，并采用TCW配套软件进行分析。

1.2.4 淀粉粒度分布测定

参照Peng等的方法提取淀粉粒。取3 g小麦籽粒于20 mL 0.5 M的NaCl 溶液浸泡16 h，在研钵中研磨成匀浆，过200 目筛，剩余固体部分继续研磨、过滤，重复3 次；淀粉匀浆3 500 r·min离心10 min，去掉上清液；加入5 mL 2 M NaCl，涡旋混合均匀后同上述条件离心，去上清液；加入5 mL 2% SDS溶液进行清洗，匀浆后同上述条件离心，重复4 次；加入5 mL蒸馏水清洗，匀浆后同上述条件离心，重复4次；最后用丙酮清洗一次，风干后于-20 ℃下储存备用。

采用激光衍射粒度分析仪(LS 13320，Beckman Coulter，USA)分析淀粉粒度分布。取 0.5 g淀粉粒放入10 mL离心管内，加入5 mL蒸馏水，振荡摇匀后4 ℃冷藏1 h，期间每10 min晃动一次；转移至激光衍射粒度分析仪的分散盒中，测定小麦淀粉粒的分布状况。

1.2.5 淀粉冻融稳定性测定

参考秦海霞等方法测定。配制50 mL质量分数为6%的淀粉乳，水浴加热至95 ℃，进行15 min的沸水浴，边加热边搅拌，使其充分糊化(加热过程中保持淀粉糊体积不变)；取出样品冷却至室温，将其放在冰箱中冷冻24 h后取出，自然解冻，重复3次，记录出现析水时的次数并观察淀粉糊的状态，计算冻融。析水率=冻融后淀粉糊析水量(g)/淀粉糊原来的总质量(g)×100%。

1.2.6 淀粉溶解度和膨胀度测定

参考秦海霞等的方法略作修改，称取1 g干淀粉，配制成50 mL质量分数为2%的淀粉乳，置于95 ℃的恒温水浴箱，间歇搅拌20 min；转入离心管，8 000 r·min离心10 min，将上清液于105 ℃烘干，干物质即为水溶性淀粉，离心管沉淀部分为膨胀淀粉。溶解度=水溶淀粉质量/淀粉样品质量×100%；膨胀度=膨胀淀粉质量/[淀粉样品质量×(1-溶解度)]。

1.2.7 淀粉晶体特性的测定

采用日本理学Mini flex600型粉末X-射线衍射仪，参考Man和蔡瑞国等方法测定。测试前将淀粉置于盛有饱和氯化钠水溶液的密闭容器中，充分平衡水分。测定条件：输出功率≥600 W；额定管电压≥ 40 kV；额定管电流：≥15 mA，辐射量优于0.5 Sv·h；转动方式θ/2θ模式，衍射角(2θ)的旋转范围5～40°；扫描速度 1.2°·min，步长0.02°，可读最小步长：≤0.001。结晶度指尖峰面积与光谱总面积的比值。

1.3 数据处理

数据采用SPSS 19.0统计分析，采用Duncan多重比较，采用Excel绘图。

2 结果与分析

2.1 种植密度对小麦籽粒淀粉含量的影响

由表1可以看出，随着种植密度增加，4个小麦品种籽粒总淀粉含量、支链淀粉含量和支直比呈下降趋势，均以D225处理下数值最高，D525处理下最低，且两处理之间差异显著(< 0.05，鑫华麦818的支直比除外)。不同品种的直链淀粉含量变化趋势存在差异，其中，郑麦158和平安518的直链淀粉含量随着种植密度的增加呈增加趋势，以D225处理最低，D525处理最高，且两处理之间差异显著；郑麦366和鑫华麦818的直链淀粉含量在不同种植密度之间差异未达显著水平。总体而言，较低的种植密度D225处理下，籽粒总淀粉含量和支链淀粉含量较高，而直链淀粉含量较低。不同品种比较，郑麦366的直链淀粉含量最低，平安158的支链淀粉含量最低。

表1 不同种植密度下小麦籽粒淀粉含量及组分

2.2 种植密度对淀粉糊化特性的影响

峰值粘度、低谷粘度和最终粘度均随种植密度的增加呈增加的趋势(表2)，以D225处理下数值最低，D525处理下数值最高，且两处理之间差异均达显著水平(郑麦366的最终粘度除外)；反弹值总体也随着种植密度的增加呈增加趋势，仅郑麦158在不同处理之间差异达显著水平。稀懈值随着种植密度的增加呈下降趋势，均以D225处理下数值最高，D525处理下数值最低，且两处理之间差异达显著水平。不同小麦品种比较发现，峰值粘度、低谷粘度、稀懈值和最终粘度以强筋品种郑麦366中表现最高，分别为 2 215.22、1 324.22、856.33和2 052.78 cp；而反弹值以中筋品种鑫华麦818表现最高(798.22 cp)。

表2 不同种植密度下小麦籽粒的淀粉糊化特性

2.3 种植密度对淀粉粒度分布的影响

从表3可见，粒径<2.0 μm的淀粉粒体积分布和表面积分布百分比随种植密度增加呈下降趋势，均以D225处理最高，D525处理最低，两处理间的差异程度因品种而异。粒径>9.8 μm的淀粉粒体积分布和表面积分布百分比随密度增加呈上升趋势，均以D225处理最低，D525处理最高；而>9.8 μm的淀粉粒数目分布百分比只有鑫华麦818在不同处理之间差异达显著水平。表明增加种植密度，降低了小淀粉粒的体积和表面积分布百分比，而增加了大淀粉粒的体积和表面积分布百分比。不同品种比较，中筋品种鑫华麦818中大淀粉粒(粒径>9.8 μm)的体积、表面积和数目分布百分比均最高，分别为64.50%、14.14%和0.002%；平安518次之，分别为56.78%、9.34%和0.001%；而强筋品种郑麦158和郑麦366均较低，且与鑫华麦818差异达显著水平。

