两种灌水条件下4种氮源对小麦籽粒淀粉含量及其特性的影响

孙 婉，高宏欢，刘素君，杜晨阳，黄 鑫，卢红芳，王晨阳，谢迎新，马冬云

(河南农业大学/国家小麦工程技术研究中心，河南郑州 450046)

淀粉是小麦籽粒的主要成分，占籽粒干重的70%左右[1]。小麦淀粉的直链淀粉含量、支链淀粉含量、直/支比及糊化特性等均对面食品质有重要影响[2-3]。章绍兵等[4]认为，面粉糊化特性和直链淀粉含量呈显著正相关，而直链淀粉含量对弹性的影响较小。研究表明，直链淀粉含量较低的淀粉具有良好的膨胀特性，制成面条的光滑性、黏弹性等较好，蒸煮损失较小[5]。马冬云等[6]认为，鲜面条的最佳煮制时间与直链淀粉含量呈显著正相关。小麦籽粒中的淀粉粒主要有A型大淀粉粒和B型小淀粉粒，A型淀粉粒较B型淀粉粒含有较高的直链淀粉，且其淀粉峰值粘度、最终粘度和稀懈值均高于B型淀粉粒[7]。

合理的氮肥运筹，有助于实现小麦优质高产。氮素不仅能提高籽粒蛋白质含量，改善面包烘焙品质[8]，对小麦籽粒淀粉直、支链组成和理化特性也有较大影响[9]。氮肥形态一般有铵态氮、硝态氮及酰胺态氮，由于作物类型以及生长环境的不同，不同形态氮肥对作物影响不同。赵 鹏等[10]认为，铵态氮和酰胺态氮可以提高籽粒中蛋白质含量，酰胺态氮可以提高中筋小麦籽粒产量，而硝态氮有利于提高强筋小麦和中筋小麦的产量。吴金芝等[11]研究表明，酰胺态氮可以提高小麦直链淀粉含量，铵态氮可以提高弱筋小麦籽粒支链淀粉和总淀粉含量。不仅氮素形态对作物的影响存在差异，即使同一种氮素形态的不同类型对作物的影响也存在差异；如硝酸铵、硝酸铵钙、硫硝酸铵的铵挥发存在显著差异[12]。我国的氮肥主要以尿素为主，而发达国家施用较多的是硝酸铵钙、硝酸铵等[13]。研究认为，小麦以尿素为氮肥的氨挥发损失率为21%左右；以硝酸铵钙为氮肥的损失率仅2%～3%[14]；以硝酸铵钙为氮肥可以增加玉米产量和氮肥利用效率[15]。

水、氮运筹是实现小麦优质高产高效的重要农艺措施。已有研究结果表明，最佳的水、氮运筹方案因生态环境、品种特性及被测品质指标的差异而不尽相同[3,16-17]。对灌水次数与氮素形态耦合的研究表明，灌水次数不同，相应的优化氮素形态也不同[18]。随着全球变暖和水资源的短缺，干旱胁迫已成为影响作物产量的一个主要因素。为探明不同水分条件下，不同氮源对小麦淀粉含量及其特性的影响，本试验拟以郑麦366(强筋)和百农207(中筋)材料，在全生育期不灌水和灌拔节水+抽穗水条件下，研究4种氮源(尿素、氯化铵、硝酸钙、硝酸铵钙)对小麦籽粒淀粉含量及其特性的影响，以期为小麦优质高产高效生产提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验于2017—2018年在河南农业大学毛庄科教示范园区进行。试验土质为潮土，土壤含有机质17.5 g·kg-1、全氮0.93 g·kg-1、速效磷18.83 mg·kg-1、速效钾252.6 mg·kg-1。采用裂区设计，其中品种为主区，2个品种分别为郑麦366(强筋)和百农207(中筋)；水分为副区，设2种处理，分别为全生育期不灌水(W1)，灌拔节水+抽穗水(W2)，每次灌水定额为600 m3·hm-2；氮源为裂区，设4个处理，分别为氯化铵(NT1)、硝酸钙(NT2)、尿素(NT3)、硝酸铵钙(NT4)。每种氮源的用量均为纯N 225 kg·hm-2，其中50%底施，50%于拔节期追施。施用磷肥120 kg·hm-2，钾肥120 kg·hm-2，磷钾肥均全部底施。田间管理同一般大田。成熟期取不同处理小区1 m双行植株进行考种，测定小麦穗数、穗粒数、粒重。每小区收获9 m2的样方小麦植株，脱粒后计算其产量。

