南京农业大学学报  2020, Vol. 43 Issue (6): 998-1005   PDF    
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.202004011
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毛志强, 焦姣, 魏婷婷, 王宇, 王悦, 赵宪成, 周繁
MAO Zhiqiang, JIAO Jiao, WEI Tingting, WANG Yu, WANG Yue, ZHAO Xiancheng, ZHOU Fan
一种新型生物延缓剂对小麦穗发芽及其籽粒品质的影响
Effect of biological retardant on the pre-harvest sprouting and quality of wheat grains
南京农业大学学报, 2020, 43(6): 998-1005
Journal of Nanjing Agricultural University, 2020, 43(6): 998-1005.
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.202004011

文章历史

收稿日期: 2020-04-08
一种新型生物延缓剂对小麦穗发芽及其籽粒品质的影响
毛志强 , 焦姣 , 魏婷婷 , 王宇 , 王悦 , 赵宪成 , 周繁     
沈阳化工研究院有限公司, 辽宁 沈阳 110021
摘要[目的]针对小麦穗发芽导致减产降质的农业气候问题,探究生物延缓剂延缓小麦穗发芽及其对小麦籽粒品质的影响,旨在为该生物延缓剂延缓小麦穗发芽提供理论依据,并为下一步研究和推广奠定基础。[方法]选用河南开封主栽小麦品种‘泛麦8号’为试验材料,在小麦蜡熟期取样进行穗发芽诱导,试验设置5个处理和5个取样时间:CK(清水)、P(1%二甲基亚砜)、P+D(1%二甲基亚砜+0.1%渗透剂)、T2(1 500 mg·L-1生物延缓剂+1%二甲基亚砜+0.1%渗透剂)、M4(1 200 mg·L-1茉莉酸甲酯+1%二甲基亚砜+0.1%渗透剂),在浸种4 h后的12、24、36、60、84 h取样,探究不同时间该生物延缓剂对小麦发芽率、千粒质量、α-淀粉酶活性、淀粉及蛋白质含量的影响。[结果]不同处理的种子发芽率随诱导穗发芽时间延长呈现升高趋势,其中CK、P和P+D处理之间差异不显著;与CK相比,T2和M4的发芽率显著降低,T2的发芽时间延缓了24~32 h,而M4的种子失活,未能发芽。千粒质量随诱导穗发芽时间的延长呈现降低趋势,T2与CK相比缓解了小麦千粒质量降低的趋势。小麦α-淀粉酶活性随诱导穗发芽时间的延长呈现升高趋势,T2的α-淀粉酶活性显著高于M4。降落数值呈现降低趋势,CK、P和P+D处理降低的幅度显著大于T2和M4,且在诱导60 h后达到稳定状态,T2和M4的降落数值在36 h后急剧下降,且T2下降的更为明显。小麦总淀粉、支链淀粉、总蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量及小麦粉干湿面筋含量及SDS沉降值随小麦穗发芽时间的延长均呈现下降趋势,T2的这些指标在84 h时分别降低16.15%、19.25%、3.17%、5.95%、6.86%、9.58%、5.36%和12.53%,降低的幅度(比率)显著小于CK,而直链淀粉含量未受到显著影响。籽粒清蛋白和球蛋白含量呈现增加趋势,且清蛋白增加幅度大于球蛋白,而不同处理小麦的醇溶蛋白和谷蛋白含量随诱导穗发芽时间的延长呈现下降趋势,诱导84 h时T2和M4与CK相比差异显著,且谷蛋白受发芽的影响更为明显。[结论]喷施1 500 mg·L-1的生物延缓剂显著延缓小麦的穗发芽时间,保证了小麦种子的活力,且在一定程度上缓解小麦穗发芽导致产量降低和品质下降的负效应。
关键词小麦   生物延缓剂   穗发芽   α-淀粉酶   淀粉   蛋白质   
Effect of biological retardant on the pre-harvest sprouting and quality of wheat grains
MAO Zhiqiang, JIAO Jiao, WEI Tingting, WANG Yu, WANG Yue, ZHAO Xiancheng, ZHOU Fan    
Shenyang Research Institute of Chemical Industry Co. Ltd., Shenyang 110021, China
Abstract: [Objectives] In order to solve the problem of agricultural climate, which leads to the reduction of yield and quality with the harvest sprouting wheat, a new biological retardant was used to explore the effect of the biological retardant on the pre-harvest sprouting of wheat and the quality of wheat grains, which can provide the theoretical basis for delaying the pre-harvest sprouting of wheat and laying the foundation for the next research and promotion. [Methods] The wheat variety'Fanmai 8'in Kaifeng of Henan Province was selected as the experimental material, including five treatments and five sampling times in this experiment:CK(water), P[1% dimethyl sulfoxide(DMSO)], P+D(1% DMSO+0.1% penetrant), T2(1 500 mg·L-1 biological