钾肥对弱筋小麦淀粉粒度分布与黏度参数的影响

谭植，李瑞，吴培金，杨兵兵，袁建新，李文阳

钾肥对弱筋小麦淀粉粒度分布与黏度参数的影响

谭植，李瑞，吴培金，杨兵兵，袁建新，李文阳*

(安徽科技学院农学院，安徽 凤阳 233100)

为了明确钾肥对弱筋小麦淀粉粒分布与糊化特性的影响，以弱筋品种扬麦13、宁麦13为材料，设置0、60、120、180 kg/hm2等4个施钾水平，研究钾肥对籽粒淀粉粒度分布与黏度参数的影响。结果表明：弱筋小麦籽粒B型淀粉粒(粒径≤10 μm)体积、表面积百分比随施钾量的增加而增加，A型淀粉粒(粒径>10 μm)体积、表面积百分比随着施钾量的增加而降低，钾素有利于B型淀粉粒形成；B型淀粉粒中，与粒径≤2.5 μm淀粉粒组相比，钾肥对粒径为2.5～10.0 μm的淀粉粒组体积、表面积百分比的影响更大；A型淀粉粒中，与粒径10～20 μm淀粉粒组相比，钾肥对粒径>20 μm淀粉粒组体积、表面积百分比的影响更大；施钾对弱筋小麦籽粒B、A型淀粉粒数百分比的影响不显著；施钾60～120 kg/hm2，弱筋小麦籽粒淀粉峰值黏度等参数较其他处理的高；施用适宜钾肥有利于淀粉黏度参数的提高；施钾0～120 kg/hm2范围内，施钾增加B型淀粉粒比例、降低A型淀粉粒比例，进而增加了淀粉峰值黏度等黏度参数。

小麦；钾肥；淀粉粒；粒度分布；黏度参数

淀粉是小麦籽粒化学成分占比最大的组分，约占籽粒质量的65%~70%，是决定小麦产量与籽粒品质的重要因素之一[1]。淀粉主要以不同粒径淀粉粒的形式贮存于籽粒胚乳中[2]。小麦淀粉粒主要分为粒径≤10 μm的B型淀粉粒与粒径>10 μm的A型淀粉粒[3]。通过黏度快速分析仪测定的黏度曲线可以反映淀粉的主要化学特性，即糊化特性与凝沉特性[4-5]。弱筋小麦适合加工成饼干、糕点、南方馒头等食品。随着人们生活水平的提高，对弱筋小麦的需求不断增加[6]。前人关于弱筋小麦品质的研究多集中于籽粒蛋白质、湿面筋含量[7]、淀粉组成[8]等方面，对籽粒淀粉粒度分布特征与黏度参数的研究相对较少。

钾是作物生长发育所必需的三大矿质营养元素之一，在作物生理生化过程中起重要作用[9]。增施钾素能提高作物对氮的吸收和利用[10]，对碳水化合物的合成和运输有积极影响[11]，并能较好地协调鲜薯[12]和水稻[13]等作物淀粉合成过程中“源”和“库”的关系，促进“库”中淀粉的累积[14]，显著增加淀粉湿面筋含量和蛋白质含量[15]。本试验设置不同钾肥施用水平，分析钾肥对弱筋小麦籽粒中淀粉粒的分布与黏度特性的影响，以期为弱筋小麦优质高产种植提供参考。

1　材料与方法

1.1　材料

以弱筋小麦品种扬麦13和宁麦13为试验材料。

1.2　试验设计

试验于2016—2017年在安徽科技学院种植园(安徽凤阳)进行。试验地前茬为玉米。土壤速效氮、速效磷、速效钾含量分别为53.4、14.9、81.4 mg/g。设置4个钾肥(KCl，含K2O 60%)施用水平0、60、120、180 kg/hm2，分别用K0、K1、K2、K3表示。钾肥分2次施用，底肥和追肥(返青期)施用比例为7∶3。试验小区长3 m，宽3 m，面积为9 m2，四周设置保护行。小麦播种期为2016年11月11日，收获期为2017年5月30日。种植密度300万株/hm2。随机区组设计，3次重复。其他大田管理同一般高产田。

