人工老化对不同小麦基因型全麦粉营养品质的影响

陈向东 董娜 李小军 丁位华 胡铁柱 刘明久 茹振钢

摘要：小麦粉是我国主要的粮食加工产品。以强筋、中筋和弱筋类型的7个小麦品种为材料，利用人工老化和近红外光谱技术，研究种子老化过程中营养品质变化规律。结果表明，随老化时间的延长，蛋白质含量先降后升，6 d与0 d相比无显著差异;淀粉和脂肪含量也无显著变化;纤维和水分含量显著升高;灰分和必需氨基酸含量显著降低。老化后的种子营养品质性状的变化趋势与小麦的筋力类型密切相关，随老化时间延长，中筋小麦矮抗58、济麦22、周麦18和扬麦16的蛋白质、淀粉、脂肪和纤维含量都有不同程度变化;弱筋小麦浙丰2号蛋白质含量显著下降;而强筋小麦郑麦9023和烟农19的淀粉、脂肪、纤维和灰分含量均无显著变化，表明强筋小麦具有较强的抗老化能力。这对小麦种子的安全储藏以及提高种子利用价值有重要指导意义。

关键词：近红外光谱技术;人工老化;小麦;营养品质

中图分类号： S512.101  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）16-0115-04

收稿日期：2018-05-11

基金项目：河南省小麦产业技术体系岗位专家项目（编号：S2015-01-G01）;河南省高等学校重点科研计划（编号：13A210287、15A210007）;河南科技学院高层次人才计划（编号：201010612007）。

作者简介：陈向东（1982—），男，河南偃师人，博士，讲师，主要从事小麦遗传育种研究。

通信作者：茹振钢，教授，主要从事小麦遗传育种研究。

小麦是我国主要粮食作物，在日常消耗的食物中占着重要的地位。小麦粉是我国主要的粮食加工产品，也是我国大部分地区居民的主食原料。小麦粉富含蛋白质、淀粉、脂肪、维生素等营养成分，是人体所需能量的主要来源[1]。小麦籽粒中蛋白质含量及必需氨基酸组成的平衡程度决定小麦的营养品质[2-3]。

种子老化是种子贮藏中普遍存在的一种现象。随着储藏时间的延长，种子自身进行着缓慢的代谢，不可避免地发生老化现象，不但影响种子的萌发、幼苗生长及后期种子的质量[4]，而且其物理性状、化学组成、生理性质都会发生不同程度的变化[5]，进而营养品质发生不同程度的变化[6-7]。本试验采用高温、高湿加速种子老化的方法，模拟小麦种子的自然老化过程[8-9]，研究其品质性状变化规律，对小麦种子的安全储藏以及提高利用价值具有重要意义。

谷物品质近红外光谱仪具有操作简便、速度快、良好的重复性和稳定性等特点，可以应用于小麦品质的定量检测与分析[10-11]。目前，近红外光谱分析（near infrared spectroscopy，NIR）在作物品质分析和评价、品质育种中得到了广泛的应用[12-15]。

目前，人们对种子老化的起因还存在着不同的看法，尤其是种子老化对品质影响研究较少。因此，本试验选用不同生态区的不同筋力类型的小麦品种，于45 ℃、RH 85%条件下进行3个时间梯度（0、3、6 d）的人工老化处理，用近红外谷物分析仪快速测定小麦全粉的蛋白质、淀粉、纤维、脂肪等营养品质含量，分析其营养品质的变化情况，为提高小麦的耐储藏性以及对于种质资源的保存、开发、利用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本研究选用黄淮麦区和长江中下游麦区的7个主推小麦品种（强筋小麦品种：烟农19和郑麦9023;中筋小麦品种：矮抗58、济麦22、周麦18、扬麦16;弱筋小麦品种：浙丰2号），均由河南科技学院小麦中心提供。于2013—2014年种植于河南科技学院小麦中心校内试验地，收获种子用于试验。

1.2 方法

1.2.1 人工加速老化处理 采用高温、高湿的方法对种子进行老化处理，利用LH-150S种子老化箱在（45±1） ℃和相对湿度（RH）为85%的条件下处理， 处理时间分别为3 d和 6 d。老化处理后出放在室温下风干到原始水分状态，以0 d（未老化处理）的种子为对照。

1.2.2 磨粉 挑选出样品中的杂质，用小型粉碎机粉碎样品，粉碎时间均为1 min，粉碎得到全麦粉。

1.2.3 测定品质含量 利用Foss公司生产的XDS型近红外品质分析仪测定，开机预热仪器30 min，采用化学计量学方法建立的数学模型作为参比标准板进行校准后，将粉末样品放入圆形凹杯中，表面刮平，用圆薄片轻微压实盖上，置于光谱仪样品台上进行扫描，每个样品重复3次。

1.3 数据分析方法

采用SPSS和Microsoft Excel软件进行方差分析和显著性检验。

2 结果和分析

2.1 人工老化对小麦种子品质性状的影响

在不同老化处理条件下对7个小麦品种蛋白质、淀粉、脂肪、纤维、水分、灰分和必需氨基酸含量的平均值进行比较分析（表1）。在老化处理3 d时，除淀粉、脂肪和纤维外，小麦种子蛋白质、水分、灰分和氨基酸含量与对照相比，差异显著或极显著;在老化处理6 d时，小麦种子纤维、水分、灰分和氨基酸含量与对照相比，差异显著或极显著。小麦种子蛋白质含量、灰分含量随种子老化时间的延长呈先降低后升高趋势，而在老化时间为3、6 d无显著差异;纤维含量随种子老化时间的延长呈上升趋势; 必需氨基酸含量随种子老化時间的延长呈下降趋势;淀粉含量与老化时间相关性不显著。由此可见，人工老化对小麦种子不同品质性状的影响程度不同。

