氣候因素對小麥品質影響研究進展

張心如

小麥是我國第二大糧食作物，是重要的口糧作物之一。近年來，隨著經濟社會水平的不斷發展，人民生活水平日益改善，對小麥品質需求也逐步提高，優質化是未來小麥發展的必然趨勢，因此小麥品質的研究顯得尤為重要。

小麥品質受遺傳、氣候、土壤、耕作制度、栽培措施等因素影響。影響小麥品質的因子之中，氣候的影響最大，尤以溫度和水分最為重要。光、溫、水等氣候因素有節律的變化，為小麥的光合作用提供能量源泉和必要條件，同時也影響和制約著小麥的品質。氣候不同，導致同一品種在不同區域種植，產出的小麥品質有很大差異。

一、小麥品質的涵義

小麥品質是眾多因素構成的綜合概念，也是依其用途而改變的相對概念。小麥品質是指對特定用途產品的適宜程度，包括形態品質、加工品質和營養品質等3個方面。我國小麥品質研究從開始至今，研究方向從主要集中改進面筋質量及面制品的色澤，逐步發展為集中于小麥營養品質分析。小麥品質的評價標準應以籽粒、面粉、面團以及最終制品的物理、化學和營養性質的客觀測定結果為依據。

1、形態品質

形態品質主要包括籽粒形態、整齊度、飽滿度、粒色和胚乳質地等。子粒形狀有長圓形、卵圓形、橢圓形和圓形等，其中圓形和卵圓形子粒的表面積小，容重高，出粉率高。整齊度是指小麥子粒大小和形狀的一致性，同樣形狀和大小的子粒占總量90%以上的為整齊，一般子粒整齊度好的出粉率較高。飽滿度一般用腹溝深淺、容重和千粒重來衡量，腹溝淺，容重和千粒重高的小麥籽粒飽滿，出粉率也較高。一般子粒的顏色主要分為紅、白兩種，還有琥珀色、黃色、紅黃色等過渡色。胚乳質地決定角質率，角質率是區分硬質小麥、硬粒小麥和軟質小麥的重要指標。

2、加工品質

加工品質指的是小麥籽粒和面粉對制粉和不同面食制品的適合性，包括一次加工品質和二次加工品質。一次加工品質是指小麥的磨粉品質，如出粉率，灰分含量，面粉色澤等，這些性狀與小麥籽粒大小、飽滿度、顏色、角質率和硬度等有關。二次加工品質也稱食用品質，指面粉加工各類面食的適應性，根據用途一般將小麥分成三種類型：第一類是用以制作面包或配粉用的強筋小麥;第二類是用以制作面條、餃子、饅頭等的中筋小麥，第三類是用以制作餅干、蛋糕等的弱筋小麥。

3、營養品質

營養品質指小麥籽粒中含有的人體所需要的各種營養成分，主要包括籽粒和面粉中蛋白質含量、蛋白質品質、淀粉、淀粉酶活性、脂肪酸值、粗纖維和灰分等，其中干濕面筋含量的多少以及面筋的理化性質等生物價值的高低是衡量營養品質的重要指標。小麥中的蛋白質可分為清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麥谷蛋白，其中麥醇溶蛋白和麥谷蛋白是影響小麥加工品質的最主要蛋白;淀粉又可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，兩者的比例是評斷小麥營養品質的重要指標。

二、氣候因素對小麥品質的影響

1、溫度

溫度是通過影響小麥生化反應及對營養面積的吸收強度影響小麥籽粒品質的。通過前人多年的研究表明溫度與蛋白質之間存在一定的關聯性。研究發現在小麥不同生長階段，在適宜溫度范圍內，溫度和蛋白質之間有正相關性，但是溫度過高或過低對蛋白質的含量和質量均有不同影響。

