楊歡，沈鑫，陸大雷，陸衛(wèi)平

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籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)糯玉米籽粒產(chǎn)量和淀粉品質(zhì)的影響

楊歡，沈鑫，陸大雷，陸衛(wèi)平

（揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院/江蘇省作物遺傳生理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心江蘇揚(yáng)州 225009）

【目的】闡明籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)糯玉米籽粒產(chǎn)量和淀粉品質(zhì)的影響，為糯玉米品質(zhì)調(diào)優(yōu)提供支持?！痉椒ā恳蕴K玉糯5號(hào)和渝糯7號(hào)為材料，人工輔助授粉后利用智能溫室進(jìn)行高溫（35℃）脅迫處理，脅迫時(shí)間分別為花后1—5 d、1—10 d和1—15 d（DAP），研究其對(duì)糯玉米籽粒產(chǎn)量，籽粒淀粉和蛋白質(zhì)含量，淀粉理化指標(biāo)（粒度大小和分布、鏈長(zhǎng)分布、晶體結(jié)構(gòu)、糊化特性、熱力學(xué)特性）的影響?！窘Y(jié)果】籽粒建成期高溫脅迫顯著減少每穗粒數(shù)和降低籽粒粒重，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量損失。與對(duì)照相比，1—5、1—10、1—15 DAP高溫脅迫下籽粒產(chǎn)量分別降低39.3%、47.4%和50.9%。高溫脅迫使籽粒中蛋白質(zhì)含量升高，淀粉含量降低。高溫脅迫增加了淀粉粒平均粒徑，且增幅隨高溫脅迫持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸降低。不同處理下淀粉最大吸收波長(zhǎng)、晶體結(jié)構(gòu)和回復(fù)值均呈典型的糯性特征。高溫脅迫增加了淀粉中長(zhǎng)鏈比例，且其在1—10 DAP高溫脅迫下蘇玉糯5號(hào)最高，渝糯7號(hào)最低。結(jié)晶度對(duì)高溫脅迫持續(xù)時(shí)間的響應(yīng)品種間、年度間有顯著差異。1—10 DAP高溫脅迫對(duì)糊化特征值無(wú)顯著影響，1—5和1—15 DAP高溫脅迫下峰值黏度、崩解值、谷值黏度、終值黏度和糊化溫度顯著增加，且峰值黏度、崩解值、谷值黏度增幅以1—15 DAP高溫脅迫下較大。與對(duì)照相比，高溫脅迫使熱焓值降低，膠凝溫度、回生熱焓值和回生值升高。熱焓值在1—5 DAP高溫脅迫下最低，膠凝溫度在1—5 DAP高溫脅迫下最高，回生值在不同高溫脅迫持續(xù)時(shí)間下無(wú)顯著差異。【結(jié)論】籽粒產(chǎn)量在籽粒建成期高溫脅迫下顯著降低，降幅隨脅迫持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增大。高溫脅迫增加了籽粒蛋白含量、抑制了淀粉積累。高溫脅迫通過(guò)增加淀粉平均粒徑和淀粉中長(zhǎng)鏈比例來(lái)影響淀粉糊化和熱力學(xué)特性，1—15 DAP高溫脅迫下淀粉峰值黏度和崩解值最高，回復(fù)值最低；1—10和1—15 DAP高溫脅迫處理下的膠凝溫度低于1—5 DAP，但回生值不同高溫脅迫處理下無(wú)顯著差異，但均高于對(duì)照。

籽粒建成期；糯玉米；高溫脅迫；籽粒產(chǎn)量；淀粉品質(zhì)