表3 不同种植密度下的淀粉粒度分布

2.4 种植密度对淀粉冻融稳定性的影响

冻融析水率反映淀粉冻融稳定性的指标，稳定性好则适宜做冷冻食品。由图1可知，随着种植密度的增加，冻融析水率呈增加趋势。4个小麦品种的淀粉析水率均在D225处理下最低，分别为53.42%、62.42%、61.02%和51.64%；表明较低的种植密度可以降低淀粉冻融析水率，在一定的程度上提高淀粉冻融稳定性。不同小麦品种之间比较发现，中筋品种鑫华麦818的析水率最低，表明其可能比较适宜制作冷冻食品。

同一品种图中柱上不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)；图柱上不同大写字母表示不同品种间差异显著(P<0.05)；柱上垂直线表示标准误。图2和图4同。

2.5 种植密度对淀粉溶解度和膨胀度的影响

由图2可知，淀粉溶解度随密度增加呈“V”型趋势(ZM158除外)，郑麦366、平安518和鑫华麦818在D375密度处理下淀粉的溶解度最低，依次为10.63、9.17、12.3和11.27；其中平安518的淀粉溶解度在D375密度处理显著低于D225、D525处理。

图2 种植密度对小麦淀粉溶解度和膨胀度的影响

膨胀度是指淀粉在加热的过程中吸水膨胀的能力，由图2可见，随着种植密度的升高，淀粉膨胀度呈增加的趋势；郑麦366和平安518的D225、D375处理显著低于D525处理，其在D225处理下的数值为7.28%和7.10%，而在D525处理下膨胀度提高到10.24%和9.82%。

2.6 种植密度对淀粉晶体特性的影响

由图3可知，各小麦品种的衍射主峰为15°、17°、18°、20°和23°，其中17°和18°是相连的双峰。同一品种在相同密度处理情况下，尖峰衍射强度均表现为23°>18°>17°>20°>15°。每个品种淀粉的晶体结构均呈现典型的A型结构特征。郑麦366和鑫华麦818峰值强度在D525处理下最高；而郑麦158和平安518则在D375处理下最高，但不同处理之间差异均未达显著水平，表明种植密度对小麦淀粉衍射图谱中尖峰强度影响不显著。从图4可见，随种植密度增加，各小麦品种淀粉相对结晶度显著下降；4个品种间差异不明显。

图3 种植密度对小麦淀粉X-衍射图谱的影响

图4 种植密度对小麦淀粉相对结晶度的影响

3 讨 论

淀粉是小麦籽粒的主要成分，占小麦籽粒干重54%～72%，淀粉的含量和组成对籽粒产量和品质有重要的影响，其直链淀粉、支链淀粉含量及淀粉糊化特性对面条、馒头等面食品质及加工性能均有一定的影响。本研究结果表明，随着种植密度的增加，籽粒中总淀粉、支链淀粉含量及支直比呈下降趋势，以225×10株·hm基本苗处理下含量最高，这与查菲娜等的研究结果基本一致。说明较低种植密度有利于小麦籽粒总淀粉的积累。本研究条件下低密度处理籽粒千粒重和穗粒数较高，而高密度下穗数较高；在中等密度条件下(375×10株·hm基本苗)小麦产量最高。马冬云等研究结果表明，淀粉糊化特性与面条煮制时间呈显著相关关系。宋健民等研究表明，膨胀势与面条总评分呈极显著正相关；在糊化特性指标中，峰值粘度对面条品质的影响最大；峰值粘度与面条的柔软度、粘弹性和总评分之间显著正相关。本研究结果表明，峰值粘度和膨胀度均随着种植密度的增加而增加，这表明相对较高的种植密度有利于改善淀粉的糊化特性，这与范金平等的研究结果基本一致。这表明适宜的种植密度有利于淀粉糊化特性的改善。

小麦淀粉粒主要分为粒径>9.8 μm的A型淀粉粒和粒径≤9.8 μm的B型淀粉粒。研究表明，随种植密度的增加，A型淀粉粒的数目、体积、表面积分布呈明显上升趋势。本试验结果表明，粒径>9.8 μm的淀粉粒体积、表面积和数目分布百分比随种植密度增加均呈升高趋势，较高的种植密度有利于大淀粉粒的积累。而戴忠民等的研究结果认为，中等种植密度(180× 10·hm)显著增加大粒径淀粉粒所占的体积百分比；这可能主要是由供试品种以及具体种植密度不同所引起的。

冻融析水率是反映淀粉冻融稳定性的指标。本研究发现，较低的种植密度有利于提高淀粉冻融稳定性。本研究对四个小麦品种的分析表明，鑫华麦818在不同处理下的淀粉析水率均低于其他品种，可能比较适宜用于冷冻食品的制作。由于不同筋力小麦品种蛋白质含量和质量存在较大差异，淀粉含量的积累一定程度上可能影响蛋白质含量的积累。我们对不同品种蛋白质含量的分析发现，4个小麦品种蛋白质含量均高于13%，达到了中强筋小麦标准，但中筋小麦品种鑫华麦818的蛋白质含量(13.64%)高于郑麦158(13.01%)，这一方面可能是由于不同品种蛋白质含量对环境响应的差异，另一方面也表明了蛋白质含量可能不是限制目前育成中强筋小麦品种优质的关键指标。籽粒蛋白质含量随着密度的增加呈增加趋势，这也进一步表明，对于不同小麦品种采用相对应的管理措施有利于实现其产量和品质的同步提高。