小麥不同階段產(chǎn)品品質(zhì)性狀的變異及其關(guān)系

王 瑞，張永科，郭 勇，孔令讓，胡希遠(yuǎn)

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東泰安 271000)

小麥?zhǔn)俏覈酥潦澜缱钪匾募Z食作物之一。由小麥生產(chǎn)的食品豐富多樣，在我國居民生活中具有極其重要的作用。隨著人們生活水平的提高，對小麥的品質(zhì)也提出了新的要求[1-2]。小麥產(chǎn)品的品質(zhì)需求已成為我國小麥品質(zhì)育種和加工工藝研究的重要內(nèi)容。小麥產(chǎn)品品質(zhì)包括籽粒品質(zhì)、面粉品質(zhì)、面團(tuán)品質(zhì)和食品品質(zhì)等[3-6]。對小麥籽粒、面粉及面團(tuán)三個階段產(chǎn)品品質(zhì)性狀的變異及其相互關(guān)系的系統(tǒng)分析，有助于了解這些品質(zhì)性狀的變化及其相互關(guān)系，有助于提高品質(zhì)性狀的選擇效率，加速優(yōu)質(zhì)小麥育種進(jìn)程[7]。

近年來，關(guān)于小麥品質(zhì)性狀的變異和相關(guān)性研究已有報道[8-11]，但大多研究僅局限于小麥部分品質(zhì)性狀在特定種植環(huán)境中，基本沒有看到按照小麥籽粒、面粉、面團(tuán)和食品形成的先后順序給予性狀變異及其關(guān)系的研究。本研究選用不同小麥品系在不同種植環(huán)境下獲得的材料，測定其籽粒、面粉和面團(tuán)三個階段的品質(zhì)性狀，探討小麥不同品質(zhì)性狀分別在品系間和環(huán)境間的變異程度，并按照產(chǎn)品形成的順序研究其前后產(chǎn)品間品質(zhì)性狀的關(guān)系，以期為小麥籽粒、面粉和面團(tuán)品質(zhì)的改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和設(shè)計

兩個親本為遠(yuǎn)緣雜交所得偃展1號(母本)、5114(父本)。在其F1～F8代選擇保持其分離范圍和類型的具有不同性狀特征的多個穩(wěn)定系，這些品系類型豐富，尤其是品質(zhì)性狀涵蓋多種類型種質(zhì)資源。這些穩(wěn)定系材料分別于2014年和2015年度種植于西北農(nóng)林科技大學(xué)三原斗口農(nóng)作物試驗站(關(guān)中東部川道高肥區(qū)，產(chǎn)量7.50×103～9.00×103kg·hm-2)和楊凌北校區(qū)試驗農(nóng)場(關(guān)中西部塬區(qū)中肥區(qū)，產(chǎn)量6.75×103～7.50×103kg·hm-2),等行距點播,行距25 cm,行長2 m，兩行一個品系。栽培管理同大田規(guī)范，成熟后及時收獲，人工脫粒。

1.2 測定項目和方法

根據(jù)小麥產(chǎn)品形成的階段次序分別測定小麥籽粒的含水量、硬度、容重和蛋白質(zhì)含量，面粉的吸水率、沉降值和濕面筋含量，面團(tuán)的延展性、穩(wěn)定時間、形成時間、拉伸面積和抗延伸阻力。

籽粒含水量和硬度的測定用近紅外儀器法，籽粒容重用容重器法，蛋白質(zhì)含量的測定用凱氏定氮儀法[12]；面粉吸水率的測定用粉質(zhì)儀法，沉降值的測定用Zeleny試驗法，面粉濕面筋含量的測定用手洗法[13]；面團(tuán)穩(wěn)定時間、形成時間和抗延伸阻力用粉質(zhì)儀測定，面團(tuán)延展性和拉伸面積用拉伸儀測定[14]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SAS 9.12進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在方差分析中將種植地點和年份統(tǒng)一看做環(huán)境因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒、面粉和面團(tuán)性狀在品系間和環(huán)境間的變異

