三個優質小麥品種品質穩定性分析

郭 軍 李豪圣 劉建軍 劉愛峰 武智民 劉 成 曹新有 程敦公 趙振東 宋健民

(山東省農業科學院作物研究所；小麥玉米國家工程實驗室；農業部黃淮北部小麥生物學與遺傳育種重點實驗室1，濟南 250100)(山東省種子管理總站2，濟南 250100)

小麥品質決定小麥的最終用途，但是不同年份、不同地區間的小麥品質不盡相同。因此，研究不同環境、不同年份小麥品質變化規律，對于優質小麥品種培育與篩選及小麥安全生產具有重要意義。

小麥品質包括形態品質(如籽粒整齊度、粒色和胚乳質地)、營養品質(如蛋白質、氨基酸和淀粉組成及含量)和加工品質(如出粉率、面團品質和烘烤品質)。根據加工品質的不同，又可將其進一步分為強筋小麥、中強筋小麥、中筋小麥和弱筋小麥。一般來說，強筋和中強筋小麥適合制作面包面條，中筋小麥適合制作面條，而弱筋小麥適合制作餅干和糕點[1-3]。這是因為小麥品質不僅受淀粉和蛋白質含量及組成(基因型)的影響，而且易受環境條件的影響[4-7]。基因型(品種)和環境的互作效應在同一品種不同環境下是不同的[1, 25]，其中蛋白質含量、形成時間的環境影響大于基因型影響，而沉降值、硬度、穩定時間、延伸性和拉伸面積的基因型作用大于環境作用[26]。目前，山東省種植的優質面包小麥品種為濟南17和師欒02-1、種植面積最大的小麥品種為濟麥22。其中，截止到2018年，濟麥22已連續九年成為我國種植面積最大的小麥品種。然而，目前缺乏這3個優質小麥品種品質與環境互作的研究。因此，探討濟南17、師欒02-1和濟麥22優質小麥品種在不同地區和年份間品質變化規律，對于指導小麥品質遺傳改良和小麥安全生產具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 實驗數據獲取

本研究所用到的數據均從農業農村部谷物品質監督檢驗測試中心(http://www.cereals.net.cn/)網站下載，下載數據按不同小麥品種(濟麥22、濟南17和師欒02-1)和不同麥區(華北麥區、黃淮北片和黃淮南片)進行分類處理。其中濟麥22品質相關數據包括3個麥區2009年至2016年測試數據，濟南17品質相關數據包括黃淮北片和黃淮南片2006年至2016年測試數據，師欒02-1品質相關數據包括華北麥區和黃淮北片2006—2015年測試數據。具體取樣地點詳見中國小麥質量報告2006—2016年(http://www.cereals.net.cn/?pinzhong/oneid/223.html)。

1.2 數據分析

利用Microsoft Excel 2010對同一品種不同地區間及同一地區不同品種間品質指標變化進行T檢驗分析；利用Image GP、R程序和Photoshop CS 4.0軟件對品種品質指標分別進行進行繪圖、聚類分析和圖片處理。

2 結果與分析

2.1 3個優質小麥品種品質指標變化規律

從表1可以看出，對于濟麥22而言，除沉淀指數、濕面筋含量和吸水率外，其他各項品質指標在華北麥區、黃淮北片麥區和黃淮南片麥區間均不存在明顯差異(P>0.05)；沉淀指數、濕面筋含量和吸水率均表現為華北麥區<黃淮南片麥區=黃淮北片麥區。濟南17和師欒02-1僅有兩個麥區的品質指標數據，前者容重表現為黃淮北片麥區>黃淮南片麥區，其他各項品質指標在黃淮北片和黃淮南片間均不存在明顯差異(P<0.05)；后者最大抗延阻力華北麥區>黃淮北片麥區，其他各項品質指標在華北麥區和黃淮北片間均不存在明顯差異(P<0.05)。

2.2 三個優質小麥品種品質比較分析

如圖1可以看出，除出粉率和濕面筋含量2個品質指標外，其他各項品質指標在濟麥22、濟南17 和師欒02-1間均存在明顯差異(P<0.05)。根據T檢驗結果，可以將品質指標分為三類：第一類指標，品種間品質指標在三個地區間均不存在明顯差異，包括出粉率和濕面筋含量；第二類指標，品種間品質指標在一個或兩個地區間存在明顯差異，包括容重、吸水率、延伸性和籽粒硬度；第三類指標，品種間品質指標每個地區均存在明顯差異，包括沉淀指數、籽粒粗蛋白含量、拉伸面積、面包體積、面筋指數、最大抗延阻力、穩定時間和形成時間。

