小麥品質穩定性研究進展

孫振綱，許 琦

（山西省農業科學院棉花研究所，山西運城044000）

近年來，隨著人們生活水平的提高，小麥的優質問題越來越受到重視。我國育種家選育出了一大批優質高產小麥新品種，但是，由于種植方式、栽培條件、地域差異、年際間氣候變化及同一優質品種在不同年份、不同地點，甚至不同地塊品質表現差異都非常明顯，這給小麥進一步深加工增加了難度，難以保證工業化商品同一和優質的要求。筆者總結出影響小麥品質穩定性的多種因素，并提出了解決這一問題的初步設想。

1 不同栽培條件對小麥品質穩定性的影響

1.1 肥料因素對小麥品質的影響

1.1.1 氮素對小麥品質的影響 趙廣才試驗結果表明，在施氮0～300 kg/hm2范圍內，小麥濕面筋、沉降值、吸水率、形成時間、穩定時間、延伸性、面包體積均隨施氮量增加逐漸提高，其中，形成時間、穩定時間、濕面筋、沉降值的變異系數較大，表明這些性狀對氮肥反應敏感；吸水率對氮肥反應遲鈍，變異系數最小，穩定性較好。穩定時間在不同試驗點的變異系數最大。穩定時間、形成時間、拉伸面積在不同品種間變異系數差別較大，而其他品質指標的變異系數較小。把施氮處理和試驗點統一作為環境因素，把不同品種作為基因型因素，利用AMMI模型對主要加工品質指標進行分析得出，濕面筋、形成時間、延伸性、面包體積和面包評分的環境效應大于基因型效應；而沉降值、吸水率、穩定時間、拉伸面積的基因型效應大于環境效應；基因型與環境（G×E）的交互作用對各項品質性狀均有極顯著影響。對于全生育期總施氮量相同、不同時期施氮量不同的情況下，將氮肥后移至拔節期追施有利于蛋白質含量、面筋含量和沉降值的提高[1]。

1.1.2 磷素對小麥品質的影響 因施肥量、施肥時期的不同，磷肥對小麥品質產生的影響不同。在含磷量較低的沙土地上，在施磷量（P2O5）0～108 kg/hm2范圍內，增加施磷量，可以提高弱筋小麥籽粒蛋白質含量、干濕面筋含量和籽粒容重，淀粉及其組分含量呈下降趨勢；施磷量（P2O5）超過108 kg/hm2，若增加施磷量，籽粒蛋白質含量、干濕面筋含量和籽粒容重下降，淀粉及其組分含量上升。在總施磷量相同的條件下，拔節期追施磷肥的比例在50%以下時，隨著追肥比例的增加，籽粒產量、籽粒蛋白質含量、干濕面筋含量和籽粒容重提高，而淀粉及其組分含量呈下降趨勢；當追肥比例超過50%后，進一步提高拔節期追施磷肥比例，籽粒產量、籽粒蛋白質含量、干濕面筋含量和籽粒容重下降，淀粉及其組分含量則上升。

1.1.3 鉀素對小麥品質的影響 鉀可促進氨基酸向籽粒中運轉的速率，同時也可增大氨基酸轉化為籽粒蛋白質的速度，從而使籽粒蛋白質含量提高。籽粒蛋白質含量隨施鉀時期的推遲而逐漸提高，揚花期施鉀蛋白質含量最高，這可能是由于揚花期吸收的鉀促進和參與植株體內氮的代謝活動，促進了小麥對氮素的吸收和利用，并很快轉化為籽粒蛋白質，從而提高了籽粒蛋白質含量。

研究表明，維持土壤有效鉀含量為100～350 mg/kg，對保證小麥高產和優質是必要的，低于下限會減產，高于上限蛋白質含量會降低。

研究證明，氮磷鉀合理配施對小麥品質的作用比單一肥料的作用要突出。各因素對蛋白質含量的影響依次為氮（田間施氮）＞葉面噴氮＞磷＞鉀，說明鉀肥對品質的獨立效應不大。在氮磷鉀三因素試驗中，以高氮＋高磷＋高鉀處理的蛋白質含量最高，與低氮＋低磷＋低鉀處理的蛋白質含量相比差異極顯著。可見，肥料三要素綜合作用對提高小麥品質至關重要，充足施氮、配合適當的磷鉀肥和葉面噴氮可以有效地提高小麥籽粒蛋白質含量。