小麥籽粒、面粉和面團(tuán)的被測性狀指標(biāo)，在品系間和環(huán)境間的變異系數(shù)明顯不同(表1)。籽粒、面粉和面團(tuán)性狀在品系間的變異系數(shù)范圍分別為1.42%～6.95%、4.52%～11.49%和8.07%～33.91%，在環(huán)境間的變異系數(shù)范圍分別為0.96%～8.91%、2.90%～6.43%和2.84%～15.49%。在品系間、環(huán)境間，均以面團(tuán)性狀的變異程度最大，面粉次之，籽粒最小。比較品質(zhì)性狀在品系與環(huán)境間的變異程度發(fā)現(xiàn)，除籽粒硬度外，所有品質(zhì)性狀的變異系數(shù)在品系間均大于環(huán)境間；籽粒品質(zhì)指標(biāo)中，品系間以蛋白質(zhì)含量變異系數(shù)最大，環(huán)境間以硬度變異系數(shù)最大；在面粉品質(zhì)指標(biāo)中，品系間和環(huán)境間均是沉降值變異系數(shù)最大；在面團(tuán)品質(zhì)指標(biāo)中，品系間以最大抗延伸阻力變異系數(shù)最大，環(huán)境間則以拉伸面積變異系數(shù)最大。

由表2可以看出，環(huán)境對面團(tuán)穩(wěn)定時間影響不顯著(P>0.05) ，品系對籽粒硬度、環(huán)境對面團(tuán)最大抗延伸阻力有顯著影響(P<0.05)，品系和環(huán)境對其余被測品質(zhì)指標(biāo)的影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

表1 小麥不同產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)及其變異系數(shù)Table 1 Quality characters and variability of different products of wheat

表2 小麥不同品質(zhì)性狀在品系間和環(huán)境間差異分析Table 2 Difference analysis of wheat quality characters among varieties and environments

2.2 籽粒、面粉和面團(tuán)性狀間的相關(guān)性

由表3可知，籽粒含水量與面粉的濕面筋含量、吸水率和沉降值均呈顯著負(fù)相關(guān)，與面團(tuán)的延展性和穩(wěn)定時間呈極顯著負(fù)相關(guān)，與面團(tuán)形成時間呈顯著負(fù)相關(guān)。籽粒硬度與面粉的吸水率和沉降值呈顯著正相關(guān)，與面粉濕面筋含量以及面團(tuán)中最大抗延伸阻力、穩(wěn)定時間和拉伸面積的相關(guān)性不顯著。說明籽粒濕度對面粉和面團(tuán)特性有較大的影響。籽粒容重與面團(tuán)延展性和穩(wěn)定時間分別呈極顯著正相關(guān)和顯著負(fù)相關(guān)，與面粉的三個被測品質(zhì)指標(biāo)及面團(tuán)另外三個被測品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性不顯著。籽粒的蛋白質(zhì)含量與面粉的濕面筋含量、沉降值及面團(tuán)的最大抗延伸阻力、穩(wěn)定時間和形成時間呈極顯著正相關(guān)，與面粉的吸水率及面團(tuán)的延展性和拉伸面積相關(guān)不顯著。說明籽粒性狀與面粉和面團(tuán)性狀均有一定關(guān)系，但籽粒各性狀與面粉性狀的關(guān)系更緊密。對面粉品質(zhì)，籽粒含水量、硬度和蛋白質(zhì)含量都有較大影響，容重影響較?。粚γ鎴F(tuán)品質(zhì)，籽粒蛋白質(zhì)含量和濕度影響較大，容重和硬度影響小。籽粒濕度大則面粉和面團(tuán)的被測品質(zhì)指標(biāo)的值較小，籽粒蛋白質(zhì)含量較高則面粉和面團(tuán)的被測品質(zhì)指標(biāo)的值較大。

