烘干干燥脱水对糯小麦籽粒角质率的影响

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　　摘要 [目的]研究烘干干燥脫水对糯小麦籽粒角质率的影响，为糯小麦籽粒品质改良提供参考依据。[方法]以糯小麦渝L-1、12LF6-12为研究对象，以其普通小麦轮回亲本渝02321、渝麦10号为对照，开展收获后籽粒烘干干燥脱水和浸泡复水试验。[结果] 在110 min烘干干燥过程中，渝L-1的角质籽粒和12LF6-12的半角质籽粒角质率分别在110和70 min下降为0，全部籽粒转变为粉质，而渝02321角质籽粒和渝麦10号半角质籽粒角质率无明显变化。在烘干干燥0、70和110 min 3个不同关键时间点，上述试验材料籽粒相对含水量均随烘干干燥时间的增加而逐渐减少;在烘干干燥同一时间点，试验材料完整籽粒的相对含水量从高到低依次为12LF6-12、渝麦10号、渝L-1、渝02321。在浸泡复水处理24 h内，所有试验材料籽粒吸水后都有明显膨胀，粉质化后糯小麦籽粒仍然表现为粉质，但普通小麦籽粒角质率不断下降，并出现粉质化趋势。[结论]烘干干燥对普通小麦籽粒角质率的影响不明显，但对糯小麦籽粒角质率的影响极显著，是导致糯小麦籽粒粉质化转变的重要外因;烘干干燥导致所有试验材料籽粒脱水，对普通小麦籽粒角质率的影响不明显，但糯小麦籽粒角质率下降至0，表明烘干干燥脱水是导致糯小麦籽粒粉质化转变的直接原因。浸泡复水提高了所有试验材料籽粒含水量，会降低普通小麦籽粒角质率，但对粉质化后糯小麦籽粒角质率的影响不明显，表明烘干干燥脱水对糯小麦籽粒粉质化转变的影响是一个不可逆转的单向转变过程。
　　关键词 烘干干燥;脱水;糯小麦;籽粒;角质率
　　中图分类号 S 512.1文献标识码 A文章编号 0517-6611（2020）01-0196-04
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.01.059
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Effect of Bake Drying and Dehydration on the Percentage of Vitreous Waxy Wheat Kernel
　　MA Qiang1，HUANG Zong ling2， LI Bo qun1 et al
　　（1. Characteristic Crops Research Institute， Chongqing Academy of Agricultural Sciences，Chongqing402160; 2.Chongqing Jiulongpo Vocational Education Center， Chongqing 401329）
　　Abstract [Objective] The effect of bake drying and dehydration on the percentage of vitreous waxy wheat kernel was studied，so as to provide reference for improving the quality of waxy wheat grain. [Method]Taking waxy wheat YuL 1 and 12LF6 12 as research objects and their recurrent parents Yu02321 and Yumai 10 as control， and bake drying dehydration and soaking rehydration experiments of grains after harvesting were carried out. [Result] During the drying process of 110 min， the percentage of vitreous kernel of YuL 1 vitreous grains and 12LF6 12 half vitreous grains decreased to 0 at 110 min and 70 min， respectively， and all grains changed