1.2 栽培方式對小麥品質的影響

1.2.1 播期的影響 播期的差異反映了生長條件的差異，因而影響小麥籽粒品質。據研究，晚播比早播的小麥籽粒蛋白質和濕面筋含量均有提高，但籽粒產量明顯下降，致使蛋白質總量隨之降低。據研究，在一般的播期范圍內（10月初至10月下旬），隨著播期的推遲，小麥籽粒蛋白質和賴氨酸含量逐漸增加，籽粒透明度逐漸提高，面粉拉伸力逐漸增大，但籽粒中淀粉含量逐漸下降，導致籽粒產量和蛋白質產量明顯下降；如果播期提早到9月中旬，小麥籽粒中粗蛋白質和賴氨酸含量隨播期的提早有逐漸增加的趨勢；如果播期推遲到11月中旬，則在此范圍內隨播期推遲，小麥籽粒中蛋白質含量亦有較明顯增加的趨勢。播期對產量和品質的影響效應不同步，各地應根據具體生態條件，提出兼顧產量與品質的播期范圍。一般土壤，對于生產優質面包等中高筋力專用小麥，宜在適期范圍內適當推遲小麥播期，但不是越遲越好；對于生產優質餅干、糕點等中低筋力優質專用小麥，可適當早播[2-3]。

1.2.2 播量（密度）的影響 研究表明，播量對小麥產量和品質有一定的影響，在不同土壤肥力條件下，播量對品質的影響有一定的差別。隨著密度的增加，小麥蛋白質和賴氨酸含量逐漸提高，產量以密度為120萬～165萬株/hm2處理最高，低于或超過這個范圍，產量均會降低。在低播量（小于112.5 kg/hm2）下，隨播量的增加產量提高，蛋白質和賴氨酸含量逐漸降低；而在高播量范圍內（大于112.5 kg/hm2)，隨播種量的增加，產量下降，而蛋白質和賴氨酸含量上升。因而在生產中應根據各地的生態條件，確定最適播種量范圍。一般來說，在高肥條件下，公頃播種量135 kg以下時，蛋白質、賴氨酸和濕面筋含量隨播種量增加而降低。因此，在高產水平下，按照群體質量的要求，適當降低基本苗，推廣應用精播、半精播栽培技術有利于優質小麥的生產。而通過精量播種，達到高產、超高產水平，更有利于餅干、糕點所用優質小麥的形成[4]。

1.2.3 水分與灌排技術的影響 水分管理對小麥品質和產量的影響是復雜的。一般情況下，灌水可增加籽粒產量和蛋白質產量，但由于增加了籽粒產量會對蛋白質產生稀釋作用，蛋白質含量可能會略有下降。干旱在多數情況下會使蛋白質含量有所提高。在肥料充足的條件下或在干旱年份，適當灌水可使產量和蛋白質含量同步提高。在較干旱時，肥料充足可使蛋白質含量提高；肥料不足時，干旱或濕潤都會使蛋白質含量降低。據研究，在干旱年份不同時期不同灌水量的處理均比不灌水的處理明顯提高了籽粒產量和蛋白質、賴氨酸含量以及蛋白質產量，且有隨著灌水次數和灌水總量的增加而增長的趨勢。王旭清等提出，隨著抽穗至成熟期間的總降雨量減少，蛋白質、賴氨酸和面筋含量相應增加。王旭清、于亞雄等研究表明，灌水對品質的影響與降水量有關，欠水年份灌水可提高品質，豐水年份灌水過多則對品質不利。水分只有在施肥量比較高時才能明顯影響蛋白質含量。

2 生態環境對小麥品質的影響

小麥的籽粒品質是品種遺傳特性和環境因素共同作用的結果。盡管品種的遺傳特性決定了品種的品質性狀，但是環境因素對小麥品質的影響也是比較重要的。通過基因型與環境及其互作對小麥品質影響的研究表明，不同基因型的品質性狀在不同環境下的穩定性以及不同品質性狀對不同環境的反應存在著顯著差異。但是，由于研究者所用供試材料遺傳背景的差異、測試樣本數量與種植地區環境條件的差異，所得出的結論并不太一致[5-6]。