retardant+1% DMSO+0.1% penetrant), M4(1 200 mg·L-1 methyl jasmonate+1% DMSO+0.1% penetrant) and 12, 24, 48, 72, 84 h after seed soaking 4 h. The samples were carried out to explore the effect of biological retardant on delaying the germination rate, 1 000-grain weight, α-amylase activity, starch and protein content in wheat grains. [Results] The results indicated that the seed germination rate of wheat showed an increasing trend in different treatments, among which three treatments of CK, P and P+D did not show the significant difference. T2 and M4 significantly reduced the seed germination rate compared with CK, in which the seed germination rate of T2 treatment was delayed about 24-32 h, while seed vitality of wheat was killed by M4 and the grains couldn't germinate. The 1 000-grain weight decreased significantly with the increase of germination time, in which T2 alleviated the decrease, compared with CK. The α-amylase activity increased with the increase of pre-harvest sprouting time of wheat, and the α-amylase activity of T2 was significantly higher than M4. The falling number value showed a decreasing trend, and the decrease of CK, P, P+D was significantly higher than T2 and M4, and reached a steady state after the induction of 60 hours. T2 and M4 showed a sharp decline after 36 hours, in which the T2 decreased more significantly. The content of total starch, amylopectin, total protein, gliadin, glutelin, dry and wet gluten and SDS-sedimentation value of wheat grain showed a downward trend with the increase of the germination time of wheat grains. Among them, T2 was decreased by 16.15%, 19.25%, 3.17%, 5.95%, 6.86%, 9.58%, 5.36% and 12.53% respectively at 84 hours, in which the reduction percentage significantly was less than CK, but the amylose did not show the significant effect. The contents of albumin and globulin showed an increasing trend, and the increase percentage of albumin was greater than that of globulin. However, the contents of gliadin and glutenin decreased with the increase of germination time, T2 and M4 were significantly different with CK at 84 h, and glutenin was more affected by germination. [Conclusions] The application of 1 500 mg·L-1 biological retardant can significantly delay the pre-harvest sprouting of wheat and ensure the vigor of wheat seeds, and alleviate the negative effects of the pre-harvest sprouting of wheat, which resulted in the decrease of yield and quality.
Keywords: wheat    biological retardant    pre-harvest sprouting    α-amylase activity    starch    protein   

穗发芽(pre-harvest sprouting, PHS)是指小麦在收获前期遭遇连续阴雨天气而导致穗部籽粒发芽的现象, 是小麦产区面临的世界性农业气候挑战之一[1-2]。小麦穗发芽会导致产量损失6%~10%, 且发芽的小麦不能用于制种和制粉, 仅能作为饲料, 造成经济效益减少20%~50%[3-4]。因此, 延缓小麦穗发芽已成为农业育种和栽培研究的主要研究方向。

