小麥品質穩(wěn)定性研究進展

孫振綱，許 琦

（山西省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所，山西運城044000）

近年來，隨著人們生活水平的提高，小麥的優(yōu)質問題越來越受到重視。我國育種家選育出了一大批優(yōu)質高產(chǎn)小麥新品種，但是，由于種植方式、栽培條件、地域差異、年際間氣候變化及同一優(yōu)質品種在不同年份、不同地點，甚至不同地塊品質表現(xiàn)差異都非常明顯，這給小麥進一步深加工增加了難度，難以保證工業(yè)化商品同一和優(yōu)質的要求。筆者總結出影響小麥品質穩(wěn)定性的多種因素，并提出了解決這一問題的初步設想。

1 不同栽培條件對小麥品質穩(wěn)定性的影響

1.1 肥料因素對小麥品質的影響

1.1.1 氮素對小麥品質的影響 趙廣才試驗結果表明，在施氮0～300 kg/hm2范圍內(nèi)，小麥濕面筋、沉降值、吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、延伸性、面包體積均隨施氮量增加逐漸提高，其中，形成時間、穩(wěn)定時間、濕面筋、沉降值的變異系數(shù)較大，表明這些性狀對氮肥反應敏感；吸水率對氮肥反應遲鈍，變異系數(shù)最小，穩(wěn)定性較好。穩(wěn)定時間在不同試驗點的變異系數(shù)最大。穩(wěn)定時間、形成時間、拉伸面積在不同品種間變異系數(shù)差別較大，而其他品質指標的變異系數(shù)較小。把施氮處理和試驗點統(tǒng)一作為環(huán)境因素，把不同品種作為基因型因素，利用AMMI模型對主要加工品質指標進行分析得出，濕面筋、形成時間、延伸性、面包體積和面包評分的環(huán)境效應大于基因型效應；而沉降值、吸水率、穩(wěn)定時間、拉伸面積的基因型效應大于環(huán)境效應；基因型與環(huán)境（G×E）的交互作用對各項品質性狀均有極顯著影響。對于全生育期總施氮量相同、不同時期施氮量不同的情況下，將氮肥后移至拔節(jié)期追施有利于蛋白質含量、面筋含量和沉降值的提高[1]。

1.1.2 磷素對小麥品質的影響 因施肥量、施肥時期的不同，磷肥對小麥品質產(chǎn)生的影響不同。在含磷量較低的沙土地上，在施磷量（P2O5）0～108 kg/hm2范圍內(nèi)，增加施磷量，可以提高弱筋小麥籽粒蛋白質含量、干濕面筋含量和籽粒容重，淀粉及其組分含量呈下降趨勢；施磷量（P2O5）超過108 kg/hm2，若增加施磷量，籽粒蛋白質含量、干濕面筋含量和籽粒容重下降，淀粉及其組分含量上升。在總施磷量相同的條件下，拔節(jié)期追施磷肥的比例在50%以下時，隨著追肥比例的增加，籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質含量、干濕面筋含量和籽粒容重提高，而淀粉及其組分含量呈下降趨勢；當追肥比例超過50%后，進一步提高拔節(jié)期追施磷肥比例，籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質含量、干濕面筋含量和籽粒容重下降，淀粉及其組分含量則上升。

1.1.3 鉀素對小麥品質的影響 鉀可促進氨基酸向籽粒中運轉的速率，同時也可增大氨基酸轉化為籽粒蛋白質的速度，從而使籽粒蛋白質含量提高。籽粒蛋白質含量隨施鉀時期的推遲而逐漸提高，揚花期施鉀蛋白質含量最高，這可能是由于揚花期吸收的鉀促進和參與植株體內(nèi)氮的代謝活動，促進了小麥對氮素的吸收和利用，并很快轉化為籽粒蛋白質，從而提高了籽粒蛋白質含量。

研究表明，維持土壤有效鉀含量為100～350 mg/kg，對保證小麥高產(chǎn)和優(yōu)質是必要的，低于下限會減產(chǎn)，高于上限蛋白質含量會降低。

