陳志英, 房 浩, 余夢奇, 李文陽

(安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院,滁州 233100)

玉米(ZeamaysL.)是禾本科一年生草本植物,是世界主要糧食作物之一,分布廣泛,栽培歷史悠久。玉米種子質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量至關(guān)重要,是農(nóng)作物獲得豐收的前提[1]。

淀粉是玉米籽粒的主要組成部分,約占籽?？偢少|(zhì)量的2/3,以淀粉顆粒形式存在于籽粒胚乳中[2,3]。淀粉質(zhì)量是影響玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一[4-6]。淀粉粒粒度分布也影響淀粉品質(zhì)[7],且對(duì)淀粉黏度參數(shù)理化特性有顯著影響,隨著玉米淀粉粒粒徑的減小,淀粉糊化溫度和黏度下降[8,9]。玉米淀粉品質(zhì)、產(chǎn)量除受種子遺傳因素的影響外,也受溫、光、水、肥和栽培等因素的影響,導(dǎo)致干物質(zhì)累積少,百粒重下降等,進(jìn)而大幅度降低玉米的品質(zhì)和產(chǎn)量[10,11],前人對(duì)小麥、玉米等作物在不同氮磷肥、溫度等處理下淀粉粒度分布與淀粉理化特性的研究較多[11-13],但關(guān)于不同活力對(duì)玉米淀粉粒分布和黏度參數(shù)的研究,報(bào)道較少。

本研究以玉米雜交種安科985和隆平206為材料,設(shè)置不同活力種子,分析不同活力水平對(duì)成熟期玉米產(chǎn)量和淀粉品質(zhì)的影響,及淀粉粒分布特征與黏度參數(shù)的關(guān)系。以期為玉米的優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與材料

玉米:“安科985”、“ 隆平206”,初始發(fā)芽率為100%,由安徽科技學(xué)院玉米研究中心實(shí)驗(yàn)室提供。

將同等數(shù)量的玉米種子用鋁箔袋密封包裝[14],同時(shí)采用老化箱進(jìn)行人工老化處理(溫度為45 ℃、濕度為90%),分別得到相對(duì)發(fā)芽率為80%和60%的種子。田間實(shí)驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),不同活力處理重復(fù)3次。2020年6月22日在安徽科技學(xué)院西區(qū)種植園種植,同年9月30日收獲,田間管理同一般高產(chǎn)田。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 田間調(diào)查及測產(chǎn)

在玉米出苗期調(diào)查各處理的田間出苗率,在玉米成熟期調(diào)查每行穗數(shù),在成熟期取樣調(diào)查粒質(zhì)量,玉米成熟后測產(chǎn),用每公頃進(jìn)行產(chǎn)量換算。

1.2.2 籽粒品質(zhì)性狀測定

選用DA7200近紅外品質(zhì)分析儀測定玉米籽粒的蛋白質(zhì)含量、脂肪含量和淀粉含量。

1.2.3 淀粉粒提取

參照Peng等[15]的方法并稍作改進(jìn)提取籽粒淀粉粒。用蒸餾水浸泡玉米籽粒(10粒)48 h,用研缽研磨,研磨勻漿過200目篩,3 000 r/min離心10 min,去除上清液,后加入2 mol/L NaCl溶液5 mL,混勻后,放搖床震蕩2 d,每天換溶液,期間多次用棉簽擦拭試管內(nèi)壁臟污。后依次用0.2%氫氧化鈉、2%十二烷基硫酸鈉和蒸餾水2次清洗,洗至淀粉為白色。最后丙酮清洗3次,風(fēng)干后儲(chǔ)存于-20 ℃環(huán)境備用。

1.2.4 淀粉粒度分布測定

使用BT-9300SE激光粒度分析儀進(jìn)行粒徑分析。點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)自動(dòng)測試,檢測光路正常,根據(jù)提示在分析儀中加入玉米淀粉,當(dāng)樣品遮光率達(dá)8%以上即可進(jìn)行淀粉粒分析。