0 引言

【研究意義】全球平均氣溫持續(xù)升高。2013年IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，2016—2035年全球平均地面溫度可能較1986—2005年升高0.3—0.7℃，而21世紀(jì)末這一升幅可能達(dá)到1.0—3.7℃[1]。隨氣候變暖，高溫天氣頻繁發(fā)生，且分布范圍顯著擴(kuò)大[2]。以江蘇揚(yáng)州為例，2013—2015年的7月21日至8月10日晝夜平均溫度分別為：36.0℃/28.5℃、32.2℃/25.5℃和33.4℃/27.3℃，最高溫度高于35℃分別有18 d、7 d和10 d，此時(shí)夏播糯玉米處于籽粒灌漿初期（籽粒建成期），其生長(zhǎng)發(fā)育易受高溫?zé)岷ΑＲ虼?，評(píng)價(jià)糯玉米籽粒產(chǎn)量和淀粉品質(zhì)對(duì)籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間的響應(yīng)對(duì)糯玉米抗逆優(yōu)質(zhì)栽培具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。【前人研究進(jìn)展】灌漿結(jié)實(shí)期高溫脅迫降低谷物（小麥、玉米、水稻）籽粒產(chǎn)量[3-4]。高溫脅迫對(duì)谷物淀粉品質(zhì)亦有顯著影響。較多研究發(fā)現(xiàn)結(jié)實(shí)期高溫脅迫使稻米[5-9]和玉米[10-12]支鏈淀粉中長(zhǎng)鏈比例升高，但亦有研究[13]發(fā)現(xiàn)高溫脅迫使稻米支鏈淀粉中長(zhǎng)鏈比例降低，有利于小麥籽粒淀粉短鏈的積累[14-15]。結(jié)實(shí)期高溫脅迫影響淀粉粒的大小和結(jié)構(gòu)。小麥籽粒中A（大）和B（?。┬偷矸哿Ｔ诟邷孛{迫處理下均顯著減小，但B型淀粉粒受影響較大，導(dǎo)致A型淀粉粒比例增加，脅迫越接近花期A型淀粉粒受影響越大[16-18]。普通玉米[10]、高粱[19]、稻米[20]淀粉粒徑在結(jié)實(shí)期高溫脅迫下均顯著降低，但糯玉米[11-12]淀粉粒體積平均粒徑在結(jié)實(shí)期高溫脅迫下顯著升高。高溫對(duì)小麥[21]、稻米[22]、普通玉米[10]和糯玉米[11-12, 23]的晶體類型無(wú)顯著影響，但使尖峰強(qiáng)度和相對(duì)結(jié)晶度發(fā)生變化。研究亦表明，谷物淀粉結(jié)構(gòu)的變化使糊化和熱力學(xué)特性發(fā)生變化[5-6, 14-18, 22-23]。筆者前期研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)實(shí)期不同階段高溫脅迫對(duì)糯玉米籽粒產(chǎn)量和淀粉品質(zhì)的影響顯著不同，總體上以籽粒建成期（1—15 DAP）高溫脅迫影響較大[12, 23-25]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】籽粒建成期是胚乳細(xì)胞和淀粉粒形成的關(guān)鍵時(shí)期，亦是對(duì)逆境最為敏感的時(shí)期[26]，但有關(guān)籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)糯玉米籽粒產(chǎn)量和淀粉品質(zhì)的影響尚無(wú)相關(guān)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究利用智能溫室在籽粒建成期對(duì)糯玉米進(jìn)行不同高溫脅迫持續(xù)時(shí)間處理，研究其對(duì)籽粒產(chǎn)量和淀粉品質(zhì)指標(biāo)的影響，以期為溫度升高條件下的抗逆栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014—2015年在揚(yáng)州大學(xué)進(jìn)行。試驗(yàn)品種為國(guó)家玉米區(qū)域試驗(yàn)?zāi)戏絽^(qū)對(duì)照品種蘇玉糯5號(hào)（東南區(qū)）和渝糯7號(hào)（西南區(qū)）。采用盤育乳苗移栽方式，7月1日播種，1葉1心期移栽于盆缽（高38 cm、直徑43 cm）中，每盆2株，拔節(jié)期定苗至1株，基肥每盆施10 g復(fù)合肥（N-P2O5-K2O為15%-15%-15%），拔節(jié)期每盆追施6.6 g尿素（N 46%），其他管理按常規(guī)栽培措施進(jìn)行。