to silty， while the percentage of vitreous kernel of Yu02321 vitreous grains and Yumai 10 half vitreous grains did not change significantly. At the three key time points of bake drying for 0 min， 70 min and 110 min， the relative moisture content of above tested materials decreased gradually with the increase of bake drying time. At the same time point of bake drying， the relative moisture content of the tested materials was 12LF6 12 > Yumai 10 > YuL 1 > Yu02321. During 24 hours of soaking rehydration treatment， the grains of all tested materials significantly swelled after absorbing water， waxy wheat grains remained silty after silting， but the percentage of vitreous kernel of common wheat grains declined continuously， and the trend of silting appeared. [Conclusion] Bake drying has no obvious effect on the percentage of vitreous kernel of common wheat grain， but has a significant effect on the percentage of vitreous kernel of waxy wheat grain， which is an important external cause leading to silty transformation of waxy wheat grain.Bake drying resulted all tested materials grain dehydration， and had no obvious effect on the percentage of vitreous kernel of common wheat grains， but the percentage of vitreous kernel of waxy wheat grains decreased to 0， which indicated that bake drying and dehydration was the direct leading to silty transformation of waxy wheat grain. Soaking rehydration increased the grain moisture content of all tested materials，and decreased the percentage of vitreous kernel of common wheat grain， but had no obvious effect on the percentage of vitreous kernel of waxy wheat grain after silting， which indicated that the effect of bake drying and dehydration on the transformation of waxy wheat grain was an irreversible one way transformation process. 　　Key words Bake drying;Dehydration;Waxy wheat;Grain;Percentage of vitreous kernel