作为一个世界性的农业问题, 近几十年来国内外学者对小麦穗发芽进行了大量研究, 包括外部环境、种子自身的特性、生理机制及基因调控等方面, 并得出了许多重要的结论。影响小麦穗发芽的外部环境包括水分、温度、湿度、土壤条件等。空气湿度大、种子水分含量过高会导致小麦种子吸水膨胀皮层软化, 储藏物质被水解成可溶性物质[5-6]。在小麦穗发芽的生理机制研究中, 发现水解酶在小麦种子发芽过程中起重要作用, 其中α-淀粉酶活性可作为鉴定小麦穗发芽抗性的一个关键因素[7]。在小麦发芽过程中α-淀粉酶通过水解淀粉中的α-1, 4-葡萄糖苷键, 将淀粉水解成长度不同的短链糊精和可溶性糖类, 并且小麦种子的发芽率与α-淀粉酶活性呈显著正相关[8-10]。Appleford等[11]和Pérez-Flores等[12]研究发现α-淀粉酶的合成也会受到赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)的调控, ABA可通过关闭α-淀粉酶基因的转录来抑制α-淀粉酶合成, 而GA可诱导α-淀粉酶合成。因此, 抑制或降低小麦籽粒的内源α-淀粉酶活性是解决小麦穗发芽的一个主要途径。

穗发芽不仅降低小麦的产量, 而且严重影响小麦的加工品质和种用价值[13]。研究发现穗发芽小麦蛋白质含量显著降低, 并且随发芽程度加剧蛋白含量不断降低, 且面筋品质劣化, 网络结构松散, 面团黏性降低[14-17]。除此之外, 小麦千粒质量、出粉率[18]等指标也会因为小麦穗发芽而降低。

针对小麦穗发芽这一农业问题, 国内外学者已经从分子育种、栽培方式等方面进行解决, 虽然取得了一些成绩, 但仍面临严峻的挑战[3, 9-21]。在生产上, 化学调控也是一种比较有效的方式, 通过喷施外源化学物质来调节作物体内的酶代谢过程及激素平衡, 从而降低穗发芽的发生概率[22]。小麦穗发芽延缓剂多为生长抑制剂和激素类药剂, 且市场上延缓小麦穗发芽的产品较少, 主要包括青鲜素、烯效唑、脱落酸。尽管农民尝试一些延缓剂用于穗发芽的防治, 但是效果不明显且成本较高, 即使药剂显著抑制了穗发芽, 但籽粒的发育也会受到影响, 且药剂浓度高将导致作物种子失活[22-23]。针对上述情况, 本试验采用自主合成的一种生物延缓剂, 探究该生物延缓剂对小麦穗发芽的影响及其对籽粒品质的影响, 为产品的研发和推广奠定基础。

1 材料与方法 1.1 试验材料与试验设计

试验于2019年6—11月在沈阳化工研究院实验室中进行, 供试小麦品种为‘泛麦8号’, 取自河南省开封市祥符区半坡店乡(114°26′E, 34°45′N), 2018—2019年生长季田间管理方法与当地相同, 于小麦籽粒蜡熟期取样, 取样时保留茎秆和根系, 7 d后进行穗发芽诱导。

生物延缓剂为化学合成的化合物(E)-N-(2-氟苯基)-2-(3-(羟亚胺)-2-戊基环戊基)乙酰胺。根据浓度筛选预试验, 本研究共设置5个试验处理和5个取样时间。5个处理分别为CK(清水)、P(1%二甲基亚砜)、P+D(1%二甲基亚砜+0.1%渗透剂)、T2(1 500 mg·L-1生物延缓剂+1%二甲基亚砜+0.1%渗透剂)、M4(1 200 mg·L-1茉莉酸甲酯+1%二甲基亚砜+0.1%渗透剂); 取样时间:分别在浸种4 h后的12、24、48、72、84 h取样分析, 每个处理3次重复, 样本量为320个麦穗。生物延缓剂为茉莉酸甲酯功能类似物, 阳性对照药剂为茉莉酸甲酯(MeJA)。生物延缓剂结构如下:

1.2 项目测定与方法 1.2.1 小麦种子发芽率统计和千粒质量

麦穗经过不同处理溶液浸泡后, 分别在12、24、36、60、84 h统计小麦种子发芽率, 每个处理5个生物学重复。经过处理后不同时间点的麦穗放到烘箱烘干, 统计小麦籽粒的千粒质量。

1.2.2 小麦支链淀粉、直链淀粉及总淀粉含量

小麦籽粒中总淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量参照Jiang等[24]和Zhang等[25]的方法测定。

1.2.3 小麦α-淀粉酶活性和降落数值

α-淀粉酶活性采用α-淀粉酶试剂盒(苏州科铭生物技术有限公司生产)测定。参照《谷物降落数值测定法:GB/T 10361—1989》, 采用Perten 1700型降落数值仪(Perten, 瑞士)测定降落数值。

1.2.4 小麦蛋白质及其组分含量

参照《现代植物生理学实验指南》[26]提取蛋白组分, 参照《谷类、豆类作物种子粗蛋白质测定法:GB/T 2905—1982》测定蛋白质含量。

1.2.5 小麦粉SDS-沉降值及面筋含量

参照《小麦粉沉淀值测定法:GB/T 15685—1995》测定小麦粉SDS-沉降值; 参照《小麦粉干面筋测定法:GB/T 14607—1993》测定小麦面筋含量。

1.3 数据分析

采用Excel 2010软件进行数据处理, 用Sigmaplot 10.0作图, 用SPSS 20.0统计分析软件进行差异显著性检验(LSD法, α=0.05)。每个试验处理设3次生物学重复。

2 结果与分析 2.1 生物延缓剂对小麦种子发芽率及千粒质量的影响

图 1可知:随诱导穗发芽时间的增加, 各处理的种子发芽率均表现出增加的趋势, CK、P和P+D的发芽率基本相同, 表明1%二甲基亚砜和0.1%渗透剂对种子活力不产生影响。T2和M4与CK相比小麦种子的发芽率显著降低, 其中T2在诱导36 h后种子开始萌发, 种子发芽延缓了24~32 h, 而M4在诱导84 h后发芽率仅有1.99%, 虽然抑制了穗发芽, 但是小麦种子已经失去活力。不同处理种子的千粒质量随诱导穗发芽时间的增加呈现降低趋势, CK、P和P+D的千粒质量降低最明显。在84 h时T2的千粒质量减少21.09%。M4由于种子失去活性, 降低的千粒质量仅减少8.32%, 与CK相比差异显著。

图 1 生物延缓剂对小麦种子发芽率和千粒质量的影响 Fig. 1 Effect of biological retardant on germination rate and 1 000-grain weight of wheat seed CK、P、P+D、T2、M4分别表示清水、1%二甲基亚砜、1%二甲基亚砜+0.1%渗透剂、1 500 mg·L-1生物延缓剂+1%二甲基亚砜+0.1%渗透剂、1 200 mg·L-1茉莉酸甲酯+1%二甲基亚砜+0.1%渗透剂。 CK, P, P+D, T2, M4 represent treatments of water, 1% dimethyl sulfoxide(DMSO), 1% DMSO+0.1% penetrant, 1 500 mg·L-1 biological retardant+1% DMSO+0.1% penetrant, 1 200 mg·L-1 methyl jasmonate+1% DMSO+0.1% penetrant, respectively.
2.2 生物延缓剂对小麦α-淀粉酶活性和降落数值的影响

图 2可知:随诱导穗发芽时间增加, 各处理α-淀粉酶活性均增加, CK、P和P+D的α-淀粉酶活性升高最为明显, T2和M4的α-淀粉酶活性显著低于CK, 而T2的α-淀粉酶活性较M4显著提高1.31倍。不同处理的降落数值随诱导发芽时间增加呈降低趋势, CK、P、P+D的降低幅度显著大于T2和M4, 且在诱导60 h后达到稳定状态, T2和M4的降落数值在36 h后表现出急剧下降的趋势, T2下降的幅度大于M4。

