全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(11): 1998−2003 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30971731), 江苏省作物栽培生理重点实验室开放课题(02738800372)和扬州大学博士启动金(2009087)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 陆卫平, E-mail: wplu@yzu.edu.cn, Tel: 0514-87979377
第一作者联系方式: E-mail: ludalei0691@sina.com
Received(收稿日期): 2010-03-08; Accepted(接受日期): 2010-05-29.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.01998
生长季节对糯玉米淀粉粒分布和热力学特性的影响
陆大雷 郭换粉 董 策 陆卫平*
扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室 / 农业部长江中下游作物生理生态与栽培重点开放实验室, 江苏扬州 225009
摘 要: 以 8 个糯玉米品种为材料, 利用激光衍射粒度分析仪和差示扫描量热仪分析了春播和秋播糯玉米淀粉粒分
布和热力学特性。结果表明, 糯玉米淀粉主要由直径<13 μm的颗粒组成, 占总数目的 71.7%~84.3%。颗粒体积和表
面积呈双峰分布, >17 μm颗粒占比例最高, 9~13 μm颗粒占比例较高, <9 μm颗粒占比例最低。和春播相比, 秋播处理
使糯玉米淀粉中<17 μm颗粒体积和表面积比例升高, >17 μm颗粒体积和表面积比例降低, <9 μm的颗粒数目增多, >9
μm 颗粒数目减少。淀粉热力学特征参数中, 秋播处理下转变温度(起始温度、峰值温度和终值温度)、峰值指数和回
生值降低, 糊化范围扩大, 但热焓值总体上无显著变化。结合前期研究结果, 9~13 μm和 13~17 μm颗粒体积比例与淀
粉的结晶度、峰值黏度和崩解值显著正相关, 与峰值温度和回生值显著负相关。>17 μm颗粒体积比例与结晶度、峰
值黏度和崩解值极显著负相关, 与峰值温度和回生值显著正相关。糯玉米淀粉粒分布在不同季节下不同, 导致淀粉糊
化特性和热力学特性发生变化。
关键词: 糯玉米淀粉; 生长季节; 颗粒分布; 热力学特性
Starch Granule Size Distribution and Thermal Properties of Waxy Maize Cul-
tivars in Growing Seasons
LU Da-Lei, GUO Huan-Fen, DONG Ce, and LU Wei-Ping*
Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province / Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Cultivation in Middle and
Lower Reaches of Yangtze River of Ministry of Agriculture, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China
Abstract: Starch granule is the basic composition in starch and affects the starch physicochemical properties. In the study, starch
isolated from eight Chinese waxy maize cultivars sown in spring and autumn was evaluated for granule size distribution and
thermal properties using the laser diffraction particle size analyzer and differential scanning calorimetry, respectively. The results
presented that the most number of starch granule size was less than 13 μm, with the percentage between 71.7% and 84.3%. The
distribution frequency showed a typical two-peak curve in starch granule volume and surface area, the starch granule with the
diameter higher than 17 μm accounted for the highest percentage, followed by that with the diameter between 9 and 13 μm, and
that with the diameter lower than 9 μm was the lowest. Compared with spring sown plant, autumn sown plant presented higher
volume and surface area percentage of starch granule less than 17 μm, and increased the number of starch granule less than 9 μm.
Among thermal characteristics, in autumn sown treatments, transition temperature (onset-, peak-, and conclusion temperature),
peak height index and percentage of retrogradation were decreased; gelatinization range was enlarged, whereas the gelatinization
enthalpy was similar in two treatments in general. With the finding of previous study, the volume percentage of starch granule of
9–13 μm and 13–17 μm was positively correlated to crystallinity, peak viscosity and breakdown, and negatively correlated to peak
temperature and percentage of retrogradation; that of higher than 17 μm was negatively correlated to crystallinity, peak viscosity
and breakdown, and positively correlated to peak temperature and percentage of retrogradation. The change of starch granule size
distribution among different growing seasons for waxy maize resulted in the change of thermal and pasting properties.
Keywords: Waxy maize starch; Growing season; Granule size distribution; Thermal properties
淀粉是谷类作物胚乳的主要组成部分, 主要以颗粒
存在, 其形态结构决定了淀粉品质。研究表明, 玉米淀粉
粒形态存在显著的基因型差异[1-3], 单个玉米淀粉粒的直
径在不同类型玉米之间变化于 6~30 μm之间[4]。笋玉米淀
粉粒直径最小, 仅为 6.33 μm, 而爆裂玉米的直径最大,
为 13.64 μm [5]。淀粉粒形态和大小受生长环境以及灌水、
第 11期 陆大雷等: 生长季节对糯玉米淀粉粒分布和热力学特性的影响 1999