研究證明，氮磷鉀合理配施對小麥品質的作用比單一肥料的作用要突出。各因素對蛋白質含量的影響依次為氮（田間施氮）＞葉面噴氮＞磷＞鉀，說明鉀肥對品質的獨立效應不大。在氮磷鉀三因素試驗中，以高氮＋高磷＋高鉀處理的蛋白質含量最高，與低氮＋低磷＋低鉀處理的蛋白質含量相比差異極顯著?？梢?，肥料三要素綜合作用對提高小麥品質至關重要，充足施氮、配合適當?shù)牧租浄屎腿~面噴氮可以有效地提高小麥籽粒蛋白質含量。

1.2 栽培方式對小麥品質的影響

1.2.1 播期的影響 播期的差異反映了生長條件的差異，因而影響小麥籽粒品質。據(jù)研究，晚播比早播的小麥籽粒蛋白質和濕面筋含量均有提高，但籽粒產(chǎn)量明顯下降，致使蛋白質總量隨之降低。據(jù)研究，在一般的播期范圍內(nèi)（10月初至10月下旬），隨著播期的推遲，小麥籽粒蛋白質和賴氨酸含量逐漸增加，籽粒透明度逐漸提高，面粉拉伸力逐漸增大，但籽粒中淀粉含量逐漸下降，導致籽粒產(chǎn)量和蛋白質產(chǎn)量明顯下降；如果播期提早到9月中旬，小麥籽粒中粗蛋白質和賴氨酸含量隨播期的提早有逐漸增加的趨勢；如果播期推遲到11月中旬，則在此范圍內(nèi)隨播期推遲，小麥籽粒中蛋白質含量亦有較明顯增加的趨勢。播期對產(chǎn)量和品質的影響效應不同步，各地應根據(jù)具體生態(tài)條件，提出兼顧產(chǎn)量與品質的播期范圍。一般土壤，對于生產(chǎn)優(yōu)質面包等中高筋力專用小麥，宜在適期范圍內(nèi)適當推遲小麥播期，但不是越遲越好；對于生產(chǎn)優(yōu)質餅干、糕點等中低筋力優(yōu)質專用小麥，可適當早播[2-3]。

1.2.2 播量（密度）的影響 研究表明，播量對小麥產(chǎn)量和品質有一定的影響，在不同土壤肥力條件下，播量對品質的影響有一定的差別。隨著密度的增加，小麥蛋白質和賴氨酸含量逐漸提高，產(chǎn)量以密度為120萬～165萬株/hm2處理最高，低于或超過這個范圍，產(chǎn)量均會降低。在低播量（小于112.5 kg/hm2）下，隨播量的增加產(chǎn)量提高，蛋白質和賴氨酸含量逐漸降低；而在高播量范圍內(nèi)（大于112.5 kg/hm2)，隨播種量的增加，產(chǎn)量下降，而蛋白質和賴氨酸含量上升。因而在生產(chǎn)中應根據(jù)各地的生態(tài)條件，確定最適播種量范圍。一般來說，在高肥條件下，公頃播種量135 kg以下時，蛋白質、賴氨酸和濕面筋含量隨播種量增加而降低。因此，在高產(chǎn)水平下，按照群體質量的要求，適當降低基本苗，推廣應用精播、半精播栽培技術有利于優(yōu)質小麥的生產(chǎn)。而通過精量播種，達到高產(chǎn)、超高產(chǎn)水平，更有利于餅干、糕點所用優(yōu)質小麥的形成[4]。

1.2.3 水分與灌排技術的影響 水分管理對小麥品質和產(chǎn)量的影響是復雜的。一般情況下，灌水可增加籽粒產(chǎn)量和蛋白質產(chǎn)量，但由于增加了籽粒產(chǎn)量會對蛋白質產(chǎn)生稀釋作用，蛋白質含量可能會略有下降。干旱在多數(shù)情況下會使蛋白質含量有所提高。在肥料充足的條件下或在干旱年份，適當灌水可使產(chǎn)量和蛋白質含量同步提高。在較干旱時，肥料充足可使蛋白質含量提高；肥料不足時，干旱或濕潤都會使蛋白質含量降低。據(jù)研究，在干旱年份不同時期不同灌水量的處理均比不灌水的處理明顯提高了籽粒產(chǎn)量和蛋白質、賴氨酸含量以及蛋白質產(chǎn)量，且有隨著灌水次數(shù)和灌水總量的增加而增長的趨勢。王旭清等提出，隨著抽穗至成熟期間的總降雨量減少，蛋白質、賴氨酸和面筋含量相應增加。王旭清、于亞雄等研究表明，灌水對品質的影響與降水量有關，欠水年份灌水可提高品質，豐水年份灌水過多則對品質不利。水分只有在施肥量比較高時才能明顯影響蛋白質含量。

