播期对小麦籽粒储藏蛋白及加工品质的影响

杨永恒 曹永立 马宏亮 祁鹏飞 魏育明 樊高琼 郑 亭，*

（1四川农业大学农学院/农业农村部西南作物生理生态与耕作重点实验室，四川 温江 611130；2四川农业大学小麦研究所，四川 温江 611130）

四川是西南麦区的主产区，2020年的小麦播种面积和产量分别为59.7 万公顷和246.7 万吨，分别占西南麦区小麦总种植面积和总产量的56%和70%［1］。四川因气候湿润、热量条件良好、降水量较高而适宜种植中筋和弱筋小麦，当地小麦加工方式以面条和馒头为主［2-3］。同时，当地多家知名食品企业，如饼干类零食生产企业米老头，白酒酿造企业五粮液、舍得、泸州老窖、剑南春等广泛采用中、弱筋小麦为原材料。因此，提高专用型小麦的产量对于保障四川小麦产业稳定发展具有重要意义。

由于四川省作物生产栽培技术较为落后，传统小麦生产中农民盲目追求产量、轻简栽培及生产效益，对于小麦品种品质筋型划分的意识薄弱，缺乏专用型小麦配套栽培措施知识，导致优良专用型品种并未充分发挥出其品质优势。调整播期是人为调节小麦籽粒加工品质最为快捷简便的栽培措施，主要通过改变小麦生育期间的环境条件来调节植株生长发育进程，进而调控加工品质。研究发现，早播有利于小麦分蘖早发［4］，群体数量增加［5］，营养生长阶段物质积累增多［6］，活动积温增加，灌浆期延长［7-8］；相反，晚播则导致分蘖发生较少［9］，营养生长不足［10］，群体生长量减少［11］，灌浆期较短［12-13］。因而播期的差异必然对籽粒加工品质产生重大影响，品质调优栽培技术应根据品种特性重新制定适宜的播期。

目前，播期对强筋小麦加工品质调控的相关研究较多，而针对西南麦区中筋和弱筋小麦的研究偏少，尤其是结合储藏蛋白组分变化的相关研究甚少。四川寡照、多阴雨的气候特征不同于其他主产区，相关的品质调优栽培技术缺乏较为深入的研究。播期是后续肥、水及病虫害管理的先决要素，因此播期的选择对于该区域小麦生产显得尤为重要。鉴于此，本研究以中筋品种蜀麦969、蜀麦482，弱筋品种川麦16、绵麦51 为材料，连续两年在四川崇州和仁寿设置播期试验，研究播期对中、弱筋小麦储藏蛋白组分及比例、面团流变特性和加工品质性状的影响，以期为确定四川中、弱筋小麦生产适宜的播期提供理论指导与技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验于2014年9月至2016年5月连续两个生长季在四川省崇州市四川农业大学现代化农业研发基地（30°33＇N，103°38＇E）和仁寿县珠嘉乡踏水村（30°04＇N，104°13＇E）进行，崇州市为典型的平原区域，而仁寿县为丘陵区。图1 和表1 分别为试验点气象条件和土壤基础肥力状况。试验材料为四川农业大学小麦研究所选育的中筋小麦品种蜀麦482（SM482）、蜀麦969（SM969）和弱筋小麦品种川农16（CM16）以及绵阳市农业科学研究院选育的弱筋小麦品种绵麦51（MM51）。

图1 试验点气象条件Fig.1 Meteorological conditions at experiment sites

表1 播前0～20 cm土层的土壤基础肥力Table 1 Basic properties of the experimental soil at 0 to 20 cm layer

1.2 试验设计

试验采用二因素裂区设计，主区为品种，副区为播期。设置早播（10 月15 日，B1）、中播（10 月30 日，B2）和晚播（11 月15 日，B3）3 个播期处理，3 次重复，小区面积12 m2（4 m×3 m），行窝距为20 cm×10 cm，基本苗180×104株·hm-2。试验地每公顷施用尿素（含N 46%）150 kg、过磷酸钙（含P2O517%）75 kg、氯化钾（含K2O 52%）75 kg，氮肥按底肥∶苗肥=6∶4 施用，磷钾肥全作底肥一次施入，其他栽培措施同一般大田生产。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 籽粒储藏磨粉方法 籽粒成熟收获晒干后，储藏于种子桶后熟3个月，使用CD1小型实验磨粉机（法国CHOPIN 公司）磨粉，用于面粉谷蛋白、醇溶蛋白组分、湿面筋含量、沉降值和粉质参数的测定。

