山東省強筋小麥品質評價及與氣象因子關系分析

余維寶，李楠，寇一泓，曹新有，司紀升，韓守威，李豪圣，張賓，王法宏，張海林，趙鑫，李華偉

山東省強筋小麥品質評價及與氣象因子關系分析

余維寶1, 2，李楠3，寇一泓1, 2，曹新有1，司紀升1，韓守威1, 2，李豪圣1，張賓1，王法宏1，張海林2，趙鑫2，李華偉1

1山東省農業科學院作物研究所/小麥玉米國家工程研究中心/農業農村部黃淮北部小麥生物學與遺傳育種重點實驗室/山東省小麥技術創新中心/濟南市小麥遺傳改良重點實驗室，濟南 250100；2中國農業大學農學院，北京 100193；3山東省氣象局，濟南 250031

【目的】明確山東省強筋小麥品質分布特征，分析關鍵氣象因子對小麥品質參數的影響?！痉椒ā恳詢炠|強筋小麥濟麥44為材料，2018—2020年在山東省44個縣區獲取296組籽粒樣品，評價了其品質參數在山東省的分布特征，采用逐步回歸的方法分析了不同生育期光、溫、水等氣象因子與小麥品質參數之間的關系，利用地理信息系統（GIS）對品質參數及其影響因子進行了空間可視化分析，并探究了優質強筋小麥在山東省可能性優勢分布區域。【結果】不同年份，不同區域間各品質參數存在差異，兩年強筋達標率表現為最大拉阻力＞吸水率＞容重＞穩定時間＞蛋白質含量＞拉伸面積＞濕面筋含量，變異系數表現為穩定時間＞拉伸面積＞最大拉阻力＞濕面筋含量＞蛋白質含量＞吸水率＞容重。容重在魯西和魯西北地區整體高于其他地區，隨經度升高而降低，主要受返青—拔節期降雨量的影響；蛋白質含量受開花—乳熟期≥5℃積溫正向影響，2018—2019年從西南向東北增加，2019—2020年從西北向東南增加；魯東地區濕面筋含量較高，這與該地區小麥開花—乳熟期降雨量多極顯著相關；拔節—開花期最高氣溫的負效應與播種—越冬期降雨量的正效應，綜合影響了穩定時間高值的分布與區域變化；拉伸面積從魯西向魯東逐漸降低，主要與返青—拔節期≥5℃積溫顯著正相關；最大拉阻力總體表現在東西方向低而中部高，主要與開花—乳熟期≥5℃積溫顯著負相關。綜合分析顯示在魯東和魯南地區種植強筋小麥的優質可能性強于魯中和魯北地區，魯西地區最低?！窘Y論】魯東和魯南地區是山東省強筋小麥優勢種植區域，優質可能性最大。返青—拔節期、拔節—開花期以及灌漿期高溫都不利于小麥面團流變學參數；開花—乳熟期積溫與蛋白質含量正相關；播種—越冬期降雨有利于面團穩定時間的增加，當開花—乳熟期降雨量低于14.5 mm時不利于濕面筋含量達到強筋標準，而返青—拔節期降水不利于容重提高。強筋小麥生產中建議視天氣狀況適當澆灌越冬水和灌漿水，推遲返青—拔節期灌水時間。

