磷肥对小麦淀粉粒度分布及黏度参数的影响

吴永杰，成惠华，李瑞，李文阳，邵庆勤，张从宇，闫素辉*

（1.安徽科技学院农学院，安徽 凤阳 233100；2.南京农业大学草业学院，江苏 南京 210095；3.山东省菏泽市农业农村局，山东 菏泽 274000）

淀粉在小麦籽粒中占干重的65%～70%，并以淀粉粒的形式存在［1］，根据淀粉粒粒径大小，将其划分为A型（粒径＞10 μm）和B型（粒径≤10 μm）［2］。A型淀粉粒体积大、数量少、比表面积小、呈圆盘或透镜状；B型淀粉粒体积小、数量多、比表面积大、呈球形或多边形［2-4］。淀粉粒度分布特征与黏度参数密切相关，对小麦籽粒淀粉品质有显著影响［5-8］。研究表明遗传特性和栽培措施等外界条件共同调控小麦淀粉粒度分布［9-10］。马冬云等［11］研究发现，增加氮素条件下小麦胚乳中B型淀粉粒体积、表面积和数目百分比提高。顾锋等［12］研究发现，施氮有利于弱筋品种小麦和中筋品种小麦B型淀粉粒比例增大。张润琪等［13］研究认为，不同磷元素对小麦胚乳淀粉粒形态无显著影响。

磷元素是小麦生长过程中一种必不可少的大量元素，光合作用与碳水化合物合成和运输等生理过程均需磷元素的参与［14］。小麦栽培过程中施用过多的磷肥会被土壤吸附固定，无法被小麦吸收利用造成浪费，且土壤中的磷肥超过一定量时会污染环境，而少施或不施磷肥会限制小麦的产量和品质，探究合理的磷肥使用量对改善小麦籽粒品质、养分有效利用和农业生态环境保护均具有重要意义。目前关于磷肥对小麦籽粒淀粉粒度分布和黏度参数影响的相关研究较少，本试验以小麦华成3366为材料，探究磷肥对淀粉粒度分布及黏度参数的调控效应，旨为改善小麦籽粒淀粉品质，探索小麦优质高产栽培技术提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2017-2018年在安徽科技学院种植园（117°56′E、32°87′N）内开展，前茬为玉米。土壤质地为黄棕壤，pH值为6.74，0～20 cm土壤表层的有机质、速效氮、速效磷和速效钾分别为12.2 g/kg、53.4 mg/kg、15.0 mg/kg和60.4 mg/kg。以小麦品种华成3366为试验材料，于2017年11月播种，2018年5月收获。小区面积为9 m2（3 m×3 m），行距为25 cm，3次重复，随机区组排列。开花期选取典型一致的穗子挂牌标记，于成熟期取样，剥取籽粒进行相关指标的测定。

试验所用氮、磷、钾肥分别为尿素（含N 46%）、氯化钾（含K2O 60%）和过磷酸钙（含P2O512%）。氮肥用量为施纯N量180 kg/hm2，底肥和拔节期追肥各占50%。钾肥用量为施K2O量120 kg/hm2，全部基施。设置4个磷肥施用水平，即磷肥用量分别为施P2O50 kg/hm2（P0）、60 kg/hm2（P60）、120 kg/hm2（P120）、180 kg/hm2（P180），全部基施。其他大田管理同一般高产田。

1.2 测定项目

1.2.1 淀粉粒的分离纯化参照Peng等［15］和蔡瑞国等［16］的方法，稍加改动。取成熟期籽粒2 g，浸泡后胚研磨，之后匀浆过滤于50 mL离心管中，再离心10 min（3500 r/min），保留沉淀。向离心管中加入20 mL NaCl溶液（2 mol/L），涡旋混合后得到匀浆，置于摇床上晃动，擦拭管壁，再次离心10 min（3500 r/min）。以上操作重复3次。使用0.2% NaOH，2% SDS和蒸馏水以相同方式进行清洁。最后，再用丙酮洗涤3次，风干之后保存在-40 °C条件下。

1.2.2 淀粉粒度分布特征及糊化参数的测定淀粉粒度的体积、表面积、数目分布特征用激光衍射粒度分析仪（LS13320，美国贝克曼库尔特公司）测定。淀粉糊化参数用快速黏度分析仪（starchmaster-2，瑞典波通公司）分析。

1.3 数据处理

通过Microsoft Excel 2010和DPS 7.05进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 磷肥对小麦两种淀粉粒体积占比分布的影响

由表1可知，增施磷肥显著影响小麦籽粒淀粉粒体积占比分布。不同处理中A型和B型淀粉粒体积占比分别为34.0%～53.6%和46.4%～66.0%，施磷肥后，B型淀粉粒的体积占比显著提高，A型淀粉粒的体积占比显著下降。磷肥用量从0 kg/hm2增加到120 kg/hm2，B型淀粉粒体积百分比平均提高了41.1%，粒径小于6 μm、小于3.6 μm和小于0.55 μm的淀粉粒体积占比分别提高了49.3%、52.7%和30.6%；而P60和P120处理A型淀粉粒体积占比较P0处理分别下降了16.1%和35.7%。磷肥用量120 kg/hm2与180 kg/hm2两种处理对A型和B型淀粉粒体积占比分布无显著性差异。说明一定范围内增施磷肥可显著提高B型淀粉粒体积占比，当磷肥用量超过120 kg/hm2，继续增施磷肥对A型和B型淀粉粒的体积占比影响不显著。