1.3　测定项目与方法

1.3.1淀粉粒提取和粒度分布测定

参照PENG等[16]的方法提取淀粉粒。取2 g小麦籽粒在蒸馏水中浸泡24 h，在研钵中研磨，匀浆过筛(孔径为75 μm)。淀粉匀浆离心10 min(3 000 r/min)，去掉上清液，加入5 mL 2 mol/L NaCl，旋涡混合，匀浆离心。重复多次。用0.2% NaOH、2% SDS和蒸馏水清洗多次后，用丙酮清洗3次，风干，-20 ℃低温贮存。使用衍射粒度分析仪(LS13320，美国Beckman Coulter)进行粒径分析。

1.3.2淀粉黏度参数测定

使用快速黏度分析仪(RVA-TecMaster，瑞典波通公司)测定淀粉黏度参数。

1.4　数据分析

利用DPS 7.05进行数据分析；采用LSD法进行多重比较。

2　结果与分析

2.1　淀粉粒体积分布

本试验中，弱筋小麦籽粒中淀粉粒体积分布呈双峰或三峰曲线分布，其中K0处理籽粒淀粉粒体积分布呈双峰曲线分布，施钾处理籽粒淀粉粒体积分布基本呈三峰曲线分布(图略)。由表1可看出，弱筋小麦籽粒B型淀粉粒(粒径≤10 μm)体积约占总体积的30.80%~45.65%，A型淀粉粒(粒径>10 μm)体积约占总体积的54.35%~69.20%。施钾量对弱筋小麦籽粒B、A型淀粉粒体积百分比有显著影响， B型淀粉粒体积百分比均随着施钾量的增加而增加，A型淀粉粒体积百分比均随着施钾量的增加而降低，可见钾素有利于B型淀粉粒的产生与生长。B型淀粉粒中，与粒径≤2.5 μm淀粉粒组相比，钾肥对粒径2.5～10.0 μm淀粉粒组体积百分比的增幅更大；A型淀粉粒中，与粒径10～20 μm淀粉粒组相比，钾肥对粒径>20 μm淀粉粒组体积百分比的降幅更大。

表1　施钾处理不同粒径小麦淀粉粒的体积所占比例

为粒径；C为品种；K为钾水平。同列数据不同字母表示同一品种不同处理间在0.05水平差异显著；“**”示在0.01水平差异显著。

2.2　淀粉粒表面积分布

本试验中，弱筋小麦籽粒中淀粉粒表面积分布呈双峰或三峰曲线分布(图略)。由表2可看出，弱筋小麦籽粒B型淀粉粒(粒径≤10 μm)表面积约占总表面积的76.90%~84.40%，A型淀粉粒(粒径>10 μm)表面积约占总表面积的15.60%～23.10%。施钾量对籽粒淀粉粒表面积百分比有显著影响，施钾0～180 kg/hm2，随着钾水平增加，籽粒B型淀粉粒表面积百分比显著增加；A型淀粉粒表面积百分比均随施钾量的增加而降低。A型淀粉粒中，与粒径为10～20 μm淀粉粒组相比，钾肥对粒径>20 μm淀粉粒组表面积百分比的降幅更明显。

表2　施钾处理不同粒径小麦淀粉粒的表面积所占比例

为粒径；C为品种；K为钾水平。同列数据不同字母示同一品种不同处理间在0.05水平差异显著；“*” “**”分别示在0.05、0.01水平差异显著。

2.3　淀粉粒数分布

本试验中，弱筋小麦籽粒中淀粉粒数分布呈单峰曲线分布(图略)。由表3可以看出，弱筋小麦籽粒B型淀粉粒(粒径≤10 μm)数占总数的99.9%，A型淀粉粒(粒径>10 μm)数占总数的0.1%。施钾量对弱筋小麦籽粒B、A型淀粉粒数百分比无显著影响。B型淀粉粒中，施钾0～180 kg/hm2，随着钾素水平的增加，粒径2.5～10 μm淀粉粒组的数量先增加后降低。

表3　施钾处理不同粒径小麦淀粉粒的数量比

为粒径；C为品种；K为钾水平。同列数据不同字母示同一品种不同处理间在0.05水平差异显著；“*”“**”分别示在0.05、0.01水平差异显著。

2.4　淀粉黏度参数

由表4可看出，施钾0～120 kg/hm2，随着钾素水平的增加，宁麦13籽粒淀粉峰值黏度、稀懈值等参数增加，施钾180 kg/hm2时呈下降趋势。与K0、K3处理相比，K1、K2处理的籽粒淀粉峰值黏度等参数较高。

