安徽麥區軟質小麥主要品質性狀的基因型-環境互作分析

摘要：為了深入研究安徽麥區軟質小麥主要品質性狀的基因型效應與不同種植區域環境效應的互作關系及穩定性，本研究利用AMMI雙標圖對種植于7個生態試點的12個軟質小麥品種的蛋白質含量、濕面筋含量、面團穩定時間及吸水率4個品質指標進行綜合評價。AMMI雙標圖分析結果表明，濉溪和新馬橋生態試點能夠較好地分辨品種濕面筋含量，區分品種面團穩定時間的最佳地點是太和生態試點，阜陽生態試點能夠很好地區分不同品種的吸水率，能較好地區分蛋白質含量的生態試點是新馬橋。吸水率和面團穩定時間表現好的品種是瑞華麥516、天益科麥5號；濕面筋含量中較穩定的品種是華成863和瑞華麥516；天益科麥5號是蛋白質含量平均值較高且較穩定的品種。相對而言，天益科麥5號具有廣適、穩定且品質性狀優良的基因型。

關鍵詞：軟質小麥；AMMI模型；主要品質性狀；基因型-環境互作分析；穩定性

中圖分類號：S512.1文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2024）07-1161-09Genotype-environment interaction analysis of the main quality traits of soft wheat in wheat area of Anhui provinceZI Jinshuang LI Sifang WANG Fangfang ZHENG Wenyin

（1.College of Agronomy， Anhui Agricultural University/Key Laboratory of Wheat Biology and Genetic Breeding in Southern Huanghuai， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Hefei 230036， China;2.Yangzhou University/Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Industrial Technology of Grain Crops， Yangzhou 225009， China）

Abstract：To deeply study the interactive relationship between genotypic effects of the main quality traits and the environmental effects of different planting regions and the relationship stability of soft wheat in wheat-growing areas of Anhui province， AMMI biplot was used to comprehensively evaluate four quality indicators such as protein content， wet gluten content， dough stabilization time and water absorption rate， of 12 soft wheat varieties planted in seven ecological pilot sites in this study. The analysis results of the AMMI biplot indicated that， ecological test sites of Suixi and Xinmaqiao could distinguish the wet gluten content of different varieties well. The best location for distinguishing dough stability time of varieties was Taihe ecological test site. Fuyang cological pilot site could distinguish the water absorption rate of different varieties well， and the appropriate ecological site for distinguishing protein content was Xinmaqiao. The varieties that performed well in water absorption rate and dough stabilization time were Ruihuamai 516 and Tianyikemai 5. The most stable varieties in terms of wet gluten content were Huacheng 863 and Ruihuamai 516. Tianyikemai 5 had a relatively high and stable average protein content. In comparison， Tianyikemai 5 has a widely adapted， stable and high-quality genotype.

Key words：soft wheat;AMMI model;main quality traits;genotype-environment interaction analysis;stability

小麥為禾本科一年生自花授粉作物，在世界各地廣泛種植，其穎果是人類的三大主食之一，是重要的糧食作物，小麥的種植面積位居各種作物之首，在中國具有非常重要的地位。國際上普通小麥分為硬質小麥和軟質小麥兩大類。在美國、加拿大和澳大利亞等國，籽粒軟且能用于制作餅干、蛋糕和日本面條等軟性食品的一類小麥，稱為軟質小麥。但目前在中國，軟質小麥主要基于籽粒胚乳質地的軟硬程度進行評判，即利用谷物硬度儀測定的籽粒硬度來進行區分。根據GB 1351-2023 《小麥》，籽粒硬度如≤45就屬于軟質小麥。與美國等發達國家相比，中國對軟質小麥的研究起步較晚，對其加工品質性狀的報道較少[1]。