小麥；品質參數；氣象因子；空間分布

0 引言

【研究意義】小麥是我國主要的糧食作物，是面食制品的主要原料。隨著人們生活水平的改善和消費結構的優化，優質專用小麥的需求量不斷增加?，F階段我國小麥供應總量基本滿足需求，但每年仍需從國外進口400萬噸左右的優質專用小麥，其中大部分是優質強筋小麥和優質弱筋小麥。我國優質小麥的生產與食品工業的需求之間存在著結構矛盾[1-3]。保障口糧安全是保證國家糧食安全的首要前提，口糧的絕對安全不僅包括糧食數量的安全，也包含質量的安全，以防止糧食需求的外溢。因此，加快發展優質專用小麥生產，對于促進農業供給側改革，提高我國糧食國際競爭力，具有十分重要的意義。小麥品質參數既受遺傳的控制，也受氣候、土質和栽培條件的影響，尤其與籽粒形成期的降雨量、空氣濕度、溫度和養分供應狀況有關[4-6]。一般來說，環境對品質參數的影響大于遺傳作用[4-5]。因此，明確氣象因子與小麥品質形成之間內在關系，對優質小麥優勢種植區域進行劃分，有利于精準性品質調優栽培技術的建立，使作物的生長發育與環境條件更加協調，更大地發揮小麥品種的產量和品質遺傳優勢。【前人研究進展】王東等[6]利用逐步回歸和一元非線性回歸模型研究了山東省強筋和中筋小麥品質形成與開花—灌漿期氣象因素之間的關系，確定了強筋和中筋小麥面團穩定時間、蛋白質含量和沉降值形成最佳氣象因素。王博[7]歸納總結了貴州中筋、弱筋小麥蛋白質含量、濕面筋含量和穩定時間與日平均最高氣溫、日平均最低氣溫、總日照時數和總降雨量間的顯著回歸方程；夏樹鳳等[8]研究表明江蘇省小麥籽粒蛋白質主要受灌漿后期積溫的影響。孫麗娟等[9]基于GIS分析了冀、魯、豫小麥籽粒品質空間分布特征，以及籽粒形成期的溫、光、水和經緯度等關鍵因子對品質形成和分布的影響；黃芬等[5]和夏樹鳳等[8]基于GIS分析了江蘇省的小麥籽粒品質空間差異，對江蘇省小麥籽粒蛋白質達標弱筋小麥的可能性進行了空間劃分。小麥品質是一個綜合性狀，一般包括形態品質、營養品質和加工品質，這些品質性狀的形成與每個生育期內的生長狀況都息息相關。但目前小麥品質性狀與氣象因子之間關系的研究多集中在蛋白質等少數品質性狀或灌漿期氣象因子上，難以全面評估小麥的總體品質狀況及其與生育期內氣象因子之間的多維度關系?！颈狙芯壳腥朦c】山東省是我國小麥主產區之一，也是我國優質強筋小麥的重要供應基地山東省生態環境復雜，包括平原區、丘陵區和海洋區，不同生態區域內環境因素差異較大，復雜的環境因子導致強筋小麥品質表現不穩定。并且目前關于強筋小麥的研究多以少數試驗點，單一蛋白質含量品質和灌漿期的氣象因子為對象，難以多角度分析氣象因子對強筋小麥的不同品質的影響，無法客觀評估強筋小麥的優勢生產區。【擬解決的關鍵問題】本研究選用山東省主導高產優質強筋小麥品質濟麥44[11]為研究對象，評價不同年份優質強筋小麥綜合品質參數在山東省不同生態區域變化，通過分析不同生育期內氣象因子與各品質參數之間的關系，明確山東省強筋小麥品質形成生育期內關鍵氣象因子，在此基礎上劃分出山東省優質強筋小麥可能性優勢區域，為山東省強筋小麥優質高效生產提供技術指導和理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與數據來源

1.1.1 試驗材料 本研究獲取的試驗材料的區域在山東?。?14.31°E—122.72°E，34.36°N—38.38°N），屬于強筋、中強筋小麥區，根據陸懋曾[12]可劃分為4個小麥生態類型區，分別為膠東丘陵區、魯西北平原區、魯中山丘川類型區、魯西南平原湖洼類型區（圖1），不同小麥生態區小麥生育進程如表1所示。

本試驗所用的品種為山東省主導高產強筋小麥品種濟麥44。2018—2020年在山東省12個市，44個縣區獲取共計296份樣本（2018—2019年139組，2019—2020年157組），取樣點如圖1所示。樣品均來自于篩選出的種植面積在3.33—13.33 hm2之間種植大戶，種植時間均分布在10月10日至20日之間，總施氮量介于225—300 kg·hm-2，澆灌越冬水和拔節水，取樣的同時，記錄取樣點的經緯度和管理措施。

圖1 小麥取樣點及小麥生態區域分布圖

表1 山東省各區域生育時期統計表

1.1.2 數據來源 數據的來源主要分兩部分。氣象數據由山東省氣象中心提供，包括2年5個生育時期的平均最高氣溫、平均最低氣溫、日均溫、≥5℃積溫、氣溫溫差、日照時間、降雨量7個主要的氣象指標（附表1）。地理數據來源于國家地理信息公共服務平臺。

1.2 測定項目與方法

小麥成熟期，在篩選出的種田大戶田塊內隨機選取3個2 m×1 m取樣點，收取全部籽粒，混樣后帶回實驗室，放置2個月充分后熟后用于品質測定。參照NY/T 1094.1—2006《小麥實驗制粉第1部分設備、樣品制備和潤麥》和NY/T 1094.2—2006《小麥實驗制粉第2部分：布勒氏法用于硬麥》方法，采用瑞士布勒磨磨制面粉。