表4　不同钾肥处理弱筋小麦品种宁麦13的淀粉黏度参数

同列数据不同字母示在0.05水平差异显著；“*”“**”分别示在0.05、0.01水平差异显著。

3　结论与讨论

顾锋等[17]研究表明，中、强筋小麦品种籽粒的淀粉粒数量分布呈单峰或双峰曲线变化，体积和表面积分布均呈双峰曲线变化。蔡瑞国等[18]研究认为，强筋小麦品种B型淀粉粒体积、数量百分比分别为46.85%、99.89%，A型淀粉粒体积、数量百分比分别为53.15%、0.11%。马冬云等[19]的研究中提到中筋小麦品种籽粒B型淀粉粒体积占总体积的49%左右，A型淀粉粒体积约占总体积的51%。本研究结果表明，B型淀粉粒体积约占总体积的30.80%~45.65%，A型淀粉粒体积约占总体积的54.35%~69.20%；B型淀粉粒数占总数的99.9%，A型淀粉粒数占总数的0.1%。可见，与中强筋小麦相比，弱筋小麦籽粒A型淀粉粒体积百分比较高、B型淀粉粒体积百分比较低；不同类型小麦品种籽粒A、B型淀粉粒数量百分比差异不明显。

栽培与环境因素是影响小麦籽粒淀粉粒度分布与理化特性的重要因素[20-21]。本试验结果表明，钾肥对弱筋小麦籽粒中淀粉粒体积、表面积百分比有影响，B型淀粉粒体积、表面积百分比随着施钾量的增加而增加，A型淀粉粒体积、表面积百分比随施钾量的增加而降低。可见钾素有利于B型淀粉粒的产生与生长。其中，B型淀粉粒中，钾肥对粒径为2.5～10.0 μm淀粉粒组体积百分比的影响较粒径≤2.5 μm淀粉粒组的影响更显著；A型淀粉粒中，钾肥对粒径>20 μm淀粉粒组体积百分比的影响较对粒径为10～20 μm淀粉粒组的影响更大。

武际等[22]的研究结果表明，适宜的钾肥施用量对小麦籽粒淀粉的糊化特性有改善作用，增施钾肥能够提高强筋小麦籽粒稀懈值等参数。本试验中，施钾60～120 kg/hm2，弱筋小麦籽粒淀粉峰值黏度等参数较其他处理的高，可见适宜施用钾肥有利于淀粉黏度参数的提高。结合本试验中弱筋小麦籽粒淀粉粒的粒度分布特征变化可推断，施钾0～120 kg/hm2，钾肥水平通过调控弱筋小麦淀粉粒度分布，即增加B型淀粉粒比例、降低A型淀粉粒比例，进而改变淀粉黏度参数，即增加了淀粉峰值黏度等黏度参数。在本试验条件下，较适宜的施钾量应为120 kg/hm2。

[1] ZHANG Y，GUO Q，FENG N，et al．Characterization of A-and B-type starch granules in Chinese wheat cultivars[J]．Journal of Integrative Agriculture，2016，15(10)：2203-2214．

[2] 宋韵琳，蔡剑．小麦籽粒淀粉理化特性与品质关系及其生理机制研究进展[J]．麦类作物学报，2018，38(11)：1338-1351． SONG Y L，CAI J．Correlation between starch physiochemical properties and quality，as well as its physiological mechanism of starch formation in wheat grains[J]．Journal of Triticeae Crops，2018，38(11)：1338-1351．

[3] 李文阳，闫素辉，王振林．小麦胚乳A、B型淀粉粒的形成与生长特征及氮素调节[J]．中国粮油学报，2016，31(5)：22-26． LI W Y，YAN S H，WANG Z L．Formation and developmental characteristics of A and B type starch granule in wheat endosperm and response to nitrogen[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2016，31(5)：22-26．

[4] MISKELLY D M，MOSS H J．Flour quality requirements for Chinese noodle manufacture[J]．Journal of Cereal Science，1985，3(4)：379-387．

[5] KONIK C M，MISKELLY D M，GRAS P W. Contribution of starch and non-starch parameters to the eating quality of Japanese white salted noodles[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture，1992，58(3)：403-406．

[6] 张晓，张勇，高德荣，等．中国弱筋小麦育种进展及生产现状[J]．麦类作物学报，2012，32(1)：184-189． ZHANG X，ZHANG Y，GAO D R，et al．The development and present of weak-gluten situation of its wheat breeding production[J]．Journal of Triticeae Crops，2012，32(1)：184-189．

