自然干燥对糯小麦籽粒透明度和角质率变化的影响

马强　黄宗玲　李伯群　周凤云

摘   要  以糯小麦渝L-1、12LF6-12为研究对象，其普通小麦轮回亲本渝02321、渝麦10号为对照，进行了收获后籽粒自然干燥脱水和浸泡复水处理试验。结果表明，在自然干燥3个不同时间点（0 d、100 d、120 d），所有试验材料籽粒相对含水量随着自然干燥时间增加而逐渐减少;在自然干燥同一时间点，试验籽粒相对含水量依次为12LF6-12>渝麦10号>渝L-1>渝02321。在浸泡复水处理24 h内，渝02321、渝麦10号籽粒透明度和角质率随处理时间增加不断下降并出现粉质化趋势，而自然干燥粉质化后渝L-1、12LF6-12籽粒随着处理时间增加仍然表现为不透明和粉质。由此得出，自然干燥对普通小麦籽粒透明度和角质率的影响不明显，却是导致糯小麦籽粒粉质化转变的重要外因;自然干燥脱水对普通小麦籽粒透明度和角质率的影响不明显，却可能是导致胚乳结构改变而成为糯小麦籽粒粉质化转变的直接原因;浸泡复水处理会降低普通小麦籽粒透明度和角质率，但对粉质化后糯小麦籽粒透明度和角质率的影响不明显，表明自然干燥对糯小麦籽粒粉质化转变的影响已经不可逆转。

关键词   自然干燥;糯小麦;籽粒;透明度;角质率

中图分类号：S512.1    文献标志码：A    DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.19.001

小麦籽粒透明度和角质率高低是判断小麦品质好坏的重要外观指标，籽粒透明度高的小麦角质率较高，品质较优，商品性好。现有研究表明，角质率高的小麦籽粒千粒重高、容重高，胚乳质地好，淀粉粒与蛋白质基质结合紧密，面筋多，筋力大，出粉率高，灰分少，面粉流动性好，可生产出优质面粉[1]。因此，通过肉眼观察籽粒透明度和角质率高低来快速判断小麦品质优劣，用于辅助选择优质小麦新材料。

糯小麦是Nakamura等[2]首次通过2个含有部分糯性基因小麦突变体（Kanto107和江苏白火麦）人工杂交，创制的含3对糯性基因（Wx-A1、Wx-B1和Wx-D1）而导致直链淀粉含量极低和支链淀粉含量极高的新型小麦种质资源。国内外研究发现，糯小麦籽粒有粉质转变的趋势，但仅是从遗传基因角度进行推断，对其转变原因尚未进行深入的研究。Hoshino等[3]研究发现，F2代粉质籽粒中糯性籽粒比例远远高于理论上的1/64，并推测糯性基因与粉质基因连锁。姚金保等[4]以2个糯小麦品系与4个普通小麦品种配制16个正反交组合，在F2代籽粒中鉴定出1 115粒糯性籽粒，发现这些籽粒绝大部分表现为粉质，少数为半角质，未发现角质的类型。张伯桥等[5]研究发现，3个Wx基因同时发生变异会导致籽粒角质率降低，而部分Wx基因变异类型之间及其与Wx基因正常类型之间胚乳质地无显著差异，表明糯质小麦胚乳表现为粉质不是由蛋白质含量低引起的。笔者在糯小麦育种过程中也发现渝L-1等糯小麦品系在收获贮藏时籽粒外观表现为透明和角质，但经过一段时间贮藏和自然干燥后，在准备播种时所有糯小麦品系籽粒外观都表现为不透明和粉质或偏粉质，已经无法通过糯小麦籽粒外观透明度和角质率来快速判断其品质的优劣。

