小麦是世界上重要的粮食作物之一，近年来产需平衡有余，而强筋小麦的生产尚不能满足市场需求；且人们越来越追求高品质生活，强筋小麦的需求量也增加[1]，发展优质高产强筋小麦对维持国家粮食安全至关重要[2]。水分是小麦生长中必不可少的，但由于全球变暖，平均气温升高导致降雨量减少，人口的迅速增加和农业耗水严重导致淡水资源匮乏，小麦发展正面临干旱和减产的威胁和挑战[3]。

淀粉和蛋白质是强筋小麦的主要组成成分，近年来关于强筋小麦蛋白质及其加工品质的研究较多[4-6]，而关于灌水次数对强筋小麦淀粉及其理化特性的研究较少。水分是影响小麦籽粒淀粉积累的关键因子之一，淀粉含量及组分又与淀粉理化特性密切相关[7-8]。有研究表明，增加灌水次数有利于小麦籽粒产量和淀粉含量增加[9-10]，特别是支链淀粉含量[11]，但降低了直链淀粉含量和直/支比；相反，过多的灌水会导致籽粒淀粉平均积累速率下降，从而导致淀粉积累量减少[12]。直链淀粉含量与热力学特性相关指标呈负相关；而支链淀粉含量越高越规则排列，糊化需要吸收热量越多，糊化焓越高[13]，可有效改善小麦淀粉糊化特性[14]。淀粉的晶体类型并不会因干旱有所改变，但降低了淀粉的相对结晶度[15]；宋霄君等[16]研究结果与之相反，花后干旱胁迫可以显著提高淀粉的相对结晶度。因此，明确合理的灌水次数可以有效提高小麦籽粒产量，改善淀粉品质[17]，同时对探究强筋小麦优质高产的水分调控措施具有重要意义。

本试验选用中麦998和津农7号2个强筋小麦品种为材料，研究分析3种灌水处理对强筋小麦淀粉含量及组分、淀粉理化特性、产量的影响，并对淀粉含量与淀粉理化特性之间进行了相关性分析，为冀东及其他类似生态区节水高效优质小麦栽培提供一定的技术途径和理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

该试验选用中麦998和津农7号2个强筋小麦品种为材料，于河北省秦皇岛市昌黎县河北科技师范学院试验站(119.13°E，39.44°N)进行大田试验，0～20 cm土层土壤基础地力为：有机质21.17 g/kg、全氮1.31 g/kg、速效氮114.60 mg/kg、速效磷20.13 mg/kg、速效钾91.39 mg/kg。设3个灌水处理：春季不灌水(W0)；拔节水(W1)；拔节水+开花水(W2)。3次重复，随机区组设计，不同灌水处理之间设置2.5 m保护行。其中拔节水时间为4月11日，开花水时间为5月13日；每次灌水60 mm，用水表严格控制。小麦于2019年10月1日播种，播种前施复合肥(N 15%、P2O5 15%、K2O 15%)800 kg/hm2，拔节期施尿素(N含量46%)260 kg/hm2。三叶期定苗525×104株/hm2，年前统一灌越冬水，年后正常除草、杀虫、防病害，2020年6月24日收获。小麦关键生长期间降水量如下图1。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 总淀粉含量及其组分的测定 取成熟期小麦籽粒，105 ℃杀青，60 ℃烘干后用PULVERISETTE 14粉碎机(Fritsch，德国)磨全麦粉，用双波长法测籽粒中直链、支链及总淀粉含量[18]。

1.2.2 淀粉理化特性的测定 淀粉提取和理化特性的试验参照Wang等[19]和蔡瑞国[20]的方法进行。用DSC 214差示热量分析仪(Netzsch，德国)测热力学特性；用RVA 4500快速粘度分析仪(Perten，瑞典)测糊化特性；用D/max 2500 PC型X-射线衍射仪(Rigaku，日本)测晶体特性。