小麥生長發育期間，溫度的變化會對籽粒的蛋白質含量有不同的影響。小麥發育初期，閻潤濤發現，因為高溫有利于根系對氮素的吸收，春季地溫在8～20℃，每升高1℃，籽粒蛋白含量平均增加0.4個百分點。小麥開花、灌漿至成熟期間，是籽粒品質形成的關鍵時期，也是溫度影響籽粒蛋白質含量的重要階段。多數研究表明，特別是在小麥生育的中后期，隨著氣溫升高，籽粒中的蛋白質含量明顯提高。田繼春發現高溫遞增，對籽粒碳水化合物積累的影響大于對蛋白質積累的影響，因為開花至成熟期間晝夜溫差較大，有利于碳水化合物在籽粒中積累，相對地不利于蛋白質提高，但是籽粒灌漿期間，在適宜的溫度范圍內，高溫能促進含氮物質的大量積累，因而蛋白質的合成速度大于淀粉的合成速度，有利于蛋白質積累，改善小麥品質。加拿大Campbell發現，在控制環境的情況下，當溫度升高，蛋白質含量提高了4%。英國的Blanche等綜合17年的資料認為在冬小麥灌漿的早期，17年中的氣溫平均上升1℃，籽粒的蛋白含量提高0.07%。崔讀昌和李宗智研究發現，年均氣溫較常年升高1℃，蛋白質含量提高0.286%，沉降值增加0.55ml;抽穗至成熟期間，日平均氣溫每升高1℃，蛋白質含量提高0.4352%。通過分析小麥生態試驗的籽粒樣品，發現抽穗至成熟期間的日均氣溫與賴氨酸及濕面筋的含量均呈現正相關。Taylor等研究表明，冬小麥灌漿早期的氣溫與蛋白質含量呈正相關。Fowler和劉淑貞都得到了類似的結論。國外研究表明，在25～32℃范圍內，增加溫度，小麥的蛋白質含量提高。我國秦武發發現，小麥開花至成熟階段，在15～30℃內，溫度和籽粒中氮、磷濃度以及蛋白質含量成正比。趙輝等研究發現，日平均氣溫28℃的處理比日平均氣溫20℃的處理提高了地上部營養器官中游離氨基酸含量及籽粒清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量，降低了灌漿后期籽粒游離氨基酸含量和谷蛋白含量。Smika和Pruoar研究發現，直接影響蛋白質含量的溫度是成熟前15～20天的土壤溫度和日最高氣溫，最高氣溫在32℃以下，小麥籽粒蛋白質含量與溫度呈正相關;當最高氣溫在32℃以上，小麥籽粒蛋白質含量與溫度呈負相關。Peltonen J等研究發現，最低氣溫與蛋白質之間也存在關聯性，即最低氣溫越低，蛋白質含量越高。汪永欽等研究表明，開花至成熟期間的氣溫日較差是影響小麥蛋白質含量的重要因素，氣溫日較差大，有利于蛋白質的合成和積累。

小麥生長發育期間，溫度的變化會對籽粒的蛋白質質量有不同的影響。有研究發現，小麥灌漿期面筋形成的最適宜日均溫度是15～17℃。Stone和Nicolas等的研究發現，開花后40℃高溫脅迫下3天，小麥品質就會變劣。劉萍研究發現，40℃高溫脅迫下，會使弱筋小麥和中筋小麥的淀粉粒受到傷害，但對中筋小麥的影響更大。Irmak和Don 等大量研究發現，當灌漿期遇到大于30℃條件形成高溫脅迫時，醇溶蛋白和不溶性谷蛋白聚合體相對含量均增加，但增加幅度不同，導致2種蛋白比例變化，使面團強度大幅度下降。在高溫脅迫條件下高分子麥谷蛋白亞基5+10較2+12亞基耐熱性好，品質較為穩定。研究表明，高溫脅迫使小麥灌漿期縮短，籽粒干癟，降低了籽粒中淀粉和蛋白質的總體產量，但對淀粉降低幅度大于蛋白質，致使蛋白質相對含量提高。高溫脅迫對小麥品質的影響不僅取決于品種間的抗（耐）熱能力差異，很大程度上還取決于灌漿期不同階段所遇到的溫度條件。吳東兵等研究分析表明，因為西藏的日平均氣溫較低，導致西藏小麥品種的品質性狀參數低于北京品種。Panozzo J、F等研究結果表明，開花后前14天溫度高于30℃，提高醇溶蛋白比例，麥谷蛋白有較小范圍的減少，面團最大阻力、形成時間等的提高與該溫度指標有關。Smika發現，面包烘烤品質不良與收獲前15天32℃以上高溫有關，但揉面時間長的品種比短的品種對這種不良生態條件的抗性強，且通過育種可以提高這種抗性。抽穗至成熟期間日平均氣溫是影響小麥品質的重要因素，灌漿期低溫有利于小麥品質性狀的綜合提高。研究發現，籽粒形成期間的氣溫，顯著影響面包烘烤品質，尤其是面團強度及面包體積和評分。