2 生態(tài)環(huán)境對小麥品質的影響

小麥的籽粒品質是品種遺傳特性和環(huán)境因素共同作用的結果。盡管品種的遺傳特性決定了品種的品質性狀，但是環(huán)境因素對小麥品質的影響也是比較重要的。通過基因型與環(huán)境及其互作對小麥品質影響的研究表明，不同基因型的品質性狀在不同環(huán)境下的穩(wěn)定性以及不同品質性狀對不同環(huán)境的反應存在著顯著差異。但是，由于研究者所用供試材料遺傳背景的差異、測試樣本數(shù)量與種植地區(qū)環(huán)境條件的差異，所得出的結論并不太一致[5-6]。

2.1 地理緯度和海拔對小麥品質的影響

不同緯度和海拔條件下，由于光照、溫度和降水條件的不同，小麥的品質有很大的差異。研究表明，蛋白質和濕面筋含量與緯度呈正相關，在我國北緯31°51′～45°41′范圍內(nèi)，緯度每升高1°，小麥蛋白質含量增加0.442個百分點。進一步研究表明，隨緯度升高，濕面筋含量、形成時間、評價值、延伸性、抗延伸性和最大抗延伸性總體呈遞增趨勢；吸水率隨緯度的升高呈降低趨勢，穩(wěn)定時間、弱化度、抗延伸性/延伸性和能量的變化規(guī)律不明顯[7]。低緯度地區(qū)，如西藏小麥的蛋白質含量減少的原因主要由于谷蛋白減少所致，其次為醇溶蛋白、谷/醇低。但高分子量麥谷蛋白亞基評分較高的品種受生態(tài)環(huán)境條件影響較小。小麥的黏度性狀表現(xiàn)出隨地區(qū)緯度增高而增加的趨勢。

據(jù)小麥生態(tài)學家測定，各品種的籽粒蛋白質、面筋含量和賴氨酸含量均隨生態(tài)高度（緯度×海拔）的增加而呈降低的趨勢。在西藏麥區(qū)、黃淮冬麥區(qū)和北部冬麥區(qū)范圍內(nèi)，生態(tài)高度與籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值、降落值呈負相關。然而，也有研究表明，在云南不同環(huán)境下，蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值、形成時間、評價值、耐揉指數(shù)等隨海拔高度的升高而升高，出粉率、吸水率等隨海拔高度的升高而降低，穩(wěn)定時間、弱化度、和面時間、斷裂時間等表現(xiàn)為中海拔高于低海拔和高海拔[8]。

2.2 溫度對小麥品質的影響

溫度對小麥籽粒品質的影響主要是影響小麥生育后期籽粒的灌漿過程。在一定溫度范圍內(nèi)，較高的溫度有利于籽粒蛋白質的形成和積累。研究表明，抽穗至成熟期間日均氣溫每升高1℃，蛋白質含量提高0.435個百分點，沉降值增加109 mL，面團強度隨溫度的升高而增強。然而，超過臨界溫度時，蛋白質含量隨溫度升高而下降，面團強度也下降，面團形成時間縮短，且高溫處理時間越長，下降幅度越大。但具有5+10亞基的品種有較好的耐高溫特性[9]。有研究指出，在高溫條件下醇溶蛋白的合成速度比麥谷蛋白快，醇溶蛋白占蛋白質的比例升高，使麥谷蛋白、醇溶蛋白的比值降低。但也有學者在75個小麥品種中發(fā)現(xiàn)，只有5個品種的醇溶蛋白比例在高溫條件下升高，表明不同的品種對高溫的反應是不一致的。較高的溫度脅迫不僅對小麥籽粒的烘烤品質不利，也影響小麥的磨粉和淀粉的品質。如在開花后持續(xù)高溫脅迫將會降低出粉率，倒伏使容重、出粉率下降、灰分含量增加。抽穗到成熟期的日平均氣溫與峰值黏度和稀懈值呈極顯著正相關，而這個時期較高的日平均氣溫可在一定程度上提高黏度性狀。