遮光、播期和收获期等栽培因素的影响[6-9]。Lu 等[6]研究
春播、夏播和冬播对山药淀粉理化特性的影响时发现, 夏
播处理的淀粉平均颗粒直径较大, 其淀粉碘亲和力较高,
峰值黏度、崩解值、峰值温度和热焓值较低。Huang等[7]
研究发现, 随着收获期推迟, 淀粉粒变大, 峰值黏度上升,
但热力学参数变化趋势存在基因型差异。
糯玉米淀粉是一类特用玉米淀粉, 被广泛应用于食
品、纺织、铸造、药品包装等工业。本课题组前期研究发
现, 淀粉的晶体特性和糊化特性存在显著的基因型差异,
同时在不同生长季节下发生了改变[10]。在此基础上, 本文
进一步分析了两个生长季节的淀粉粒分布与热力学特性,
以期结合前期研究结果[10]进一步为糯玉米淀粉品质改良
提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料及试验设计
选用 2006 年以来糯玉米国家东南区区域试验品种
L3-1、YA30142、川玉糯 4 号、景科糯 1 号、苏糯 528、
渝糯 408、云白糯 3号和郑彩糯 1号, 种子由安徽省种子
管理站提供。
2007 年在扬州大学农学院试验田进行田间试验。土
质为沙壤土, 地力中等, 含全氮 0.92 g kg−1、速效氮 57.2
mg kg−1、速效磷 32.1 mg kg−1、速效钾 92.3 mg kg−1。播
种期分别为 3月 15日和 7月 20日; 移栽期分别为 3月 25
日和 7月 25日; 收获期分别为 7月 15和 10月 15日。采
用单因素随机区组设计, 2次重复, 小区面积 16 m2, 密度
为 5.25万株 hm−2。基肥施氮 75 kg hm−2、P2O5 65 kg hm−2、
K2O 70 kg hm−2, 移栽前深施, 拔节期再追施氮 150 kg
hm−2。其他栽培措施按常规要求实施。
1.2 籽粒淀粉分离
参照本试验室已报道的方法[11]分离淀粉。
1.3 淀粉粒分布测定
将 1 g淀粉加 5 mL浓度为 2 mol L−1的 NaCl, 旋涡混
合, 在 3 500×g下离心, 去上清液, 分别以 2% SDS和蒸馏
水清洗, 匀浆后再离心, 重复 4 次, 再用丙酮清洗 1 次,
风干, 贮存于−20℃下。
用英国马尔文公司的 Malvern Mastersizer 2000激光
衍射粒度分析仪分析淀粉粒。取 50 mg 淀粉放入离心管,
加 5 mL 无水乙醇悬浮, 旋涡混匀后置 4℃下 1 h, 每 10
min 振荡一次, 然后转移至激光衍射粒度分析仪的分散盒
中, 测量其分布状况。参照 Li 等[1-2]的方法略作修改, 将
颗粒依直径分为<9 μm、9~13 μm、13~17 μm和>17 μm四
个部分。
1.4 淀粉热力学特性测定
按前期报道的方法[12], 采用德国耐驰公司差示扫描
量热仪测定淀粉的热力学特性。
1.5 统计分析
采用 DPS 7.05软件进行数据统计及相关分析, 采用
LSD法测验显著性。
2 结果与分析
2.1 体积分布
从表 1可以看出, 淀粉粒体积以>17 μm的比例最高
(均值为 55.4%), <9 μm的比例最低(均值为 7.8%)。不同季
节下的淀粉粒体积比例, 对糯玉米淀粉中>17 μm 的是秋
季低于春季, 而 13~17 μm、9~13 μm和<9 μm的均高于春
季。在供试 8个品种中, 淀粉粒体积分布存在显著的基因
型差异, 2个生长季节下均值以渝糯 408 13~17 μm、9~13