笔者于2016年5—10月期间以收获贮藏时糯小麦籽粒为角质的渝L-1和半角质的12LF6-12为研究对象，其普通小麦轮回亲本籽粒为角质的渝02321和半角质的渝麦10号为对照，进行了收获后的籽粒自然干燥脱水和浸泡复水处理试验，开展自然干燥对糯小麦籽粒角质率变化的影响研究，探讨糯小麦籽粒粉质化转变与籽粒水分含量之间关系，旨在为深入研究糯小麦籽粒粉质化形成机理和培育优质糯小麦提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

对照1（CK1）：渝02321（籽粒外观透明度高和角質的普通小麦）。

糯小麦1：渝L-1（以渝02321与糯小麦中国春杂交，并与渝02321连续轮回杂交选育的全糯质小麦新品系，收获贮藏时籽粒外观透明度高和角质）。

对照2（CK2）：渝麦10号（籽粒外观透明度较高和半角质的普通小麦）。

糯小麦2：12LF6-12（以渝麦10号与渝L-1衍生系后代杂交选育的全糯质小麦株系，并与渝麦10号连续轮回杂交选育的全糯质小麦新品系，收获贮藏时籽粒外观透明度较高和半角质）。

1.2 仪器与方法

1.2.1 自然干燥和籽粒相对含水量测定

主要仪器设备：分析天平（BS210S）1台，铝盒（Φ4.5 cm×2.5 cm）12个，电热恒温鼓风干燥箱（GZX-GF101-2-BS-Ⅱ）1台，玻璃干燥器（Φ30 cm、内置有效干燥剂）1个，玻璃培养皿（Φ15 cm×2.5 cm）4个，不锈钢取样勺1个，刀片1个。

小麦籽粒角质、半角质和粉质划分标准[6]，角质率及小麦籽粒类型划分标准：外观透明、切开籽粒剖面全部是角质胚乳或角质胚乳大于3/4为角质籽粒，外观比较透明、切开籽粒剖面角质胚乳小于3/4而大于1/4的为半角质籽粒，外观不透明、切开籽粒剖面角质胚乳小于1/4或全是粉质胚乳的为粉质籽粒。随机选取100粒小麦种子，背光透视观察记录小麦籽粒透明度判断小麦籽粒角质化程度（不能判断时切开籽粒剖面观察角质胚乳比例确认），根据角质籽粒所占百分比例确定观察小麦角质率。再依据角质率高低将小麦籽粒类型划分为角质小麦（籽粒透明、角质率≥70%）、半角质小麦（籽粒半透明、角质率70%～30%）和粉质小麦（籽粒不透明、角质率≤30%）。

小麦籽粒透明度和角质率的观察记录及取样：在收获晒干后贮藏时，肉眼观察记录渝02321、渝L-1、渝麦10号和12LF6-12等试验材料籽粒外观透明度和角质率，用取样勺分别对4个试验材料取样15 g测定籽粒相对含水量。然后，对4个试验材料籽粒各取样35 g左右分别放入4个玻璃培养皿，再放进玻璃干燥器进行自然干燥，每隔10 d按上述方法观察记录各试验材料籽粒外观透明度和角质率。当观察到糯小麦籽粒外观开始不透明和角质率明显下降并开始发生粉质化转变时，各取样15 g测定籽粒相对含水量。剩余样品继续自然干燥，直至糯小麦籽粒完全粉质化后，各取样15 g测定籽粒相对含水量。

籽粒相对含水量测定：参考《谷物及谷物制品水分的测定》[7]相关技术要求，采用二次烘干法测定渝02321、渝L-1、渝麦10号和12LF6-12在贮藏时、糯小麦籽粒外观开始粉质化转变时和完全粉质化后完整籽粒的籽粒相对含水量。