1.2 测定项目及方法

小麦籽粒样品采用ALBM实验磨粉机(无锡)制粉。籽粒淀粉及其组分含量测定：采用何照范[19]双波长比色法。淀粉糊化特性测定：采用快速粘度分析仪(Rapid Visco Analyzer4500，Perten，瑞典)测定，并采用配套软件分析。淀粉粒度分布测定：参照Peng等[20]的方法提取淀粉粒，采用激光衍射粒度分析仪(LS 13320，Beckman Coulter，USA)分析淀粉粒度分布。

淀粉冻融稳定性测定[21]：取淀粉样品，配制 40 g 质量分数为 6%的淀粉乳(淀粉按干重计)，于 95 ℃水浴糊化后，冷却至室温，移入50 mL 的离心管中，置于冰箱冷冻室冷冻，24 h后取出，自然解冻后，观察是否析水，记录出现析水时的冻融次数并观察糊液的状态，用来确定其冻融稳定性。

1.3 数据分析

采用SPSS进行数据分析；采用多因素方差分析法分析水分、品种、肥料的效应；采用Duncan多重比较法分析处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同处理对淀粉含量及支/直比的影响

从表1可见，在全生育期不灌水(W1)条件下，强筋小麦品种郑麦366总淀粉和支链淀粉含量均以尿素和硝酸铵钙处理较高，且与氯化铵处理间差异显著；支/直比以尿素处理最高，达到 4.17，硝酸铵钙次之，为3.27。在灌拔节水+抽穗水(W2)条件下，总淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量及支/直比在不同氮源处理间均无显著差异。

对中筋小麦品种百农207，在W1条件下，以尿素和硝酸铵钙处理的总淀粉含量、支链淀粉含量以及支/直比相对较高，其中尿素较氯化铵处理的总淀粉、支链淀粉和支/直比分别提高8.50%、18.15%和49.32%。而在W2条件下，被测指标在不同氮源处理间均无显著差异。表明在干旱或限制灌溉条件下，尿素和硝酸铵钙的施用可以提高籽粒支链淀粉含量及支/直比。与W1处理比较，W2处理下两个小麦品种的籽粒直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量的均值均有所增加。

表1 两种灌水条件下氮源类型对淀粉含量及直、支比的影响

同列同一品种相同水处理数值后的不同字母表示处理间差异在0.05水平显著。NT1：氯化铵；NT2：硝酸钙；NT3：尿素；NT4：硝酸铵钙。下同。

Data in same column cultivar and irrigation followed by different letters are significantly different at 0.05 level..NT1:Ammonium chloride;NT2:Calcium nitrate; NT3:Urea; NT4:Calcium ammonium nitrate.The same in tables 2-5.

2.2 不同处理对淀粉糊化特性的影响

强筋小麦品种郑麦366在W1条件下，施用尿素和硝酸铵钙的峰值粘度、稀懈值、反弹值和糊化温度均较高，但与其他肥料之间差异不显著。在W2条件下，施硝酸钙的淀粉峰值粘度最高，且与氯化铵处理差异显著；反弹值和糊化温度在尿素和硝酸铵钙处理下最高，且与氯化铵处理之间差异显著。

中筋小麦品种百农207在不同水氮处理下淀粉糊化特性的变化与郑麦366略有不同，其中在W1条件下，淀粉峰值粘度、反弹值和糊化温度均在氯化铵处理下最高，且均与硝酸钙处理差异显著。在W2条件下，百农207的淀粉峰值粘度、反弹值和糊化温度均在硝酸钙处理下较高，而在硝酸铵钙处理下最低。