表 1 两个生长季中 8个糯玉米品种的淀粉粒体积分布
Table 1 Starch granule volume distribution in eight waxy maize cultivars in two growing seasons (%)
淀粉粒直径 Diameter of starch granule
<9 μm 9~13 μm 13~17 μm >17 μm
品种
Cultivar
A S M1 A S M1 A S M1 A S M1
L3-1 6.7 3.4 5.0 d 19.7 8.4 14.1 e 19.0 9.8 14.4 g 54.6 78.4 66.5 a
YA30142 9.7 10.5 10.1 b 21.2 13.6 17.4 d 18.3 12.4 15.3 f 50.8 63.5 57.2 c
川玉糯 4号 Chuanyunuo 4 5.7 5.7 5.7 d 19.0 16.2 17.6 d 19.4 16.2 17.8 e 55.9 61.9 58.9 b
景科糯 1号 Jingkenuo 1 9.6 6.0 7.8 c 23.6 15.1 19.3 c 21.8 14.4 18.1 de 45.1 64.6 54.8 de
苏糯 528 Sunuo 528 10.9 3.7 7.3 c 23.7 16.6 20.2 b 20.0 17.6 18.8 cd 45.4 62.1 53.8 e
渝糯 408 Yunuo 408 8.9 13.3 11.1 a 23.2 19.4 21.3 a 22.2 19.1 20.7 a 45.7 48.2 46.9 g
云白糯 3号 Yunbainuo 3 10.5 8.6 9.6 b 22.3 20.8 21.5 a 19.8 19.0 19.4 bc 47.4 51.6 49.5 f
郑彩糯 1号 Zhengcainuo 1 5.9 4.9 5.4 d 20.0 18.0 19.0 c 20.7 19.6 20.1 ab 53.4 57.5 55.5 d
季节均值 M2 8.5 a 7.0 b 21.6 a 16.0 b 20.2 a 16.0 b 49.8 b 61.0a
A: 秋玉米; S: 春玉米; M1: 同一品种 2个生长季节的均值; M2: 同一季节 8个品种的均值。平均值后不同小写字母表示品种间
差异达显著水平(P<0.05, LSD法)。
A: autumn growing season; S: spring growing season; M1: seasonal means of cultivars; M2: cultivar means of seasons. Means followed
by different letters are significantly different (P < 0.05) among cultivars according to LSD test.
2000 作 物 学 报 第 36卷

μm和<9 μm的比例最高, >17 μm的比例最低, L3-1各部分
所占比例和渝糯 408恰好相反。
2.2 表面积分布
与淀粉粒体积分布相似, 淀粉粒表面积分布同样以
>17 μm 的淀粉粒所占比例最高(均值为 32.2%)(表 2), 以
<9 μm的淀粉粒所占比例最低(均值为 16.5%)。表面积分
布在不同季节下的变化和体积分布相似。供试 8个品种中,
淀粉粒的表面积分布存在显著的基因型差异。<9 μm的表
面积比例以 L3-1最低, 云白糯 3号和 YA30142最高; 9~13
μm的表面积比例以 L3-1和 YA30142最低, 景科糯 1号最
高; 13~17 μm 的表面积比例以 YA30142 最低, 郑彩糯 1
号最高; >17 μm的表面积比例以 L3-1最高, 云白糯 3号
最低。
2.3 数目分布
从表 3可以看出, 糯玉米淀粉主要由<9 μm的颗粒组
成, 约占总数的 39.5%, 且随着淀粉粒直径的增大, 数目
逐渐减少, >17 μm的淀粉粒仅占总数的 8.2%。两个生长
季节中, 8个品种<9 μm的淀粉粒数目均值以秋季高于春
季, >9 μm的淀粉粒数目以秋季低于春季。不同品种间相
比, 两季节的<9 μm淀粉粒数目均值以YA30142和云白糯
最高 , L3-1 和郑彩糯 1 号最低; >9 μm 的颗粒数量以
YA30142和云白糯最低, 以 L3-1和郑彩糯 1号最高。