1.3.2 土壤基础肥力测定 试验开展前按照S 型取样法，用土钻取0～20 cm 土层的土样，室内自然风干后研磨混匀，测定土壤养分含量，包括全氮、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量和pH值。

1.3.3 籽粒粗蛋白含量测定 采用KJ8400 全自动凯氏定氮仪（丹麦FOSS 公司）按照《GB/T 33862-2017 全（半）自动凯氏定氮仪》［14］的方法进行测定。将0.25 g全麦粉与10 mL浓硫酸、催化剂放到消化管中在400 ℃下消解1.5 h，消解完成后冷却至室温后上机，将所得全氮含量换算成蛋白质含量（换算系数为5.7）。

1.3.4 谷、醇蛋白组分含量测定 使用LC1100 高效液相色谱仪（美国Agilent公司）测定。谷蛋白提取方法参照DuPont 等［15］的方法，略有改动。称取面粉45 mg，加入0.3 mol·L-1NaI 溶于7.5%的正丙醇溶液，振荡后离心，向沉淀中加入1 mL 70%乙醇，振荡后离心，向沉淀中加入1 mL 55%异丙醇，65 ℃水浴30 min，离心后向沉淀中加入500 μL 50%异丙醇、80 mmol·L-1Tris-HCl（pH 值8.0）、1%二硫苏糖醇（dithiothreitol，DTT）的混合液，水浴1 h，再加入1.04 mL 1% 4-乙烯基吡啶，水浴30 min，离心后保留上清液为谷蛋白样品。色谱柱为ZORBAX 300SB-C18 reverse phase analytical column（4.6 mm×250 mm，美国Agilent 公司）。柱温60 ℃，流速1 mL·min-1，进样量20 μL。

醇溶蛋白提取方法参照Lookhart 等［16］的方法，并略有改动。称取面粉45 mg，加入1 mL 70%的乙醇溶液，振荡后离心，保留上清液为醇溶蛋白样品。色谱柱同上。

1.3.5 谷蛋白大聚合体（glutenin macropolymer，GMP）含量测定 参照孙辉等［17］的方法，稍作改进，将15 mL 1.5 %十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）溶液加入到0.5 g 面粉中，振荡后离心，弃上清液，用KJ8400 全自动凯氏定氮仪测定蛋白质含量，即所需GMP含量。

1.3.6 湿面筋含量、面筋指数测定 使用Glutomatic 2100/2102 型面筋仪（瑞典Perten 公司）测定。取10 g面粉上机搅拌，待用2% NaCl 洗净面粉中的淀粉且成团后称量得到面筋总量。将面筋置于面筋仪配套离心机上离心，离心完后取筛上面筋称重，按以下公式计算得到湿面筋含量和面筋指数：

湿面筋含量=面筋总量（g）/10（g）×100%

面筋指数=留在筛网上的面筋量（g）/面筋总量（g）×100。

1.3.7 沉降值测定 采用CAU-B 型沉降值测定仪（中国农业大学），按照《GB/T 21119-2007 小麦 沉淀指数测定 Zeleny试验》［18］进行测定。

1.3.8 粉质参数测定 测定参数包括面团形成时间、稳定时间、吸水率和弱化度，采用 Farinograph-E 粉质仪（德国Brabender公司），按《GB/T 14614-2019粮油检验 小麦粉面团流变学特性测试 粉质仪法》［19］进行测定。

1.4 统计分析

采用Microsoft Excel 2010 软件对试验数据进行汇总，Origin 2021软件绘制图表，采用DPS 7.05系统软件进行统计分析，采用最小显著性差异法（least significant difference，LSD）进行显著性比较分析。