2.3 降水量對小麥品質的影響

多數(shù)研究表明，生態(tài)因子中年降水量與小麥蛋白質含量、濕面筋含量等多數(shù)品質指標呈顯著負相關。在開花到蠟熟期，水分脅迫可明顯提高小麥籽粒蛋白質含量。過多的降水會降低面筋的彈性，以至于降低面包的烘烤品質。降水量不僅影響到蛋白質的積累，而且也影響到淀粉性狀。土壤水分虧缺可以顯著影響到支鏈淀粉和直鏈淀粉的積累，并可提高支/直，有利于面條品質的提高。淀粉糊化特性的所有參數(shù)也均受抽穗至成熟期降雨量的顯著影響，其中低谷黏度和峰值時間還受播種至抽穗期降雨量影響。峰值黏度和稀懈值與抽穗到成熟期的降雨量呈極顯著負相關，說明抽穗至成熟期的多雨對黏度性狀不利。

2.4 光照對小麥品質的影響

光照通過影響光合產(chǎn)物（碳水化合物）的合成而影響小麥蛋白質含量。我國北方區(qū)小麥全生育期平均日照總時數(shù)高于南方麥區(qū)，小麥蛋白質含量比南方麥區(qū)高2.05個百分點，這說明長日照對小麥籽粒蛋白質形成和積累是有利的。有研究指出，年日照除了與吸水率呈負相關外，與蛋白質含量、沉淀值、形成時間、穩(wěn)定時間、出粉率、延伸度、拉伸阻力、拉伸面積呈正相關；與穩(wěn)定時間、延伸度呈顯著正相關。然而，不同生育時期的光照條件對小麥品質的影響不同。出苗至抽穗期間高輻射強度能提高蛋白質含量。到小麥生育后期，光輻射強度一般與籽粒蛋白質含量呈負相關。光照條件好，則籽粒產(chǎn)量高，而蛋白含量隨光照增大而下降，原因是小麥籽粒產(chǎn)量的提高稀釋了蛋白質的含量。

3 小麥品質穩(wěn)定性的分子生物學研究進展

趙春等[10]研究了2種環(huán)境條件下3個不同蛋白含量小麥品種的氮代謝關鍵酶活性及籽粒品質的差異，結果表明，灌漿期環(huán)境因素與小麥籽粒品質和酶活性存在顯著的相關性，適宜的環(huán)境條件提高了氮代謝關鍵酶小麥旗葉硝酸還原酶（NR）、谷胺酰氨合成酶（GS）和籽粒谷胺酰氨合成酶的活性，從而改善了小麥品質。

Clyde Don等[11]研究表明，環(huán)境因素通過影響蛋白質的合成量、蛋白質的含量、谷蛋白大聚合體（GMP）的含量、GMP顆粒的形狀、高分子量谷蛋白/低分子量谷蛋白（HMW/LMW）來影響小麥品質的變化。

4 展望

隨著生物分子技術的發(fā)展，可以研究染色體水平、基因水平影響小麥品質穩(wěn)定性的因素，可以利用RNA差異顯示技術或蛋白質組學研究同一基因型在不同環(huán)境條件下品質表現(xiàn)差異的原因，最終可以解決在分子調(diào)控小麥品質穩(wěn)定性表達的問題。

［1］ 趙廣才，萬富世，常旭虹，等.不同試點氮肥水平對強筋小麥加工品質性狀及其穩(wěn)定性的影響[J].作物學報，2006，32（10）：1498-1502.

［2］ 蘭濤，潘潔，姜東，等.生態(tài)環(huán)境和播期對小麥籽粒產(chǎn)量及品質性狀間相關性的影響[J].麥類作物學報，2005，25（4）：72-78.

［3］ 潘潔，姜東，戴廷波，等.不同生態(tài)環(huán)境與播種期下小麥籽粒品質變異規(guī)律的研究 [J].植物生態(tài)學報，2005，29（3）：467-473.

［4］ 王旭清，王法宏.栽培措施和環(huán)境條件對小麥籽粒品質的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學，1999，37（1）：52-55.

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［10］ 趙春，焦念元，寧堂原，等.不同環(huán)境條件下小麥氮代謝關鍵酶活性及籽粒品質 [J].應用生態(tài)學報，2006，17（10）：1866-1870.

［11］ Clyde Don，George Lookhart，Hamid Naeem，et al.Heat stress and genotype affect the glutenin particles of the glutenin