2.1 地理緯度和海拔對小麥品質的影響

不同緯度和海拔條件下，由于光照、溫度和降水條件的不同，小麥的品質有很大的差異。研究表明，蛋白質和濕面筋含量與緯度呈正相關，在我國北緯31°51′～45°41′范圍內，緯度每升高1°，小麥蛋白質含量增加0.442個百分點。進一步研究表明，隨緯度升高，濕面筋含量、形成時間、評價值、延伸性、抗延伸性和最大抗延伸性總體呈遞增趨勢；吸水率隨緯度的升高呈降低趨勢，穩定時間、弱化度、抗延伸性/延伸性和能量的變化規律不明顯[7]。低緯度地區，如西藏小麥的蛋白質含量減少的原因主要由于谷蛋白減少所致，其次為醇溶蛋白、谷/醇低。但高分子量麥谷蛋白亞基評分較高的品種受生態環境條件影響較小。小麥的黏度性狀表現出隨地區緯度增高而增加的趨勢。

據小麥生態學家測定，各品種的籽粒蛋白質、面筋含量和賴氨酸含量均隨生態高度（緯度×海拔）的增加而呈降低的趨勢。在西藏麥區、黃淮冬麥區和北部冬麥區范圍內，生態高度與籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值、降落值呈負相關。然而，也有研究表明，在云南不同環境下，蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值、形成時間、評價值、耐揉指數等隨海拔高度的升高而升高，出粉率、吸水率等隨海拔高度的升高而降低，穩定時間、弱化度、和面時間、斷裂時間等表現為中海拔高于低海拔和高海拔[8]。

2.2 溫度對小麥品質的影響

溫度對小麥籽粒品質的影響主要是影響小麥生育后期籽粒的灌漿過程。在一定溫度范圍內，較高的溫度有利于籽粒蛋白質的形成和積累。研究表明，抽穗至成熟期間日均氣溫每升高1℃，蛋白質含量提高0.435個百分點，沉降值增加109 mL，面團強度隨溫度的升高而增強。然而，超過臨界溫度時，蛋白質含量隨溫度升高而下降，面團強度也下降，面團形成時間縮短，且高溫處理時間越長，下降幅度越大。但具有5+10亞基的品種有較好的耐高溫特性[9]。有研究指出，在高溫條件下醇溶蛋白的合成速度比麥谷蛋白快，醇溶蛋白占蛋白質的比例升高，使麥谷蛋白、醇溶蛋白的比值降低。但也有學者在75個小麥品種中發現，只有5個品種的醇溶蛋白比例在高溫條件下升高，表明不同的品種對高溫的反應是不一致的。較高的溫度脅迫不僅對小麥籽粒的烘烤品質不利，也影響小麥的磨粉和淀粉的品質。如在開花后持續高溫脅迫將會降低出粉率，倒伏使容重、出粉率下降、灰分含量增加。抽穗到成熟期的日平均氣溫與峰值黏度和稀懈值呈極顯著正相關，而這個時期較高的日平均氣溫可在一定程度上提高黏度性狀。

2.3 降水量對小麥品質的影響

多數研究表明，生態因子中年降水量與小麥蛋白質含量、濕面筋含量等多數品質指標呈顯著負相關。在開花到蠟熟期，水分脅迫可明顯提高小麥籽粒蛋白質含量。過多的降水會降低面筋的彈性，以至于降低面包的烘烤品質。降水量不僅影響到蛋白質的積累，而且也影響到淀粉性狀。土壤水分虧缺可以顯著影響到支鏈淀粉和直鏈淀粉的積累，并可提高支/直，有利于面條品質的提高。淀粉糊化特性的所有參數也均受抽穗至成熟期降雨量的顯著影響，其中低谷黏度和峰值時間還受播種至抽穗期降雨量影響。峰值黏度和稀懈值與抽穗到成熟期的降雨量呈極顯著負相關，說明抽穗至成熟期的多雨對黏度性狀不利。