1.2.5 淀粉黏度參數(shù)的測定

各處理玉米籽粒用3100型粉碎磨儀器磨粉。根據(jù)AACC 199561—02的操作步驟中的標(biāo)準(zhǔn)程序1進(jìn)行淀粉糊化特性的測定。準(zhǔn)確稱3 g玉米粉,放入鋁盒中,再加蒸餾水25 mL,用Starchmaster-2型黏度分析儀進(jìn)行糊化溫度和峰值黏度等7個(gè)黏度參數(shù)的測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理和制表采用Excel 2010進(jìn)行,用DPS 7.05軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,作圖采用BT-9300SE激光粒度分析儀自帶軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素

活力與品種對(duì)玉米產(chǎn)量性狀有顯著影響(表1)。各活力下安科985和隆平206,在穗長、百粒重、穗粒質(zhì)量、產(chǎn)量都隨著活力的下降總體上呈降低的變化趨勢。經(jīng)方差分析可知,隆平206產(chǎn)量、百粒重及穗粒重均顯著(P<0.05)高于安科985,分別高9.62%、5.44%和7.67%。其中,安科985在SV100活力下產(chǎn)量高于SV60活力,隆平206在SV60活力下產(chǎn)量顯著低于其他活力;安科985在SV60活力下百粒重顯著低于其他活力,且安科985在SV100活力下百粒重最大。不同活力顯著影響玉米穗粒重、穗長,其中SV100活力玉米穗粒重顯著高于SV60活力。SV60活力下玉米穗長顯著低于其他活力處理,且SV100活力下玉米穗長較SV60活力高19.57%?？梢?品種間比較,隆平206子粒形成較安科985受活力影響小,不同活力水平間處理比較,SV60活力較SV100活力對(duì)玉米穗部性狀影響更大。

表1 活力對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

2.2 籽粒品質(zhì)性狀

由表2可知,玉米籽粒蛋白質(zhì)含量和淀粉相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)受活力與品種的影響顯著,對(duì)脂肪含量沒有顯著影響。從品種上看,隆平206在蛋白質(zhì)相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)上高出安科98 543.76%,且淀粉相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)上后者高于前者2.72%。從活力角度來看,在蛋白質(zhì)相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)上安科985 SV100與SV60相比,高出9.57%,而隆平206在蛋白質(zhì)相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)上各處理均無明顯變化;在淀粉相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)兩品種 SV100與SV60相比,分別高出2.97%和3.95%,且SV100處理在淀粉相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高出SV80和SV60處理,兩品種表現(xiàn)一致。3個(gè)籽粒品質(zhì)性狀中,活力對(duì)籽粒淀粉含量的影響最大,蛋白質(zhì)含量次之,脂肪含量相對(duì)較小。

表2 不同活力條件下品質(zhì)性狀的比較

2.3 胚乳淀粉粒分布

不同處理玉米淀粉粒度分布基本一致。淀粉粒粒徑在0.1～40.5 μm區(qū)間分布,淀粉粒體積和表面積呈雙峰曲線分布,體積和表面積峰值分別在1.4～1.6 μm、16 μm和1.2～1.4 μm和11～12.5 μm,而3 μm為曲線的低谷值。淀粉粒數(shù)目呈單峰曲線分布,峰值區(qū)間在0.5～0.6 μm范圍內(nèi)。研究以低谷值3 μm和峰值16 μm作為界限,將玉米淀粉粒分為3組,<3 μm為小型淀粉粒組、3～16 μm為中型淀粉粒組、>16 μm為大型淀粉粒組。

