106份硬粒小麥品質性狀分析與評價

王麗萍， 趙鵬濤， 陳文杰 ，尚 毅，趙興忠，翟周平，張 新

(陜西省雜交油菜研究中心小麥研究室，陜西 楊陵 712100)

小麥是我國三大糧食作物之一，也是我國北方人民的主要口糧。隨著耕地面積減少、人口不斷增加，提高小麥單產成為保證總產增加的唯一途徑。近些年，隨著人民生活水平的提高和膳食結構的改變，我國小麥生產不斷進行結構性調整和供給側改革，逐漸從單純產量型向優質高產高效型轉變[1]。20 世紀 80 年代中期，國家“七五”計劃小麥育種協作攻關項目設立了小麥品質育種與研究課題，開始了有計劃、有規模、系統性的小麥品質改良研究。這項工作的開展，成為中國小麥品質改良研究的起點和標志[2]。選用農藝性狀較好的親本材料與品質性狀較好的親本材料配置單交組合是選育優質高產小麥新品種較為有效的組合模式[3]。

硬粒小麥是僅次于普通小麥的栽培小麥，具有高面筋、高蛋白含量的優質性狀，但存在產量有限、易感赤霉病、根腐病等問題。與普通小麥相比，硬粒小麥只有A、B 兩個基因組，更容易和野生近緣種雜交，獲得含有外源基因組的小麥種質[4]。近年來，我國育種家圍繞硬粒小麥品質改良開展了一系列工作，蘇琳琳等[5]對選用的16個加拿大硬粒小麥品種的產量、產量結構、籽粒品質性狀進行比較，并對籽粒產量、籽粒蛋白質及濕面筋含量進行聚類分析，發現硬粒小麥除1號、2號、3號、13號外，其余品種對改良山西小麥籽粒品質具有一定的意義。丁明亮等[6]以硬粒小麥與普通小麥雜交獲得的19個品系為實驗材料，主要考察了在農藝性狀和品質性狀方面的變化，發現在云南高原麥區，硬粒小麥資源在普通小麥改良中可以通過改進普通小麥有效穗進而提高產量，然而對普通小麥品質性狀的改良效果卻不顯著。查如璧等[7]研究確定了硬粒小麥幾項優質指標及其檢測技術與評價方法進而提出容重、黃籽率、粗蛋白質含量、濕面筋含量與質量、黃色素含量、蒸煮品質等7項內容的硬粒小麥質量分級標準建議。

試驗對106份硬粒小麥的蛋白質、濕面筋、沉降值、硬度等品質性狀進行變異統計和聚類分析，旨在掌握現有材料的品質性狀分布特點并針對目前硬粒小麥品質育種現狀提出新的開發利用方向，加快小麥品質育種進程。

1 材料與方法

1.1 供試材料

硬粒小麥試驗材料均由陜西省雜交油菜研究中心小麥研究室提供，硬粒小麥材料編號為YL104-YL209，共106份材料，包含自選的品種(系)和引進的來自于不同地域的不同時期的品種(系)。試驗于2019-2020年在陜西省雜交油菜研究中心楊凌試驗地進行，每個材料播種3行，行長2.0 m, 行距25 cm。試驗區四周設置保護行。

1.2 試驗地情況

試驗基地土壤肥沃，土地平整且地力均勻，灌溉設施良好。播種前精細整地，合墑播種，施足底肥，N、P、K配合，一般每667 m2基施尿素20～25 kg，磷酸二銨15～16 kg，硫酸鉀8～10 kg；合理灌水，一般冬、春灌水兩次，視氣候和土壤墑情確定灌第三水(灌漿水)，結合春灌667 m2追施尿素10～12 kg。苗期和春季注意防治紅蜘蛛，抽穗后防治蚜蟲和吸漿蟲。在小麥起身拔節期(4月中旬前后)，及時滅除田間闊葉雜草。

1.3 品質測定

利用丹麥福斯的DS2500 F近紅外光譜儀測定106份硬粒小麥的蛋白質、濕面筋、容重、硬度、弱化度、沉降值、降落數值和淀粉的含量。

1.4 數據處理

采用Excel 軟件對品質性狀作圖，并計算平均值、標準差、變異系數。用DPS軟件對數據計算歐氏距離并采用類平均法進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 硬粒小麥品質性狀變異分析

106份硬粒小麥7個品質性狀的分布情況如圖1～圖7所示，蛋白質、濕面筋、容重、弱化度、沉降值和淀粉含量基本服從正態分布，硬度傾向于服從負偏態分布。由表1數據可知，蛋白質含量變幅10.3%～17.5%，均值為13.2%；濕面筋含量變幅為19.0%～35.9%，均值為27.3%；容重變幅為787.5～866.4 g/L，均值為833.9 g/L；硬度變幅為42.58～79.36，均值為67.2；弱化度變幅為52.9～171.3 FU，均值為106.7 FU；沉降值變幅為25.4～61.5 mL，均值為43.8 mL。品質性狀的變異系數大小順序為：弱化度>沉降值>濕面筋>硬度>蛋白質>淀粉>容重，其中弱化度、沉降值變異幅度較大，濕面筋、硬度、蛋白質變異幅度中等，容重、淀粉變異幅度較小。說明株系間的差異較大，變異類型豐富，可為小麥的品質改良提供優良親本。按照國家標準小麥品種品質分類GB/T 17320-2013的相關規定，29%硬粒小麥蛋白質含量達到強筋小麥要求(≥14.0%)；21%硬粒小麥的濕面筋含量達到強筋小麥要求(≥30%)；沉降值(≥40 mL)、硬度(≥60)整體水平較高，達強筋要求分別為71%、77%，四項都符合強筋標準的硬粒小麥占比僅為19%。其中YL130、YL131、YL133、YL163蛋白值含量≥15.0%，濕面筋含量≥35.0%，達到優質強筋小麥的標準。依據國家標準方法GB/T 17892-1999的相關規定，硬粒小麥的容重(≥770 g/L)全部達到強筋要求。整體而言，硬粒小麥的粗蛋白和濕面筋高含量材料少，沉降值和硬度高含量材料比重高，因此，硬粒小麥品質改良應以提高蛋白質和濕面筋含量為主要目標。大部分材料屬于中筋小麥，少數材料為強筋小麥，需要進一步改善提高。只有極少數材料品質優良，綜合指標全部符合要求，具有開發高蛋白強筋品種的潛質。