1.2.2 干燥籽粒浸泡复水处理

主要仪器设备：恒温恒湿培养箱（KMH-408）1台，玻璃培养皿（Φ15 cm×2.5 cm）4个，滤纸（Φ15 cm）8张，镊子1把，刀片1个。

试验方法：在糯小麦渝L-1和12LF6-12经自然干燥完全粉质化后，参照张桂珍[8]对不同小麦品种种子浸泡试验方法，对4个玻璃培养皿编号并各放入2层滤纸，将渝02321、渝L-1、渝麦10号和12LF6-12分别各取100余粒完整籽粒放在4个培养皿滤纸上，加适量自来水浸泡种子，再放入20 ℃恒温恒湿培養箱内，进行浸泡复水处理试验。观察时间设计为0 h、6 h、12 h、18 h和24 h，按时观察记录籽粒外观透明度和角质率，在不能通过籽粒外观透明度判断角质化程度时，用镊子取出籽粒，刀片切开观察剖面角质胚乳比例确定。

2 结果与分析

2.1 自然干燥对小麦籽粒透明度和角质率的影响

在自然干燥过程中，每间隔10 d肉眼观察记录渝02321、渝L-1、渝麦10号和12LF6-12籽粒外观透明度和角质率，试验结果列于表1。结果表明：渝02321在自然干燥过程中籽粒外观一直保持极高透明度和角质率，切开籽粒剖面角质胚乳100%，还有越干燥越透明的趋势，整个过程中都表现为角质小麦。渝麦10号在自然干燥100 d以后籽粒外观透明度和角质率有所下降，但切开籽粒剖面角质胚乳含量较多，角质率60%左右，仍然是半角质小麦。糯小麦渝L-1在自然干燥100 d时籽粒外观透明度和角质率开始明显下降，角质率约30%，切开籽粒后剖面十分光滑、角质胚乳显著减少，呈现半角质转向粉质的趋势，总体表现为半角质小麦;在自然干燥120 d时籽粒外观呈现出完全不透明状态和角质率为0%，切开籽粒后剖面很光滑、几乎没有角质胚乳，已经表现为粉质小麦。糯小麦12LF6-12在自然干燥100 d时籽粒外观透明度极低和角质率几乎为0，切开籽粒后剖面比较光滑、角质胚乳含量几乎没有，总体表现为粉质小麦;在自然干燥120 d时籽粒外观透明度和角质率仍然极低，籽粒剖面仍然比较光滑和角质胚乳含量为0。

可以看出，在120 d自然干燥试验期内，对照普通小麦渝02321有随自然干燥时间增加越干燥透明度越高的趋势，渝麦10号籽粒透明度有随自然干燥时间增加而下降的趋势，总体而言渝02321角质籽粒和渝麦10号半角质籽粒的透明度和角质率始终无明显变化。然而，在120 d自然干燥试验期内，糯小麦渝L-1角质籽粒和12LF6-12半角质籽粒的透明度和角质率分别在120 d和100 d时发生了显著的粉质化转变。其中，渝L-1在收获贮藏时籽粒透明度和角质率都很高，随着自然干燥时间增加其籽粒先由透明和角质转变为半透明和半角质，再转变为不透明和粉质，籽粒透明度和角质率都发了生质的转变;12LF6-12收获贮藏时籽粒呈半透明和半角质，随着自然干燥时间增加其籽粒由半透明和半角质转变为不透明和粉质。同时，渝L-1和12LF6-12籽粒外观透明度、角质率在粉质化转变过程和时间差异上明显受到各自轮回亲本渝02321和渝麦10号的影响，表明糯小麦粉质转变过程中与轮回亲本遗传背景有关。

2.2 自然干燥对小麦籽粒相对含水量的影响

在自然干燥过程中，分别测定渝02321、渝L-1、渝麦10号和12LF6-12收获贮藏时（0 d）、糯小麦籽粒开始粉质化转变时（100 d）和完全粉质化时（120 d）籽粒相对含水量，测定结果见表2。由表可见，在0 d时，4个参试小麦材料的籽粒相对含水量为11.39%～11.84%;在100 d时，试验材料的籽粒相对含水量为9.14%～9.24%;在120 d时，参试材料的籽粒相对含水量为8.83%～9.00%。即在自然干燥三个阶段的不同时间关键点，4个参试小麦材料完整籽粒的相对含水量，均随着自然干燥时间增加而逐渐减少。在自然干燥同一时间点，4个试验材料完整籽粒相对含水量依次为12LF6-12>渝麦10号>渝L-1>渝02321。