2.3.1 玉米淀粉粒度體積分布

活力與品種對(duì)淀粉粒體積分布有顯著影響(表3)。各活力下安科985和隆平206,在小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～16 μm)和大型淀粉粒組(>16 μm)都隨著活力的下降總體上呈降低的趨勢。兩品種在淀粉粒體積分布上小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～16 μm)和大型淀粉粒組(>16 μm)分別約占總體積6.18%、57.02%、36.76%和8.02%、51.29%、40.69%,說明中型淀粉粒組(3～16 μm)對(duì)體積貢獻(xiàn)最大,其次為大型淀粉粒組(>16 μm),貢獻(xiàn)最小的為小型淀粉粒組(<3 μm)。隨著活力水平的增加,玉米胚乳3～16 μm 淀粉粒淀粉體積百分比顯著增加。

表3 玉米淀粉粒體積分布

2.3.2 玉米淀粉粒度表面積分布

活力與品種對(duì)淀粉粒表面積分布有顯著影響(表4)。各活力下安科985和隆平206,在小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～16 μm)和大型淀粉粒組(>16 μm)都隨著活力的下降總體上呈降低的趨勢。兩品種在淀粉粒表面積分布上小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～16 μm)和大型淀粉粒組(>16 μm)分別約占總表面積的44.56%、37.63%、17.81%和51.00%、34.97%、14.03%,說明小型淀粉粒組(<3 μm)表面積貢獻(xiàn)最大,其次為中型淀粉粒組(3～16 μm),貢獻(xiàn)最小的為大型淀粉粒組(>16 μm)。隨著活力水平的增加,玉米胚乳<3 μm淀粉粒淀粉表面積百分比顯著增加。

表4 玉米淀粉粒表面積分布

2.3.3 玉米淀粉粒度數(shù)目分布

由表5可知,小型淀粉粒組淀粉粒數(shù)目占總淀粉?？偭孔畲?高達(dá)98%,其次是中淀粉粒組,貢獻(xiàn)最小的是大型淀粉粒組,分別占淀粉粒數(shù)目的0.91%和0.09%,說明成熟玉米籽粒主要由小型淀粉粒組(<3 μm)構(gòu)成。隨著活力水平的增加,小型淀粉粒組(<3 μm)和中型淀粉粒組(3～16 μm)數(shù)目分布的百分比無顯著變化,大型淀粉粒組(>16 μm)淀粉粒數(shù)目百分比呈顯著變化趨勢。隨著活力水平的增加,玉米胚乳<3 μm淀粉粒淀粉表面積百分比顯著增加。

表5 玉米淀粉粒數(shù)目分布

2.4 玉米淀粉黏度特性

由表6可知,與SV100相比,隨著活力水平降低,玉米淀粉峰值黏度、最終黏度、低谷黏度、稀懈值和回升值顯著增大,其中糊化溫度隨著活力水平顯著降低。說明隨著種子活力的升高其淀粉糊化峰值黏度、最終黏度、低谷黏度等糊化參數(shù)也隨之降低。

表6 玉米淀粉粒糊化特性

2.5 玉米淀粉黏度參數(shù)與淀粉粒表面積分布的相關(guān)分析

由表7可知,玉米淀粉的稀懈值與小、大型淀粉粒表面積比例之間呈極顯著負(fù)相關(guān);峰值黏度與中型淀粉粒表面積比例之間呈極顯著負(fù)相關(guān),與大型淀粉粒組呈顯著負(fù)相關(guān);糊化溫度、最終黏度、低谷黏度、回升值與淀粉粒的表面積分布無明顯相關(guān)性。說明峰值黏度、稀懈值與中、大型淀粉粒的表面積百分比有顯著負(fù)相關(guān),與小型淀粉粒的表面積百分比有顯著負(fù)相關(guān)。表明隨著種子活力降低,淀粉糊化峰值黏度、稀懈值、最終黏度等糊化參數(shù)升高。