　　小麥籽粒角质率的高低是衡量小麦品质好坏的一个重要外观指标。现有研究表明角质率高的小麦籽粒千粒重高，容重高，胚乳质地好，淀粉粒与蛋白质基质结合紧密，面筋多，筋力大，出粉率高，灰分少，面粉流动性好，可生产出优质面粉[1]。角质率测定方法直观、简单、快速，提高小麦角质率可以较好地协调品质育种中的各种不利关系[2]。因此，通过小麦籽粒角质率高低可以快速判断小麦品质的优劣，可用于辅助选择优质小麦品种。
　　糯小麦是Nakamura等[3]通过将部分糯性基因小麦突变体Kanto107与江苏白火麦人工杂交，创制含3对糯性基因、支链淀粉含量极高、直链淀粉含量极低的小麦新型种质资源。国内外学者已从遗传学角度研究了糯小麦籽粒的粉质化现象，但尚未对糯小麦品种和籽粒含水量及其与籽粒粉质化之间的关系进行研究。Hoshino等[4]研究发现F2代粉质籽粒中糯性籽粒比例远远高于理论上的1/64，并推测糯性基因与粉质基因连锁。姚金保等[5]在2个糯小麦品系与4个普通小麦品种的16个正反交组合F2代籽粒中鉴定出1 115粒糯性籽粒，发现这些籽粒绝大部分表现为粉质，少数为半角质，未发现角质型籽粒。张伯桥等[6]研究发现3个Wx基因同时发生变异会导致籽粒角质率降低，而部分Wx基因变异类型间及其与Wx基因正常类型间胚乳质地无显著差异，表明糯质小麦胚乳表现为粉质，不是因为蛋白质含量低而引起的。笔者在糯小麦育种过程中也发现渝L-1、12LF6-12等糯小麦新品系在收获贮藏时外观表现为角质或半角质籽粒，但经过一段时间贮藏干燥，在准备播种时所有糯小麦品系籽粒外观都表现为不透明的粉质，已经无法通过糯小麦籽粒角质率来快速判断其品质。
　　为了提高糯小麦优质育种选择效率，笔者以收获贮藏时糯小麦渝L-1的角质籽粒和12LF6-12的半角质籽粒为研究对象，以其普通小麦轮回亲本籽粒渝02321的角质籽粒和渝麦10号半角质籽粒为对照，开展了收获后小麦籽粒的烘干干燥脱水和浸泡复水试验，研究烘干干燥对糯小麦籽粒角质率变化的影响，探讨烘干干燥脱水与糯小麦籽粒粉质化转变间的关系，旨在为研究糯小麦籽粒粉质化的形成机理和糯小麦籽粒品质的改良提供参考依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　糯小麦1：渝L-1（重庆市农业科学院以渝02321为轮回亲本选育的全糯质小麦新品系，收获贮藏时籽粒表现为角质）。
　　糯小麦2：12LF6-12（重庆市农业科学院以渝麦10号为轮回亲本选育的全糯质小麦新品系，收获贮藏时籽粒表现为半角质）。
　　普通小麦对照1（CK1）：渝02321（重庆市农业科学院选育定型的角质小麦新品系）。
　　普通小麦对照2（CK2）：渝麦10号（重庆市农业科学院选育定型的半角质小麦新品种）。
　　1.2 试验仪器与设备
　　BS210S型分析天平1台、Φ4.5 cm×2.5 cm的铝盒24个、GZX-GF101-2-BS-Ⅱ型电热恒温鼓风干燥箱1台、内置蓝色硅胶干燥剂的内径Φ30 cm玻璃干燥器1个、内径Φ15 cm×2.5 cm玻璃培养皿8个、取样勺1个、镊子1把、刀片1个、KMH-408型恒温恒湿培养箱1台。
　　1.3 试验方法
　　1.3.1 小麦籽粒角质率观测与分类标准。
　　小麦籽粒角质、半角质和粉质、角质率及籽粒类型划分标准如下：角质为籽粒外观透明、角质化程度高和剖面全是角质胚乳或角质胚乳大于75%，半角质为籽粒外观比较透明、角质化程度较高和剖面角质胚乳小于75%而大于25%，粉质为籽粒外观不透明、角质化程度极低和剖面角质胚乳小于25%或全是粉质胚乳。随机选取小麦种子100粒，通过背光透视观测小麦籽粒透明度和角质化程度来判断小麦籽粒角质、半角质和粉质，不能判别时通过横向切开发现籽粒观测剖面角质胚乳比确认，并根据角质籽粒所占百分比确定小麦角质率。最后依据小麦角质率高低将小麦籽粒划分为角质小麦（角质率≥70%）、半角质小麦（角质率30%～70%）和粉质小麦（角质率≤30%）3种类型。
　　1.3.2 小麦籽粒角质率观测和取样。