1.2.3 小麦产量及构成因素的测定 在完熟期，每个处理取1 m2区域，数穗数、穗粒数，晒干后称取千粒质量、产量，3次重复。

1.3 统计分析

数据的统计分析用IBM SPSS Statistics 26，作图用Excel 2010。

2 结果与分析

2.1 春季灌水次数对强筋小麦淀粉含量及其组分含量的影响

适宜的灌水次数有利于提高强筋小麦籽粒支链淀粉含量及总淀粉含量(表1)。两品种的支链淀粉含量及总淀粉含量均随灌水次数的增加先上升后下降，且W1处理显著高于其他2个处理，而两品种直/支比以W1处理最低。对于支链淀粉含量，中麦998和津农7号的W1处理较W0处理分别提高了9.88%，9.35%。于总淀粉含量，两品种的W1处理较W0处理分别提高了8.45%，6.34%。直链淀粉含量存在品种间差异，中麦998的W1和W2处理显著高于W0处理，但W1和W2处理间差异不显著；津农7号的直链淀粉含量在不同灌水处理间差异不显著。

2.2 春季灌水次数对强筋小麦淀粉热力学特性的影响

两品种的高峰温度与糊化焓均随灌水次数增加先上升后下降，与支链淀粉含量和总淀粉含量趋势一致。说明适宜的增加灌水有利于支链淀粉增加，从而提高糊化焓和高峰温度。灌水次数对两品种的起始温度和终止温度因基因型而表现不同(表2)，中麦998的起始温度和终止温度以W1处理最高，且W1处理的终止温度显著高于其他2个处理，而起始温度的3个处理之间差异不显著；津农7号的起始温度和终止温度以W2处理最高，W1和W2处理的终止温度无显著性差异。

2.3 春季灌水次数对强筋小麦淀粉糊化特性的影响

由表3可知，两品种的糊化时间均以W1处理的最高，分别为4.50，4.20 min，显著大于其他2个处理；两品种的峰值粘度和稀懈值以W0处理最高，且稀懈值的趋势与峰值粘度趋势完全一致。糊化特性的其他指标存在品种间差异，对于中麦998，W1处理的谷值粘度、糊化温度显著高于W0处理而与W2处理之间差异不显著，但W1处理的最终粘度、反弹值均显著高于W0和W2处理；于津农7号，最终粘度、反弹值、糊化温度随灌水次数增加呈现上升趋势，但W1和W2处理的糊化温度差异不显著，谷值粘度以W0处理最高。

2.4 春季灌水次数对强筋小麦淀粉晶体特性的影响

淀粉粒的XRD衍射图谱表明(图2)，两品种在15°，19°，23°处各有一个峰，在17°，18°附近有连续的2个峰，说明不同灌水次数处理并不会改变淀粉的晶体类型；两品种皆以W1处理晶体强度最高，W0和W2处理较低且差异不显著，x-衍射图谱几乎重合。图3表明，两品种的相对结晶度均以W1处理最高，且显著大于W0处理，说明干旱不利于改善籽粒淀粉晶体特性，而适量灌水次数有利于淀粉结晶区的形成，提高淀粉相对结晶度。

2.5 强筋小麦淀粉组分与淀粉理化特性的相关性分析

强筋小麦籽粒淀粉热力学特性、糊化特性和晶体特性与淀粉含量及组分含量密切相关(表4)。淀粉高峰温度、终止温度、糊化焓均与支链淀粉和总淀粉含量呈显著正相关，其中高峰温度和终止温度与支链淀粉和总淀粉含量呈极显著正相关；高峰温度、糊化焓与直/支比呈显著负相关。说明提高支链淀粉含量有利于提高淀粉热力学特性。

谷值粘度和直链淀粉呈显著正相关；与之不同的是，峰值粘度、稀懈值与支链淀粉和总淀粉含量呈极显著负相关，而糊化温度和糊化时间与支链淀粉和总淀粉含量表现出显著正相关，增加支链淀粉含量可提高糊化温度和糊化时间，而直/支比与糊化特性指标相关性不显著。相对结晶度表现出与支链淀粉含量呈显著正相关，而与直/支比呈极显著负相关，提高支链淀粉含量有利于提高相对结晶度。