由表4可知，面粉濕面筋含量與面團(tuán)的延展性、最大抗延伸阻力、穩(wěn)定時間、形成時間和拉伸面積五個指標(biāo)均呈顯著或極顯著正相關(guān)；面粉吸水率僅與面團(tuán)延展性呈極顯著正相關(guān)；面粉沉降值與面團(tuán)的五個被測指標(biāo)均呈極顯著正相關(guān)。此結(jié)果說明，面粉的濕面筋含量和沉降值是影響面團(tuán)性狀的重要因素；面粉吸水率主要影響面團(tuán)的延展性。面粉的濕面筋含量、吸水率和沉降值等指標(biāo)值越高，則面團(tuán)的延展性、最大抗延伸阻力、穩(wěn)定時間、形成時間和拉伸面積等指標(biāo)值也越高。比較籽粒被測指標(biāo)與面團(tuán)被測指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)、面粉被測指標(biāo)與面團(tuán)被測指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)前者的絕對值大部分比后者大。說明面粉的品質(zhì)性狀較籽粒的品質(zhì)性狀對面團(tuán)品質(zhì)性狀影響更大。

表3 小麥面粉和面團(tuán)性狀與籽粒性狀的相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis of characters of flour and dough to grain

表4 小麥面粉和面團(tuán)性狀的相關(guān)分析Table 4 Correlation analysis of characters between flour and dough

2.3 籽粒、面粉和面團(tuán)性狀間的回歸分析

對面團(tuán)性狀分別與面粉和籽粒性狀、面粉性狀對籽粒性狀進(jìn)行回歸分析，以x1、x2、x3和x4分別代表籽粒的濕度、硬度、容重和蛋白質(zhì)含量，以y1、y2和y3分別代表面粉濕面筋含量、吸水率和沉降值，以z1、z2、z3、z4和z5分別代表面團(tuán)延展性、最大抗延伸阻力、穩(wěn)定時間、形成時間和拉伸面積，所得回歸方程、決定系數(shù)(R2)、回歸測驗F值和P值如表5所示。從表5可知，除了面團(tuán)最大抗延伸阻力對籽粒性狀的回歸方程不顯著(P=0.057>0.05)以外，其余的回歸方程都達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，說明除了面團(tuán)的最大抗延伸阻力外，面粉的性狀和面團(tuán)的其他性狀都可用各自前階段產(chǎn)品性狀指標(biāo)予以預(yù)測。籽粒性狀(x1～x4)對面粉濕面筋含量(y1)的決定系數(shù)達(dá)0.949 5，籽粒性狀(x1～x4)對面團(tuán)延展性(z1)的決定系數(shù)為0.788 5，面粉性狀(y1～y3)對面團(tuán)延展性(z1)的決定系數(shù)為0.873 6。從后兩個決定系數(shù)的相對大小可知，利用面粉性狀比利用籽粒性狀對面團(tuán)性狀預(yù)測更可靠。

表5 面團(tuán)對面粉和籽粒以及面粉對籽粒的性狀回歸結(jié)果Table 5 Regression analysis of characters of dough to flour and grain, and lour to grain

3 討 論

關(guān)于小麥品質(zhì)性狀相關(guān)性問題已有較多報道[9-18]。研究表明，面粉品質(zhì)性狀通常與磨粉的工藝有關(guān)[6]。桑 偉等[10]研究表明，籽粒硬度和籽粒蛋白質(zhì)含量與小麥磨粉品質(zhì)關(guān)系最為密切。Gaines[13]和Abboud等[14]的研究表明，籽粒蛋白質(zhì)含量和面粉面筋含量相關(guān)性最大。本研究發(fā)現(xiàn)，籽粒蛋白質(zhì)含量與面粉濕面筋含量、籽粒硬度與面粉吸水率顯著相關(guān)。這些結(jié)果說明，若要改變面粉的品質(zhì)性狀，除了調(diào)整磨粉階段加工工藝以外，還需要在小麥生產(chǎn)階段形成硬度和蛋白質(zhì)含量符合特定要求的籽粒。Graybosch等[16]和Morris等[17]等發(fā)現(xiàn)，面粉特性既與小麥基因型有關(guān)，又受小麥種植環(huán)境影響，這與本研究中面粉性狀在品種間和環(huán)境間均有顯著性差異的結(jié)果相一致。