[7] 何中虎，林作楫，王龙俊，等．中国小麦品质区划的研究[J]．中国农业科学，2002，35(4)：359-364． HE Z H，LIN Z J，WANG L J，et al．Classification on Chinese wheat regions based on quality[J]．Scientia Agricultura Sinica，2002，35(4)：359-364．

[8] 李春燕，封超年，张影，等．氮肥基追比对弱筋小麦宁麦9号籽粒淀粉合成及相关酶活性的影响[J]．中国农业科学，2005，38(6)：1120-1125． LI C Y，FENG C N，ZHANG Y，et al．Effects of the ratio between basal N and top dressing N on grain starch formation in weak gluten wheat variety ningmai 9 and its enzymes activities[J]．Scientia Agricultura Sinica，2005，38(6)：1120-1125．

[9] 王毅，武维华．植物钾营养高效分子遗传机制[J]．植物学通报，2009，44(1)：27-36． W YI，WU W H．Molecular genetic mechanism of high efficient potassium uptake in plants[J]．Chinese Bulletin of Botany，2009，44(1)：27-36．

[10] 于振文，梁晓芳，李延奇，等．施钾量和施钾时期对小麦氮素和钾素吸收利用的影响[J]．应用生态学报，2007，18(1)：69-74． YU Z W，LIANG X F，LI Y Q，et al．Effects of potassium application rate and time on the uptake and utilization of nitrogen and potassium by winter wheat[J]．Chinese Journal of Applied Ecology，2007，18(1)：69-74．

[11] 武际，郭熙盛，王允青，等．钾对强筋小麦产量和品质的调控效应[J]．中国土壤与肥料，2007(2)：59-60． WU J，GUO X S，WANG Y Q，et al．Effect of potassium on grain yield and quality of strong gluten wheat[J]．Soil and Fertilizer Sciences China，2007(2)：59-60．

[12] 尚文艳，许志兴，赵丽萍，等．定量氮磷肥条件下钾肥不同施用量对地膜马铃薯产量、干物质与淀粉含量的影响[J]．中国马铃薯，2016，30(2)：99-104． SHANG W Y，XU Z X，ZHAO L P，et al．Effects of various potassium fertilizer application rates on yield，dry matter and starch content of plastic film mulching potato[J]．Chinese Potato Journal，2016，30(2)：99-104．

[13] 张玲，谢崇华，李伟，等．氮钾对杂交水稻B优827籽粒淀粉含量及淀粉合成酶活性的影响[J]．中国水稻科学，2008，22(5)：551-554． ZHANG L，XIE C H，LI W，et al．Effects of nitrogen and potassium on starch content and activities of starch synthase in grains of hybrid rice B You 827[J]．Chinese Journal of Rice Science，2008，22(5)：551-554．

[14] 王金明，石瑛，梁晓丽，等．钾肥对高淀粉马铃薯块茎淀粉合成相关酶活性的影响[J]．作物杂志，2016(2)：118-123． WANG J M，SHI Y，LIANG X L，et al．Effects of potassium fertilizer on the related enzymes activity of starch synthesis in tubers of high starch potato varieties[J]. Crops，2016(2)：118-123．

[15] 张会民，刘红霞，王林生，等．钾对旱地冬小麦后期生长及籽粒品质的影响[J]．麦类作物学报，2004，24(3)：73-75． ZHANG H M，LIU H X，WANG L S，et al．Effect of potassium on the growth at the late stages and grain quality of winter wheat in dryland[J]．Journal of Triticeae Crops，2004，24(3)：73-75．

[16] PENG M，GAO M，ABDEL-AAL E S M，et al. Separation and characterization of A- and B-type starch granules in wheat endosperm[J]．Cereal Chemistry，1999，76(3)：375-379．

[17] 顾锋，蔡瑞国，尹燕枰，等．优质小麦子粒淀粉组成与糊化特性对氮素水平的响应[J]．植物营养与肥料学报，2010，16(1)：41-50． GU F，CAI R G，YIN Y P，et al．Effects of nitrogen application rates on starch composition and pasting properties of high quality wheat[J]．Plant Nutrition and Fertilizer Science，2010，16(1)：41-50．

[18] 蔡瑞国，尹燕枰，赵发茂，等．强筋小麦胚乳淀粉粒度分布特征及其对弱光的响应[J]．中国农业科学，2008，41(5)：1308-1316． CAI R G，YIN Y P，ZHAO F M，et al．Size distribution of starch granules in strong-gluten wheat endosperm under low light environment[J]．Scientia Agricultura Sinica，2008，41(5)：1308-1316．