開花期人工輔助授粉后移入溫室進(jìn)行高溫處理（1—5、1—10和1—15 DAP，35℃，6：00—18：00），以室外自然溫度為對(duì)照，每處理10盆。每天用最高最低溫度計(jì)記錄溫度，結(jié)實(shí)期室外自然溫度（日/夜）分別是25.9℃/18.6℃（2014年）和26.4℃/18.1℃（2015年）。每天18：00—6：00打開溫室門窗使室內(nèi)外溫度相同。處理時(shí)保持通風(fēng)以保證溫室內(nèi)外濕度和CO2濃度相似。室外對(duì)照有透明雨棚，避免光強(qiáng)差異和防止降雨影響。用稱重法使土壤含水量保持在70%—80%，2014和2015年日照時(shí)數(shù)分別為160 h和255 h。

1.2 產(chǎn)量測(cè)定

成熟期（40 DAP）收獲果穗，自然曬干后計(jì)算每穗粒數(shù)（行數(shù)×行粒數(shù)）和百粒重（g），然后計(jì)算籽粒產(chǎn)量（g/株）。

1.3 籽粒淀粉和蛋白質(zhì)含量

籽粒粉碎過(guò)100目篩用于淀粉和蛋白質(zhì)含量測(cè)定。籽粒淀粉含量采用蒽酮比色法測(cè)定，采用凱氏定氮法測(cè)定籽粒氮含量，蛋白質(zhì)含量=氮含量×6.25。

1.4 淀粉粒度

參照前期報(bào)道的方法[27]分離籽粒淀粉，用激光衍射粒度分析儀（Mastersizer 2000，Malvern，England）分析淀粉粒體積分布，100%的無(wú)水乙醇做分散介質(zhì)。

1.5 淀粉碘結(jié)合力

參照Fiedorowicz等[28]和Chang等[29]的方法，并參照前期報(bào)道方法[12]加以改進(jìn)。準(zhǔn)確稱取0.04 g淀粉，加入9 mL DMSO和1 mL 6 mol·L-1的尿素，沸水浴震蕩水浴1 h，待冷卻后吸收0.1 mL溶液，加入9.7 mL去離子水和0.2 mL碘試劑（2% KI和0.2% I2），迅速混勻后靜置15 min后，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（PE Lambda 12，Perkin Elmer，USA and Germany）于650—500 nm對(duì)吸收光譜進(jìn)行掃描，以不加淀粉的空白作對(duì)照。最大吸收波長(zhǎng)為最大吸光值處的波長(zhǎng)，碘結(jié)合力為635 nm和520 nm處的吸光值之比。

1.6 淀粉晶體結(jié)構(gòu)

用X-射線衍射分析儀（D8 Super Speed，Bruker-AXS，Germany）進(jìn)行淀粉晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定。測(cè)定在200 mA和40 kV條件下操作，衍射角（2）的旋轉(zhuǎn)范圍為3°—40°，每0.6 s掃描0.04°。使用MDI Jade 6軟件計(jì)算相對(duì)結(jié)晶度。

1.7 淀粉糊化特性

按前期報(bào)道的方法[27]進(jìn)行測(cè)定，稱取1.96 g淀粉，加26.04 g超純水，配制成總重為28 g、濃度為7%的淀粉糊。用快速黏度分析儀（RVA，Model 3D，Newport Scientific，Australia）測(cè)定糊化特性，并用TCW（Thermal Cycle for Windows）配套軟件分析。

1.8 淀粉熱力學(xué)特性

用差示掃描量熱儀（DSC 2003 Maia，NETZSCH，Germany），按前期報(bào)道的方法[27]測(cè)定并分析樣品。稱取5 mg淀粉，加10 μL超純水（樣品﹕水=1﹕2），以鋁制樣品盤密封后置于冰箱（4℃）平衡過(guò)夜。在測(cè)試前取出回溫1 h，然后放入DSC中開始測(cè)定，以10℃·min-1使鋁盒溫度由20℃升至100℃，以密封空白鋁盒作參照。記錄和計(jì)算起始溫度（onset temperature，o）、峰值溫度（peak temperature，p）、終值溫度（conclusion temperature，c）、熱焓值（gelatinization enthalpy，△gel）。

將分析樣品于4℃保存7 d后進(jìn)行淀粉的回生特性分析。將樣品盤以10℃·min-1使鋁盒溫度由20℃升至100℃，以密封空白鋁盒作參照，記錄和計(jì)算相應(yīng)參數(shù)?；厣担╮etrogradation percentage，%）為回生淀粉熱焓值（retrogradation enthalpy，△ret）和原淀粉的熱焓值（△gel）之比（△ret/△gel×100）。