2.3 浸泡复水处理对小麦籽粒透明度和角质率的影响

在对粉质化糯小麦籽粒进行浸泡复水处理过程中，每间隔6 h肉眼观察记录渝02321、渝L-1、渝麦10号和12LF6-12籽粒外观透明度和角质率，试验结果见表3。结果表明：渝02321在浸泡复水处理18 h起，其角质籽粒吸水膨大后外观透明度和角质率明显下降，开始表现出半透明和半角质化现象，随着处理时间延长籽粒外观可能表现为不透明和粉质;渝麦10号在复水处理18 h后，其半角质籽粒吸水膨大后外观透明度和角质率显著下降，开始表现出完全不透明和粉质。而自然干燥粉质化后的糯小麦渝L-1、12LF6-12在浸泡复水处理24 h内，其粉质化籽粒吸水膨大后外观仍表现为不透明和粉质，没有恢复透明和角质或半透明和半角质的趋势。

可以看出，在浸泡复水处理24 h内，渝02321角质籽粒和渝麦10号半角质籽粒随着处理时间增加，籽粒吸水膨大后外观透明度和角质率不断下降，并出现粉质化趋势;而粉质化后的渝L-1、12LF6-12籽粒随着处理时间增加，吸水膨大后外观仍然表现为不透明和粉质。

3 讨论

3.1 自然干燥是导致糯小麦籽粒粉质化转变的重要外因

本研究表明，自然干燥对普通小麦渝02321、渝麦10号籽粒透明度和角质率的影响不明显，但对糯小麦渝L-1、12LF6-12籽粒透明度和角质率的影响极其明显，直接导致糯小麦籽粒由透明和角质或半透明和半角质转变为不透明和粉质，是导致糯小麦籽粒粉质化转变的重要外因。国内外现有研究表明，普通小麦籽粒透明度和角质率会受到种植环境、籽粒蛋白质和淀粉含量、干燥条件等影响，但对糯小麦籽粒透明度和角质率相关影响因素的研究未见报道。

张建成等[9]研究认为，普通小麦籽粒角质率的变化受种植环境影响极大，不同土壤质地、灌水次数、肥料与用量、播种密度和收获期均对籽粒角质率有影响。张铁恒等[10]研究发现普通小麦籽粒角质率与蛋白质含量、谷蛋白大聚体（GMP）含量和沉淀值之间均呈极显著正相关，与淀粉总量、直链淀粉含量之间均呈极显著负相关，与支链淀粉含量、膨胀势之间均呈极显著正相关。Bechtel等[11]将未成熟普通小麦硬麦收获后分别置于室温和低温下，干燥后发现放在室温下籽粒形成了硬质胚乳，而放置在低温下硬麦则形成了软质胚乳。研究表明，糯小麦籽粒均有粉质化趋势的普遍现象，如Hoshino、姚金保、张伯桥等[3-5]研究均发现糯质小麦籽粒胚乳表现为粉质，但都是从遗传角度进行研究和分析，未对相关外在影响因素开展研究。理论上同一品系（品种）籽粒不存在蛋白质和淀粉含量及组成的差異，因而张铁恒等[10]对不同试验材料的角质率与蛋白质和淀粉关系研究结论可以较好地解释普通小麦渝02321、渝麦10号籽粒透明度和角质率变化，但无法用于解释支链淀粉含量极高的糯小麦渝L-1、12LF6-12籽粒透明度和角质率变化，因为明显跟其籽粒角质率与直链淀粉含量呈极显著负相关、与支链淀粉含量呈极显著正相关的研究结果相悖;Bechtel等认为硬质小麦籽粒放在室温下干燥形成硬质胚乳，也无法用于解释糯小麦渝L-1和12LF6-12的角质或半角质籽粒在室温下自然干燥后都转变为粉质籽粒的普遍现象。