表1 磷肥对小麦籽粒淀粉粒体积占比分布的影响Tab.1 Effect of phosphate fertilizer on the volume distribution of wheat starch granules /%

2.2 磷肥对小麦淀粉粒表面积分布的影响

分析表2可知，增施磷肥显著影响小麦籽粒淀粉粒表面积分布。A型淀粉粒表面积占比8.8%～15.8%，B型占比84.2%～91.2%。磷肥用量从0 kg/hm2增加至120 kg/hm2，B型淀粉粒的表面积占比提高8.3%，A型淀粉粒表面积占比下降44.1%，粒径小于6 μm和3.6 μm的B型淀粉粒表面积占比分别提高10.5%和10.9%。磷肥用量120 kg/hm2与180 kg/hm2两个处理间B型淀粉粒表面积占比无显著差异。以上分析表明，适宜增施磷肥可显著提高B型淀粉粒表面积占比，降低A型淀粉粒表面积占比。当磷肥超过120 kg/hm2时，施磷对A型和B型淀粉粒表面积占比影响不显著。

表2 磷肥对小麦籽粒淀粉粒表面积占比分布的影响Tab.2 Effect of phosphate fertilizer on the surface area distribution of wheat starch granules /%

2.3 磷肥对小麦淀粉粒数目分布的影响

由表3可知，增施磷肥未显著影响小麦籽粒A、B型淀粉粒数目的分布。在小麦胚乳总淀粉粒中，B型淀粉粒数目占比为99.9%，A型淀粉粒数目占比为0.1%，即小麦淀粉粒数目主要由B型淀粉粒组成。

表3 磷肥对小麦籽粒淀粉粒数目占比分布的影响Tab.3 Effect of phosphate fertilizer on the number distribution of wheat starch granules /%

2.4 磷肥对小麦淀粉黏度参数的影响

由表4可知，增施磷肥显著影响小麦淀粉黏度参数。随着磷肥用量增加，淀粉糊化参数总体呈现先上升后下降的趋势，其中磷肥用量在120 kg/hm2时，峰值黏度和最终黏度最高。稀懈值和回升值在各处理条件下均无显著差异。

表4 磷肥对小麦籽粒淀粉黏度参数的影响Tab.4 Effect of phosphate fertilizer on viscosity parameters of wheat starch

3 讨论

小麦籽粒胚乳中A型与B型淀粉粒的形成是一个受淀粉合成相关酶（腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶、淀粉分支酶和淀粉去分支酶等）调节的过程，适宜的磷素供应有利于提高小麦灌浆中后期的旗叶和穗部叶绿素以及DNA含量，提高淀粉合成相关酶的活性［17-19］。李瑞等［20］研究发现，磷肥显著影响弱筋小麦淀粉粒度的分布，增加A型淀粉粒体积和表面积占比。本研究发现，增施磷肥有利于B型淀粉粒的分化生长，其体积、表面积占比显著提高，A型淀粉粒的体积、表面积占比显著降低。当磷肥达到一定用量后，继续增施磷肥淀粉粒粒度分布无显著变化。Ni等［21］研究发现磷肥显著提高了B型淀粉粒体积、表面积占比，与本试验结果一致。此外，不同磷水平对籽粒A、B型淀粉粒的数目占比无显著影响，可能是由于小麦淀粉粒中小于3.6 μm淀粉粒数目占比较多（98.15%～98.30%）的原因。

黏度参数是反映淀粉品质的重要指标［22］。李瑞等［20］研究发现，施磷水平与小麦籽粒淀粉峰值黏度、最终黏度等黏度参数显著正相关。Li等［23］发现增施磷肥条件下小麦淀粉低谷黏度、峰值黏度和回升值均显著提高。熊瑛等［24］研究表明，磷肥仅可提高强筋小麦的稀懈值。本研究结果表明，增施磷肥显著提高小麦籽粒淀粉低谷黏度、峰值黏度和最终黏度。磷肥增加到一定程度（180 kg/hm2）后，上述参数变化不显著。A、B型淀粉粒理化特性差异大，小麦胚乳淀粉粒度分布是影响小麦淀粉黏度参数和面粉品质的重要因素［2，5，8］，本试验中增施磷肥显著影响了黏度参数，可能是上述籽粒淀粉粒度分布变化引起。

淀粉粒度分布对淀粉黏度参数有显著影响［25］。马冬云等［11］研究表明A型淀粉粒的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和回升值高于B型淀粉粒。Peterson等［26］研究表明B型淀粉粒占比与峰值黏度显著正相关。本试验条件下，增施磷肥不仅显著提高B型淀粉粒体积和表面积占比，且小麦淀粉低谷黏度、峰值黏度和最终黏度等黏度参数也显著提高。由施用不同水平磷肥后，小麦淀粉粒度分布、黏度参数的变化可以看出，增施磷肥（0～120 kg/hm2）可显著影响淀粉粒度分布，即提高B型淀粉粒的体积、表面积百分比，降低A型淀粉粒体积、表面积百分比，进而提高峰值黏度等淀粉黏度参数。