1.9 數(shù)據(jù)分析

每穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量為10個(gè)果穗的均值，其他指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次（3個(gè)果穗籽?；靹蚝笞鳛橐粋€(gè)重復(fù)）采用DPS7.05進(jìn)行分析，采用Microsoft Excel 2010作圖。

2 結(jié)果

2.1 籽粒產(chǎn)量

籽粒建成期高溫脅迫顯著影響糯玉米粒重和每穗粒數(shù)，進(jìn)而降低籽粒產(chǎn)量，且隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，籽粒產(chǎn)量降幅增加。與對(duì)照相比，1—5、1—10、1—15 DAP高溫脅迫下籽粒產(chǎn)量（兩品種兩年度的均值）分別降低39.3%、47.4%和50.9%（圖1）。

2.2 蛋白質(zhì)和淀粉含量

籽粒建成期高溫脅迫使籽粒中蛋白質(zhì)含量升高，淀粉含量降低（圖2）。高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)蘇玉糯5號(hào)的淀粉含量影響較小，渝糯7號(hào)僅在2015年1—15 DAP高溫脅迫下較低外，其他高溫脅迫下無(wú)顯著差異，總體上兩品種在對(duì)照、1—5、1—10、1—15 DAP高溫脅迫處理下的淀粉含量分別為693.0、610.8、606.4和595.4 mg·g-1。兩品種蛋白質(zhì)含量對(duì)高溫脅迫的影響品種間、年度間和持續(xù)時(shí)期間變化不一?？傮w上，1—5、1—10、1—15 DAP高溫脅迫處理下蛋白質(zhì)含量較對(duì)照分別增加26.7%、22.3%和24.8%；蛋白質(zhì)積累量在對(duì)照、1—5、1—10、1—15 DAP高溫脅迫處理下分別為23.7、23.3、21.9和20.8 mg/粒，表明蛋白質(zhì)含量的增加僅僅是一種濃度效應(yīng)。

圖1 籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)糯玉米籽粒產(chǎn)量的影響

2.3 淀粉粒徑分布

糯玉米淀粉粒體積分布除蘇玉糯5號(hào)2014年對(duì)照和2015年1—5 DAP高溫脅迫下呈單峰分布外，其他各處理下均呈雙峰分布（圖3）。與對(duì)照相比，高溫脅迫均使淀粉粒粒徑升高，蘇玉糯5號(hào)2014年和渝糯7號(hào)2015年隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)淀粉粒徑逐漸降低；蘇玉糯5號(hào)2015年在1—10和1—15 DAP高溫脅迫下顯著高于1—5 DAP高溫脅迫，而渝糯7號(hào)2014年以1—10 DAP高溫脅迫處理下最高，1—5 DAP高溫脅迫下最低?？傮w上，對(duì)照、1—5、1—10、1—15 DAP高溫脅迫下的淀粉粒體積平均粒徑分別為13.1、16.0、15.8和15.0 μm。

圖2 籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)糯玉米籽粒蛋白質(zhì)和淀粉含量的影響

括號(hào)中數(shù)據(jù)是淀粉粒平均粒徑The data in the bracket are average starch granule size

2.4 碘結(jié)合力和最大吸收波長(zhǎng)

兩品種的最大吸收波長(zhǎng)變幅分別為529.1—537.5 nm和531.3—535.4 nm，均為典型的糯性特征，且高溫脅迫下最大吸收波長(zhǎng)有所升高，尤其是1—15 DAP高溫脅迫，兩品種在該處理下均顯著高于對(duì)照（圖4）。碘結(jié)合力蘇玉糯5號(hào)在高溫脅迫下均顯著升高，且升幅以1—10 DAP高溫脅迫下最高，渝糯7號(hào)除在2014年1—10 DAP高溫脅迫下有所降低外，其他處理下均顯著升高。

2.5 晶體結(jié)構(gòu)