2.2 人工老化对不同小麦品种营养成分的影响

人工老化对于不同小麦品种和不同品质性状有不同程度的影响。由表2可看出，强筋小麦烟农19和郑麦9023老化3、6 d的蛋白质、淀粉、纤维、脂肪、灰分等含量与0 d对比均无显著性差异，表明老化处理对烟农19和郑麦9023的营养成分含量影响不大。对于蛋白质和淀粉含量，中筋小麦矮抗58、济麦22、扬麦16蛋白质含量随老化时间延长先降低后升高，老化6 d的蛋白质含量与0 d对比无显著变化;周麦18淀粉含量随老化时间延长先升高后降低，老化6 d的淀粉含量与0 d对比差异不显著。弱筋小麦浙丰2号老化3 d的蛋白质含量与对照相比无显著变化，6 d后显著降低。整体上，除浙丰2号外，人工老化6 d的小麦种子蛋白质和淀粉含量均无显著变化。对于脂肪和纤维含量，中筋小麦周麦18先降低后升高，老化6 d后与对照相比无显著变化;矮抗58老化6 d后的脂肪和纤维含量显著升高;济麦22脂肪含量先升高后降低，老化6d后与对照相比无显著变化，而纤维含量显著升高。弱筋小麦浙丰2号脂肪含量先降后升，与对照相比无显著变化。对于水分含量，强筋小麦烟农19、 中筋小麦周麦18和弱筋小麦浙丰2号老化6 d后，显著升高，而中筋小麦矮抗58显著降低。对于灰分含量，中筋小麦周麦18、矮抗58、扬麦16和弱筋小麦浙丰2号的灰分含量显著降低。可见，种子老化时间对不同品种小麦种子品质性状的影响不同。

通过对7种必需氨基酸含量比较分析（表3），发现氨基酸含量在老化过程中基本上都有不同程度地降低。赖氨酸含量除了郑麦9023外其他品种差异不显著;苏氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、缬氨酸含量显著降低;亮氨酸含量除周麦18外无显著变化，其他品种显著降低;色氨酸含量除周麦18明显升高外，其他品种不同程度降低。

2.3 不同品种和老化处理双因素方差分析

由表4可以看出，小麦种子在老化过程中，种子淀粉、脂肪、纤维、灰分、必需氨基酸含量在品种之间差异极显著，蛋白质、水分含量在品种之间差异显著。蛋白质、纤维、水分、灰分、必需氨基酸含量在处理时间之间差异极显著，而淀粉和脂肪含量在处理时间之间差异不显著。品种和处理时间对小麦种子品质性状的影响有互作效应，不同品种在不同处理时间的蛋白质含量、脂肪含量、水分、灰分含量差异极显著，淀粉和纤维含量差异显著，必需氨基酸含量无显著差异。由此可见，在小麦种子的老化过程中，种子品质性状的改变既受老化时间的影响，又存在着品种之间的差异。

2.4 小麦老化种子品质性状相关性分析

对小麦老化种子品质性状的相关性进行分析，结果见表5。小麦种子在老化过程中，种子蛋白质含量与淀粉含量呈极显著负相关，与脂肪、纤维、灰分、必需氨基酸含量呈显著正相关;淀粉含量与脂肪、纤维、水分、灰分、必需氨基酸含量呈极显著负相关;脂肪含量与纤维、灰分含量呈极显著正相关;纤维含量与灰分含量呈显著正相关，灰分含量与必需氨基酸含量呈极显著正相关。可见，小麦老化种子的各品质性状之间是相互制约，相互影响的。

3 讨论

自然条件下小麦种子老化时间相对较长，研究种子老化特征较困难。前人研究表明，利用人工加速老化的方法模拟小麦种子的自然老化过程，提高小麦种子老化的速度是可行的[6-7，9]。小麦品质近红外光谱分析具有操作简便、速度快、良好的重复性和稳定性等特点，已广泛应用在小麦品质分析和评价中[12-16]。本研究采用利用高温高湿人工加速老化方法和近红外光谱分析技术检测小麦籽粒全麦粉品质性状，效率大大提高。

小麦储藏过程中要进行缓慢的新陈代谢过程，发生不同程度的生理生化变化，进而影响小麦的营养品质。在小麦种子的老化过程中，不同品种小麦种子的变化规律有一定差异，不同品质性状发生改变的规律也不同。随老化时间的延长，全麦粉水分含量显著增加，蛋白质含量、淀粉含量基本上没有显著变化，脂肪含量和纤维含量增加，必需氨基酸含量大部分明显降低，与前人研究结果[6-8]一致。表明小麦种子在储藏过程中，蛋白质和淀粉的总量并没有什么变化，主要是蛋白质质量发生了改变[8]，说明种子老化对小麦的营养品质产生了一定的影响。

蛋白质和必需氨基酸缺乏是发展中国家和欠发达国家人体营养的主要问题之一。小麦的营养品质可通过增加其蛋白质含量和限制性氨基酸尤其是赖氨酸的含量得到改善[3]。本研究中随老化时间延长，赖氨酸含量除郑麦9023外都没显著变化，但是不同品种间的赖氨酸含量差异较大。通过比较不同筋力品种老化种子品质性状差异，发现强筋小麦烟农19和郑麦9023的蛋白质、淀粉、脂肪、纤维和灰分含量指標变化不显著，说明强筋小麦品种的抗老化水平较好。通过近红外光谱可快速测定品种的品质性状，进一步用于品质育种，对于改良小麦的营养品质具有重要的意义。

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