表 2 两个生长季中 8个糯玉米品种的淀粉粒表面积分布
Table 2 Starch granule surface area distribution in eight waxy maize cultivars in two growing seasons (%)
淀粉粒直径 Diameter of starch granule
<9 μm 9~13 μm 13~17 μm >17 μm
品种
Cultivar
A S M1 A S M1 A S M1 A S M1
L3-1 14.7 8.3 11.5 e 32.4 22.7 27.6 e 23.3 19.5 21.4 d 29.6 49.6 39.6 a
YA30142 21.0 20.0 20.5 a 32.5 24.1 28.3 e 20.7 19.6 20.1 e 25.8 36.4 31.1 cd
川玉糯 4号 Chuanyunuo 4 12.5 15.1 13.8 c 31.7 30.5 31.1 bcd 23.8 22.1 22.9 b 32.1 32.4 32.2 bc
景科糯 1号 Jingkenuo 1 18.7 16.2 17.4 b 34.1 30.4 32.2 a 22.3 20.4 21.3 d 25.0 33.0 29.0 e
苏糯 528 Sunuo 528 22.7 13.0 17.9 b 33.6 29.0 31.3 abc 21.4 22.9 22.1 c 22.3 35.1 28.7 e
渝糯 408 Yunuo 408 18.2 16.5 17.4 b 32.7 27.5 30.1 d 23.0 22.8 22.9 b 26.1 33.2 29.6 de
云白糯 3号 Yunbainuo 3 22.3 18.4 20.3 a 32.6 31.5 32.0 ab 20.9 21.4 21.1 d 24.3 28.8 26.6 f
郑彩糯 1号 Zhengcainuo 1 13.3 11.8 12.5 d 31.7 29.6 30.6 cd 24.0 23.8 23.9 a 31.1 34.8 33.0 b
季节均值 M2 18.0 a 14.9 b 32.6 a 28.2 b 22.4 a 21.5 b 27.0 b 35.4 a
A: 秋玉米; S: 春玉米; M1: 同一品种两个生长季节的均值; M2: 同一季节 8个品种的均值。平均值后不同小写字母表示品种间
差异达显著水平(P<0.05, LSD法)。
A: autumn growing season; S: spring growing season; M1: seasonal means of cultivars; M2: cultivar means of seasons. Means followed
by different letters are significantly different (P < 0.05) among cultivars according to LSD test.

表 3 两个生长季中 8个糯玉米品种的淀粉粒数目分布
Table 3 Starch granule number distribution in eight waxy maize cultivars in two growing seasons (%)
淀粉粒直径 Diameter of starch granule
<9 μm 9~13 μm 13~17 μm >17 μm
品种
Cultivar
A S M1 A S M1 A S M1 A S M1
L3-1 35.6 27.8 31.7 e 40.6 39.5 40.0 b 15.5 18.3 16.9 a 8.4 14.4 11.4 a
YA30142 48.0 46.5 47.2 a 34.5 39.7 37.1 e 11.6 11.0 11.3 f 6.0 2.9 4.4 e
川玉糯 4号 Chuanyunuo 4 32.9 38.5 35.7 d 40.9 37.6 39.2 c 16.2 14.9 15.5 b 10.1 9.1 9.6 b
景科糯 1号 Jingkenuo 1 43.4 42.4 42.9 b 36.7 36.1 36.4 e 13.2 13.6 13.4 d 6.8 7.9 7.3 cd
苏糯 528 Sunuo 528 48.2 33.6 40.9 c 34.7 38.7 36.7 e 11.6 16.5 14.1 cd 5.6 11.3 8.4 c
渝糯 408 Yunuo 408 41.6 39.0 40.3 c 37.7 38.2 37.9 d 13.9 15.0 14.4 c 6.9 7.7 7.3 cd
云白糯 3号 Yunbainuo 3 48.5 44.5 46.5 a 34.1 35.5 34.8 f 11.6 12.8 12.2 e 5.8 7.3 6.5 d
郑彩糯 1号 Zhengcainuo 1 32.5 29.7 31.1 e 41.0 41.2 41.1 a 16.4 17.5 17.0 a 10.1 11.7 10.9 a
季节均值 M2 41.3 a 37.7 b 37.5 b 38.3 a 13.7 b 14.9 a 7.4 b 9.0 a
A: 秋玉米; S: 春玉米; M1: 同一品种两个生长季节的均值; M2: 同一季节 8个品种的均值。平均值后不同小写字母表示品种间
差异达显著水平(P<0.05, LSD法)。
A: autumn growing season; S: spring growing season; M1: seasonal means of cultivars; M2: cultivar means of seasons. Means followed
by different letters are significantly different (P < 0.05) among cultivars according to LSD test.