淀粉晶體衍射類型在不同處理下均相似，在2=15°、17°、18°和23°處置左右有顯著的尖峰，為典型的“A”型衍射特征，在2=20°的尖峰峰值較低，為典型的糯性特征（圖5）。但不同品種的尖峰強(qiáng)度和相對(duì)結(jié)晶度對(duì)籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間的響應(yīng)在品種和年度間有顯著差異。蘇玉糯5號(hào)相對(duì)結(jié)晶度2014年僅在1—10 DAP高溫脅迫下降低，其他2個(gè)高溫脅迫對(duì)其影響較小，而2015年在高溫脅迫處理下顯著增加，且增幅隨著高溫脅迫持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低；渝糯7號(hào)2014年高溫脅迫處理顯著降低淀粉結(jié)晶度，但高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)其影響較小，2015年在1—5 DAP高溫脅迫下升高，1—10 DAP高溫脅迫下降低，1—15 DAP高溫脅迫下不變?？傮w上，與對(duì)照相比（29.6%），相對(duì)結(jié)晶度在1—5 DAP高溫脅迫（31.0%）下升高，1—10 DAP高溫脅迫（28.1%）下降低，1—15 DAP高溫脅迫（29.4%）下不變。

圖4 籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)糯玉米淀粉最大吸收波長(zhǎng)和碘結(jié)合力的影響

2.6 淀粉糊化特性

籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)糯玉米淀粉糊化特性有顯著影響（表1），回復(fù)值和糊化溫度年度和品種間沒(méi)有顯著差異，且崩解值年度間無(wú)差異。總體上，峰值黏度、谷值黏度和終值黏度2014年較高，品種間相比，峰值黏度和崩解值渝糯7號(hào)較高，谷值黏度和終值黏度蘇玉糯5號(hào)較高。雖然糊化特征值對(duì)不同高溫脅迫持續(xù)時(shí)間的響應(yīng)在品種間、年度間有差異，但總體上各糊化特征值受1—10 DAP高溫脅迫影響較小。峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度和糊化溫度在1—5和1—15 DAP高溫脅迫下顯著升高，回復(fù)值顯著降低，峰值黏度、谷值黏度和崩解值升幅以1—15 DAP較高，終值黏度和糊化溫度兩高溫脅迫時(shí)間處理下無(wú)顯著差異，回復(fù)值降幅以1—10 DAP較大。

圖5 籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)糯玉米淀粉晶體結(jié)構(gòu)的影響

2.7 熱力學(xué)特性

年度和高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)熱力學(xué)各特征參數(shù)有顯著影響，終值溫度和回生熱焓值品種間無(wú)顯著差異，其他特征值兩品種間有顯著差異（表2）?？傮w上，2015年度淀粉回生熱焓值和回生值較高，其他熱力學(xué)特征值較低；與蘇玉糯5號(hào)相比，渝糯7號(hào)峰值溫度和回生值較低，熱焓值和起始溫度較高。與對(duì)照相比，高溫脅迫使熱焓值降低，膠凝溫度（起始、峰值和終值溫度）、回生熱焓值和回生值升高。熱焓值降幅以1—15 DAP高溫脅迫下最大，膠凝溫度3項(xiàng)指標(biāo)升幅以1—5 DAP高溫脅迫最大，1—10和1—15 DAP高溫脅迫下無(wú)顯著差異；回生熱焓值升幅以1—10 DAP高溫脅迫最大，1—5和1—15 DAP高溫脅迫下無(wú)顯著差異，回生值不同高溫脅迫持續(xù)時(shí)間下無(wú)顯著差異。

表1 籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)糯玉米淀粉糊化特性的影響

高溫脅迫處理下平均數(shù)后不同小寫字母表示＜0.05水平差異顯著。HS：溫度脅迫；PV：峰值黏度；TV：谷值黏度；BD：崩解值；FV：終值黏度；SB：回復(fù)值；temp：糊化溫度。*，＜0.05；**，＜0.01。下同

Mean values under different heat stress durations followed by different lowercases are significantly different (＜0.05). HS: Heat stress; PV: Peak viscosity; TV: Trough viscosity; BD: Breakdown viscosity; FV: Final viscosity; SB: Setback viscosity;temp: Pasting temperature. *,＜0.05; **,＜0.01. The same as below