　　在收获晒干后准备贮藏时，观测渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麦10号等试验材料籽粒透明度及其角质率和籽粒类型，各试验材料分别取样15 g，测定各样品完整籽粒的初始相对含水量。然后，各取4个试验材料完整籽粒约35 g，分别放入4个玻璃培养皿，置于80 ℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干干燥，每隔10 min通过电热恒温鼓风干燥箱前玻璃窗，观测1次糯小麦籽粒和对照普通小麦籽粒的透明度及其角质率，并记录小麦籽粒类型。当发现糯小麦角质籽粒开始向粉质化转变时（籽粒外观由透明转变为半透明），迅速打开干燥箱用取样勺各取4个试验材料样品15 g放入玻璃培养皿中盖好，迅速放进玻璃干燥器中冷却备用。所有剩余样品放入干燥箱中继续干燥，直至所有糯小麦籽粒完全粉质化后（籽粒外观完全不透明），迅速打开干燥箱将玻璃培养皿放进玻璃干燥器中冷却备用。取烘干干燥过程中的8个冷却备用样品，同时测定完整籽粒的相对含水量。
　　1.3.3 小麦籽粒相对含水量测定。
　　参考《谷物及谷物制品水分的测定》（GB/T 21305—2007/ISO 712：1998）相关技术要求，重复3次，应用GZX-GF101-2-BS-Ⅱ型电热恒温鼓风干燥箱等仪器设备，采用二次烘干法测定渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麦10号在收获贮藏时、糯小麦角质籽粒外观开始向粉质化转变时和所有糯小麦籽粒完全粉质化后的完整籽粒相对含水量（样品颗粒大小超标，所测数据仅供参考）。 　　1.3.4 干燥籽粒浸泡复水处理。
　　在渝L-1和12LF6-12經烘干干燥完全粉质化后，参照张桂珍[7]的小麦品种种子浸泡试验，在4个玻璃培养皿各放入2层滤纸并编号。从测定渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麦10号籽粒的相对含水量后的完整籽粒中，各取100余粒种子分别放在4个培养皿滤纸上，加适量的自来水浸泡种子，再放入20 ℃的KMH-408型恒温恒湿培养箱内，进行浸泡复水处理。观测时间分别设置为0、6、12、18和24 h，观测籽粒外观透明度及角质率，并记录籽粒类型，在不能通过籽粒外观透明度判断籽粒类型时，用镊子取出籽粒，用刀片横向切开，观察剖面角质胚乳所占的比例。
　　2 结果与分析
　　2.1 烘干干燥对小麦籽粒角质率的影响
　　在烘干干燥试验中，观测渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麦10号完整籽粒外观透明度及其角质率，并记录小麦籽粒类型，结果见表1。由表1可知，渝L-1在烘干干燥0～60 min时籽粒外观透明度随时间的增加而逐渐下降，籽粒角质率有所下降，但整体表现为角质小麦（角质率76%～100%）;在70 min时籽粒外观透明度已经呈现出模糊不清的状态，抽样横向切开发现籽粒剖面很光滑，透明的角质胚乳约占33.3%左右，籽粒角质率明显下降，整体表现为半角质小麦;在110 min时籽粒外观呈现出完全不透明状态，抽样横向切开发现籽粒剖面很光滑、角质胚乳几乎没有，籽粒角质率为0，已经表现为粉质小麦。12LF6-12在烘干干燥0～60 min期间籽粒外观透明度随时间的增加由比较透明逐渐转变为几乎不透明，籽粒角质率明显下降，但整体表现为半角质小麦（角质率32%～68%）;70 min时籽粒外观透明度极低，抽样横向切开发现籽粒剖面比较光滑、角质胚乳含量已经低于25%，籽粒角质率低于20%，整体已经表现为粉质小麦（角质率为0）;110 min时籽粒外观透明度极低，抽样横向切开发现籽粒剖面仍然比较光滑、几乎没有透明的角质胚乳，籽粒角质率几乎为0，已经完全粉质化。渝02321在烘干干燥0～110 min期间籽粒外观一直保持透明度极高的角质状态，籽粒角质率高达100%，还有越干燥越透明的趋势，整体表现为角质小麦。渝麦10号在烘干干燥0～110 min期间籽粒外观透明度有所下降并呈现出粉质化趋势，在110 min时抽样切开发现籽粒剖面仍然光滑透明，其透明度和角质胚乳含量已明显不如烘干前的状态，籽粒角质率在60%左右，仍然表现为半角质小麦（角质率60%～67%）。
　　从上述试验结果分析可看出：在110 min烘干干燥过程中，渝L-1的角质籽粒和12LF6-12的半角质籽粒角质率分别在110和70 min下降为0，全部转变为粉质籽粒。其中，在烘干干燥过程中渝L-1的角质籽粒先转变为半角质籽粒再转变为粉质籽粒，其粉质化转变过程包含半角质过渡期;12LF6-12半角质籽粒直接转变为粉质，其粉质化转变过程没有包含半角质过渡期，表明糯小麦籽粒的粉质化转变过程受其轮回亲本遗传背景的影响较大。然而，渝02321和渝麦10号籽料外观虽然在烘干过程中有更透明和更不透明截然相反的变化趋势，但其籽粒角质率无明显变化，籽粒类型并未发生质的改变。