图 2 生物延缓剂对小麦α-淀粉酶活性和降落数值的影响 Fig. 2 Effect of biological retardant on the activity of α-amylase and falling number of wheat
2.3 生物延缓剂对小麦籽粒淀粉含量的影响

表 1可见:随诱导发芽时间增加, 不同处理小麦籽粒的总淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量均下降, 其中总淀粉和支链淀粉含量降低幅度大于直链淀粉含量。CK、P、P+D的总淀粉含量差异均不显著, 在84 h时分别降低32.07%、30.95%和30.92%。T2、M4在36 h后的总淀粉含量降低明显, 其中T2的总淀粉含量在60和84 h分别降低9.72%和16.15%, M4的在60和84 h降低3.73%和7.32%, 均与CK、P、P+D差异显著, 且T2与M4间差异显著。不同处理穗发芽诱导后的支链淀粉含量与总淀粉含量表现出相同的趋势, 在84 h时T2、M4的支链淀粉含量与CK差异显著, 且T2与M4间差异显著。不同处理间的直链淀粉含量未表现显著降低的趋势, 说明小麦穗发芽对总淀粉和支链淀粉的影响较明显, 对直链淀粉的影响较小。

表 1 生物延缓剂对小麦总淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量的影响 Table 1 Effect of biological retardant on total starch, amylose, and amylopectin contents of wheat
处理时间/h
Treatment time
处理
Treatment
总淀粉含量/%
Total starch content
支链淀粉含量/%
Amylopectin content
直链淀粉含量/%
Amylose content
12 CK 61.11±1.20a 45.58±1.38a 15.53±0.19a
P 61.14±1.00a 45.73±3.25a 15.41±0.47a
P+D 60.99±1.56a 45.34±1.87a 15.65±0.91a
T2 62.00±0.98a 46.13±1.37a 15.88±0.60a
M4 62.48±1.63a 46.51±0.94a 15.96±0.98a
24 CK 59.02±0.82b 43.77±2.61ab 15.25±0.69ab
P 58.63±2.05b 43.30±2.24b 15.33±0.64ab
P+D 58.65±2.09b 43.63±1.29ab 15.02±0.79b
T2 61.97±0.62ab 45.81±0.34ab 16.16±0.53ab
M4 63.04±0.29a 46.77±1.09a 16.20±0.40a
36 CK 57.55±2.66b 42.60±2.11b 14.95±0.58b
P 57.15±2.62b 42.22±2.12b 14.94±0.88b
P+D 56.84±1.44b 42.22±1.58b 14.61±0.42b
T2 60.89±1.41ab 45.21±1.10ab 15.68±0.45ab
M4 62.89±1.37a 46.69±1.64a 16.13±0.60a
60 CK 47.87±0.43c 33.52±0.63c 14.35±0.60b
P 48.82±0.95c 34.06±0.44c 14.77±0.66b
P+D 48.64±0.95c 34.17±0.86c 14.47±0.61b
T2 55.97±0.82b 40.97±1.17b 15.00±0.23ab
M4 60.15±0.47a 44.25±1.18a 15.90±0.51a
84 CK 41.51±1.43c 27.35±1.10c 14.16±0.60b
P 42.22±1.48c 28.15±1.10c 14.07±0.77b
P+D 42.14±0.46c 27.97±0.86c 14.16±0.24b
T2 51.99±0.72b 37.24±1.74b 14.74±0.54ab
M4 57.90±0.18a 42.21±0.22a 15.69±0.73a
注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。
Note:The different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level. The same as follows.
2.4 生物延缓剂对小麦籽粒蛋白质含量及其组分的影响