3 討論

籽粒建成期是胚乳細(xì)胞分裂分化和淀粉粒開始形成的關(guān)鍵時(shí)期，亦是對(duì)高溫脅迫最為敏感的時(shí)期。本研究結(jié)果表明，籽粒建成期高溫脅迫導(dǎo)致每穗粒數(shù)減少，粒重降低，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量損失，且產(chǎn)量損失隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸加重。產(chǎn)量損失主要是由于高溫脅迫破壞了生育進(jìn)程，增加了籽粒敗育數(shù)；同時(shí)縮短灌漿結(jié)實(shí)期，限制灌漿初期胚乳細(xì)胞發(fā) 育和同化物吸收，并抑制淀粉合成，進(jìn)而降低粒 重[30-31]。本研究表明籽粒淀粉含量在高溫脅迫處理下顯著降低，且隨脅迫持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)淀粉含量逐漸減少，這種減少主要是高溫脅迫抑制了淀粉合成的相關(guān)酶活性和基因表達(dá)[5, 7]，但1—10和1—15 DAP高溫脅迫較1—5 DAP高溫脅迫淀粉含量?jī)H下降了0.7%和2.5%，這主要是由于1—5 DAP是胚乳細(xì)胞發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期。小麥上亦認(rèn)為前期高溫脅迫對(duì)淀粉含量的影響顯著高于后期[16, 21]。研究表明，籽粒建成期高溫脅迫增加了籽粒蛋白質(zhì)含量，但蛋白質(zhì)積累量隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降，表明這種增加僅僅是一種濃度效應(yīng)，這與前期研究結(jié)果相似[12]。

表2 籽粒建成期高溫脅迫持續(xù)時(shí)間對(duì)糯玉米淀粉熱力學(xué)特性的影響

Dgel：熱焓值 Gelatinization enthalpy；o：起始溫度 Onset temperature；p：峰值溫度 Peak temperature；c：終值溫度 Conclusion temperature；Dret：回生熱焓值 Retrogradation enthalpy；%：回生值 Retrogradation percentage

高溫脅迫顯著改變淀粉粒體積分布并使淀粉粒徑增加，這與前期研究結(jié)果相同[11-12]，但在普通玉米、小麥、水稻、高粱上的研究結(jié)果[10, 16-20]卻認(rèn)為淀粉粒變小。這種差異主要是由于前人研究主要采用掃描電鏡法測(cè)定淀粉粒徑所致[10, 16]。因?yàn)樾〉矸哿］^大淀粉粒易受高溫影響，所以導(dǎo)致大型淀粉粒比例增加，進(jìn)而增加粒徑[18,32]。玉米淀粉粒發(fā)育前期是數(shù)量增加，后期是粒徑變大[33]，前期高溫脅迫限制了淀粉體數(shù)量的增多，導(dǎo)致單個(gè)淀粉粒所占空間比例較大，同時(shí)營(yíng)養(yǎng)組分向已形成的淀粉粒轉(zhuǎn)移，使淀粉粒徑增大，但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，持續(xù)高溫脅迫抑制了淀粉粒的生長(zhǎng)，導(dǎo)致隨高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)淀粉粒徑又開始縮小。碘結(jié)合力可簡(jiǎn)單評(píng)估支鏈淀粉中長(zhǎng)鏈比例[28]。本研究結(jié)果表明，高溫脅迫下碘結(jié)合力（0.520—0.525）顯著高于對(duì)照（0.503），表明高溫脅迫增加了支鏈淀粉中長(zhǎng)鏈比例，但脅迫持續(xù)時(shí)間影響較小。這與水稻[5-9]和玉米[10-12]上研究結(jié)果相似，但小麥上則認(rèn)為高溫有利于支鏈淀粉短鏈的積累[14-15]，造成這種差異的原因可能是由于小麥上的高溫脅迫溫度為25—30℃，而玉米和水稻上的高溫脅迫溫度為32—35℃所致。高溫脅迫下支鏈淀粉長(zhǎng)鏈比例的增加可能是高溫脅迫降低了淀粉分支酶活性的表達(dá)，使分支數(shù)量減少所致[5,7,34]。本研究發(fā)現(xiàn)高溫脅迫不改變淀粉晶體結(jié)構(gòu)，這與前人研究結(jié)果相同[10-12, 21-23]。本研究結(jié)果表明，1—15 DAP高溫脅迫對(duì)淀粉相對(duì)結(jié)晶度影響較小，這與前期研究結(jié)果[23]相似，但與對(duì)面粉[21]、米粉[22]和糯玉米粉[12]的研究結(jié)果不同，這是因?yàn)樽蚜Ｖ械矸酆偷鞍踪|(zhì)含量等協(xié)同影響其結(jié)晶程度有關(guān)。相對(duì)結(jié)晶度在1—5 DAP高溫脅迫（31.0%）下升高，1—10 DAP高溫脅迫（28.1%）下降低，表明脅迫時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)其有顯著影響，造成這種差異的原因與淀粉粒大小和分布比例、淀粉粒表層形態(tài)、淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，深入開展該方面研究有利于闡明高溫對(duì)淀粉形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。