1.2.1 小麥容重 采用HGT-1000型谷物容重器測定，參照GB/T 5498-2013《糧油檢驗容重測定》方法。

1.2.2 蛋白質含量 小麥籽粒樣品烘干粉碎后，采用凱氏定氮法測定其氮含量，以含氮量乘以5.7計算籽粒蛋白含量，并折合成籽粒14%含水量的蛋白質含量[13]。

1.2.3 濕面筋含量 稱取10 g面粉，加入已濕潤的篩網中，采用Perten波通儀器GM2200型面筋洗滌儀，參照GB/T 5506.2-2008《小麥粉濕面筋測定法》，洗滌出的面筋用鑷子取下稱重為濕面筋的質量，用質量乘以10%為濕面筋的含量。

1.2.4 粉質參數 采用德國布拉本德AT型自動粉質儀測定，稱取300 g于揉混器中，參照ICC標準No.115和GB/T 14614-2019《小麥粉面團的物理特性吸水量和流變學特性的測定粉質儀法》進行吸水率、穩定時間、最大拉阻力和拉伸面積的測定。

1.2.5 品質強筋達標率 品質強筋達標率（%）=達標樣品個數/總樣品個數×100。

1.3 數據分析及作圖

運用Excel 2016和IBM SPSS Statistics 26軟件進行數據整理統計分析。各品質參數與氣象因子相關性采用SPSS逐步回歸。利用GIS10.2的地理數據統計分析工具進行趨勢分析；采用普通克里金進行插值分析小麥品質空間分布規律和各試驗點的品質強筋達標率分布，反距離權重插值法（IDW）和表面分析等值線法得出各氣象因子的空間等值分布圖。

2 結果

2.1 小麥品質參數評價

兩年289組樣品中，不同品質參數穩定性和強筋達標率差異明顯，兩年品質參數變異系數表現為穩定時間＞拉伸面積＞最大拉阻力＞濕面筋含量＞蛋白質含量＞吸水率＞容重。根據變異系數，本研究所涉及品質參數可分為3類，一是穩定性較好的品種參數，包括容重和吸水率（變異系數≤5%）。容重分布在760—844 g·L-1（表2），變異系數1.38%—1.58%，平均強筋達標率為96.95%，其中2018—2019年全部樣品容重均達強筋標準（圖2）；吸水率兩年平均值為65.2%，分布在59.8%—70.1%，兩年變異系數分別為3.70%和2.21%，兩年吸水率強筋標準率分別為98.5%和100%（圖2）。二是穩定性中等的品種參數，包括蛋白質含量和濕面筋含量（5%＜變異系數≤20%）。兩年蛋白質平均含量為14.7%，分布在12.7%—19.2%范圍內，兩年變異系數分別為6.99%和為7.77%（表2），強筋達標率分別為83.3%和76.1%（圖2）。兩年平均濕面筋含量為30.45%，分布在19.8%—47.5%，變異系數分別為11.54%和11.98%（表2）；兩年濕面筋強筋達標率差異較大，2018—2019年濕面筋強筋達標率僅為47.4%，較2019—2020年低15.6%（圖2）。三是穩定性較差的面團流變學特性，包括穩定時間、拉伸面積和最大拉阻力。兩年穩定時間平均值分別為15.0 min和19.2 min，變異性分別為36.67%和51.06%（表2），強筋達標率分別為89.9%和96.9%（圖2）。2018—2019年，拉伸面積和最大拉伸阻力平均值分別為122.9 cm2和595.9 E.U，變異系數分別為24.96%和20.91%（表2），強筋達標率為72.0%和100%（圖2）。

表2 2018—2019和2019—2020年強筋小麥品質參數

標準化品質參數：（品質參數值-強筋標準值）/強筋標準值；BD：容重，WA：吸水率，PC：蛋白質含量，WGC：濕面筋含量，ST：穩定時間，TA：拉伸面積，MPR：最大拉伸阻力

2.2 山東省強筋小麥各指標與氣象因子的相關性分析

采用逐步回歸分析，通過偏回歸分析和偏檢驗選入和剔除部分氣象因子，篩選出最優因子，確定品質指標和氣象因子之間的關系（表3）。結果顯示容重與返青—拔節期降雨量呈極顯著負相關，但吸水率卻與返青—拔節期降雨量呈正相關。蛋白質含量和濕面筋含量均與返青—拔節期平均最高氣溫顯著負相關，二者又分別與開花—乳熟期≥5℃積溫和開花—乳熟期降雨量存在極顯著正相關關系。通過線性回歸可得出開花—乳熟期降雨量大于14.5 mm時，有利于濕面筋含量達到強筋標準（y=0.042 d4+29.391）。面團穩定時間主要受拔節—開花期最高氣溫的負效應與播種—越冬期降雨量的正效應綜合影響；面團拉伸面積與返青—拔節期≥5℃積溫存在著顯著正相關關系，而面團最大拉阻力與開花—乳熟期≥5℃積溫存在顯著負相關關系。