表 2可见:随诱导穗发芽时间增加, 不同处理小麦籽粒总蛋白含量均减少。在蛋白组分中, 醇溶蛋白和谷蛋白含量降低, 而清蛋白和球蛋白含量增加。CK、P、P+D的总蛋白含量差异不显著, 而T2和M4的总蛋白含量与CK相比差异显著, 在60和84 h时分别降低1.56%、0.52%和3.17%、1.58%, 且T2和M4间差异不显著。不同处理的清蛋白和球蛋白含量在12、24、36 h差异不显著, CK、P、P+D在84 h时清蛋白和球蛋白含量分别增加11.37%~16.76%和8.16%~8.88%, 而T2的清蛋白和球蛋白含量分别增加6.06%和2.42%, M4增加2.39%和0.57%。不同处理小麦的醇溶蛋白和谷蛋白含量随诱导发芽时间的增加呈现下降的趋势, 在84 h时T2和M4与CK相比差异显著, 但T2和M4差异不显著。T2的醇溶蛋白和谷蛋白含量分别降低5.95%和6.86%, 谷蛋白降低的幅度大于醇溶蛋白, 表明谷蛋白受发芽的影响更明显。

表 2 生物延缓剂对小麦籽粒总蛋白及其组分含量的影响 Table 2 Effect of biological retardant on the total protein content and protein component content of wheat grain
处理时间/h
Treatment time
处理
Treatment
清蛋白含量/%
Albumin content
球蛋白含量/%
Globulin content
醇溶蛋白含量/%
Gliadin content
谷蛋白含量/%
Glutelin content
总蛋白含量/%
Total protein content
12 CK 2.45±0.19a 2.06±0.10a 3.51±0.14a 4.37±0.22a 13.55±0.40a
P 2.37±0.14a 2.04±0.12a 3.47±0.14a 4.40±0.12a 13.50±0.25a
P+D 2.34±0.10a 2.11±0.12a 3.55±0.12a 4.36±0.24a 13.48±0.44a
T2 2.37±0.07a 2.10±0.12a 3.50±0.14a 4.36±0.32a 13.50±0.40a
M4 2.39±0.11a 2.08±0.04a 3.52±0.17a 4.48±0.18a 13.52±0.47a
24 CK 2.40±0.12a 2.08±0.12a 3.49±0.11a 4.34±0.21a 13.43±0.37a
P 2.42±0.14a 2.06±0.10a 3.48±0.11a 4.42±0.21a 13.48±0.45a
P+D 2.42±0.12a 2.09±0.10a 3.54±0.11a 4.32±0.35a 13.47±0.57a
T2 2.35±0.09a 2.09±0.06a 3.51±0.15a 4.40±0.13a 13.43±0.28a
M4 2.37±0.10a 2.03±0.12a 3.53±0.14a 4.45±0.12a 13.45±0.41a
36 CK 2.51±0.03a 2.12±0.09a 3.23±0.12c 4.03±0.24b 12.94±0.39a
P 2.45±0.12a 2.11±0.07a 3.20±0.07c 4.06±0.21ab 12.95±0.17a
P+D 2.51±0.09a 2.15±0.07a 3.28±0.08bc 4.08±0.27ab 13.01±0.29a
T2 2.43±0.07a 2.08±0.05a 3.44±0.13ab 4.38±0.11ab 13.31±0.33a
M4 2.40±0.05a 2.06±0.10a 3.51±0.14a 4.43±0.12a 13.43±0.41a
60 CK 2.55±0.14ab 2.14±0.07a 3.05±0.14b 3.48±0.16b 12.36±0.34b
P 2.60±0.11ab 2.22±0.05a 3.02±0.07b 3.43±0.14b 12.38±0.31b
P+D 2.63±0.08a 2.15±0.10a 3.00±0.10b 3.46±0.16b 12.30±0.38b
T2 2.46±0.10ab 2.11±0.12a 3.37±0.12a 4.25±0.12a 13.28±0.33a
M4 2.42±0.10b 2.08±0.12a 3.46±0.13a 4.39±0.12a 13.45±0.44a
84 CK 2.78±0.11a 2.25±0.07a 2.66±0.07b 2.68±0.05b 11.27±0.33b
P 2.76±0.18a 2.21±0.05ab 2.69±0.10b 2.67±0.12b 11.14±0.19b
P+D 2.60±0.08ab 2.28±0.06a 2.68±0.05b 2.69±0.12b 11.29±0.26b
T2 2.51±0.07ab 2.16±0.07ab 3.29±0.07a 4.06±0.21a 13.08±0.60a
M4 2.45±0.09b 2.10±0.10b 3.39±0.16a 4.31±0.17a 13.34±0.46a
2.5 生物延缓剂对小麦SDS-沉降值的影响