　　2.2 烘干干燥对小麦籽粒相对含水量的影响
　　在烘干干燥过程中，分别测定渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麦10号完整籽粒的初始含水量（烘干干燥0 min取样）、粉质化转变含水量（烘干干燥70 min取样）和完全粉质化含水量（烘干干燥110 min取样），结果见表2。由表2可知，在0 min时，渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麦10号的籽粒相对含水量分别为11.46%、11.84%、11.39%和11.72%;70 min时，渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麦10号的籽粒相对含水量分别为9.38%、9.77%、9.42%和9.64%;110 min时，渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麦10号的籽粒相对含水量分别为9.27%、9.46%、9.21%和8.42%。
　　从上述试验结果分析可以看出，在烘干干燥0、70和110 min 3个不同关键时间点，渝L-1、12LF6-12、渝02321和渝麦10号的籽粒相对含水量均随着烘干干燥时间的增加而逐渐减少。在烘干干燥同一时间点，4种试验材料完整籽粒相对含水量从高到低依次为12LF6-12>渝麦10号>渝L-1>渝02321，即渝L-1与12LF6-12、渝02321与渝麦10号籽粒的相对含水量差异较大，而渝L-1与渝02321、12LF6-12与渝麦10号的籽粒相对含水量比较接近，表明糯小麦籽粒相对含水量受轮回亲本的影响较大。
　　2.3 浸泡复水对小麦籽粒角质率的影响
　　对测定籽粒相对含水量后的完整籽粒进行24 h浸泡复水，观测并记录各试验材料籽粒类型，结果见表3。由表3可以看出，各试验材料浸泡复水后籽粒吸水膨大，含水量明显增加。在浸泡复水24 h内，渝L-1和12LF6-12粉质化籽粒除了吸水膨大外，表现为不透明的粉质，没有恢复成透明的角质或半透明的半角质的趋势。浸泡复水18～24 h，渝02321角质籽粒吸水膨大，外观透明度明显下降，开始表现为半角质小麦（角质率37%～65%），随着处理时间的延长，籽粒可能转变为粉质小麦;渝麦10号半角质籽粒在浸泡复水18 h吸水膨大后，外观开始表现为完全不透明的粉质小麦。从上述试验结果可看出，在浸泡复水处理24 h内，所有试验材料籽粒含水量都明显增加，粉质化后糯小麦籽粒仍然表现为粉质，普通小麦籽粒角质率不断下降，并出现粉质化趋势。
　　3 讨论
　　3.1 烘干干燥是导致糯小麦籽粒粉质化转变的重要外因 　　在110 min烘干干燥过程中，糯小麦和普通小麦发生不同的变化，对照普通小麦渝02321和渝麦10号的籽粒类型未发生转变，即烘干干燥对普通小麦籽粒透明度和角质率的影响不明显;但糯小麦渝L-1和12LF6-12籽粒分别在110和70 min发生了粉质化转变，表明烘干干燥是导致糯小麦籽粒粉质化转变的重要外因。国内一些研究表明，普通小麦同一品种的籽粒角质率会受种植环境、籽粒蛋白质和淀粉含量、干燥条件等因素的影响。张建成等[8]研究表明小麦籽粒角质率变化受种植环境的影响极大，不同土壤质地、灌水次数、肥料与用量、播种密度和收获期均对籽粒角质率都有影响。张铁恒等[9]研究发现小麦籽粒角质率与蛋白质含量、谷蛋白大聚体含量呈极显著正相关，与淀粉总量、直链淀粉含量呈极显著负相关，与支链淀粉含量呈极显著正相关。Bechtel等[10]将未成熟小麦硬麦收获后分别置于室温和低温下，干燥后发现室温下籽粒形成了硬质胚乳，低温下籽粒则形成了软质胚乳。但是，目前糯小麦籽粒有粉质化趋势的现象已经有相关报道，如Hoshino等[4]、姚金保等[5]、张伯桥等[6]研究均发现糯质小麦籽粒胚乳表现为粉质或近粉质，但都是从遗传学角度开展的研究和分析了粉质化的结果，他们未发现角质籽粒糯小麦可能与亲本籽粒角质化程度或者观察籽粒时间有关。因此，目前尚未见到烘干干燥对糯小麦籽粒角质率变化影响的相关研究报道。