2.3 基于GIS的山東省強筋小麥品質參數分布和影響氣象因子

2.3.1 容重和吸水率分布及其影響因子 利用GIS進行地理統計分析發現，容重自西向東緩慢降低，自南向北持續降低，總體表現為西南低東北高的趨勢（圖3）。兩年中容重在魯西和魯西北地區整體高于其他地區，隨經度升高而降低。兩年相比，2018—2019年的容重高點在西北方向，2019—2020年高點向西南方移動；2018—2019年容重大部分地區高于2019—2020年，相對應地區的2018—2019年返青—拔節期降雨量相比2019—2020年也更少。2018—2019年容重與返青—拔節期降雨量變異性均較小，容重在（116°E，34°N）和（119°E，38°N）的連線上形成分界線，從西北方向東南方逐漸降低，此線也剛好為降雨量為10 mm左右的分界線。2019—2020年容重高點在魯西南方向，并從魯西南向魯西北遞減；在東營市（118.67°E，37.43°N）和濱州市（118.03°E，37.36°N）附近區域容重較低（圖4）。

表3 品質參數與氣象因子相關性

a、b、c、d、e分別代表播種—越冬期、返青—拔節期、拔節—開花期、開花—乳熟期、乳熟—收獲期；1、2、4、6分別代表生育期內平均溫度、平均最高氣溫、總降雨量、≥5℃積溫。**0.01水平（雙側）上極顯著相關；*0.05水平（雙側）上顯著相關

a, b, c, d, and e represent sowing-overwintering period, rejuvenation-jointing period, jointing-anthesis period, anthesis-milk maturity period, and milk maturity-harvesting period, respectively; 1, 2, 4, and 6 represent average temperature maximum temperature, rainfall, ≥5℃accumulated temperature. ** means significant correlation at 0.01 level (2-tailed); * means correlation at 0.05 level (2-tailed)

圖3 容重和吸水率總體分布趨勢

吸水率總體趨勢自西向東基本持平，自南向北先降低后升高（圖3）?？臻g分布上，兩年的吸水率呈相似分布的規律。吸水率從西向東主要分為3塊區域，魯西北地區為高值區，而在魯南地區和魯中地區為較低值區域，魯東地區為較高區（圖4）。吸水率高值分布的主要縣區為德州夏津（116.00°E，36.95°N），聊城東阿（116.25°E，36.34°N），青島平度（119.97°E，36.80°N），煙臺萊州（119.94°E，37.18°N）。上述的分布特點與兩年中魯南地區為返青—拔節期降雨量較高區域，2018—2019年返青—拔節期降雨量低值在魯西地區，2019—2020年在魯東地區有關。

圖4 容重及吸水率與返青—拔節期降雨量分布圖

2.3.2 蛋白質含量和濕面筋含量分布及其影響因子 蛋白質含量自西向東逐漸升高，自南向北先升高后降低，總體表現為東北高于西南（圖5）。蛋白質含量和開花—乳熟期≥5℃積溫較高區域分布均在魯東地區，較低區域分布在魯西。蛋白質含量由西向東呈增加趨勢（圖6）。兩年相比，2018—2019年魯北地區蛋白質含量和開花—乳熟期≥5℃積溫高于2019—2020年；而2019—2020年魯南地區蛋白質含量和開花—乳熟期≥5℃積溫均高于2018—2019年。2018—2019年，籽粒蛋白質含量與≥5℃積溫值有由西南向東北增加的趨勢，在（120°E，36°N）和（117°E，38°N）的連線上形成分界線。蛋白質含量在濱州市（118.03°E，37.36°N）和濱州市與德州市（116.30°E，37.45°N）交界地區為較高值區域。在濰坊市和青島市交界處（平度市（119.99°E，36.78°N）和高密市（119.76°E，36.38°N））為中心形成積溫環向四周擴散降低。2019—2020年，蛋白質含量與≥5℃積溫值有由西北向東南增加的趨勢，在（117°E，35°N）和（120°E，37°N）的連線上形成分界線；與2018—2019年相比積溫環略有向西南方向移動。2019—2020年蛋白質含量最高點在濰坊市（119.16°E，36.71°N）和青島市（120.38°E，36.07°N）交界處。