第 11期 陆大雷等: 生长季节对糯玉米淀粉粒分布和热力学特性的影响 2001


2.4 胶凝特性
从表 4 可知, 生长季节对糯玉米淀粉的胶凝特征值
存在显著影响。两个生长季节间的均值相比, 秋季糯玉米
淀粉的转变温度(起始温度、峰值温度和终值温度)和峰值
指数低于春季, 糊化范围高于春季。热焓值总体上受生长
季节影响较小 , 但不同品种对季节的响应存在基因型差
异, L3-1、川玉糯 4号、景科糯 1号、渝糯 408和云白糯
3 号 5个品种表现为秋播处理下较高, 其余 3个品种表现
为春播处理下较高。胶凝特征值存在显著的基因型差异,
起始温度以云白糯 3 号最高, 苏糯 528 和渝糯 408 最低,
峰值温度以 YA30142 最高, 渝糯 408 最低; 终值温度以
YA30142最高, 郑彩糯 1号最低, 热焓值以云白糯 3号最
高, YA30142 最低; 糊化范围以苏糯 528 最高, 云白糯 3
号最低, 峰值指数表现和糊化范围相反。
2.5 淀粉的回生特性
从表 5可知, 糊化淀粉冷藏后发生回生, 表现为转变
温度和热焓值的降低, 回生淀粉的热焓值、终值温度和淀
粉的回生值均表现为秋季低于春季 , 而起始温度和峰值
温度秋季高于春季。淀粉的回生特征值存在显著的基因型
差异, 回生值和热焓值以 L3-1、景科糯 1号和苏糯 528较
高, YA30142较低。起始温度和峰值温度以川玉糯 4号、
苏糯 528和云白糯 3号较高, 渝糯 408较低。终值温度则
以渝糯 408较高, YA30142和郑彩糯 1号较低。
2.6 淀粉粒体积分布与淀粉理化特性间的关系
从表 6可知, 淀粉粒体积分布和淀粉的结晶度、糊化
特征值(另文发表数据[10])、热力学特征值间存在一定的相
关关系。<9 μm的淀粉粒体积百分比和各特征值间无显著
相关关系, 9~13 μm和 13~17 μm体积比例与淀粉的结晶
度、峰值黏度和崩解值显著正相关(相关系数分别为 0.68
和 0.59, P <0.01和 P <0.05; 0.76和 0.76, P<0.01; 0.78和
0.76, P <0.01), 与峰值温度和回生值显著负相关(相关系
数分别为−0.57和−0.55, P <0.05; −0.48和−0.49, P <0.05)。
>17 μm的淀粉粒体积百分比与结晶度、峰值黏度和崩解
值极显著负相关(相关系数分别为−0.62、−0.74和−0.73, P
<0.01), 和峰值温度和回生值显著正相关(相关系数分别
为 0.55和 0.48, P <0.05)。

表 6 淀粉粒的体积分布与淀粉理化特性的相关性分析
Table 6 Correlation coefficients between starch granule volume and physicochemical characteristics of starch
淀粉粒直径
Diameter of
starch granule
结晶度
Crystallinity
峰值温度
Tp
热焓值
ΔHgel
峰值黏度
Peak viscosity
崩解值
Breakdown
回复值
Setback
糊化温度
Pasting
temperature
热焓值
ΔHret
回生值
%R
<9 μm 0.28 –0.25 –0.03 0.38 0.31 0 –0.01 –0.25 –0.25
9–13 μm 0.68** –0.57* 0.15 0.76** 0.78** –0.08 0.23 –0.41 –0.48*
13–17 μm 0.59* –0.55* 0.30 0.76** 0.76** 0.03 0.17 –0.36 –0.49*
>17 μm –0.62** 0.55* –0.17 –0.74** –0.73** 0.02 –0.16 0.40 0.48*
* Significant at P < 0.05. ** Significant at P < 0.01. Abbreviations correspond with those described in Table 4 and Table 5.