2.6 春季灌水次数对强筋小麦产量及其构成因素的影响

由表5可知，中麦998和津农7号2个品种均以W2处理产量最高，且W2处理均与W1处理产量差异不显著，中麦998的W1和W2处理分别比不灌水处理显著提高了7.61%，7.88%，津农7号的W1和W2处理分别比不灌水处理显著提高了9.10%，9.99%。两品种穗数、穗粒数、千粒质量均以W2处理最高，且W2处理的千粒质量显著高于其他2个处理，但于中麦998的穗粒数和津农7号的穗数，W2处理均与W1处理差异不显著。

3 讨论与结论

3.1 春季灌水次数对强筋小麦淀粉含量及其组分含量的影响

张丽霞等[21]研究表明，增加灌水次数，支链淀粉和直链淀粉含量均有所增加；而孟维伟等[22]在研究灌水处理对济麦20淀粉含量及产量的影响时发现，灌水次数增加可以提高直链淀粉含量，而不利于支链淀粉含量、直/支比的提高。本试验结果显示，仅春灌拔节水(W1)时显著提高了强筋小麦籽粒支链淀粉含量和总淀粉含量，特别是支链淀粉含量，而对直链淀粉含量影响不显著，与付雪丽等[23]研究结果不一致，这可能存在品种间差异，也可能受降雨量多少的影响。

3.2 春季灌水次数对强筋小麦淀粉理化特性的影响

小麦籽粒淀粉构成物质的主要来源是花前营养器官中非结构碳水化合物的再动员和花后光合作用形成的即时产物，不同灌水次数使淀粉积累速率及淀粉组分含量产生差异，进而影响了淀粉热力学特性、糊化特性、晶体特性[15， 24-25]。糊化特性是影响小麦籽粒淀粉品质的重要因素[26]，前人指出，除稀懈值外，水分对其他糊化特性具有显著的调节作用，且随灌水次数的增加或灌水时期的后移呈现下降趋势[27-28]，而灌水次数对强筋小麦淀粉热力学特性的影响鲜见报道。本研究结果表明，仅春灌拔节水(W1)时提高了中麦998的热力学特性相关指标和津农7号的高峰温度、糊化焓；同时，也提高了中麦998的谷值粘度、最终粘度、反弹值、糊化温度、糊化时间和津农7号的糊化时间，这可能是因为此处理的淀粉在积累过程中导致淀粉结构排列更加规则、分子间的结合更加紧密，提高了糊化特性，解决了面包品质优良而面条品质一般的问题。籽粒中的淀粉以颗粒形式存在，淀粉颗粒分为结晶区和非结晶区，可以通过XRD衍射图谱证实[29]。本试验条件下，灌水次数没有改变籽粒淀粉的晶体类型，但两品种均在春灌拔节水(W1)时提高了淀粉结晶强度和相对结晶度，与宋霄君等[16]的干旱胁迫有助于提高相对结晶度的研究结果不一致，这可能由于不同品种特性引起的。

3.3 强筋小麦淀粉组分与淀粉理化特性相关性分析

适宜的灌水处理可以提高淀粉含量和淀粉组分含量，从而影响籽粒淀粉的理化特性。前人指出，直链淀粉与峰值粘度、稀懈值呈极显著正相关，而与糊化温度、相对结晶度表现出显著负相关[17]；其中相对结晶度与支链淀粉呈显著正相关[30]。本研究表明，支链淀粉含量与除了起始温度的其他热力学特性相关指标呈显著或极显著正相关，与热力学特性相关指标糊化温度、糊化时间呈显著正相关，而与峰值粘度、稀懈值呈极显著负相关；相对结晶度与支链淀粉含量呈显著正相关，而与直/支比呈极显著负相关。比起直链淀粉含量，支链淀粉含量与淀粉理化特性更密切相关。因此，提高支链淀粉含量，降低直/支比，有利于淀粉结晶区的形成，改善淀粉理化特性。