2.3 品質指標聚類分析

根據品質相關指標數據，利用R程序進行聚類分析，結果如圖2所示，品質指標可以分為3類：第1類包括容重，第2類包括籽粒蛋白質含量、最大抗延阻力和面包體積，第3類包括籽粒硬度、吸水率、出粉率、穩定時間、形成時間、沉淀指數、濕面筋含量、拉伸面積和延伸性。

表1 三個優質小麥品質各項品質指標在不同麥區的平均值

注：不同字母代表同一品種在不同地區間品質指標存在明顯差異(P<0.05)。

注：*為同一地區不同品種間品質指標存在顯著性差異(P<0.05)。圖1 不同麥區不同優質小麥品種品質指標比較分析

2.4 品質穩定性分析

本研究分析了小麥品質濟麥22的面條評分與各品質指標的多元回歸關系(3個地區，21組數據)，回歸方程為y(面條評分)=47.86-0.50×x1(籽粒硬度)-0.04×x2(面筋指數)+0.25×x3(容重)-0.18×x4(粗蛋白含量)+0.52×x5(出粉率)+0.05×x6(沉淀指數)-0.43×x7(濕面筋含量)-1.85×x8(吸水率)+2.42×x9(形成時間)+1.82×x10(穩定時間)+1.25×x11(拉伸面積)-0.33×x12(延伸性)-0.29×x13(最大抗延阻力)。各因子回歸系數檢驗分析表明，不同年份和不同地區間，吸水率和最大抗延阻力與濟麥22面條評分呈顯著負相關關系(P<0.05)，說明這兩個指標穩定性較差。

另外，本研究分析了濟南17和師欒02-1的面包評分或面包體積與各品質指標的多元回歸關系(2個地區，16組數據)，對于面包小麥濟南17，其回歸方程分別為y11(面包評分)= -712.81-0.19×x11(容重)+13.25×x12(粗蛋白含量)+1.83×x13(出粉率)-3.33×x14(沉淀指數)+5.03×x15(濕面筋含量)+3.90×x16(吸水率)-16.89×x17(形成時間)-3.70×x18(穩定時間)-5.19×x19(拉伸面積)+2.40×x110(延伸性)+1.21×x111(最大抗延阻力)，各因子回歸系數檢驗分析表明，各品質指標與其面包評分無顯著差異關系(P<0.05)，說明濟南17面包品質穩定性好。y12(面包體積)=-5 911.85-2.48×x11(容重)+137.25×x12(粗蛋白含量)+13.79×x13(出粉率)-17.41×x14(沉淀指數)+22.74×x15(濕面筋含量)+35.75×x16(吸水率)-99.79×x17(形成時間)-8.620×x18(穩定時間)-38.49×x19(拉伸面積)+22.15×x110(延伸性)+8.71×x111(最大抗延阻力)。各因子回歸系數檢驗分析表明，形成時間和拉伸面積與濟南17面包體積呈顯著負相關顯著，最大抗延阻力與濟南17面包體積呈顯著正相關顯著(P<0.05)，說明這3個品質指標穩定性較差。

對于師欒02-1而言(2個地區，17組數據)，面包評分與各品質指標回歸方程為y21(面包評分)= -273.27-0.03×x21(容重)+16.24×x22(粗蛋白含量)-2.30×x23(出粉率)-0.10×x24(沉淀指數)-3.16×x25(濕面筋含量)+3.85×x26(吸水率)+0.24×x27(形成時間)+0.15×x28(穩定時間)-1.15×x29(拉伸面積)+x210(延伸性)+0.23×x211(最大抗延阻力)，面包體積與各品質指標回歸方程為y22(面包體積)=-3027.64+0.74×x21(容重)+117.49×x22(粗蛋白含量)-14.78×x23(出粉率)+2.21×x24(沉淀指數)-18.88×x2(濕面筋含量)5+27.82×x26(吸水率)+1.45×x27(形成時間)+0.62×x28(穩定時間)-8.57×x29(拉伸面積)+7.43×x210(延伸性)+1.85×x211(最大抗延阻力)，各因子回歸系數檢驗分析表明，各品質指標與其面包評分或面包體積均無顯著差異關系(P<0.05)，說明師欒02-1面包品質穩定性最好。