研究表明，高溫脅迫顯著影響淀粉的糊化和熱力學(xué)特性。不同品種對(duì)高溫脅迫時(shí)期的響應(yīng)年度間、品種間有顯著差異，這與前期的研究結(jié)果[23]相似?？傮w上，淀粉糊化特征值（回復(fù)值除外）受1—10 DAP高溫脅迫影響較小，1—5 DAP和1—15 DAP高溫脅迫下顯著增加，且增幅以1—15 DAP高溫脅迫下較高。這與前期[23]發(fā)現(xiàn)的1—15 DAP高溫脅迫總體上使糯玉米淀粉峰值黏度、谷值黏度和終值黏度降低的研究結(jié)果相反，且本研究淀粉黏度特征值較高。造成這種差異的原因可能是前文[23]為春播試驗(yàn)，田間對(duì)照溫度較高31.4℃/20.9℃（2012年），而本文為夏播試驗(yàn)，田間對(duì)照溫度分別為25.9℃/18.6℃（2014年）和26.4℃/18.1℃（2015年），且結(jié)實(shí)期內(nèi)不同日照時(shí)數(shù)亦可能造成這種差異。課題組前期研究表明，秋播條件下糯玉米中等大小淀粉粒比例較高，淀粉黏度較高[35-36]，這可以部分解釋這種研究結(jié)果的差異，亦證實(shí)了1—15 DAP高溫脅迫較1—5 DAP高溫脅迫黏度特征值高的原因（1—5 DAP和1—15 DAP高溫脅迫下的淀粉粒平均粒徑為16.0 μm和15.0 μm）。另外，年度間相比，2014年峰值黏度、谷值黏度與終值黏度高于2015年，其可能是由于該年度淀粉粒徑較大，相對(duì)結(jié)晶度較高所致。本研究結(jié)果表明，高溫脅迫使熱焓值降低，膠凝溫度、回生熱焓值和回生值升高。1—15 DAP高溫脅迫下的熱力學(xué)特征值變化趨勢(shì)與前文研究結(jié)果[23]相似。膠凝溫度在不同高溫脅迫處理下均顯著升高，這與前人研究結(jié)果[10-12, 22-23]相似，表明高溫條件下收獲的淀粉需要較高的溫度來(lái)使之糊化，不同高溫脅迫持續(xù)時(shí)間下，膠凝溫度以1—5 DAP高溫脅迫處理下最高，1—10 DAP和1—15 DAP高溫脅迫下無(wú)顯著差異，這與1—5 DAP高溫脅迫下淀粉粒徑較大有關(guān)。不同高溫脅迫時(shí)期處理間回生值無(wú)顯著差異（均高于對(duì)照），但這種相似主要是由于其對(duì)高溫脅迫持續(xù)時(shí)間的響應(yīng)受品種、年度的影響所致。