3.4 春季灌水次数对强筋小麦产量及其构成因素的影响

水分是小麦整个生育过程中必不可少的因素之一，适宜的灌水次数、灌水量有利于淀粉的积累，提高产量[31-32]。有研究结果表明，干旱胁迫会抑制支链淀粉的合成，从而使产量下降[33]；花后渍水也会导致淀粉含量积累减少，产量下降[34]。本试验表明，两品种在仅春灌拔节水(W1)时可以保持较高的产量，仅次于春灌拔节水和开花水(W2)，与任婕等[35]研究结果不一致，这可能是因为当年4，5月份降雨量太多且正值小麦拔节期、开花期，导致过多的灌水次数并没有显著提高强筋小麦产量。

综上所述，仅春灌拔节水可有效提高强筋小麦籽粒淀粉含量和支链淀粉含量，提高产量同时又能满足节水的要求。不同灌水次数使淀粉组分含量产生差异，从而对淀粉热力学特性、糊化特性和晶体特性产生不同影响。与直链淀粉相比，支链淀粉含量与淀粉理化特性更密切相关。

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Effect of Spring Irrigation Times on Starch Composition and Physicochemical Properties of Strong Gluten Wheat

GUO Shuangshuang1，YAO Yanrong2， ZHANG Min1，LI Qingyao1， FU Chenchen1， XU Dongna1， SHI Jinping1， CAI Ruiguo1

(1.Hebei Key Laboratory of Crop Stress Biology， College of Agronomy and Biotechnology， Hebei Normal University of Science and Technology， Qinhuangdao 066004， China；2.Institute of Cereal and Oil Crops，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Shijiazhuang 050035， China)

Abstract： In order to explore the effects of irrigation times in spring on starch contents and physicochemical properties of strong gluten wheat in Eastern Hebei Plain， the experiment was conducted with Zhongmai 998 and Jinnong 7.This study researched the effect of three irrigation treatments (W0：no irrigation in spring；W1：irrigation in jointing stage；W2：irrigation in jointing stage and flowering stage) on starch contents and composition， thermodynamic properties， gelatinization properties and crystal properties of strong gluten wheat grains， and analyzed the correlation between starch composition and physicochemical properties of starch.The results showed that amylopectin and total starch contents of 2 varieties significantly improved when irrigation in jointing stage(W1)， Zhongmai 998 increased by 9.88%， 8.45%， Jinnong 7 increased by 9.35%， 6.34%， and the yield was higher， second only to W2 treatment.With the increase of irrigation times， the peak temperature and gelatinization enthalpy of 2 varieties rose and then decreased， but the peak viscosity and breakdown were highest at W0 treatment， gelatinization time rose and then decreased， final viscosity and gelatinization temperature was difference between varieties， Zhongmai 998 rose and then decreased while Jinnong 7 showed upward trend；Crystal strength and relative crystallization rose and then decreased.The correlation analysis showed that the content of amylose had significantly positively correlated on trough viscosity， the content of amylopectin had significantly or very significantly positively correlated on peak temperature， final temperature，gelatinization enthalpy， gelatinization temperature， gelatinization time， relative crystallization， and had very significantly negative correlated to peak viscosity and breakdown.In conclusion， under the experimental conditions， it can effectively improve amylopectin content， total starch content and grain yield of strong gluten wheat when irrigation in jointing stage(W1)， and then affect the physicochemical properties of starch；compared with amylose， the amylopectin content was closer to the physicochemical properties of starch.

Key words： Strong gluten wheat；Irrigation times；Starch composition；Physicochemical properties of starch；Yield

收稿日期：2021-11-10

基金项目：秦皇岛市科学技术研究和发展计划项目(202002B007)；“十三五”国家重点研发计划项目(2016YED0300402-2)

作者简介：郭双双(1996-)，女，山东德州人，在读硕士，主要从事小麦生理机制与调控研究。

通讯作者：蔡瑞国(1979-)，男，山东青州人，教授，博士，主要从事作物高产优质生理生态研究。

中图分类号：S512.01

文献标识码：A

文章编号：1000-7091(2021)增刊-0118-07

doi：10.7668/hbnxb.20192831