除了小麥籽粒和面粉的性狀在品系間和環(huán)境間的變化外，本研究還發(fā)現(xiàn)，面團(tuán)的大部分性狀在品系間和環(huán)境間也有顯著或極顯著差異。這就啟示人們，無論籽粒、面粉還是面團(tuán)，都既要注重小麥品系的選擇又要考慮種植環(huán)境的影響，才能獲得符合一定特征特性的產(chǎn)品。在品系間，籽粒、面粉和面團(tuán)性狀的變異系數(shù)分別以蛋白質(zhì)含量、沉降值和最大抗延伸阻力最大，說明小麥品系的不同主要引起小麥品質(zhì)在蛋白質(zhì)含量、沉降值和最大抗延伸阻力存在差異。在環(huán)境間，以籽粒硬度、面粉沉降值和面團(tuán)拉伸面積的變異系數(shù)最大，說明小麥種植環(huán)境的不同主要引起小麥品質(zhì)在籽粒硬度、面粉沉降值和面團(tuán)最大抗延伸阻力的差異，即品系和環(huán)境對小麥品質(zhì)主要影響的性狀不盡一致。籽粒、面粉和面團(tuán)性狀在品系間變異性普遍大于環(huán)境間的這一結(jié)果可說明，品系對籽粒、面粉和面團(tuán)性狀的影響比環(huán)境的更大。所以在涉及關(guān)于小麥籽粒、面粉和面團(tuán)的品質(zhì)問題時，應(yīng)著重首先考慮適宜品系的選用，其次再考慮選用適宜的種植環(huán)境。這也證明了育種工作在小麥產(chǎn)品品質(zhì)改良中的重要性。

依照本研究結(jié)果中各具體性狀間關(guān)系的性質(zhì)和大小初步可知，若要提高面粉和面團(tuán)品質(zhì)性狀的指標(biāo)值，可適當(dāng)降低籽粒含水量，因為小麥籽粒含水量與面粉和面團(tuán)的大部分性狀負(fù)相關(guān)。籽粒硬度高有利于面粉性狀指標(biāo)的提高，但對面團(tuán)性狀指標(biāo)則無明顯影響，籽粒容重對面粉和面團(tuán)性狀影響少而小，籽粒蛋白質(zhì)含量對面粉和面團(tuán)的多個指標(biāo)都有正向作用。面粉濕面筋含量和沉降值對面團(tuán)延展性、最大抗延伸阻力、穩(wěn)定時間、形成時間和拉伸面積均有顯著的正向作用。面粉吸水率僅對面團(tuán)延展性有顯著正向作用，而對面團(tuán)其他四個性狀無顯著作用。

本研究還發(fā)現(xiàn)，面粉與面團(tuán)性狀的相關(guān)系數(shù)絕對值比籽粒與面團(tuán)性狀相關(guān)系數(shù)絕對值大，說明面團(tuán)性狀與面粉比與籽粒性狀更密切。從回歸方程決定系數(shù)來看，面粉性狀比籽粒性狀對面團(tuán)性狀決定性更大。這一結(jié)論根據(jù)小麥產(chǎn)品形成的順序是不難理解的，因為前兩者產(chǎn)品之間比后兩者之間在生產(chǎn)程序上更近。

本研究僅涉及了籽粒、面粉和面團(tuán)的部分性狀，涉及的小麥種植環(huán)境也只有四個，關(guān)于小麥更多階段產(chǎn)品(例如還有食品)，以及其他性狀和在更多種植環(huán)境下的變異性和關(guān)系我們今后將進(jìn)一步深入研究。