3 討論

小麥加工品質不僅受基因型影響，而且受環境條件影響[4-7]。本研究通過對濟麥22品質相關數據(2009年至2016年測試數據)、濟南17品質相關數據(黃淮北片和黃淮南片2006年至2016年測試數據)，師欒02-1品質相關數據(華北麥區和黃淮北片2006年至2015年測試數據)進行分析表明，不同年份、不同地區間，這3個品種的品質指標總體上變化不大(如表1)，說明這3個品種適應性較廣。另外，本研究比較了此3個品種間品質指標的差異性，T檢驗分析表明，不同類型間(面條小麥濟麥22、面包小麥濟南17和師欒02-1)品質指標存在明顯差異，如沉淀指數、籽粒粗蛋白含量和拉伸面積等；同一類型間(濟南17和師欒02-1)品質指標也存在明顯差異，如濟南17和師欒02-1的平均拉伸面積分別為100 cm2和和182.4 cm2；平均最大抗延阻力分別為488.5 E.U和860.4 E.U；平均吸水率分別為64.4%和58.3%，這些結果說明控制面條品質和面包品質的基因不同，并且濟南17和師欒02-1間控制品質的基因可能存在較大差異。因此，今后應加大對這兩個品種的遺傳解析，挖掘控制面粉吸水率、面團最大抗延阻力等性狀的基因位點；同時，對濟麥22產量性狀基因進行遺傳解析。目前，本課題組已構建了相關的研究群體(濟麥22 × 濟南17、濟麥22 × 師欒02-1)，對控制濟南17和師欒02-1的品質相關基因進行定位分析，以期為高吸水率和高最大抗延阻力超高產強筋小麥新品種培育提供參考。

小麥加工品質是由蛋白質和淀粉共同決定[8-12]。控制籽粒蛋白質含量的基因位于小麥1A、1B、2A、2B、2DL、3A、3D、4A、4D、5B、6A、6B、7A、7B和7D等染色體上[13-15]，說明小麥籽粒蛋白質含量是受多基因控制的數量性狀位點。控制淀粉含量的基因是Wx和SSIIa等基因，位于小麥7AS、4A、7DS、2A等染色體上[16-17]。近年來的研究表明，源于二粒小麥6B染色體上的位點GPC-6B1可顯著提高小麥籽粒蛋白質含量和微量元素鐵、鋅等含量，與其緊密連鎖的分子標記為Xucm108[18]。目前，該位點已通過分子標記輔助選擇導入推廣品種，如HUW468，構建了GPC-6B1近等基因系，結果分析表明該位點可顯著降低籽粒千粒重，但是對產量沒有影響；品質分析表明，GPC-6B1可以提高六倍體小麥籽粒蛋白質含量、吸水率、揉混時間和面包體積[19-21]。此外，GPC-6B1位點與成株抗條銹病基因Yr36緊密連鎖[22]，但是目前我國審定小麥品種均不含該基因[23-24]，今后應加大該基因的利用度，培育更多含有該基因的富鐵鋅抗病面包小麥新品種。

4 結論

小麥加工品質不僅受基因型影響，而且受環境條件影響。濟南17和師欒02-1是山東省種植面積最大的面包小麥品種，濟麥22是山東省種植面積最大的面條小麥品種。研究其在不同地區和年份間品質變化規律，對于指導小麥生產具有重要意義。不同年份、不同地區間，3個品種的品質指標總體上變化不大，說明這3個品種適應性較廣。另外，本研究發現，不同類型間(面條小麥濟麥22、面包小麥濟南17和師欒02-1)品質指標存在明顯差異，如沉淀指數和拉伸面積等；同一類型間(濟南17和師欒02-1)品質指標也存在明顯差異，如平均最大抗延阻力分別為488.5 E.U和860.4 E.U；平均吸水率分別為64.4%和58.3%，這些結果說明控制面條品質和面包品質的基因不同，且濟南17和師欒02-1間控制面包品質的基因存在較大差異。