圖5 蛋白質含量和濕面筋含量總體趨勢分析

圖6 蛋白質含量與開花—乳熟期≥5℃積溫和濕面筋含量與開花—乳熟期降雨量分布圖

濕面筋含量總體趨勢自西向東先降低后增加，自南向北略有增加，總體為東北高西南低的趨勢（圖5）。濕面筋含量和開花—乳熟期降雨量的高值區域集中分布在魯東地區，低值區域分布在魯西南地區?？臻g上從西向東呈增強趨勢。兩年相比，2019—2020年濕面筋含量和開花—乳熟期降雨量均普遍高于2018—2019年。2018—2019年，濕面筋含量由西南向東北呈增加趨勢，主要呈塊狀分布，魯東＞魯中、魯北＞魯西、魯西南。但魯中地區的諸城市（119.41°E，35.99°N）和鄒平市（117.73°E，36.88°N）的濕面筋比較低。在青島市平度市（119.99°E，36.78°N）和煙臺市萊州市（119.94°E，37.18°N）形成2個中心降雨量環向四周擴散降低，濕面筋高點也在該地區。2019—2020年，濕面筋含量與降雨量有由西北向東南增加的趨勢，在（117°E，35°N）和（119°E，38°N）的連線上形成分界線。以高密市（119.75°E，36.38°N）附近為中心濕面筋含量和降雨量向四周擴散減少（圖6）。

2.3.3 面團流變學特性的分布及其影響因子 小麥的面團流變學特性主要包括穩定時間、拉伸面積、最大拉阻力等指標?？臻g上穩定時間受經緯度影響不明顯（圖7）。2018—2019年穩定時間高值區域在魯南和魯北地區，但魯北地區德州市陵城區（116.58°E，37.33°N）和平原縣（116.43°E，37.16°N）相對較低（圖8）；穩定時間高點出現在日照市莒縣（118.84°E，35.60°N），該地形成溫度環向四周增加。2019—2020年穩定時間由西北向東南方向呈減弱趨勢，在（118°E，35°N）和（119°E，38°N）的連線上形成分界線；在菏澤市北部和棗莊市大部分地區穩定時間較低。2019—2020年最高氣溫環由2018—2019年向西北移動至臨沂市沂水縣（118.63°E，35.79°N）附近。

拉伸面積自西向東和自南向北都呈增加趨勢，整體表現東北高于西南的趨勢（圖7）。拉伸面積形成3塊帶狀分布（圖8），從魯西向魯東逐漸降低；但在青島市平度市（119.99°E，36.78°N）附近地區為高值區域，在德州市陵城區（116.57°E，37.33°N）和平原縣（116.43°E，37.17°N）為低值區域。返青—拔節期≥5℃積溫從西南到東北逐漸降低。最大拉阻力自西向東緩慢降低后緩慢增加，自南向北先降低后增加（圖7）。最大拉阻力值總體表現東西兩邊低中部高的趨勢，魯北高于魯南地區。在濰坊市寒亭區（119.22°E，36.77°N）附近地區形成≥5℃積溫環向四周擴散減弱（圖8）。

2.4 強筋小麥的可能性分布評價

通過統計匯總各個縣區試驗點的各品質參數的強筋達標率，利用GIS插值空間分析得到濟麥44的優勢區域可能性分布圖。如圖9所示，山東強筋小麥適應可能性分布呈帶狀分布，從低到高依次為魯西、魯中、魯南和魯東。在魯南的臨沂市（118.36°E，35.10°N）和棗莊市（117.32°E，34.81°N），魯中的泰安市泰山區（117.06°E，36.68°N）和濟南市歷城區（118.36°E，35.10°N），魯東的煙臺威海地區強筋小麥可能性高值區域，可能性達到了90%以上，為最適合種植濟麥44表現為強筋的地區。