　　该研究中烘干干燥所用材料是同一个小麦品系（品种）在同一种植环境和同一时间收获的完整籽粒，完全可以排除土壤质地等环境因素对籽粒角质率的影响，也可以排除蛋白质和淀粉含量及组成差异对籽粒角质率的影响，更可以排除室温下自然干燥对籽粒角质率的影响。糯小麦渝L-1和12LF6-12与轮回亲本渝02321和渝麦10号的最大差异是直链淀粉含量低，支链淀粉含量高，这可能是导致糯小麦籽粒烘干干燥粉质化转变的物质基础，对糯小麦籽粒的粉质化转变起着决定性作用。
　　3.2 烘干干燥脱水是导致糯小麦籽粒粉质化转变直接原因
　　在110 min烘干干燥脱水过程的3个不同时间点，渝02321、渝L-1、渝麦10号和12LF6-12籽粒相对含水量随着干燥时间增加而减少，这与靳朝义[11]研究小麦种子后熟作用时得出的“籽粒中水分含量在储藏过程中稍有下降”结论相似。在烘干干燥同一时间点各试验材料籽粒相对含水量从高到低依次为12LF6-12、渝麦10号、渝L-1、渝02321。烘干干燥导致糯小麦籽粒粉质化转变的原因可能与糯稻干燥后糯质胚乳呈乳白色类似，即糯稻与非糯稻的主要形态差异是糯稻胚乳在干燥状态下呈乳白色、不透明，是由于糯质胚乳淀粉粒内微孔大量存在，使胚乳干燥后充气引起光线折射而导致糯质胚乳呈乳白色，这种乳白色、不透明质地与由于淀粉和蛋白质颗粒积累疏松引起的垩白有本质上的差别[12]。笔者在深入开展糯小麦淀粉颗粒相关研究时发现糯小麦籽粒在粉质化过程中糯质胚乳淀粉粒之间增加了大量不规则的管网状结构，而普通小麦胚乳淀粉粒之间的结构则没有显著变化（相关研究内容将另文发表）。因此，可以初步推断烘干干燥使得糯小麦籽粒胚乳脱水，导致糯小麦胚乳淀粉粒之间结构的改变，从而形成了大量不规则的管网状微孔，胚乳内充气引起光线折射而使得糯质胚乳表现出不透明和粉质状态，表明烘干干燥脱水是导致胚乳结构改变，从而成为糯小麦籽粒粉质化转变的直接原因。
　　3.3 浸泡复水对糯小麦粉质化籽粒的影响不明显
　　在24 h浸泡复水处理过程中，糯小麦渝L-1和12LF6-12粉质化籽粒吸水膨大后角质率的变化不明显，表明糯小麦籽粒一旦完成粉质化转变后，通过浸泡复水提高其籽粒含水量已无法恢复其角质或半角质，糯小麦脱水粉质化是一个不可逆的单向转变过程，这可能是因为糯小麦粉质化转变过程中其籽粒内部的胚乳结构结构已发生了不可逆转的改变。然而，对照渝02321和渝麦10号籽粒角质率随浸泡时间的增加而不断下降，这与张桂珍[7]的小麦籽粒浸泡试验结果相一致。
　　对比分析烘干干燥脱水和浸泡复水试验结果，发现小麦籽粒角质率除受遗传基因控制外，还受到籽粒含水量等外在因素的影响。烘干干燥脱水对普通小麦角质籽粒角质率的影响较小，但对糯小麦粒角质率的影响较大，直接导致糯小麦籽粒的粉质化转变。通过浸泡复水提高籽粒含水量对普通小麦籽粒角质率的影响较大，粉质化趋势十分明显，可能是因为吸水打乱了小麦胚乳淀粉颗粒与蛋白质之间紧密的排列结构，影响了散射光的通过，形成漫反射，从而导致籽粒角质率下降。但这对干燥后粉质化糯小麦籽粒角质率的影响较小，表明糯小麦籽粒烘干干燥脱水粉质化是一个不可逆的过程，可能在粉质化过程中籽粒内部结构已经发生不可逆转的破坏。
　　4 结论
　　通过对糯小麦渝L-1、12LF6-12和对照普通小麦渝02031、渝麦10号等试验材料籽粒进行烘干干燥脱水和浸泡复水试验，发现烘干干燥对普通小麦渝02031和渝麦10号籽粒角质率的影响不明显;但烘干干燥对糯小麦籽粒角质率的影响极大，渝L-1角质籽粒和12LF6-12半角质籽粒在烘干干燥70和110 min開始粉质化，所有糯小麦籽粒都转变为粉质籽粒，籽粒角质率下降为0，是导致糯小麦籽粒粉质化转变的重要外因，同时其粉质化时间还受轮回亲本角质化程度的影响。在烘干干燥脱水过程中，烘干干燥导致所有试验材料籽粒脱水，其籽粒相对含水量不断减少，对普通小麦籽粒角质率的影响不明显，但对糯小麦籽粒角质率的影响极显著，是导致胚乳结构改变而成为糯小麦籽粒粉质化转变的直接原因。浸泡复水提高了所有试验材料的籽粒含水量，会降低普通小麦籽粒的角质率，但对粉质化后糯小麦籽粒角质率的影响不明显，表明粉质化后的糯小麦籽粒已经无法恢复到角质或半角质状态，烘干干燥脱水对糯小麦籽粒粉质化转变的影响是一个不可逆转的单向转变过程。
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