糯小麦渝L-1、12LF6-12与各自轮回亲本最大差异是支链淀粉高和直链淀粉含量低，这可能是导致糯小麦籽粒自然干燥粉质化形成的重要物质基础，对糯小麦粉质化转变现象起着决定性作用。同时，糯小麦自然干燥粉质化转变过程快慢还受到其轮回亲本的遗传背景影响，即粉质化进程，以角质渝02321为亲本回交系渝L-1要明显慢于以半角质渝麦10号为亲本回交系12LF6-12，这可能显示蛋白质等会影响糯小麦籽粒粉质化进程的快慢，但对糯小麦粉质化转变结果起不了决定性作用。

3.2 自然干燥脱水导致胚乳结构改变是糯小麦籽粒粉质化转变的直接原因

本研究表明，渝02321、渝L-1、渝麦10号和12LF6-12籽粒相对含水量随着自然干燥时间增加而逐渐减少，在同一时间点籽粒相对含水量多少依次为12LF6-12>渝麦10号>渝L-1>渝02321。此研究结果与靳朝义[12]研究小麦种子后熟作用表明“籽粒中水分含量在储藏过程中稍许下降”类似。但本研究测定的是完整籽粒，未严格按《谷物及谷物制品水分的测定》[7]标准中的方法先进行粉碎筛粉，所测完整籽粒样品颗粒直径约3 mm，远大于该标准“不需要粉碎样品颗粒直径≤1.7 mm”的要求，测得含水量比标准的方法测定数值要低，试验误差相对较大，各试验材料籽粒相对含水量下降趋势比较明显，因而所测数据仅供参考。同时，各试验材料籽粒相对含水量因遗传背景不同而异，渝02321与渝麦10号、渝L-1与12LF6-12遗传背景完全不同，在干燥脱水过程中籽粒相对含水量差异较大;而渝02321与渝L-1、渝麦10号与12LF6-12遗传背景比较接近，在干燥脱水过程中籽粒相对含水量差异较小。

标准要求测定籽粒相对含水量需选择完整的籽粒作为样品，是为了便于在测定过程中观察籽粒透明度和角质率变化情况，以便于排除种子后熟作用对糯小麦籽粒粉质化进程的影响。如果自然干燥和测定完整籽粒相对含水量时，烘干干燥对糯小麦籽粒粉质化转变结果的影响一致，则可以排除种子后熟作用对糯小麦籽粒粉质化转变的影响，结果不一致则不能排除后熟作用在这方面的影响。观察结果表明，在测定完整籽粒相对含水量的烘干干燥过程中，烘干干燥对渝02321、渝麦10号籽粒透明度和角质率的影响不明显，但都导致渝L-1、12LF6-12籽粒透明度和角质率发生了极显著的变化，全部转变为不透明和粉质。同时，渝02321与渝L-1、渝麦10号与12LF6-12在自然干燥和测定相对含水量的烘干干燥过程中，同一试验材料籽粒都表现出相同的试验结果，表明不同干燥方式对同一试验材料籽粒的影响结果一致，完全可以排除种子后熟作用对糯小麦籽粒粉质化转变的影响。