W2条件下，两个品种籽粒淀粉峰值粘度、稀懈值、反弹值和糊化温度的均值均高于相应的W1处理，表明灌2水处理可以提高淀粉糊化参数。

表2 两种灌水条件下氮源类型对淀粉糊化特性的影响

2.3 不同处理对淀粉粒度分布的影响

从表3可见，在W1条件下，两个小麦品种不同粒径范围的淀粉粒体积占比在4种氮源之间均没有显著差异，表明在相对干旱条件下，这4种氮源对淀粉粒体积占比的影响没有显著差异。

在W2条件下，强筋小麦郑麦366在粒径<2 μm、<5 μm和<9.8 μm的淀粉粒体积占比均表现为在硝酸铵钙处理下最高，分别为12.65%、37.21%和52.92%；氯化铵处理下最低，分别为6.70%、18.07%和25.09%；大淀粉粒的体积占比(粒径>9.8 μm)则分别表现为硝酸铵钙处理下最低(47.08%)，氯化铵处理下最高 (74.91%)，表明在灌拔节水+抽穗水条件下施用硝酸铵钙可以提高郑麦366小淀粉粒的体积占比。

在W2条件下，中筋小麦百农207粒径 <2 μm、<5 μm和<9.8 μm的淀粉粒体积占比均表现为在硝酸钙处理下最高，分别为12.00%、34.98%和48.66%；在硝酸铵钙处理下最低，分别为5.95%、14.83%和20.92%；大淀粉粒的体积占比(粒径>9.8 μm)则表现为硝酸钙处理下最低(51.34%)、硝酸铵钙处理下最高 (79.08%)，表明灌拔节水+抽穗水条件下施用硝酸钙可以提高百农207小淀粉粒的体积占比。

从表4可见，在W1条件下，两个品种不同粒径范围的淀粉粒表面积的占比在4种氮肥类型之间没有显著差异，表明在相对干旱条件下，这4 种氮肥对淀粉粒表面积分布的影响没有显著 差异。

表3 两种灌水条件下氮源对淀粉粒体积占比的影响

表4 两种灌水条件下氮源对淀粉粒表面积占比的影响

在W2条件下，郑麦366粒径<2 μm、<5 μm和<9.8 μm的淀粉粒表面积占比均表现为在硝酸铵钙处理下最高，分别为56.79%，81.02%和88.46%；而在氯化铵处理下较低，分别为54.14%，76.90%和83.36%；大淀粉粒(粒径>9.8 μm)的表面积占比则表现为硝酸铵钙处理下最低(11.54%)、氯化铵处理下最高 (16.64%)，表明灌拔节水+抽穗水条件下施用硝酸铵钙可以提高郑麦366小淀粉粒表面积的百 分比。

在W2条件下，中筋小麦品种百农207不同淀粉粒表面积占比在4种氮肥间没有显著差异，表明灌拔节水+抽穗水条件下，这4种氮肥对不同淀粉粒表面积占比没有显著影响。

由表5可知，两个小麦品种不同粒径范围的淀粉粒数目占比在4种氮肥间均没有显著差异，表明这4种氮肥对淀粉粒数目占比的影响没有显著差异。

2.4 两种灌水条件下氮源对淀粉失水率的影响

淀粉失水率是反映淀粉冻融稳定性的指标，好的冻融稳定性适宜于冷冻食品的制作。由图1可见，在W1处理下，郑麦366淀粉失水率在尿素施用下最低，为48%；在W2条件下，郑麦366淀粉失水率在硝酸铵钙施用下最低，为51%。表明对于郑麦366，施用酰胺态氮肥在一定程度上可提高面团冻融的稳定性。对于百农207来说，不同灌水条件下不同氮肥对淀粉失水率的影响不一致；在W1条件下，施用氯化铵和硝酸铵钙之间没有显著差异，但在W2条件下，施用氯化铵下淀粉失水率较低，表明水份和氮肥类型对淀粉失水率有交互作用，在施氮肥改善淀粉品质时需要同时考虑氮肥类型和灌溉条件。

表5 两种灌水条件下氮源对淀粉粒数目占比的影响

图柱上不同小写字母表示处理间差异在5%水平显著。

Different lower-case letters above the columns indicate significant difference among treatments at 0.05 level.