2 结果与分析

2.1 播期对储藏蛋白组成及比例的影响

由表2 和3 可知，播期可解释谷蛋白组分含量、醇溶蛋白组分含量、储藏蛋白组分比例的变异百分比分别为 4.10%～30.44%、1.65%～19.12%、0.09%～17.26%，且影响均达到显著或极显著水平。储藏蛋白性状在两试验点的变化趋势也存在差异。崇州点中、弱筋品种的高分子量谷蛋白亚基（high molecular weight glutenin subunit，HMW-GS）、低分子量谷蛋白亚基（low molecular weight glutenin subunit，LMW-GS）、谷蛋白大聚合体（glutenin macropolymer，GMP）、总谷蛋白（glutenin，Glu）以及ω-、α/β-、γ-醇溶蛋白（ω、α/β、γ）和总醇溶蛋白（gliadin，Gli）含量均随播期推迟整体呈增加趋势；中、弱筋品种的ω%和γ%大部分在晚播（B3）时达到最大值，α/β%随播期推迟有所下降，高/低分子量谷蛋白亚基比（H/L）和谷/醇比（Glu/Gli）随播期变化不显著。仁寿点中、弱筋品种的HMW-GS 和H/L 随播期推迟总体呈增加趋势，而LMW-GS、GMP、Glu 以及ω、α/β、γ 和Gli 整体表现为先降后升的变化趋势，ω/Gli、（α/β）/Gli、γ/Gli和Glu/Gli在不同品种间变化差异较大。此外，中、弱筋品种的蛋白组分含量随播期的变化趋势大致相同，二者的差异主要体现在晚播后蛋白含量的增幅上。两试验点谷蛋白组分HMW-GS、LMW-GS 和Glu含量在B3下的增幅（B3相较于B2，下同）表现为中筋高于弱筋，中、弱筋增幅分别为9.1%～32.7%、5.2%～16.3%、5.6%～20.9% 和 1.3%～29.2%、8.4%～15.3%、4.9%～15.8%。而醇溶蛋白组分ω、α/β、γ 和Gli 含量在B3 下的增幅表现为弱筋高于中筋，弱、中筋增幅分别为10.2%～17.3%、2.1%～19.6%、1.5%～21.7%、3.0%～19.6% 和 4.1%～11.7%、10.0%～18.4%、7.7%～12.0%、2.2%～15.5%。播期推迟后谷蛋白组分含量增幅较大，其中GMP 含量增加最明显，晚播后增加0.01～0.89个百分点。

表2 谷醇蛋白组分含量、比例（崇州）Table 2 The content and proportion of gliadin and glutenin fractions in Chongzhou

表3 谷醇蛋白组分含量、比例（仁寿）Table 3 The content and proportion of gliadin and glutenin fractions in Renshou

2.2 加工品质参数

由表4、5可知，播期可解释粗蛋白、湿面筋含量和沉降值的变异百分比分别为8.23%～37.14%、4.22%～23.10%、9.10%～35.60%，且影响均达到显著或极显著水平，而解释面筋指数的变异百分比仅占4.45%～6.60%。播期对加工品质的影响在两年两点结果基本一致。中、弱筋品种的粗蛋白含量、湿面筋含量和沉降值在两年两点中总体表现为早播（B1）和晚播（B3）高于中播（B2），并且B3 较B2 的增幅高于B1 较B2 的增幅。面筋指数在崇州点基本表现为B3 时期最高，而仁寿点的面筋指数随播期变化无明显规律。两试验点相比，晚播后整体表现为仁寿点加工品质性状增幅高于崇州点，仁寿点的加工品质性状受播期影响更大。

表4 不同播期下的加工品质性状（崇州）Table 4 The processing quality characters under different sowing dates in Chongzhou

表5 不同播期下的加工品质性状（仁寿）Table 5 The processing quality characters under different sowing dates in Renshou

2.3 面团流变特性

由表6、7可知，播期可解释形成时间、稳定时间、弱化度的变异百分比分别为11.50%～34.03%、13.30%～13.84%、1.75%～29.00%，且影响达显著或极显著水平，而解释吸水率、粉质质量指数的变异百分比仅为0.70%～7.50%、9.53%～12.78%。中、弱筋品种在两试验点的粉质质量指数基本均在B3达到最大值，其他流变指标在试验点和品种间表现不一致。崇州点中、弱筋品种的形成时间和稳定时间随播期推迟总体呈增加趋势，其中中筋品种B1、B3处理间差异显著，而弱筋品种未达显著水平；10 min 和12 min 弱化度基本随播期推迟而显著降低；吸水率在品种间变化差异较大。仁寿点中筋品种的形成时间、稳定时间和吸水率均随播期推迟而增加，弱筋品种则呈先降后增的变化趋势；中、弱筋品种的10 min 和12 min 弱化度均随播期推迟呈先增后降的变化趋势。