图 3可知:随着诱导穗发芽时间的增加, 各处理的SDS-沉降值均表现降低的趋势, 其中CK、P、P+D间差异不显著, 降低的幅度显著大于T2和M4。T2和M4的SDS-沉降值在36 h后降低幅度增加, T2下降更明显。在84 h时, T2和M4的SDS-沉降值与CK相比差异显著, 且T2降低的幅度与M4相比增加12.53%。

图 3 生物延缓剂对小麦SDS-沉降值的影响 Fig. 3 Effect of biological retardant on SDS sedimentation volume of wheat
2.6 生物延缓剂对小麦干、湿面筋含量的影响

表 3可知:随着诱导穗发芽时间的增加, 小麦粉的湿面筋和干面筋含量均下降。CK、P、P+D的湿面筋和干面筋含量降低明显, 且在诱导后36 h后面筋含量下降速率加快; 在60~84 h, CK、P、P+D的干面筋和湿面筋含量分别降低19.15%~20.57%、16.13%~18.44%。与CK相比, T2和M4干、湿面筋含量降低趋势显著减小。在60~84 h, T2的干面筋和湿面筋含量分别降低9.58%和5.36%, M4的干面筋和湿面筋含量分别降低6.40%和2.02%, 且在84 h时, T2和M4与CK相比差异显著, 且T2和M4之间差异显著。生物延缓剂在保证小麦种子活力的同时, 缓解小麦穗发芽导致的干、湿面筋含量的下降。

表 3 生物延缓剂对小麦干、湿面筋含量的影响 Table 3 Effect of biological retardant on dry and wet gluten content of wheat
处理时间/h
Treatment time
处理
Treatment
湿面筋含量/%
Wet gluten content
干面筋含量/%
Dry gluten content
12 CK 26.89±0.80a 9.75±0.29a
P 27.07±0.95a 9.67±0.23a
P+D 27.30±0.66a 9.85±0.20a
T2 26.81±0.60a 9.71±0.26a
M4 27.03±0.85a 9.77±0.29a
24 CK 26.16±0.84a 9.50±0.31ab
P 26.33±0.52a 9.46±0.14ab
P+D 25.94±0.34a 9.25±0.34b
T2 26.88±0.62a 9.69±0.23a
M4 27.17±0.70a 9.81±0.25a
36 CK 25.25±0.47b 8.72±0.26b
P 24.99±0.77b 8.66±0.31b
P+D 25.11±0.34b 8.59±0.24b
T2 26.57±0.65a 9.32±0.09a
M4 26.92±0.19a 9.40±0.17a
60 CK 22.34±0.44c 7.84±0.14c
P 22.01±0.11c 7.76±0.20c
P+D 21.93±0.52c 7.94±0.20c
T2 25.45±0.44b 8.94±0.20b
M4 26.43±0.42a 9.27±0.15a
84 CK 18.22±0.42c 6.34±0.12c
P 18.08±0.40c 6.25±0.23c
P+D 18.39±0.29c 6.30±0.15c
T2 24.09±0.28b 8.08±0.16b
M4 25.89±0.34a 8.67±0.27a
3 讨论 3.1 生物延缓剂对小麦籽粒淀粉含量的影响