2、水分

水分是影響小麥品質的重要因素。小麥的需水特性屬于中等水分偏多型，喜干燥忌過濕。國內外研究一致認為降雨量與小麥品質呈負相關，即隨著降水量增加，小麥蛋白質含量有降低趨勢，而干旱的環境有利于土壤中氮素的積累，從而對于籽粒蛋白質的形成有利。

Taylor、Hopkins等研究發現，過多的降水會使面筋的彈性降低，致使面包的烘烤品質變劣，分析得到降水使有效分蘗率和產量提高，使植株體內的氮能轉送到更多的穗中，因而產生了氮稀釋現象。加拿大Allan研究表明，發現蛋白質含量剩余變異的34%是由于降雨的變化而引起的，主要原因是降雨使根系活力降低，對土壤有效氮的淋溶或反硝化作用，從而減少了籽粒蛋白質的合成。Smika等研究指出，小麥成熟前40～55天的15天內，降水量與蛋白質含量呈顯著負相關;在干旱少雨的條件下，降水可增加小麥蛋白質含量。Campbell、Bayfield、Hopkins等研究指出，降雨量及其分布和濕度對蛋白質的影響更大些。國外的多數研究結果發現，在小麥開花、蠟熟階段，給予水分脅迫處理，可以明顯的提高小麥面粉的蛋白質含量。Sosulsk研究發現，增加水分脅迫程度會顯著提高蛋白質含量。Dubetz等認為，小麥抽穗時適當干旱可使蛋白質含量增加。Oztuik等研究表明，持續水分脅迫的實驗組的冬小麥籽粒蛋白質含量比完全灌溉的對照組增加18.1%，濕面筋含量增加21.9%。但是，Benzian、Partrig等發現水分脅迫對蛋白質含量無顯著影響。

國內研究發現，小麥生育期間降水量少于300mm，蛋白質含量一般在13%以上，降水量在600mm左右，蛋白質含量一般在10%左右，有的地區降水量并不多，其蛋白質含量卻較低，這和當地的土壤質地，肥力水平有相當大的關系。陳光斗通過研究陜西省小麥品質與生態條件的關系，當小麥生育期降水量超過400mm，小麥品質趨于下降。降水對小麥品質的影響主要表現在籽粒灌漿期間，此時若降水過多，則使籽粒蛋白質含量降低。冬前降水和開花期降水與小麥蛋白質含量呈負相關，土壤質地由砂變粘，小麥籽粒蛋白質含量先升后降。研究發現，小麥生長后期特別是拔節至成熟或抽穗至成熟或灌漿至乳熟期間的降雨量，與小麥籽粒蛋白質含量呈負相關。也有研究發現，在小麥抽穗至乳熟開始期間，降水多，土壤濕度過大，會使蛋白質、面筋含量、面筋的彈性降低，其主要原因是降水可使根系活力降低，造成土壤中NO-3下降，阻礙蛋白質的合成;但降水水過少時，產量和蛋白質含量同樣會降低。陳光斗、王紹中、靳華芬等也發現，小麥抽穗以后，降雨量增多，可降低籽粒蛋白質含量;同時，還可降低面筋彈性，增加張力，影響烘烤品質等。收獲前后，較多的降雨和較高的濕度對蛋白質含量和硬度有較大的負向影響，降雨還可能引起穗發芽，導致品質下降。在灌漿至成熟期間，若多陰雨天，則易染病，影響灌漿，從而影響品質。

3、光照

在其它措施一定時，氣候條件特別是溫光條件對小麥品質有重要影響。光照與小麥品質方面研究報道甚多，而且結論不甚一致。

有研究表明，較充足的光照有利于蛋白質數量和質量的提高。Kontturi研究發現，小麥從出苗到抽穗期，光輻射強度越大，蛋白含量增加越多。挪威Fredrik研究發現，延長抽穗至乳熟期的日照時數，長日照處理的小麥蛋白質含量平均值明顯高于短日照處理。張增敏等研究發現，北方13個省區小麥全生育期平均日照總時數高于南部12省，北方比南方小麥蛋白質含量高2.05%，由此說明長日照對小麥籽粒蛋白質形成和積累是有利的。