圖7 面團流變學特性總體趨勢分析

Fig. 7 The trend analysis of dough rheological properties

圖8 穩定時間與拔節—開花期平均最高溫度，拉伸面積與返青—拔節期和最大拉阻力與開花—乳熟期≥5℃積溫分布圖

圖9 強筋小麥的適應可能性分布圖

3 討論

優質強筋小麥是指角質率不低于70%，面粉筋力強、品質優良、主要用于制作面包等要求面粉筋力很強的食品。根據我國國標（GB/T 17892-1999；GB/T 17320-2013），強筋小麥在保證籽粒完整度好、雜質低，粗蛋白（干基）≥14%的前提下，還必須同時滿足容重≥770 g·L-1，濕面筋（14%水分基）≥30%，面團穩定時間≥7.0 min，吸水量≥60 ml·(100 g)-1，最大拉伸阻力≥350 EU，能量≥90 cm2。小麥品質為數量性狀，受栽培及環境因素影響較大，且不同生態環境下的變異大于品種間的變異[4-5, 11]。研究表明灌漿期降水量、平均氣溫、日照時數、有效積溫等氣象因子與粒重、蛋白質含量、濕面筋含量以及穩定時間等品質參數都緊密相關[6-7]。明確影響小麥品質參數的關鍵氣象因子，對于優質小麥品質調優栽培技術的建立，以及優質強筋小麥生產區域的規劃具有重要意義。

3.1 氣象因子對容重和吸水率的影響

容重是糧食質量的綜合標志，是評定糧食品質好次的重要指標，與出粉率成正相關。研究表明越冬期日照時數的增加[14]，較大的灌漿期氣溫日較差[9]，灌漿后期日照時間長、降雨量少[15]和收獲期減少降雨量[16]都有利于容重增加。不同生育期內氣象因子與濟麥44的容重回歸相關分析結果表明，容重與返青—拔節期降雨量呈顯著負相關。小麥返青至拔節期是小麥以營養生長為主轉向以生殖生長為主的重要時期，是決定小麥單位面積穗數和穗粒數的關鍵時期。返青至拔節期的降水有利于小麥分蘗和群體增大，但降雨增多易造成小麥倒伏，同時返青至拔節期降雨前多伴隨溫度升高后突然降溫，加重倒春寒的危害，容重隨凍害加深呈遞減趨勢[17]，導致容重的下降，本研究也表明返青—拔節期平均最高氣溫與蛋白質和濕面筋含量存在顯著負相關性。魯西地區位于冀、魯、豫三省交界區域，容重含量整體高于其他區域，與孫麗娟等[9]研究結果一致。面粉的吸水率是指調制單位重量的面粉成面團所需的最大加水量，決定著加工廠利潤率的高低，因而也就自然成為面粉制品制造商主要關注的問題。本研究中濟麥44兩年樣品吸水率都達到強筋標準，且變異系數小于4%，受環境影響較小。面粉的吸水率與蛋白質含量、質量及破損淀粉的含量正相關[18-20]。在魯東地區吸水率與蛋白質含量都為高值區域。

3.2 氣象因子對蛋白質含量和濕面筋含量的影響

多數研究表明蛋白質與濕面筋的含量呈正相關[21-22]，本研究中蛋白質和濕面筋的空間分布規律相似（圖6）。前人研究認為蛋白質的環境效應大于基因作用，地點效應大于年季效應[9,23-24]，總體趨勢表現東北高西南低[9]，這與本研究結果一致。開花至乳熟期是小麥籽粒蛋白質積累的重要時期，多數研究表明灌漿期溫度升高有利于蛋白質的積累，夏樹鳳[8]研究表明江蘇省小麥蛋白質含量隨5月中旬積溫（193—256.3℃）同步升高。王大成等[25]和王東等[6]研究在灌漿期蛋白質與溫度呈顯著正相關關系，TAHRIL等[26]和趙輝等[27]表明灌漿期高溫有利于蛋白質含量的升高。本研究中開花—乳熟期（5月份）≥5℃積溫609.7—843.2℃時，蛋白質與積溫正相關。這可能因為隨著溫度的升高，蛋白質合成酶逐漸增強，物質代謝旺盛，灌漿過程加速，蛋白質升高[8,25]。Randall等[28]研究表明小麥灌漿期溫度在25—32℃內，籽粒蛋白質含量隨著溫度的升高而增加，吳東兵等[29]和曹廣才等[30]認為抽穗—成熟期間24—29℃范圍內日均溫與小麥籽粒蛋白質含量呈負相關。本研究中濟麥44籽粒蛋白質含量與開花—乳熟期日均溫無顯著相關性，但蛋白質含量和濕面筋含量卻與返青—拔節期最高氣溫呈顯著負相關，這可能由于返青—拔節期氣溫過高，容易引起早春凍害，不利植株生長。晁漫寧[31]和徐鳳嬌[32]研究表明，灌漿期早期適當灌溉有利于蛋白質積累和濕面筋合成，本研究中濕面筋含量與開花—成熟期降雨量呈正相關，在灌漿期降水量低于14.5 mm時，不利于濕面筋達到強筋標準，所以優質強筋小麥生產上我們建議在降水量低于14.5 mm時，應適當進行灌溉。2018—2019年在魯西南地區蛋白質和濕面筋含量與2019—2020年魯北地區蛋白質含量均低于強筋標準。一方面是因為該地區在開花—乳熟期積溫較少影響蛋白質的合成，降雨較少影響濕面筋的含量；另一方面在濟寧市（116.6°E，35.4°N）、聊城市（116.0°E，36.4°N）、滕州市（117.2°E，35.1°N）和鄆城縣（115.9°E，35.6°N）等地區多為砂質土，保水保肥力差養分含量少，不利于蛋白質的合成。