小麥品質是一個綜合性概念，通常可用籽粒蛋白質含量、濕面筋含量和粉質參數中的吸水率、面團穩定時間等關鍵指標來反映小麥的品質類型[1]。蛋白質是小麥籽粒中的重要營養成分，其在籽粒和面粉中的含量與面粉流變學特性以及面制品加工品質關系密切[2]。濕面筋含量是反映小麥粉面筋強度的一個重要指標，GB/T 17320-2013《小麥品種品質分類》中提到，強筋小麥的濕面筋含量應不低于30%，弱筋小麥的濕面筋含量應低于26%，濕面筋含量影響面條、饅頭等制品品質[3]。粉質參數常用于反映小麥面團流變學特性，其中吸水率與面制品成品的產出比例有關，而面團穩定時間則表征面團強度指標[4]，面團吸水率和穩定時間更能綜合反映小麥粉加工品質的優劣[5]。

研究結果表明，基因型、環境及其互作是影響小麥品質性狀的重要因素[6-8]，前人研究發現，作物品質性狀受基因型和環境條件控制，部分品質性狀則表現出顯著的基因型-環境互作效應[9-10]。如李朝蘇等[11]認為小麥的蛋白質含量、濕面筋含量的環境效應較大，其次是基因型效應；面團的形成時間和穩定時間的環境效應和互作效應較大。喬玉強等[12]認為蛋白質含量、濕面筋含量等性狀主要受環境因素的影響。研究者們將品質指標的特性應用于弱筋小麥品種的選育和改良，已有研究結果表明，小麥品種間品質指標具有較大的遺傳差異，基于這些差異篩選到了部分優質種質資源，明確了小麥品質的地理差異并建立了一批優質小麥生產基地，對小麥品種進行大批量的品質檢測[13-17]。

安徽麥區地處長江、淮河下游地區，氣候復雜多樣。安徽江淮麥區在原農業部《全國優勢農產品區域布局規劃》中屬于長江中下游優質軟麥和弱筋小麥核心產區[18-19]，是用于制作優質餅干、糕點類的優質軟麥的適宜產區[20]。但目前關于安徽江淮軟質小麥品質性狀的相關研究較少[1，21]，也未見該區軟質小麥主要品質性狀與基因型-環境互作效應方面的報道。AMMI模型可以鑒別出對一些環境條件具有特殊適應性的基因型，為針對特殊環境條件下的生態育種提供有價值的信息，還可以應用于品種穩定性評價或對多環境試驗中的品種進行相似性聚類[22-23]。因此本研究擬利用AMMI雙標圖，分析種植于7個生態試點的12個軟質小麥推廣品種的基因型、環境以及基因型×環境互作效應對其蛋白質含量、濕面筋含量、面團吸水率和穩定時間等品質性狀的影響，為該區軟質小麥的育種和加工品質提升提供理論基礎。

1材料與方法

1.1供試材料

供試的12個材料，包括泛麥5號（G1）、華成1688（G2）、華成863（G3）、淮麥22（G4）、徽研912（G5）、龍科0901（G6）、龍科1109（G7）、荃麥725（G8）、瑞華麥516（G9）、濉1216（G10）、天益科麥5號（G11）和渦麥99（G12），于2018-2019年種植在安徽的太和（E1）、宿州（E2）、濉溪（E3）、鳳臺（E4）、新馬橋（E5）、阜陽（E6）、龍亢（E7）等7個生態試點。除了濉溪的淮麥22、渦麥99，新馬橋的華成863，其他所選材料的籽粒硬度指數均小于45，屬于軟質小麥品種（表1）。試驗采取隨機區組排列，4行區，行長2 m，統一進行田間管理，并全部在成熟期收獲，經脫粒和清理后，在室溫下儲存，用于后續試驗。

1.2試驗方法

經過清理的小麥籽粒參照AACC55-31《單粒小麥籽粒硬度測定法》[24]的方法測定籽粒硬度；利用FOSS 1241型近紅外分析儀測定小麥籽粒蛋白質含量；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》[25]中的方法進行潤麥，按AACC26-50《布拉本德實驗制粉法》[24]中的方法進行制粉，出粉率控制為62%～68%，用密封袋保存，置于室溫下14 d至面粉熟化后用于測定濕面筋含量和粉質參數等，其中濕面筋含量的測定參照AACC-38-12.02《濕面筋、干面筋、水結合能力和面筋指數測定法》[24]的方法，粉質參數的測定參照AACC54-21.01《粉質儀法》[24]的方法。