3 讨论
淀粉粒是淀粉的基本成分。本研究结果表明, 淀粉粒
中<13 μm 的数目占总数目的比例较高 , 约占总数目的
77.4%, 而体积和表面积百分比呈现双峰分布, 以>17 μm
淀粉粒所占比例最高, 其次为 9~13 μm淀粉粒, 以<9 μm
淀粉粒所占比例最低。淀粉粒分布受生长季节的影响, 和
春播相比, 秋播糯玉米淀粉粒直径<17 μm 的体积和表面
积比例升高, >17 μm的体积和表面积比例降低, <9 μm的
颗粒数目增多, >9 μm颗粒数目减少。Lu等[6]研究同样发
现, 播期处理对淀粉粒大小存在显著影响, Massaux 等[13]
和 Paterson 等[14]研究发现, 淀粉粒分布受种植年度和区
域的影响, 主要是生长环境影响了植株的生长发育所致。
在小麦上的研究[8-9]已证实, 淀粉粒分布受光照、水分等
因素的影响。在本试验条件下, 秋播糯玉米淀粉理化特性
较优, 主要由于秋季灌浆结实期环境较好, 淀粉胚乳细胞
多, 籽粒充实好。
Lu等[6]研究不同播期(春播、夏播和冬播)对淀粉热力
学特性的影响时发现, 夏播处理下山药淀粉的起始温度、
峰值温度和热焓值较低。在不同作物上的研究[15-17]亦证实,
生长期温度、水分供应等因素均影响淀粉的热力学特性。
本研究证实 , 秋播使糯玉米淀粉的转变温度和峰值指数
降低, 糊化范围扩大, 回生值降低。但需指出的是, 品种
的热力学特性对播期的响应存在显著的基因型差异 , 因
此 , 在利用播期改良淀粉热力学特性时应注意调节基因
型差异。
结构决定功能。淀粉粒分布的变化引起了淀粉理化
特性的改变。本研究结果表明, 9~13 μm和 13~17 μm的颗
粒体积分布比例和淀粉的峰值黏度及崩解值显著正相关,
和峰值温度和回生值显著负相关。>17 μm的淀粉粒体积
百分比和峰值黏度及崩解值极显著负相关, 和峰值温度
和回生值显著正相关。Peterson等[18]研究表明, 小麦淀粉
大颗粒(>10 μm)的比例和峰值黏度、崩解值和回复值显著
负相关。Lu 等[6]研究发现, 山药淀粉的平均粒径较大时,
峰值黏度和崩解值较低, 这和本研究结果相似, 但其和峰
值温度和热焓值呈负相关, 这和本研究结果有一定差异。
Zaidul 等[19]发现, 马铃薯淀粉的平均粒径与峰值黏度和
崩解值显著正相关, 与回复值和糊化温度显著负相关。
Singh 等[20]发现, 木薯淀粉中大颗粒(>25 μm)的比例和峰
值黏度和崩解值显著正相关, 这和本结果存在一定差异。
2002 作 物 学 报 第 36卷

第 11期 陆大雷等: 生长季节对糯玉米淀粉粒分布和热力学特性的影响 2003


Vermeylena等[21]和 Noda等[22]研究发现, 淀粉粒大小对热
焓值无显著影响, 同时 Vermeylena 等[21]发现峰值温度表
现为小颗粒大于大颗粒, 这和本研究结果相似。本研究结
果表明, 9~13 μm和 13~17 μm的淀粉粒体积比例和淀粉结
晶度显著正相关, >17 μm 的淀粉粒体积比例和结晶度显
著负相关。这和 Tang等[23]对糯大麦淀粉的研究结果相似,
但和 Vermeylena 等 [21]对普通小麦淀粉的研究结果以及
Tang等[23]对普通大麦淀粉的研究结果有一定差异。
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