3.3 氣象因子對小麥面團流變學特性的影響

小麥面團流變學特性主要由穩定時間、拉伸面積和最大拉伸阻力決定[33]。拉伸面積、最大拉伸阻力與穩定時間極顯著正相關[33]。本研究中，穩定時間、最大拉伸阻力和拉伸面積空間分布相似（圖8）。濟麥44的穩定時間、拉伸面積和最大拉伸阻力變異系數均在20%—52%之間，表明這3個品質參數受環境因素影響較大。小麥面團流變學特性可以通過調節谷蛋白和醇溶蛋白的比例來調節，高分子量谷蛋白聚合物形成了連續的網絡為面團提供變形阻力和彈性，單體麥醇溶蛋白可為小麥粉面團提供可塑性[34-35]。小麥籽粒在發育和形成過程中，高溫導致面筋蛋白的組成比例明顯下降，不論適度高溫還是短時脅迫高溫，均使面團強度降低[36]，而且高溫還可以使醇溶蛋白基因的轉錄水平提早發生和終止，mRNA水平明顯下降[37]。灌漿期高溫可以提高小麥籽粒蛋白質含量，但麥谷蛋白含量降低，麥谷蛋白決定面團彈性[38]，所以不利于面團流變學特性相關品質的形成。本研究中面團流變特性3個參數都顯著受溫度影響，其中穩定時間與拔節至開花期最高氣溫存在顯著負相關關系；拉伸面積主要受返青—拔節期≥5℃積溫的正向影響；最大拉伸阻力受開花—乳熟期≥5℃積溫的負向影響，總的來說，在返青—拔節期≥5℃積溫為300℃左右，拔節—開花期最高平均氣溫為20℃左右時，開花—乳熟期≥5℃積溫在750—800℃時，有利小麥面團流變特性形成。

3.4 山東省強筋麥區劃分析

山東省地處暖溫帶，氣候溫和，光熱資源豐富，是全國優質小麥特別是強筋小麥的優勢產區[39]，本研究所選品種濟麥44是山東省農業科學院選育的高產優質強筋小麥品種，在我國首屆黃淮麥區優質強筋小麥品種質量鑒評會被評為超強筋小麥，其單產也超過了10 500 kg·hm-2。本研究中通過各取樣點綜合達標分析，發現濟麥44在山東省的適應可能性在60%以上，其中魯南的棗莊市、臨沂市和日照市與魯東的煙臺、威海和青島部分地區為優質強筋小麥優勢種植區域，其適應可能性達到了90%以上。魯東地區為丘陵地形，生物積累豐富，有機質含量高，該地區冬季降水充足，春季溫度偏低，5—6月積溫和降雨量適宜；魯中南為山地區，屬于半干旱區，在冬季和春夏交替時均有充足的降雨，在灌漿期具有適宜的積溫，并且該地土壤多為褐土，自然肥力較高，是省內的肥沃土壤之一。適宜的光溫水資源使魯東及魯南地區更適宜優質強筋小麥的生產，這與王東等[6]和李永庚等[40]的觀點一致。

4 結論

優質強筋小麥品質參數在不同年份及山東省生態點間主要受不同生育期降雨量、平均最高溫度和≥5℃積溫影響。品質性狀綜合分析在魯東和魯南地區強筋小麥優質可能性概率大于魯中和魯北地區，而魯西地區最低。兩年濟麥44的吸水率和最大拉阻力的取樣達標率均在95%以上，所以在品質調優栽培中應主要關注達標率較低和受環境影響較大的容重、蛋白質、濕面筋、穩定時間和拉伸面積等品質參數。返青—拔節期、拔節—開花期以及灌漿期高溫都不利于高筋品質參數，開花—乳熟期有效積溫有利于蛋白質含量提高；播種—越冬期降雨增加對面團穩定時間有利，開花—乳熟期降雨量低于14.5 mm時不利于濕面筋達到強筋標準，而返青—拔節期降水不利于容重提高。因此在強筋小麥生產中應該適當灌溉越冬水和灌漿水，返青—拔節期灌水時間應該推遲。