圖1 蛋白質含量次數分布

圖2 濕面筋含量次數分布

圖3 容重次數分布

圖4 硬度次數分布

圖5 弱化度次數分布

圖6 沉降值次數分布

圖7 淀粉次數分布

表1 106份硬粒小麥品質性狀統計結果

2.2 106份硬粒小麥聚類分析

利用DPS統計分析軟件對106份硬粒小麥的品質性狀采用類平均法進行聚類分析，所得聚類結果見圖8。在遺傳距離為50.11時，106個樣本被分成5類，第一類有2株分別是YL148、YL183；第二類有5株分別是YL142、YL156、YL190、YL187、YL163；第三類有18株分別是YL110、YL114、YL130、YL135、YL136、YL119、YL192、YL208、YL207、YL124、YL140、YL204、YL134、YL138、YL161、YL133、YL206、YL209；第四類有27株分別是YL105、YL141、YL123、YL147、YL125、YL144、YL166、YL146、YL162、YL108、YL129、YL199、YL128、YL151、YL164、YL169、YL179、YL195、YL167、YL185、YL175、YL184、YL194、YL201、YL174、YL193、YL176；第五類有54株分別是YL104、YL107、YL181、YL143、YL186、YL182、YL205、YL109、YL150、YL165、YL120、YL196、YL153、YL155、YL157、YL106、YL178、YL126、YL198、YL127、YL145、YL202、YL149、YL154、YL170、YL111、YL115、YL139、YL131、YL113、YL197、YL180、YL203、YL121、YL188、YL191、YL177、YL189、YL137、YL173、YL112、YL116、YL160、YL171、YL117、YL132、YL172、YL118、YL159、YL200、YL122、YL152、YL158、YL168。每類的品質性狀參數見表2，可以看出第Ⅰ、Ⅳ類多數材料的蛋白質、濕面筋、沉降值含量達到弱筋小麥標準；第Ⅱ、Ⅲ類多數材料屬于強筋小麥，少數材料可達到優質強筋小麥標準；第Ⅴ類多數材料的蛋白質、濕面筋、硬度、沉降值達到中筋小麥標準。106份硬粒小麥材料品質指標涵蓋范圍廣，以中筋為主，少數材料為強筋。由于硬度都比較高，不適合開發弱筋小麥品種。來自于不同類中YL131、YL133、YL163蛋白質、濕面筋、容重、硬度含量均較高，這三個材料綜合品質性狀優異且遺傳距離比較遠，可作為優異資源應用于小麥品質改良中。

圖8 聚類分析

表2 106份硬粒小麥7個品質性狀的分類特點

3 討論

目前，我國小麥育種目標由高產轉變為優質高產，但現有優質品種數量少，與美國、加拿大的優質麥尚有一定的差距，而且各地小麥品質參差不齊，大部分品種以中筋為主，只有少數品種達到強筋標準[8～12]。課題組從20世紀80年代也開始硬粒小麥的雜交育種，育成一批能安全越冬的半冬性材料、植株較矮的抗倒伏材料以及抗 (耐 )病、中早熟、綜合農藝性狀好的種質資源[13]。但對硬粒小麥在品質改良方面開展的研究相對較少，通過本研究發現，106份硬粒小麥材料遺傳類型比較豐富，變異范圍寬，蛋白質、濕面筋、沉降值、硬度含量達到強筋水平占比分別為29%、21%、71%和77%，容重全部達到強筋小麥要求，因此，單一品質優良的材料占絕大多數，只有19%的硬粒小麥的綜合品質達到強筋標準。品質指標涵蓋范圍廣，以中筋為主，少數材料為強筋，與全國小麥整體水平接近。綜合來看，硬粒小麥品質改良應以提高材料的蛋白質和濕面筋含量為主要目標，目前材料中蛋白質含量平均值為13.2%，最高值達17.5%；濕面筋含量平均值為27.3%，最高值達35.9%，將篩選出的高品質材料作為骨干親本通過組合選配可獲得一批綜合性狀優良的新種質資源，為強筋小麥新品種的開發奠定基礎。

研究通過對106份硬粒小麥的遺傳變異和聚類分析篩選到4份優質強筋小麥YL130、YL131、YL133、YL163，蛋白值含量≥15.0%，濕面筋含量≥35.0%，具有較高的研究和育種價值。以上株系為高蛋白、高濕面筋含量分子機理研究和選育優良品質的小麥品種提供了新的種質資源。