糯小麦自然干燥籽粒粉质化转变机理可能与糯稻糯质胚乳呈乳白色类似，即糯稻与非糯稻的主要形态差别是糯稻胚乳在干燥状态下呈乳白色、不透明，这是由于糯质胚乳淀粉粒内微孔的大量存在，使胚乳干燥后充气引起光线折射而导致糯质胚乳呈乳白色，这种乳白色不透明与由于淀粉和蛋白质颗粒积累疏松引起的垩白存在本质上的差别[13]。笔者在深入开展糯小麦淀粉颗粒相关研究中，也发现了糯小麦籽粒在粉质化过程中糯质胚乳淀粉粒之间增加了大量不规则的管网状结构，而普通小麦胚乳淀粉粒之间的结构则没有显著变化（相关研究内容将另文发表）。因此，可以初步推断自然干燥后糯小麦籽粒胚乳脱水，使糯小麦胚乳淀粉粒之间结构改变而形成了大量不规则的管网状微孔，胚乳内充气引起光线折射而导致糯质胚乳表现出不透明和粉质，从而对糯小麦籽粒粉质化转变进程起了关键推动作用，成为自然干燥过程中糯小麦籽粒粉质化转变的直接原因。

3.3 浸泡复水对糯小麦粉质化转变籽粒已不可恢复

本研究表明，普通小麦渝02321、渝麦10号籽粒透明度和角质率随着浸泡复水处理时间增加不断下降，粉质化后的糯小麦渝L-1和12LF6-12籽粒透明度和角质率变化不明显。而在张桂珍[14]利用小麦籽粒不同浸泡时间模拟外界水分变化试验中，随着浸泡时间的增加，小麦角质率呈下降趋势直至为零，与本文中普通小麦渝02321、渝麦10号试验结果基本一致，而粉质化后的糯小麦籽粒仍然不透明和粉质，也没有吸水逆转过渡到透明和角质或半透明和半角质，继续吸水后透明度和角质率再下降的过程。由此得出，普通小麦籽粒外观透明度和角质率随浸泡复水处理时间增加而下降，而粉质化后糯小麦籽粒外观透明度和角质率随浸泡复水处理时间增加无明显变化，表明自然干燥对糯小麦籽粒粉质化转变的影响已经不可逆转。

对比分析自然干燥和浸泡复水处理试验结果，表明小麦籽粒透明度和角质率除受遗传基因控制外，也受籽粒含水量等因素的影响。自然干燥减少籽粒含水量对普通小麦角质籽粒透明度和角质率的影响较小，但对糯小麦粒透明度和角质率的影响较大，直接导致糯小麦籽粒转变为不透明和粉质。浸泡复水处理增加籽粒含水量对自然干燥后普通小麦籽粒透明度和角质率的影响较大，透明度和粉质化趋势十分明显，可能是由于吸水打乱了小麦胚乳淀粉颗粒与蛋白质之间紧密的排列结构，影响了散射光的通过，形成了漫反射现象;但这对自然干燥后粉质化的糯小麦籽粒透明度和角质率的影响较小，可能是其籽粒已经不透明，其透明度变化趋势暂时无法用肉眼进行判断，这进一步证明了糯小麦自然干燥后籽粒粉质化转变是单向不可逆转的过程。

4 结论

通过对糯小麦渝L-1、12LF6-12和普通小麦对照渝02031、渝麦10号籽粒的自然干燥脱水和浸泡复水处理试验，发现自然干燥对普通小麦渝02031、渝麦10号籽粒透明度和角质率的影响不明显，但对糯小麦渝L-1、12LF6-12籽粒透明度和角质率的影响极大，所有糯小麦籽粒都转变为不透明和粉质，表明自然干燥是导致糯小麦籽粒粉质化转变的重要外因。而在自然干燥过程中所有试验材料和对照籽粒相对含水量不断减少，自然干燥脱水对普通小麦籽粒透明度和角质率的影响不明显，却可能是导致胚乳结构改变而成为糯小麦籽粒粉质化转變的直接原因。浸泡复水处理会降低普通小麦籽粒外观透明度和角质率，但对粉质化后的糯小麦籽粒透明度和角质率的影响不明显，表明自然干燥对糯小麦籽粒粉质化转变的影响已经不可逆转。

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（责任编辑：丁志祥）