小麦籽粒灌浆动态与成熟品质关联的多维度解析：基于四个品质差异小麦品种的蛋白质组成与淀粉结构发育研究

《Foods》：Consumer Behavior Toward Andean Grains Among Young Peruvian Adults: Purchase Patterns, Motivations, and Barriers Across Cultural Contexts

　　

小麦籽粒品质是在灌浆期间通过贮藏储备的积累和结构组织逐步建立的，然而发育性状与成熟籽粒品质之间的关系仍未完全阐明。本研究旨在表征灌浆期间籽粒发育性状的变化，并阐明其与成熟籽粒品质的关系，特别关注与小麦籽粒作为食品生产原料相关的品质属性。本研究选用四个成熟籽粒品质差异显著的小麦品种，在两个收获年份评估成熟籽粒品质，并在2024–2025生长季考察灌浆动态。在花后10、16、23和29天（DAA）表征籽粒生长，同时在籽粒发育期和成熟期考察蛋白质和淀粉积累及蛋白质组分。进一步在23和29 DAA及成熟期评估淀粉粒粒径分布、相对结晶度（RC）和热特性，同时测定成熟面粉的糊化特性及发育性状与成熟品质性状之间的相关性。所有品种在籽粒增重、脱水和蛋白质及淀粉逐步积累方面表现出相似的基本模式，而品种特异性差异在蛋白质组分、直链淀粉含量、淀粉粒特征和淀粉结构方面在发育过程中日益明显。尽管部分品种间总淀粉含量差异在成熟期缩小，但直链淀粉含量、粒径、B型淀粉粒比例、相对结晶度和热特性仍保持差异，并与谷蛋白相关和糊化特性的变异相关联。在所考察的生长季内，23和29 DAA的发育性状均与成熟籽粒品质相关，且29 DAA检测到的显著关联多于23 DAA。这些季节特异性关联表明，灌浆中后期蛋白质组成和淀粉结构的变化可能与成熟籽粒品质相关。研究结果有助于阐明灌浆特征与最终小麦籽粒品质之间的关联。

小麦籽粒灌浆动态与成熟品质的多维关联研究解读

一、研究背景与意义

小麦籽粒品质是一个由籽粒质地、蛋白质含量与组成、淀粉组成与结构特征以及由此产生的加工特性共同决定的复杂性状。籽粒硬度不仅影响制粉行为，还影响胚乳中淀粉粒与蛋白质基质之间的界面特性；醇溶蛋白和谷蛋白的含量、比例及聚合特征共同参与面筋网络的形成，而直链淀粉含量、淀粉粒粒径分布和结构组织进一步影响糊化与加工特性。因此，成熟籽粒品质并非由单一蛋白质或淀粉性状决定，而是蛋白质组成、淀粉组成与结构以及胚乳组织协同作用的综合表型。

这些成熟品质特征在花后籽粒发育过程中逐步建立。随着胚乳发育，碳和氮同化物持续输入并转化为淀粉和贮藏蛋白，不同类别贮藏蛋白呈现不同的沉积模式。尽管已有研究对贮藏蛋白沉积、淀粉生物合成、淀粉粒起始和淀粉结构发育提供了重要认识，但将多个性状层面整合、考察品质差异显著的小麦品种在灌浆过程中的差异及其与成熟品质关联的研究仍相对有限。特别是在哪些发育阶段品种间蛋白质组成和淀粉结构特征差异更加明显，以及这些发育差异如何与成熟籽粒品质相关联，尚不清楚。基于此，研究人员选取四个成熟籽粒品质差异显著的小麦品种开展本研究，旨在表征灌浆过程中籽粒发育的共同与品种特异性模式，评估蛋白质组成和淀粉结构发育差异与成熟籽粒品质的关联，为从发育角度理解小麦品质差异提供依据。

二、主要技术方法

研究人员在陕西杨凌西北农林科技大学试验田连续两个冬小麦生长季（2023–2024和2024–2025）种植四个小麦品种，包括两个软质小麦品种泉麦725（QM725）和泛麦8号（FM8），以及两个硬质小麦品种伟隆169（WL169）和西农9198（XN9198）。成熟籽粒品质在两个收获年份均进行评估，灌浆动态仅在2024–2025生长季考察。研究采用单籽粒谷物特性测试系统（SKCS）测定籽粒硬度指数，近红外分析仪测定蛋白质含量、湿面筋含量和容重，微量粉质仪测定面团形成时间和稳定时间；采用Osborne溶解度分类法顺序提取并定量清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白组分；通过面团洗涤法提取淀粉，利用激光衍射粒度分析仪测定淀粉粒粒径分布，X射线衍射仪（XRD）分析淀粉结晶结构，差示扫描量热仪（DSC）测定热特性，快速粘度分析仪（RVA）测定成熟面粉糊化特性。统计分析采用双因素方差分析和Pearson相关分析。

三、研究结果

3.1 成熟籽粒品质特征

两个收获年份中四个品种的成熟籽粒品质均存在显著差异。WL169和XN9198的硬度指数和湿面筋含量显著高于QM725和FM8；XN9198的蛋白质含量在2024年显著高于其他品种，2025年与WL169无显著差异但显著高于QM725和FM8；XN9198的总淀粉含量在两个年份均显著低于其他三个品种。面团稳定时间在两个年份均呈现XN9198 > WL169 > FM8 > QM725的顺序。双因素方差分析显示品种对所有品质性状均有极显著影响，收获年份对部分性状有显著影响，多数性状存在显著的品种×年份互作。

