钾肥对玉米胚乳淀粉粒分布及糊化特性的影响

2018-12-11夏澳运钱必长李文阳

西南农业学报 2018年11期

夏澳运，钱必长，李文阳

(安徽科技学院农学院/安徽省玉米育种工程技术研究院，安徽凤阳 233100)

【研究意义】淀粉粒的大小和糊化特性都是决定玉米品质和产量形成的重要影响因素之一［1－3］。钾元素是作物生长发育所不可缺少的矿质元素之一［4－5］。【前人研究进展】淀粉是成熟玉米籽粒主要成分，其占干重70%左右，并以颗粒态形式存在于籽粒胚乳中［6－7］。玉米淀粉理化特性与粒度分布不仅取决于该淀粉来源的遗传背景，同时还受栽培环境因素的影响［8－10］。【本研究的切入点】前人对谷类作物淀粉粒度及糊化特性的研究较多，但关于钾素对玉米淀粉粒形态和糊化特性影响的研究，报道较少。【拟解决的关键问题】本研究以玉米杂交种郑单958为材料，设置不同钾肥用量，分析不同施钾肥水平对成熟期玉米胚乳淀粉粒度分布特征与糊化特性的影响，及淀粉粒分布与糊化特性的关系。以期为玉米淀粉品质调优提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2016年6－10月在安徽科技学院种植园进行。供试品种为当地主推品种郑单958(Zhengdan958)。设4个钾素水平，分别为K0(0)、K1(135 kg/hm2K2O)、K2(270 kg/hm2K2O)、K3(405 kg/hm2K2O)。完全随机设计，小区面积48 m2(行长 6.7 m，行距 0.6 m，12 行区)，3 次重复。播种密度为67 500株/hm2。所用钾肥为氯化钾，钾肥施用中基肥、追肥(拔节期)各占50%。于6月15日播种，10月2日收获。其它田间管理同一般高产田。

1.2 测试项目与方法

1.2.1 淀粉粒提取及测定参照 Peng等［11］和Malouf和Hoseney［12］的方法提取淀粉粒，稍作改进。于玉米成熟时按小区随机取5 g玉米籽粒(穗中部)分别置于已标号的50 mL离心管里，灌满蒸馏水中浸泡48 h，期间换几次蒸馏水，撕去种皮，剔除胚乳，然后在研钵中研磨成匀浆，再用200 μm筛布过筛，冲洗筛布上固体部分到研钵中，继续研磨过滤;接着用3500 r/min离心机离心8 min，倒去上清液，加入2 mol/L的NaCl10mL，旋涡混合，重复多次。然后用同样的方法依次0.2%NaOH、2%SDS和蒸馏水清洗多次，最后用丙酮清洗3次，置于室温下风干，贮存于－20℃医疗冰箱中备用。

1.2.2 淀粉粒粒径分析使用美国Beckman Coulter(贝克曼库尔特)公司生产的LS13320衍射粒度分析仪分析。将玉米淀粉50 mg置于离心管中，然后再倒入蒸馏水5 mL，旋涡混匀，之后置于4℃条件下1 h振荡，最后移到激光衍射粒度分析仪的分散盒中，进行淀粉粒分析测定。

1.2.3 淀粉糊化特性测定根据AACC操作步骤(199561-02)中的标准程序1进行淀粉糊化特性的测定。准确称量3 g玉米面粉(玉米含水量14%)，放入铝盒中，再加入25 mL的蒸馏水，使用Supper3快速粘度分析仪器(瑞典Perten公司)测定淀粉糊化参数，其转速为160 r/min。

1.3 数据处理与分析

此试验是采用Excel 2013进行数据统计处理及DPS7.05数据处理系统进行相关的数据分析，采用LSD法测验其显著性。

2 结果与分析

2.1 淀粉粒粒度分布特征

由图1可知，不同处理玉米淀粉粒粒度分布趋势基本一致，粒径范围为0.40～45 μm。玉米胚乳不同粒径淀粉粒体积与表面积都呈双峰曲线分布，数目呈单峰曲线分布。淀粉粒体积分布峰值出现在1.5 和18 μm 左右，低谷出现在 3 μm 左右;表面积峰值出现在1.2和18 μm 左右，低谷出现在3 μm左右;数目分布峰值出现在1 μm左右。参照前人对玉米淀粉粒类组划分方法［13－15］，以淀粉粒直径3和18 μm为分界限，可将成熟的玉米淀粉粒分为小型淀粉粒组( ＜3 μm)、中型淀粉粒组(3～18 μm)和大型淀粉粒组(＞18 μm)3组。

图1 玉米胚乳淀粉粒体积(A)、表面积(B)与数目(C)分布Fig.1 Volume(A)，surface area(B)，and number(C)distribution of starch granules in maize kernel

表1 不同钾素水平对玉米淀粉粒体积分布的影响Table 1 Effects of potassium on volume distribution of starch granule in maize kernel