表7 玉米淀粉糊化參數(shù)與表面積分布相關(guān)性分析

3 討論

種子活力是種子重要品質(zhì)性狀,高活力種子不僅提高作物田間出苗率,同時(shí)顯著增加作物產(chǎn)量,對(duì)大豆、玉米、小麥等13種作物的統(tǒng)計(jì)資料表明,高活力種子可以增產(chǎn)20%～40%[16]。玉米種子發(fā)育階段,子粒中淀粉含量和蔗糖含量有顯著負(fù)相關(guān),隨著蔗糖含量的下降,子粒中淀粉含量呈現(xiàn)升高變化,淀粉含量的增多,有利于提高種子活力。玉米淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩類,淀粉質(zhì)量受兩類淀粉的比重和數(shù)目影響,有研究顯示,2類淀粉含量和總淀粉數(shù)目在種子發(fā)育期均呈升高趨勢[17,18]。淀粉占玉米籽粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%以上,是衡量玉米品質(zhì)的重要指標(biāo);玉米種子的活力與淀粉數(shù)目、種類及生理生化特性相關(guān)聯(lián)[19]。本研究表明,活力對(duì)籽粒淀粉含量的影響最大,蛋白質(zhì)含量次之,脂肪含量相對(duì)較小。隨著活力的降低,籽粒淀粉含量顯著降低。不同種子活力處理比較,安科985和隆平206穗長、百粒重、穗粒重和產(chǎn)量都隨著活力的下降總體上呈降低的變化趨勢。

淀粉含量與淀粉粒分布決定玉米品質(zhì)的重要因素[4-6],夏澳運(yùn)等[11]在研究不同鉀肥含量對(duì)玉米籽粒淀粉粒度的分布特征影響中,將玉米籽粒分為小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～18 μm)和大型淀粉粒組(>18 μm)3類。本研究表明,玉米籽粒淀粉粒粒徑在0.1～40.5 μm區(qū)間分布,參照淀粉粒的分級(jí)方法[19-21],以淀粉粒體積分布曲線取低谷值3 μm和峰值16 μm為分界點(diǎn),將淀粉粒劃分為玉米小型淀粉粒組(<3 μm)、中型淀粉粒組(3～16 μm)和大型淀粉粒組(>16 μm)。本研究中不同活力處理胚乳玉米籽粒淀粉粒體積、表面積及數(shù)目的分布特征與前人研究基本一致[8,13]。

玉米淀粉粒度分布受遺傳特性和環(huán)境條件影響,且環(huán)境條件對(duì)玉米淀粉粒分布影響大于種子本身的遺傳特性[20-28]。實(shí)驗(yàn)以玉米組合安科985和隆平206為材料,分析不同活力水平下胚乳淀粉粒分布特征,結(jié)果表明,峰值黏度、低谷黏度和最終黏度中、小型淀粉粒的體積百分比有顯著負(fù)相關(guān),與大型淀粉粒的體積百分比有顯著正相關(guān)[13]。相關(guān)分析表明,玉米淀粉稀懈值與小型淀粉粒(<3 μm)和大型淀粉粒(>16 μm)表面積比例之間呈極顯著負(fù)相關(guān);峰值黏度與中型(3～16 μm)淀粉粒表面積比例之間呈極顯著負(fù)相關(guān),與大型(>16 μm)淀粉粒組呈顯著負(fù)相關(guān)。表明玉米種子活力降低,玉米收獲期籽粒淀粉糊化峰值黏度、稀懈值、最終黏度等糊化參數(shù)升高。可見隨著種子活力的降低,中小型淀粉粒比例增大,大型淀粉粒比例減小,進(jìn)而影響淀粉糊化峰值黏度、稀懈值、最終黏度等參數(shù)。

4 結(jié)論

隨著種子活力的下降,玉米穗長、百粒重、穗粒重、產(chǎn)量、淀粉含量呈降低趨勢?；盍?duì)玉米籽粒淀粉含量的影響最大,蛋白質(zhì)含量次之,脂肪含量相對(duì)較小。低活力種子通過影響胚乳淀粉粒度分布,即減小大型淀粉粒比例,進(jìn)而降低玉米淀粉最終黏度、峰值黏度等糊化參數(shù)。因此玉米播種前盡可能要對(duì)低活力種子進(jìn)行活力修復(fù)。