1.3數據分析

采用Excel進行數據統計，采用DPS 7.05軟件進行回歸分析、方差分析、AMMI模型圖的繪制。

2結果與分析

2.1不同生態點、不同品種的主要品質指標

各品種關鍵品質指標的平均值、變化范圍及變異系數見表2。從濕面筋含量來看，G8的濕面筋含量的變異系數最小，為18.44%； G6的濕面筋含量的變異系數最大，為60.66%。從吸水率來看，G3的吸水率變異系數最小，為1.83%；G1的吸水率變異系數最大，為8.05%。從穩定時間來看，G7的穩定時間變異系數最小，為14.08%；G1的穩定時間變異系數最大，分別為86.44%。根據G8的吸水率和穩定時間，可以看出該品種在所測的品種中具有最好的面團流動性。從蛋白質含量來看，G11的蛋白質含量變異系數最小，為3.96%；G8的蛋白質含量變異系數最大，為9.67%。

不同生態點軟質小麥的關鍵品質指標的平均值、變化范圍及變異系數見表3。從濕面筋含量來看，E2的濕面筋含量平均值最高，為69.9%，但也具有最大的變化范圍和變異系數；E5具有最低的濕面筋含量平均值，較小的變化范圍和變異系數，分別為27.4%、8.0%和9.12%。從面團吸水率來看，E4的平均值最高，為59.0%，且具有最小的變異系數，為1.71%；E3的面團吸水率變異系數最高，為3.57%。從穩定時間來看，E1的穩定時間平均值最高，為12.5 min，同時具有較大的變化范圍和變異系數，分別為27.8 min和83.84%，變異系數較大的為E5，為101.40%；E6的穩定時間平均值最低，為4.4 min，且也具有較小的變化范圍和變異系數，分別為5.4 min和35.68%，而變異系數最小的是E4，為33.27%。從蛋白質含量來看，E2具有較高的平均值和最高的變異系數，分別為14.2%和20.81%。

2.2主要品質指標的聯合方差分析

對12個品種的4個關鍵品質指標作聯合分析的結果（表4）顯示，蛋白質含量、濕面筋含量、吸水率、穩定時間的基因型、不同生態點（環境）間均存在極顯著影響，基因-環境互作效應也均達到了極顯著水平（P<0.01）。從各因素平方和占比來看，蛋白質含量和吸水率的環境平方和占比接近50.00%，基因型及基因型與環境互作效應平方和占比之和也在50.00%左右，由此可見安徽麥區軟質小麥的蛋白質含量和面團吸水率既受基因型影響也受環境影響，而環境是影響蛋白質含量和面團吸水率的主要因素。穩定時間的基因型和環境平方和占比分別達到了38.37%和13.52%，二者之和約為50.00%，面團穩定時間則主要受基因型的影響，基因型與環境互作效應平方和占比也將近50.00%。在濕面筋含量中可以看到基因型、環境和基因與環境互作效應平方和占比分別為44.72%、15.62%、35.50%。各品質指標均受到基因型與環境互作效應不同程度的影響，因此有必要利用AMMI模型來進一步分析基因型與環境互作效應。

2.3線性回歸和AMMI模型分析

各品質指標的線性回歸和AMMI分析結果見表5～表8。從表中可知，4個品質指標的聯合回歸、基因回歸和環境回歸的平方和占比分別僅解釋了交互作用平方和的46.77%、50.36%、36.69%、34.48%，每個指標的殘差仍較大，其平方和占比分別為53.22%、49.63%、63.31%、65.52%，線性回歸擬合結果較差。因此，使用AMMI模型對基因型與環境的互作情況進行分解，表5～表8中的第1主成分和第2主成分均達到極顯著水平，吸水率、濕面筋含量、穩定時間和蛋白質含量中的3項基因-環境互作效應主成分（IPCA）之和也分別達到了85.81%、88.47%、92.22%、88.63%；將剩余的不顯著的基因-環境互作效應主成分合并成殘差，分別占交互作用平方和的14.18%、11.54%、7.79%、11.37%。由此說明AMMI模型能夠清楚地分析基因型與環境間的互作效應。