4 結(jié)論

籽粒建成期高溫脅迫對(duì)糯玉米籽粒產(chǎn)量和淀粉品質(zhì)有顯著影響。高溫脅迫使每穗粒數(shù)減少、粒重降低，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量損失，且損失隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加。高溫脅迫抑制了淀粉積累，增加了蛋白質(zhì)含量。晶體結(jié)構(gòu)、最大吸收波長(zhǎng)和回復(fù)值均呈典型的糯性特征。高溫脅迫增加了淀粉粒平均粒徑和支鏈淀粉中長(zhǎng)鏈比例，進(jìn)而改變糊化特性和熱力學(xué)特性。糊化特征值總體上受1—10 DAP高溫脅迫影響較小，峰值黏度和崩解值在1—15 DAP高溫脅迫下最高，1—5 DAP高溫脅迫下次之。膠凝溫度（起始、峰值和終值溫度）和回生值高溫脅迫下顯著升高，且膠凝溫度升幅以1—5 DAP最高，而回生值不同高溫脅迫持續(xù)時(shí)期下無(wú)顯著差異。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effects of Heat Stress Durations at Grain formation Stage on Grain Yield and Starch Quality of Waxy Maize

YANG Huan, SHEN Xin, LU Dalei, LU Weiping

(Agricultural College of Yangzhou University/Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology/Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops, Yangzhou 225009, Jiangsu)

【Objective】Clarifying the influence of heat stress durations at grain formation stage on grain yield and starch quality of waxy maize, which could afford a theoretical basis for waxy maize starch quality improvement.【Method】The pot trials were conducted at Yangzhou University in 2014 and 2015. After artificial pollination, heat stress treatments (35℃) were introduced by intelligent greenhouse and the heat stress durations were 1-5 d, 1-10 d, and 1-15 d after pollinations (DAP), respectively. The grain yield, grain protein and starch content, starch physicochemical parameters (starch granule size and distribution, chain-length distribution, crystallinity, pasting and thermal properties) were analyzed using Suyunuo 5 and Yunuo 7 as materials.【Result】Heat stress at grain formation stage reduced grain number and weight, which induced yield loss and the loss at 1-5, 1-10 and 1-15 DAP was 39.3%, 47.4%, 50.9%, respectively. Heat stress increased protein content and decreased starch content in grains, respectively. High temperature increased the starch average granule size and the granule size gradually decreased with the prolongation of heat stress durations. The starch maximum absorption wavelength, crystalline structure and setback viscosity present typical waxy character. Heat stress at grain formation stage increased the proportion of long-chains in amylopectin, and the values were the highest and the lowest at 1-10 DAP heat stress conditions for Suyunuo 5 and Yunuo 7, respectively, among different treatments. Relative crystallinity in response to heat stress durations was different between two varieties and two planting years. Generally, 10 d heat stress did not affect the pasting characteristics, while the peak, trough, breakdown, and final viscosities and pasting temperature were increased by 1-5 and 1-15 DAP heat stress and the increase of peak, trough and breakdown viscosities were the highest in 1-15 DAP heat stress. Compared with control, heat stress decreased gelatinization enthalpy and increased the other thermal characteristics. The gelatinization enthalpy was the lowest in 1-15 DAP heat stress, gelatinization temperatures were the highest in 1-5 DAP heat stress, and retrogradation percentage were similar among different heat stress durations.【Conclusion】Heat stress at grain formation reduced the grain yield and the reduction was gradually severe with the prolongation of heat stress durations. High temperature suppressed grain starch accumulation and increased the protein content. Starch pasting and thermal properties were changed as the starch granule size enlarged and proportion of long-chains in amylopectin increased. Among different heat stress durations, the peak and breakdown viscosities were the highest and setback viscosity was the lowest when high temperature was introduced at 1-15 DAP. The gelatinization temperatures were the highest under 1-5 DAP heat stress conditions and no difference was observed for retrogradation percentage among three heat stress treatments.

grain formation stage; waxy maize; heat stress; grain yield; starch quality

2016-07-25；

2016-12-30

國(guó)家自然科學(xué)基金（31471436，31271640）、江蘇省高校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目（14KJA210004）、江蘇省青藍(lán)工程項(xiàng)目、江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程

陸衛(wèi)平，E-mail：wplu@yzu.edu.cn 通信作者陸大雷，E-mail：dllu@yzu.edu.cn。

聯(lián)系方式：楊歡，Tel：0514-87979377；E-mail：15705258568@163.com。