表6 不同播期下的粉质参数（崇州）Table 6 The farinograph parameters under different sowing dates in Chongzhou

表7 不同播期下的粉质参数（仁寿）Table 7 The farinograph parameters under different sowing dates in Renshou

2.4 储藏蛋白组分含量及其组成主成分分析

由表8 主成分分析结果可知，特征值前三的主成分累计贡献率高达89.381%，说明前3 个主成分可以较好地概括不同播期处理下蛋白组分的主要变化。第一主成分的特征值为5.924，贡献率达到49.366%，主要由HMW-GS、Gli、ω 含量、H/L 和（α/β）/Gli 5 个性状决定。第二主成分的特征值为3.824，相应贡献率为31.868%，主要由LMW-GS、Glu 含量、ω/Gli、γ/Gli 4 个性状决定。第三主成分的特征值为0.978，相应贡献率为8.147%，主要由GMP 和Glu 含量决定。因此，可以认为HMW-GS、ω、Gli 含量和H/L、（α/β）/Gli 是影响小麦加工品质的主要储藏蛋白性状，LMW-GS、GMP、Glu含量、ω/Gli、γ/Gli是影响小麦加工品质的次要储藏蛋白性状。

表8 谷醇蛋白组分主成分分析Table 8 Principal component analysis of storage protein fractions

2.5 加工品质性状的主成分分析

由表9 主成分分析结果可知，特征值前三的主成分累计贡献率达到84.584%，说明前3 个主成分可以较好地概括不同播期处理下加工品质性状的变化。第一主成分的特征值为4.408，贡献率达到48.981%，主要由沉降值、稳定时间、粉质质量指数、形成时间、湿面筋含量5个性状决定。第二主成分的特征值为2.567，相应贡献率为28.520%，主要由面筋指数、弱化度、湿面筋含量和吸水率4 个性状决定。第三主成分的特征值为0.637，相应贡献率为7.083%，主要由形成时间和粗蛋白含量决定。因此，可将沉降值、稳定时间、粉质质量指数、形成时间、湿面筋含量作为加工品质评价的主要品质性状指标，将面筋指数、弱化度、吸水率、粗蛋白含量作为加工品质评价的次要性状指标。

表9 加工品质性状主成分分析Table 9 Principal component analysis of processing quality character

2.6 储藏蛋白与加工品质性状间的相关关系

由表10 可知，除LMW-GS 外，其余储藏蛋白组分含量与加工品质性状间大多呈显著或极显著相关关系，其中GMP和Glu含量与加工品质性状相关性较强，其次为HMW-GS、Gli、α/β、γ、ω。而储藏蛋白组分比例与加工品质性状间的相关性相对较弱，其中（α/β）/Gli与加工品质相关系数最高，其次是H/L、ω/Gli 和γ/Gli。加工品质性状中，粗蛋白含量、沉降值、湿面筋含量和形成时间与储藏蛋白组分及其比例间的相关性均较强，其次为稳定时间和粉质质量指数，吸水率和弱化度与储藏蛋白组分及其比例间的相关性较弱，面筋指数仅与GMP含量呈显著正相关。

表10 储藏蛋白与加工品质性状间的相关关系Table 10 Correlation analysis content of protein compositions and proportion with processing quality characters