有研究表明，光照強度與小麥籽粒蛋白質含量呈負相關。前人研究發現，小麥生長期間低光照強度有增加蛋白質含量的作用。我國的小麥生態研究認為，小麥籽粒蛋白質含量與日照時數之間表現負相關。曹廣才等研究表明，開花至成熟期總日照時數與蛋白質含量呈負相關。孫彥坤等研究表明，春小麥蛋白質含量隨光照強度的增大而下降。張懷剛研究表明，青海高原比平原地區太陽輻射和日照時數高，但蛋白質含量卻比平原地區低，這可能是由于小麥灌漿期間，光照充足，白天氣溫適中，促進光合作用;晝夜溫差大，有利于光合產物的積累，從而獲得高的籽粒產量，但卻造成籽粒蛋白質含量與質量降低，品質較差。

有研究發現，在小麥的整個生育期中，在不同時期的光照對籽粒蛋白質形成的影響不同。小麥抽穗到成熟期總日照時數與籽粒蛋白質、賴氨酸及面筋含量均呈負相關，日照減少有利于提高其籽粒蛋白質含量;在灌漿中后期，光輻射強度與籽粒含氮量呈負相關;在小麥播種至生理拔節期，長日照有利于籽粒蛋白質含量的提高;而在開花至成熟期，則隨著日照時數的減少，蛋白質含量增加。英國Blanche和Benzian等研究發現，出苗至抽穗期間提高輻射強度能提高蛋白質含量，延長抽穗光周期可明顯提高籽粒蛋白質含量;在灌漿期8周內的第3～6周或第4～7周，光輻射強度與籽粒的含氮量呈負相關，但是當光照不足時，光合速率降低，光合產量下降，籽粒中碳水化合物積累減少、灌漿不充分，籽粒中氮積累增加，蛋白質含量也增加。Partridge、Spiertz和Sofield等也都得到類似的結論。崔讀昌等研究發現，CO2的濃度對凈光合速率Pn和蒸騰系數Ek的影響程度隨生育階段而有不同，光合速率在抽穗期增長最大，而蒸騰系數在開花期減小最甚，從而影響了蛋白質的合成和水分的傳遞。

有研究發現，光質對小麥蛋白質及氨基酸的合成也有影響。白寶璋認為，藍光下碳水化合物合成少，而蛋白質合成較多;紅光下碳水化合物合成多，而蛋白質合成較少。

三、研究前景與展望

目前，國內外在氣候因素對小麥品質的影響方面做了大量的試驗探究，得到了許多有意義的試驗結論，取得了較大的研究進展，揭示了兩者相互作用的原理與機制，為小麥品質的改善提供了理論方向，對小麥品質提高具有很強的現實指導意義。但是，前人對氣候與小麥品質的研究多集中在光、溫、水等3個方面，其它的氣候要素的研究較為缺乏，且多以蛋白質為判定標準。對于以后的研究，筆者認為，應兼顧以下幾個方面：

1、不單單局限于光、溫、水這些氣候要素，要更為廣泛地開展其它氣候要素對小麥品質影響的研究，不斷探究氣候因素對小麥品質的影響，進而發現兩者的內在聯系，找出相互作用的機理，為小麥品質改善提供依據。

2、蛋白質的含量和質量是小麥品質判定的重要指標，隨著人們生活品質的提高，小麥品質的判定標準越來越廣泛，所以在研究氣候對蛋白質影響的同時，也要深入探究其對小麥籽粒中微量元素等其它品質判定因素的影響。

3、要將前人得到的結論落實到實際、落實到小麥品種改良中，在小麥品質提高方面進行突破，不斷滿人們對高品質小麥的需求。

4、學校和社會應著力培養專業人才，在小麥品質研究領域不斷注入新鮮的血液，實現新的突破，更加深入地開展氣象要素與小麥品質的研究，進而獲得更加具有理論和現實指導意義的研究成果。

綜上所述，小麥是我國重要口糧作物，隨著人們生活水平的提升，對小麥品質的要求越來越高。小麥品質影響因素中，氣候因素是非常重要的一環。氣候因素不僅對小麥的產量有影響，同時對小麥籽粒品質也有很大的影響。因此，在實際生產中，要合理利用氣候規律，把控氣候因素的影響，通過多種途徑，不斷提高小麥品質，滿足人民對美好生活的需要。

（作者單位：053900 河北省衡水市饒陽縣氣象局）