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Study on the quality parameters of strong gluten wheat and analysis of Its relationship with meteorological factors in Shandong Province

YU WeiBao1, 2, LI Nan3, KOU YiHong1, 2, CAO XinYou1, SI JiSheng1, HAN ShouWei1, 2, LI HaoSheng1, ZHANG Bin1, WANG FaHong1, ZHANG HaiLin2, ZHAO Xin2, LI HuaWei1

1Crop Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center of Wheat and Maize/Key Laboratory of Wheat Biology and Genetics and Breeding in Northern Huang-Huai River Plain, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Shandong Technology Innovation Center of Wheat/Jinan Key Laboratory of Wheat Genetic Improvement, Jinan 250100;2College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193;3Shandong Meteorological Bureau, Jinan 250031

【Objective】In this paper, the dominant distribution areas of strong gluten wheat were clarified in Shandong province, and the influence of key meteorological factors on its quality parameters was analyzed. 【Method】The high-quality strong-gluten wheat Jimai 44 was selected as the research material, and 296 samples were collected from 44 counties and districts in Shandong province in the growing seasons of 2018 to 2020. The relationship of meteorological factors, such as light, temperature and water, in different growth periods with wheat quality parameters was analyzed by using the method of stepwise regression. The geographic information system (GIS) was used for spatial visualization analysis, and the possible distribution of high-quality strong-gluten wheat advantageous areas was explored in Shandong province. 【Result】There were differences in the performance of each quality parameter in the different regions in different years. The proportion of samples reaching the standard of strong gluten was shown as maximum pull resistance>water absorption rate>bulk density>stabilize time>protein content>tensile area>wet gluten content in two years, and the coefficients of variation of quality parameters from large to small were stabilize time, tensile area, maximum pull resistance, wet gluten content, protein content, water absorption rate, and bulk density. The bulk density in western and northwestern Shandong was generally higher than that in other regions, and decreased with the increase of longitude, which was mainly related to the influence of rainfall during the rejuvenation-jointing period. The protein content was positively affected by the accumulated temperature ≥5℃ during the anthesis-milk maturity period, while increased from southwest to northeast in 2018-2019 and from northwest to southeast in 2019-2020. The wet gluten content was higher in the eastern Shandong region, which was significantly related to the high rainfall during the anthesis-milk maturity period in this region. The stabilize time was significantly negatively correlated with the maximum temperature during the jointing-anthesis period, and positively correlated with the rainfall during the sowing-overwintering period, and this affected its high value distribution and regional variation; The tensile area was significantly negatively correlated with the accumulated temperature ≥5℃ during the rejuvenation-jointing period, and gradually decreased from the west to the east of Shandong province. The maximum pull resistance was significantly negatively correlated with the accumulated temperature ≥5℃ during the anthesis-milk maturity period; It was low in the east-west direction and high in the middle area of Shandong province. Taking into account comprehensively, the high-quality probability of high-gluten wheat planting in eastern and southern Shandong province was stronger than that in central and northern, and the lowest in western. 【Conclusion】Eastern and southern regions were the optimal planting areas for strong-gluten wheat in Shandong province, with the greatest possibility of high quality. The high maximum temperature during rejuvenation-jointing period, jointing-anthesis period and grain-filling period was unfavorable to the rheological parameters of wheat dough, while the increase of effective accumulated temperature during anthesis-milk maturity period was beneficial to the increase of protein content. The rainfall during sowing-overwintering period was beneficial to the increase of dough stabilize time; When the rainfall was less than 14.5 mm during anthesis-milk maturity period, it was not beneficial for the wet gluten content to reach the strong gluten standard; The rainfall during the rejuvenation-jointing period was not conducive to the increase of bulk density. Therefore, in the production of strong gluten wheat, it was suggested that irrigation should be carried out in the overwintering period and early grouting according to the weather conditions, and the irrigation time during rejuvenation-jointing period should be postponed as far as possible.

wheat; quality parameters; meteorological factors; spatial distribution

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.22.005

2022-04-24；

2022-07-13

山東省良種工程項目“優質強筋小麥突破性新品種選育”（2019LZGC001）、泰山產業領軍人才項目（tscy20190106）、國家重點研發計劃（2016YFD0300105-5）、國家小麥產業技術體系（CARS-03-22）

余維寶，E-mail：sy20213010226@cau.edu.cn。通信作者李華偉，E-mail：lily984411@126.com

（責任編輯 楊鑫浩）