3 讨论

3.1 GMP 和HMW-GS 是不同播期籽粒加工品质变化的主要影响因子

播期是调节小麦加工品质的重要栽培措施之一［20］。随着播期的推迟，小麦分蘖期缩短，单株分蘖数减少，同时叶片光合功能期缩短，群体生长量不足［21］。有研究表明，籽粒蛋白质含量与播期呈显著负相关［22］，湿面筋含量、面团形成时间均随播期推迟而显著降低，弱化度在晚播条件下最大［5，23-24］。也有研究认为，适当推迟播期可提高谷蛋白、醇溶蛋白含量［25］，同时增加湿面筋含量和沉降值，延长稳定时间，降低弱化度，从而优化品质［26-27］，这与本研究结果基本一致。播期对储藏蛋白组分含量影响的研究甚少，多数研究集中于储藏蛋白总量［25，28］。本研究发现，晚播条件下，两地平均谷蛋白大聚合体（GMP）、高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）、低分子量谷蛋白亚基（LMWGS）、ω-醇溶蛋白（ω）、α/β-醇溶蛋白（α/β）、γ-醇溶蛋白（γ）含量整体显著增加，并且ω/Gli、（α/β）/Gli、γ/Gli、高/低分子量谷蛋白亚基比（H/L）、谷/醇比（Glu/Gli）整体在晚播条件下高于早播或中播。这是由于晚播在灌浆期所处的温度较早播、中播更高［29］，高温胁迫会使得籽粒中的淀粉含量降低，蛋白含量增加［30］；此外，高温条件导致小麦籽粒干瘪，缓解了粒重对蛋白质的稀释效应，从而提高了籽粒蛋白含量［31］。郑亭［32］研究发现，四川成都平原和丘陵区不同施氮量条件下小麦加工品质与GMP 和HMW-GS 含量密切相关。本试验晚播后增加的谷蛋白组分中，GMP含量变化（晚播相较于中播，下同）最明显，增加了0.01～0.89个百分点，其次是HMW-GS，增幅为1.3%～32.7%，且在相关性分析中，GMP和HMW-GS含量与加工品质性状的相关系数最高，与前人研究结果一致［33］。此外，主成分分析亦表明HMW-GS 对第一主成分的贡献最高。由此推测，GMP 和HMW-GS 通过调控储藏蛋白组分的变化来影响粗蛋白、湿面筋含量、沉降值及面团流变特性，最终调控籽粒加工品质。

3.2 播期对不同筋型小麦储藏蛋白及加工品质影响的差异

播期对不同筋型小麦加工品质的影响存在差异［29］。郭天财等［34］研究发现，强筋品种兰考906 在晚播下的粗蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白含量变化达显著水平，而中筋品种豫麦49变化不显著。闫翠萍等［35］研究也发现，与中筋品种相比，晚播下强筋小麦的谷蛋白和醇溶蛋白含量增幅更大，且湿面筋含量、弱化度和评价值在不同播期下的变异系数高于中筋品种。上述研究一致认为，高蛋白品种的营养品质和加工品质相比低蛋白品种更易受到播期的影响，且研究多集中于强筋、中筋小麦，对弱筋小麦的研究甚少。本研究认为，不同储藏蛋白组分及加工品质性状对播期的响应不一定表现为蛋白质含量越高的品种越大。就储藏蛋白而言，晚播相较中播，中筋品种的谷蛋白组分含量和储藏蛋白组分比例较弱筋品种的增幅更大，而弱筋品种的醇溶蛋白组分含量较中筋品种增加更为明显。就加工品质性状而言，2014—2015年间晚播下弱筋品种的粗蛋白、湿面筋含量增幅高于中筋品种，而中筋品种的沉降值、面筋指数增幅高于弱筋品种。因此，蛋白质含量较高品种营养品质和加工品质受播期的影响不一定大于低蛋白品种，还可能受到遗传因素和年际间的影响。前人研究表明，播期对储藏蛋白和加工品质性状的影响在不同试验点表现不一致［26］。本研究结果表明，仁寿点晚播时储藏蛋白组分含量及比例、加工品质性状、面团形成时间、稳定时间和粉质质量指数的增幅均高于崇州点，推测可能是由于仁寿点为丘陵地貌，相比于崇州平原地区的光照条件较好、温度较高、降水较少、土壤持水量较低所造成的，与兰涛等［36］研究干旱与渍水条件下小麦加工品质变化趋势所得到的结果基本一致。因此，根据小麦加工品质分类国家标准［37］及上述讨论结果得出，晚播下四川丘陵区干旱少雨的气候特点有利于小麦储藏蛋白的积累和中筋小麦加工品质的提升，而早播下成都平原寡照且降雨充沛的特点适合弱筋小麦筋性的保持。因此，在生产实践中应考虑本地的自然环境状况，根据不同筋性的小麦品种，有针对性地选择适宜播期来提高小麦加工品质。

4 结论

本研究结果表明，相比早播和中播，晚播通过提高中筋小麦储藏蛋白组分含量，调整其组分比例，从而提高粗蛋白与湿面筋含量，改善面团流变性能，使得中筋小麦能够充分发挥其筋性优势，达到改善中筋小麦加工品质的目的。相反地，为保持弱筋小麦原有的筋性，籽粒蛋白质、湿面筋含量、沉降值及稳定时间不宜过高，其播期应适当提前。综合来看，四川麦区中筋小麦应适当晚播，弱筋小麦应适当早播。