2.4品種穩定性分析

圖1～圖4是以參試品種品質指標平均值（分別為吸水率平均值、穩定時間平均值、濕面筋含量平均值、蛋白質含量平均值）為橫軸，以第1主成分（IPCA1）值為縱軸所作的AMMI雙標圖。橫坐標越大，說明該品種產量越高，豐產性越好；縱坐標 IPCA1 絕對值越小，說明該品種穩定性越好，適應性越好[26-27]。從圖1～圖4可以看出，僅吸水率的各生態點在水平方向上的分布比品種分散，說明吸水率受環境間變異的影響大于品種間變異的影響。在AMMI雙標圖中地點位置離橫軸越近，表明地點對該品質的分辨力越弱，離橫軸越遠，表明地點對該品質的分辨力越強[28]。

圖1顯示，G3、G5、G11、G9吸水率平均值較高；G4、G5、G6、G9、G10、G11、G12的吸水率穩定性較好；橫坐標偏右且靠近IPCA1=0水平線的品種為高產穩產的品種[21]。從圖1還可以看出G5、G11、G9為高產穩產品種，G2、G7、G8表現較差。在 AMMI 雙標圖中，品種與IPCA1=0水平線同側的試驗地點間有正的互作效應，與另一側的試驗地點間為負互作效應[27]。由此可知，G3、G5、G6、G7、G8、G9、G10、G11、G12在試點E1、E2、E3、E4、E5有特殊適應性，G1、G2在試驗點E6、E7有較好的適應性。E6對所測品種吸水率的分辨力最強；E2、E4這2個地點對所測品種吸水率的分辨力較弱。G1：泛麥5號；G2：華成1688；G3：華成863；G4：淮麥22；G5：徽研912；G6：龍科0901；G7：龍科1109；G8：荃麥725；G9：瑞華麥516；G10：濉1216；G11：天益科麥5號；G12：渦麥99。E1：太和；E2：宿州；E3：濉溪；E4：鳳臺；E5：新馬橋；E6：阜陽；E7：龍亢。

圖2顯示，G2的穩定時間平均值最高，G11的品種穩定性最好，面團穩定時間不易受環境影響。總體而言，G2的表現較好，G1、G2穩定時間較長，但G1的面團穩定時間易受環境影響。G3、G4、G5、G7、G8、G9、G11、G12在試驗地點E4、E5、E6、E7有較好的適應性，品種G1、G2、G6、G10在地點E1、E2、E3有較好的適應性。E1對穩定時間的分辨力最強；E3和E5這2個地點對面團穩定時間的分辨力較弱。G1：泛麥5號；G2：華成1688；G3：華成863；G4：淮麥22；G5：徽研912；G6：龍科0901；G7：龍科1109；G8：荃麥725；G9：瑞華麥516；G10：濉1216；G11：天益科麥5號；G12：渦麥99。E1：太和；E2：宿州；E3：濉溪；E4：鳳臺；E5：新馬橋；E6：阜陽；E7：龍亢。

由圖3可知，G8的濕面筋含量平均值最高，但也容易受到環境影響。G11、G9和G3的濕面筋含量較好的穩定性；G2、G3、G4、G5、G6、G11、G12在試點E4、E5、E7有較好的適應性，G1、G7、G8、G9、G10在試點E1、E2、E3、E6具有較好的適應性。E3和E5這2個地點對濕面筋含量的分辨力較強；E6地點對濕面筋含量的分辨力最弱。

G1：泛麥5號；G2：華成1688；G3：華成863；G4：淮麥22；G5：徽研912；G6：龍科0901；G7：龍科1109；G8：荃麥725；G9：瑞華麥516；G10：濉1216；G11：天益科麥5號；G12：渦麥99。E1：太和；E2：宿州；E3：濉溪；E4：鳳臺；E5：新馬橋；E6：阜陽；E7：龍亢。