图1 两种灌水条件下氮肥对郑麦366(A)和百农207(B)淀粉失水率的影响

Fig.1 Effect of nitrogen fertilizer types on the rate of starch water loss of Zhengmai 366(A)and Bainong 207(B)under two irrigation conditions

3 讨 论

淀粉占小麦籽粒的60%～80%，对小麦产量和品质有重要作用；淀粉包括直链淀粉和支链淀粉，淀粉含量及其比例变化影响馒头、面条等食品品质。优质面条、馒头要求较低的直链淀粉含量和适宜的直/支比[22]。施用不同类型氮源对小麦籽粒淀粉含量及其组分比例的影响不同。吴金芝等[18]认为，酰胺态氮可以提高直链淀粉含量，而铵态氮可以提高弱筋小麦籽粒支链淀粉和总淀粉含量。本研究中，在不灌水条件下，酰胺态氮(尿素)施用下直链淀粉含量较低，总淀粉含量和支链淀粉含量较高，而在灌2水条件下，不同氮肥类型对淀粉含量的影响没有显著差异。与已有研究结果存在差异，主要原因可能一方面在于供试品种不同，另一方面在于肥料类型(碳铵vs氯化铵)和水分状况的差异。研究表明，小麦籽粒品质受水、氮及其与品种间互作的影响[23-24]。Matiz等[25]认为，尿素不仅可以作为氮源，同时也可以作为一定的碳源，尤其是干旱条件下气孔关闭限制了叶片对CO2的吸收，在干旱条件下促进碳平衡。因此，在灌溉条件有限或相对干旱条件下，施用尿素可以提高中强筋小麦品种总淀粉含量，改善淀粉直/支比。

淀粉糊化特性是反映淀粉品质的重要指标，对小麦蒸煮品质均有重要影响[26-27]。干旱胁迫显著降低了小麦淀粉的峰值粘度和稀懈值，并提高了其低谷粘度和反弹值[28]。本研究发现，在灌拔节水+抽穗水条件下，淀粉峰值粘度、稀懈值和反弹值高于全生育期不灌水。表明适宜灌水可以提高淀粉含量并且改善淀粉糊化特性。已有研究表明，灌水次数和不同氮素形态影响淀粉特性，其中淀粉糊化特性以灌拔节水并施硝态氮效果最好[18]。本研究发现，在灌拔节水+抽穗水并施用硝酸钙条件下，2个参试小麦品种籽粒的淀粉峰值粘度、反弹值均较高；与已有研究结果相似，表明适宜灌溉条件下施用硝态氮(本研究为硝酸钙)有助于淀粉糊化特性的改善。在不灌水条件下，郑麦366在不同类型氮肥处理下并无显著差异，而百农207以施用氯化铵淀粉峰值粘度最高；这可能由于不同品种最佳淀粉品质所要求水、氮模式存在一定的差异[24]。

一般认为，粒径<9.8 μm的为小淀粉粒(B型)，粒径>9.8 μm的为大淀粉粒(A型)[29-30]。李莎莎等[16]研究认为，灌水可以增加中、小淀粉粒的体积占比，灌1水和灌2水较不灌水分别增加3.4%和4.8%。本研究中，灌拔节水+抽穗水较不灌水，粒径<5 μm的淀粉粒体积占比分别增加 3.34%和6.85%，表面积占比增加3.08%和6.49%；表明适宜的灌溉可以增加小淀粉粒的体积和表面积占比，一定程度上改善面制品品质。B型淀粉粒含量的增加可以改善面条色泽，增加面条粘弹性[31]。在灌2水条件下，郑麦366小淀粉粒表面积和体积占比均在硝酸铵钙处理下最高；而百农207则在硝酸钙施用下最高，这表明不同品种淀粉粒分布对氮肥类型的响应存在差异。本研究发现，不同类型氮肥对淀粉粒数目分布的影响不显著(总体趋势与体积分布相似)。由于本研究只是一年的试验结果，有关不同灌溉条件下(尤其是干旱条件下)氮肥类型对小麦品质的影响有待进一步探讨。本研究发现，不同氮源施用对品质指标的调控并不完全一致；如百农207淀粉冻融稳定性在氯化铵施用下较好。因此，在不同类型的优质专用小麦的生产中，可能需要根据品种的专用性优先考虑其最佳品质指标来进行相应栽培调控。