2.2 淀粉粒体积分布

从表1可知，各处理中玉米小型淀粉粒组(＜3 μm)、中型淀粉粒组(3～18 μm)和大型淀粉粒组(＞18 μm)淀粉粒体积分别约占总体积的8.29%、54.49%和36.21%，说明对体积贡献最大是中型淀粉粒组，其次为大型淀粉粒组，对体积的贡献最小为小型淀粉粒组。随着钾素水平的增加，淀粉粒平均粒径显著降低。与对照相比，施钾显著提高＜3 μm淀粉粒体积百分比。随着钾素水平的增加，玉米胚乳3～18 μm淀粉粒淀粉体积百分比显著增加，＞18 μm淀粉粒体积百分比显著减小。

2.3 淀粉粒表面积分布

由表2可知，小型、中型、大型淀粉粒组分别约占淀粉粒表面积的 48.56%、38.24%、12.89%。随着钾素的增加，玉米＜3 μm淀粉粒表面积百分比呈先增加后降低的变化趋势，其中施钾量270 kg/hm2处理最高。施钾0～270 kg/hm2范围内，3～18 μm淀粉粒表面积百分比无显著变化，当施钾量405 kg/hm2，3～18 μm淀粉粒表面积百分比显著增加。随着钾素的增加，玉米＞18 μm淀粉粒表面积百分比显著减小。

2.4 淀粉粒数目分布

由表3可知，小型淀粉粒组淀粉粒数目约占总淀粉粒的98%，大、中型淀粉粒组淀粉粒仅占总淀粉粒数目的1.28%和0.13%，说明成熟玉米籽粒中主要组成部分是小组淀粉粒。随着钾素的增加，玉米＜3 μm淀粉粒表面积百分比呈先增加后降低的变化趋势，3～18 μm淀粉粒表面积百分比呈先降低后增加的变化趋势。而随着钾素逐渐增加，＞18 μm淀粉粒数目百分比无显著变化。

表2 不同钾素水平对玉米淀粉粒表面积分布的影响Table 2 Effects of potassium on surface area distribution of starch granule in maize kernel

表3 不同钾素水平对玉米淀粉粒数目分布的影响Table 3 Effects of potassium on the number distribution of starch granule in maize kernel

表4 不同钾素水平对玉米淀粉糊化特性的影响Table 4 Effects of potassium on the pasting characteristics of maize starch

表5 玉米淀粉糊化参数与淀粉粒表面积分布的相关性分析Table 5 Correlation analysis between granule surface area distribution and pasting parameters of maize starch

2.5 淀粉糊化特性

由表4可知，与对照相比，玉米淀粉峰值粘度、最终粘度、保持粘度在随着钾素水平提高而显著减小。表明施用钾肥能降低淀粉糊化峰值粘度、最终粘度、保持粘度等糊化参数。

2.6 淀粉糊化参数与淀粉粒表面积分布的相关分析

由表5可知，＞18 μm淀粉粒表面积百分比与淀粉峰值黏度、保持黏度、最终黏度呈显著正相关。＜3 μm与3～18 μm淀粉粒表面积百分比与淀粉峰值黏度、保持黏度、最终黏度呈负相关。

3 讨论

禾谷类作物淀粉占胚乳细胞的90%左右，对作物品质起决定作用。张丽等［16］在研究不同淀粉含量玉米籽粒淀粉粒度的分布特征中将玉米籽粒分为小型(粒径＜2 μm 的淀粉粒) 、中型(2～15 μm) 和大型( ＞15 μm)3 类，Bechtel等［17］以5 和16 μm 为分界点把小麦淀粉粒划分为了 A型(＞16 μm)、B型(5～16 μm) 和 C型(＜5 μm)3种类型。本研究表明，玉米籽粒胚乳淀粉粒的粒径一般为0.40～45 μm，参照前人对玉米淀粉粒类组划分方法，取双峰点3和18 μm为分界点，将玉米淀粉粒划分为小型淀粉粒组(＜3 μm)、中型淀粉粒组(3～18 μm)和大型淀粉粒组(＞18 μm)3组。玉米胚乳不同粒径淀粉粒体积和表面积都呈现双峰分布，淀粉数目呈现单峰曲线分布。不同钾素处理胚乳玉米籽粒淀粉粒体积、表面积及数目的分布特征与前人［18－19］研究基本一致。

玉米淀粉形成受品种、栽培措施及环境的共同调控，且受环境条件的影响作用大于基因组［20－21］。本研究表明，随着钾素水平的增加，玉米胚乳＞18 μm淀粉粒体积与表面积百分比显著减小;而玉米胚乳＞18 μm淀粉粒数目百分比没有显著变化。随着钾素水平逐渐增加，淀粉峰值粘度、最终粘度、保持粘度显著降低。在小麦上研究表明，淀粉峰值、最终黏度与大淀粉粒比例呈极显著正相关，说明随着小麦籽粒大淀粉粒比例的增加，小麦淀粉峰值、最终黏度表现为升高的趋势［22］。相关分析表明，＞18 μm淀粉粒表面积百分比与峰值粘度、保持黏度、最终黏度之间呈显著正相关，说明玉米的糊化特性与其淀粉粒表面积分布有显著正相关。说明钾素通过降低胚乳大型淀粉粒组淀粉粒表面积与体积百分比，进而影响其糊化特性，即降低了其淀粉黏度，因此可通过控制施钾素的水平调控玉米淀粉粒度的分布，进而改良玉米淀粉的糊化特性，从而有助于改善玉米的品质。