2.4 光照對小麥品質的影響

光照通過影響光合產物（碳水化合物）的合成而影響小麥蛋白質含量。我國北方區小麥全生育期平均日照總時數高于南方麥區，小麥蛋白質含量比南方麥區高2.05個百分點，這說明長日照對小麥籽粒蛋白質形成和積累是有利的。有研究指出，年日照除了與吸水率呈負相關外，與蛋白質含量、沉淀值、形成時間、穩定時間、出粉率、延伸度、拉伸阻力、拉伸面積呈正相關；與穩定時間、延伸度呈顯著正相關。然而，不同生育時期的光照條件對小麥品質的影響不同。出苗至抽穗期間高輻射強度能提高蛋白質含量。到小麥生育后期，光輻射強度一般與籽粒蛋白質含量呈負相關。光照條件好，則籽粒產量高，而蛋白含量隨光照增大而下降，原因是小麥籽粒產量的提高稀釋了蛋白質的含量。

3 小麥品質穩定性的分子生物學研究進展

趙春等[10]研究了2種環境條件下3個不同蛋白含量小麥品種的氮代謝關鍵酶活性及籽粒品質的差異，結果表明，灌漿期環境因素與小麥籽粒品質和酶活性存在顯著的相關性，適宜的環境條件提高了氮代謝關鍵酶小麥旗葉硝酸還原酶（NR）、谷胺酰氨合成酶（GS）和籽粒谷胺酰氨合成酶的活性，從而改善了小麥品質。

Clyde Don等[11]研究表明，環境因素通過影響蛋白質的合成量、蛋白質的含量、谷蛋白大聚合體（GMP）的含量、GMP顆粒的形狀、高分子量谷蛋白/低分子量谷蛋白（HMW/LMW）來影響小麥品質的變化。

4 展望

隨著生物分子技術的發展，可以研究染色體水平、基因水平影響小麥品質穩定性的因素，可以利用RNA差異顯示技術或蛋白質組學研究同一基因型在不同環境條件下品質表現差異的原因，最終可以解決在分子調控小麥品質穩定性表達的問題。

［1］ 趙廣才，萬富世，常旭虹，等.不同試點氮肥水平對強筋小麥加工品質性狀及其穩定性的影響[J].作物學報，2006，32（10）：1498-1502.

［2］ 蘭濤，潘潔，姜東，等.生態環境和播期對小麥籽粒產量及品質性狀間相關性的影響[J].麥類作物學報，2005，25（4）：72-78.

［3］ 潘潔，姜東，戴廷波，等.不同生態環境與播種期下小麥籽粒品質變異規律的研究 [J].植物生態學報，2005，29（3）：467-473.

［4］ 王旭清，王法宏.栽培措施和環境條件對小麥籽粒品質的影響[J].山東農業科學，1999，37（1）：52-55.

［5］ 于亞雄，楊延華，陳坤玲，等.生態環境和栽培方式對小麥品質性狀的影響[J].西南農業學報，2001，14（2）：14-17.

［6］ 張梅，隋新霞，孫治軍，等.生態環境對小麥品質性狀的影響[J].吉林農業科學，2006，31（3）：23-25，34.

［7］ 郭天財，張學林，樊樹平，等.不同環境條件對三種筋型小麥品質性狀的影響 [J].應用生態學報，2003，14（6）：917-920.

［8］ 于亞雄，楊金華，陳坤玲，等.云南不同生態環境對硬粒小麥品質的影響[J].作物研究，2001，15（4）：19-21.

［9］ Lemelina E，Branlardb G，Salvo L，et al.Breadmaking stability of wheat flours:Relation between mixing properties and molecular weight distribution of polymeric glutenins[J].Journal of Cereal Science，2005，42：317-326.

［10］ 趙春，焦念元，寧堂原，等.不同環境條件下小麥氮代謝關鍵酶活性及籽粒品質 [J].應用生態學報，2006，17（10）：1866-1870.

［11］ Clyde Don，George Lookhart，Hamid Naeem，et al.Heat stress and genotype affect the glutenin particles of the glutenin