3.2 灌浆期间籽粒生长与形态发育

四个品种在花后10、16、23和29天的籽粒生长呈现明显的发育阶段和品种依赖性差异。百粒鲜重和干重随灌浆推进逐步增加，籽粒含水量持续下降。WL169在各阶段维持较高的百粒干重，XN9198表现出明显的后期增重特征，在29 DAA时鲜重最高。籽粒长度在10至16 DAA间快速增加，此后变化较小，而籽粒宽度和厚度在灌浆中后期持续变化且呈现品种特异性模式。双因素方差分析显示品种、发育阶段及其互作对百粒鲜重、百粒干重和含水量均有极显著影响。

3.3 灌浆至成熟期蛋白质与淀粉积累

蛋白质含量在灌浆期间总体增加，但品种排序随发育阶段变化。10 DAA时WL169蛋白质含量显著高于其他品种，29 DAA时XN9198最高。成熟期WL169和XN9198显著高于QM725，FM8居中。总淀粉含量在灌浆期间显著增加，10至23 DAA增幅最大，之后增速放缓。QM725在早期发育阶段总淀粉含量较高，品种间差异随灌浆推进逐渐缩小，但23和29 DAA仍存在显著差异。直链淀粉含量从10 DAA至成熟期逐步增加，品种差异在整个灌浆过程中持续存在，WL169始终最高，XN9198一般居第二。

3.4 灌浆至成熟期蛋白质组分动态

四种蛋白质组分呈现不同的发育模式和品种差异。清蛋白和球蛋白含量总体随发育增加，品种主效应不显著但存在显著的品种×发育阶段互作。醇溶蛋白表现出更明显的品种分化，WL169和XN9198在多数发育阶段显著高于QM725和FM8。谷蛋白含量总体变化较小，品种效应和品种×阶段互作显著但发育阶段主效应不显著。

3.5 灌浆中后期至成熟期淀粉粒特征

淀粉粒径分布在23 DAA时已呈现品种差异，并在29 DAA和成熟期更加明显。29 DAA时QM725的D50、D[4,3]和D[3,2]值较高，XN9198最低。成熟期QM725的三个粒径参数均显著高于WL169和XN9198，FM8居中。B型淀粉粒数量比例呈现更强的品种分化，XN9198在23 DAA时最高，29 DAA时XN9198和WL169分别达到约93%和82%，显著高于FM8和QM725。成熟期维持XN9198 > WL169 > FM8 > QM725的顺序。

3.6 淀粉结晶结构与热特性

所有淀粉样品在约15°、17°、18°和23°处呈现衍射峰。23 DAA时QM725和XN9198的相对结晶度（RC）较高，29 DAA时QM725最高，成熟期XN9198最高而QM725最低。热特性方面，23 DAA时FM8的起始温度（T_o）和峰值温度（T_p）最高，29 DAA时QM725最高。成熟期T_o降至55.86–57.16 °C且品种间无显著差异，T_p总体下降但品种差异仍显著，WL169最高而XN9198最低。终止温度（T_c）相对稳定，成熟期无显著品种差异。糊化焓（ΔH）在23和29 DAA时XN9198最高，成熟期QM725最低。

3.7 成熟面粉糊化特性

FM8和QM725的峰值粘度（PV）最高且两者无显著差异，均显著高于WL169和XN9198，XN9198最低。FM8的谷值粘度（TV）和最终粘度（FV）最高，WL169最低。衰减值（BD）在四个品种间均存在显著差异，顺序为QM725 > FM8 > WL169 > XN9198。回生值（SB）在FM8和XN9198中较高且无显著差异。糊化温度（PT）范围较窄（86.43–87.71 °C）但品种间差异显著。

3.8 灌浆性状与成熟品质的关联

23 DAA时，直链淀粉含量与成熟湿面筋含量和直链淀粉含量正相关，总淀粉含量与成熟直链淀粉含量负相关，百粒干重与成熟直链淀粉含量和硬度指数正相关。29 DAA时，B型淀粉粒数量比例与成熟蛋白质含量、硬度指数、面团稳定时间和形成时间正相关，相对结晶度与蛋白质含量和稳定时间负相关。29 DAA的蛋白质含量和醇溶蛋白含量与多项成熟蛋白质、面筋和面团相关性状关联，而糊化特性关联有限。

四、讨论与结论

研究表明，四个品种在灌浆过程中呈现大致相似的发育模式，但在蛋白质组成和淀粉结构变化的幅度与时间上存在品种特异性差异。品种间蛋白质组分、直链淀粉含量、淀粉粒粒径分布、B型淀粉粒比例、相对结晶度和热特性的差异在灌浆中后期更加明显。尽管部分品种总淀粉含量差异在成熟期缩小，但组成和结构差异持续存在，并与成熟面筋相关和糊化特性相关联。23和29 DAA的发育性状均与成熟品质相关，29 DAA检测到更多显著关联，表明灌浆后期可能是考察品种特异性品质发育更具信息量的阶段。这些发现从发育角度为理解小麦品质分化提供了依据，也为进一步评估与成熟籽粒品质相关的后期灌浆性状奠定了基础。