小麦穗发芽后, 籽粒的碳水化合物水解酶和降解酶活性显著升高, 导致储藏在胚和胚乳中的营养物质被降解, 千粒质量和产量降低[27-28]。王丽娜[17]也发现随着发芽程度的增加, 储藏物质被水解和消耗, 导致小麦千粒质量下降, 出粉率降低。在本研究中, 随着小麦诱导穗发芽时间的增加, 小麦种子的发芽率显著升高, 千粒质量显著降低。经过生物延缓剂处理的小麦能够延缓穗发芽的时间, 种子发芽延缓24~32 h, 且在诱导发芽84 h后T2储藏物质被降解的速率降低, 缓解千粒质量急剧降低的趋势。而经过茉莉酸甲酯处理后, 虽然抑制了穗发芽, 但种子几乎失去活性且药性不稳定, 失去了生产意义。

α-淀粉酶广泛存在于植物体内, 参与许多植物的代谢过程, 它能够水解种子中α-1, 4-糖苷键来影响发芽率, 因此, α-淀粉酶活性与穗发芽之间被认为具有非常显著的关系[29]。降落数值是反映α-淀粉酶活性的一个重要指标, 小麦中的α-淀粉酶会降解籽粒中的淀粉, 从而影响小麦的降落数值[30]。研究发现, 小麦发芽后的淀粉颗粒遭到水解酶侵蚀, A型淀粉表面结构被破坏, 具有较明显的“赤道”槽, 导致淀粉含量降低[31]。在本研究结果中, 随着小麦穗发芽时间的增加, α-淀粉酶活性显著增高, 降落数值明显降低, 总淀粉含量、支链淀粉含量也呈现逐渐降低的趋势。而1 500 mg·L-1生物延缓剂能够缓解淀粉被水解的速率, 抑制α-淀粉酶活性, 在84 h处理T2的总淀粉和支链淀粉含量下降, 分别缓解了49.62%和51.84%。本研究中的直链淀粉含量随着发芽时间的增加也表现逐渐降低的趋势, 但未受到显著影响, 与张玉荣等[32]的研究结果一致。此外, 生物延缓剂延缓α-淀粉酶活性的原因可能与籽粒内源的激素平衡有关, 推测其能够有效调控ABA和GAs的平衡关系, 进而延缓小麦发芽时间。

3.2 生物延缓剂对小麦蛋白质含量的影响

小麦籽粒中蛋白质含量仅有9%~15%, 但对小麦的品质至关重要。Osborne[33]在1907年根据蛋白质溶解性将其分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。面筋蛋白的主要成分为醇溶蛋白和谷蛋白, 面筋蛋白遇水之后相互作用形成面筋网络结构[34]。Simsek等[4]研究发现小麦发芽后, 其内源蛋白酶活性显著升高, 天冬酰胺浓度受到显著影响, 蛋白质被降解, 氨基酸含量增加。研究发现小麦发芽后蛋白质被降解, 面筋品质和含量显著降低, 结构被破坏, 黏性下降[35]。在本研究中, 生物延缓剂显著缓解小麦籽粒蛋白品质降低的负效应。在诱导发芽84 h时, 经1 500 mg·L-1延缓剂处理后小麦籽粒的总蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量、干面筋与湿面筋含量及SDS沉降值降低分别缓解了81.18%、75.37%、82.32%、49.96%、70.91%、53.07%, 说明生物延缓剂能够降低小麦蛋白酶活性, 缓解蛋白质被分解的速率, 在一定程度上维持小麦籽粒蛋白质含量及面筋品质。

综上, 化学调控是一种快速有效的方式, 在小麦籽粒蜡熟期经过1 500 mg·L-1生物延缓剂处理后, 小麦发芽时间延缓了24~32 h, 且保证了小麦种子的活力。随着诱导发芽时间的增加, α-淀粉酶活性被有效抑制, 小麦千粒质量和品质下降的负效应也得到缓解。小麦蜡熟期后施药是否存在药物残留以及食品的安全性需要进一步研究。

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