由圖4可知，G8、G10、G11的蛋白質含量平均值較高，G1、G6、G7、G11的蛋白質含量穩定性較高，不易受環境影響；G11則屬于高產穩產品種；G1、G6、G7、G8、G9、G10在E2、E3、E7地點有較好的適應性，且G8離E3最近，G8最適合種植在E3。G2、G3、G4、G5、G11、G12種植在E4、E5、E6等地點有較好的適應性。E5對蛋白質含量的分辨力最強；E2和E6對蛋白質含量的分辨力較弱。G1：泛麥5號；G2：華成1688；G3：華成863；G4：淮麥22；G5：徽研912；G6：龍科0901；G7：龍科1109；G8：荃麥725；G9：瑞華麥516；G10：濉1216；G11：天益科麥5號；G12：渦麥99。E1：太和；E2：宿州；E3：濉溪；E4：鳳臺；E5：新馬橋；E6：阜陽；E7：龍亢。

3討論

研究結果表明，基因型、環境及其互作是影響小麥品質性狀的重要因素[6-8]。在本研究中，對12個小麥品種的4個關鍵品質指標在7個生態點的聯合方差分析結果表明，供試小麥的蛋白質含量受基因型、環境和基因型與環境互作效應的影響，且環境效應大于其他效應；穩定時間主要受基因型與環境互作效應的影響；吸水率的環境效應則大于其他效應，這與已有的研究結果[29-31]基本一致。辛培堯[32]在對春小麥品質性狀及產量影響的研究中發現，濕面筋含量主要受基因型和基因型與環境互作效應的影響，且基因型效應大于其他效應，與本研究結果相一致；比較本研究結果與前人的研究結果，可以初步認為，安徽麥區軟質小麥中蛋白質含量、吸水率易受環境效應影響，須經多年、多點試驗分析其區域適應性和表現。濕面筋含量主要受基因型影響，可以再進行早代選育，而穩定時間易受交互作用的影響，可通過遺傳育種和改善栽培條件提高產量和品質。

通過分析4個品質指標的AMMI雙標圖，發現E3、E5能夠較好地區分品種濕面筋含量，但卻不是選育面團穩定時間的有效試驗點，如果需要區分品種面團穩定時間，最合適的地點是E1。E6能夠很好地區分不同品種的吸水率，但是不能有效區分品種的濕面筋含量和蛋白質含量。E2和E4不僅區分力不強且代表性較差，不能有效區分這4種性狀。E5能夠很容易地區分品種蛋白質含量。上述結果主要與安徽麥區地處江淮分水嶺，氣候條件復雜多變有關，同時也受到不同區域栽培種植習慣的影響[33]。因此，軟質小麥在安徽麥區的生產和推廣，還須經多年、多點試驗分析以確定其區域適應性和表現。

基于AMMI雙標圖的4種品質性狀的穩定性分析結果表明，吸水率表現較穩定的品種是G4、G5、G6、G9、G10、G11、G12；穩定時間的穩定性表現最好的是G11；濕面筋含量表現較穩定的品種是G11、G3和G9；蛋白質含量中G11的平均值較高且較穩定。結合生態適應性可認為G8、G11在7個環境中都表現出優良的適應性，具有廣適優良品質性狀的基因型，G11屬于性狀穩定型，可以根據需要作為主要的選育材料和后續對軟質小麥品質性狀研究中進行區域種植的理想材料。

4結論

供試軟質小麥的4個品質性狀的變異系數均較大，都有著復雜的基因型－環境互作效應。濉溪和新馬橋生態點的代表性較強且能較好地區分不同品種的濕面筋含量，能較好地區分面團穩定時間且具有強代表性的是太和生態點，阜陽生態點最容易區分不同品種的吸水率，新馬橋是區分蛋白質含量的最佳地點。瑞華麥516、天益科麥5號的吸水率性狀和面團穩定時間性狀的表現較好，華成863和瑞華麥516的濕面筋含量性狀表現較穩定，天益科麥5號的蛋白質含量性狀表現最穩定。相對而言，天益科麥5號屬于廣適、穩定且品質性狀優良的品種。

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