[19] 马冬云，郭天财，王晨阳，等．施氮水平对小麦籽粒淀粉粒度分布及淀粉粒糊化特性的影响[J]．西北农业学报，2010，19(11)：43-47． MA D Y，GUO T C，WANG C Y，et al．Effects of nitrogen fertilizer application rate on starch granule size distribution and starch pasting properties in wheat(L.) grain[J]．Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica，2010，19(11)：43-47．

[20] 闫素辉，杨兵兵，许峰，等．稻茬晚播小麦胚乳淀粉粒度分布的粒位差异[J]．麦类作物学报，2016，36(6)：801-807． YAN S H，YANG B B，XU F，et al．Effect of grain position on starch granule size distribution in grain of late sowing wheat in rice-wheat rotation[J]．Journal of Triticeae Crops，2016，36(6)：801-807．

[21] 付立冬，贺江，闫素辉，等．灌浆期淹水对小麦籽粒胚乳淀粉粒度分布的影响[J]．聊城大学学报(自然科学版)，2019，32(4)：67-71． FU L D，HE J，YAN S H，et al．Effects of water-logging on starch granule size distribution in wheat grain during grain filling[J]．Journal of Liaocheng University(Natural Science Edition)，2019，32(4)：67-71．

[22] 武际，郭熙盛，王允青．钾肥追施时期对强筋小麦产量和品质的影响[J]．安徽农业科学，2006，34(16)：4051． WU J，GUO X S，WANG Y Q．Effects of topdressing stage of potassium on yield and quality of strong gluten wheat[J]．Journal of Anhui Agricultural Sciences，2006，34(16)：4051.

Effect of potassium on starch granules size distribution and viscosity parameters of weak gluten wheat

TAN Zhi, LI Rui, WU Peijin, YANG Bingbing, YUAN Jianxin, LI Wenyang*

(College of Agronomy, Anhui Science and Technology University, Fengyang, Anhui 233100, China)

Two weak gluten wheat cultivars(Yangmai 13 and Ningmai 13) grown were used to investigate the effect of potassium fertilizer on the starch granules distribution and viscosity parameters in wheat grain. Four potassium rates of 0 kg/hm2(K0), 60 kg/hm2(K1), 120 kg/hm2(K2) and 180 kg/hm2(K3). The results showed that the volume and surface area percentage of B-type(≤10 μm) starch granules increased within the potassium rates from 0 to 180 kg/hm2in weak gluten wheat. And the volume and surface area percentage of A-type(>10 μm) starch granules decreased within the potassium rates from 0 to 180 kg/hm2. It indicated that potassium fertilizer was favor of the formation of B-type starch granules. Increasing of the volume and surface area percentage of 2.5-10 starch granules were greater compared with≤2.5 μm starch granules in the B-type starch granules. Decreasing of the volume and surface area percentage of >20 starch granules in potassium treatment were greater compared with 10-20 μm starch granules in the A-type starch granules. Potassium fertilizer did not significantly affect the number percentage of both type starch granules in weak gluten wheat. The viscosity parameters with K1 and K2 treatments were higher than K0 and K3 treatments, which indicating that appropriate potassium application could increase starch viscosity parameters. Within the range from 0 to 120 kg/hm2of potassium rate, the appropriate potassium fertilizer could increase the proportion of B-type starch granules and reduce the proportion of A-type starch granules, thus increase the viscosity parameters of starch in weak gluten wheat.

wheat; potassium fertilizer; starch granules; granules size distribution; viscosity parameters

S512.106.2

A

1007-1032(2020)05-0507-06

谭植，李瑞，吴培金，杨兵兵，袁建新，李文阳．钾肥对弱筋小麦淀粉粒度分布与黏度参数的影响[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2020，46(5)：507-512．

TAN Z, LI R, WU P J, YANG B B, YUAN J X, LI W Y. Effect of potassium on starch granules size and viscosity parameters of weak gluten wheat[J]. Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences), 2020, 46(5): 507-512.

http://xb.hunau.edu.cn

2019-10-20

2019-12-25

国家重点研发计划(2016YFD0300408、2017YFD0301301)；安徽省自然科学基金项目(1408085MC48、1408085QC54)

谭植(1996—)，女，安徽宣城人，硕士研究生，主要从事小麦优质高产栽培生理研究，1571280275@qq.com；*通信作者，李文阳，博士，教授，主要从事小麦优质高产栽培生理研究，liwy@ahstu.edu.cn

责任编辑：毛友纯

英文编辑：柳正