長江中下游小麥品種籽粒品質(zhì)對氮素的敏感性分析

王化敦　史高玲　張平平　張鵬　高春蕾　姚金?！●R鴻翔

摘要：[目的]研究長江中下游麥區(qū)小麥品種品質(zhì)性狀對氮素的敏感性，為優(yōu)質(zhì)弱筋專用小麥生產(chǎn)及品質(zhì)育種提供參考。[方法]以長江中下游麥區(qū)105個小麥品種為試驗材料，進行低氮（純氮120 kg/ha）和高氮（純氮280 kg/ha）2個施氮水平的田間試驗，測定不同品種籽粒品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)，并依據(jù)籽粒蛋白質(zhì)含量進行氮肥敏感性分析。[結(jié)果]長江中下游麥區(qū)小麥籽粒品質(zhì)性狀在不同品種和施氮量間均存在極顯著差異（P<0.01，下同），具有較高的遺傳多樣性。高氮處理下，籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和面團穩(wěn)定時間顯著提高，沉降值、千粒重和籽粒硬度等品質(zhì)指標(biāo)也有增加趨勢。不同品質(zhì)性狀間的相關(guān)性分析結(jié)果表明，籽粒蛋白質(zhì)含量與濕面筋含量和面團穩(wěn)定時間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.5000以上。根據(jù)籽粒品質(zhì)性狀對氮素的敏感『生程度，可將長江中下游地區(qū)的小麥品種分為氮敏感型（34個）、氮遲鈍型（25個）和中間型（46個）三大類。15個生產(chǎn)應(yīng)用弱筋小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量在不同施氮量下的效應(yīng)分析結(jié)果表明，主要弱筋小麥品種在低氮條件下均可達到GB/T 17893-1999《優(yōu)質(zhì)小麥弱筋小麥》的標(biāo)準(zhǔn)，其中寧麥9和揚麥15籽粒蛋白質(zhì)含量對不同施氮量具有較好的穩(wěn)定性，寧麥13、鄂麥520、揚麥9號和寧麥20等品種對氮素較敏感。[結(jié)論]根據(jù)不同小麥品種籽粒品質(zhì)對氮素的敏感性差異，生產(chǎn)上應(yīng)合理控制氮肥用量，以達到品質(zhì)與產(chǎn)量的協(xié)調(diào)和平衡。

關(guān)鍵詞：小麥；氮素；籽粒品質(zhì)；蛋白質(zhì)含量；長江中下游麥區(qū)

0引言

[研究意義]小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物之一。長期以來，為解決我國糧食供給不足的問題，小麥生產(chǎn)中偏重產(chǎn)量提高，而忽視對其品質(zhì)的保障。小麥籽粒品質(zhì)受遺傳因素和栽培環(huán)境的雙重影響，肥料尤其是氮肥對小麥籽粒及加工品質(zhì)具有重要影響（Cormier et al.，2016）。因此，研究不同小麥品種籽粒品質(zhì)對氮素的響應(yīng)特性，將品種選擇與氮肥管理相結(jié)合，對于提高小麥籽粒品質(zhì)具有重要意義。[前人研究進展]有關(guān)籽粒品質(zhì)受氮素影響的研究已長達半個世紀(jì)（金平，1996）。目前已有研究證實，在一定范圍內(nèi)隨著施氮量的增加，小麥的籽粒蛋白質(zhì)和濕面筋含量、沉降值、穩(wěn)定時間及其千粒重等指標(biāo)均有提高。朱新開等（2003）研究了施氮量及氮肥運籌對不同類型小麥營養(yǎng)及加工品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)在同一氮肥運籌條件下，增加施氮量可提高小麥籽粒蛋白質(zhì)和濕面筋含量、沉降值和穩(wěn)定時間等指標(biāo)，然而施氮量對不同類型小麥品種籽粒品質(zhì)的調(diào)節(jié)效應(yīng)并不相同；李筠等（2008）研究表明，增加施氮量可顯著提高煙農(nóng)19的籽粒蛋白質(zhì)和濕面筋含量、沉降值及千粒重等指標(biāo)；周秋峰等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，施氮量與豫麥34的籽粒粗蛋白含量呈顯著正相關(guān)，對濕面筋含量、沉降值及穩(wěn)定時間亦有促進作用。有關(guān)籽粒硬度及容重受氮素影響的研究結(jié)果并不一致。陸增根等（2006）研究表明，增加施氮量可提高楊麥9號和寧麥9號的容重；張睿等（2009）研究表明，增加施氮量可促進小偃22籽粒硬度的提高；而李秋霞等（2014）研究表明，隨著施氮量的增加，小麥平安8號籽粒硬度和容重呈降低趨勢。因此，不同類型小麥及小麥不同品種籽粒品質(zhì)對施氮量的反應(yīng)并不一致。[本研究切入點]長江中下游麥區(qū)是我國重要的弱筋小麥產(chǎn)區(qū)（何中虎等，2002；趙廣才，2010）。盡管已有不少氮肥運籌對本地區(qū)小麥品質(zhì)影響的報道，但研究目的多在于探索品種的栽培技術(shù)，而對于眾多品種在不同氮水平下的品質(zhì)穩(wěn)定性缺乏系統(tǒng)研究。[擬解決的關(guān)鍵問題]利用自20世紀(jì)80年代以來長江中下游麥區(qū)育成的105個小麥品種，通過不同施氮量的田間試驗，考察不同小麥品種籽粒品質(zhì)對氮素的敏感性，為優(yōu)質(zhì)弱筋專用小麥生產(chǎn)及品質(zhì)育種提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

收集長江中下游麥區(qū)歷年育成品種共計105個，其中江蘇72個、湖北23個、安徽10個。

1.2試驗設(shè)計

于2015-2016年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院內(nèi)試驗田開展田問試驗。試驗地耕層（0-20 cm）土壤含有機質(zhì)23.9 g/kg、全氮1.35 g/kg、速效磷12.4 mg/kg、速效鉀85.6 mg/kg。設(shè)低氮（純氮120 kg/ha）和高氮（純氮280kg/ha）2個供氮水平，施P205 90kg/ha、K2O 90kg/ha，氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5 12%），鉀肥為氯化鉀（K2O 57%）。氮肥按基肥：分蘗肥：孕穗肥=4：3：3施用，磷肥和鉀肥全部作為基肥于播種前均勻撒施后翻耕。

每個供氮處理水平設(shè)4次重復(fù)，105個小麥品種在每小區(qū)中采用點播方式各種植1行，行長1.6 m，行距27 cm，株距7 cm。每小區(qū)種植的順序隨機確定，出苗后對缺苗的位置進行補苗以保證每行苗數(shù)基本一致。于2015年11月1日播種，2016年5月28日收獲。

1.3小麥籽粒品質(zhì)性狀測定

容重按照GB/T 5498-2013《糧油檢驗容重測定》測定；籽粒蛋白質(zhì)含量采用NY/T 3-1982《谷物豆類作物種子粗蛋白質(zhì)測定法（半微量凱氏法）》測定；濕面筋含量采用GB/T 14608-1993《小麥粉濕面筋測定法》（洗面筋儀洗滌法）測定；沉淀指數(shù)采用GB/T 21119-2007《小麥沉淀指數(shù)測定Zeleny試驗》測定；穩(wěn)定時間采用GB/T 14614-2006《小麥粉面團的物理特性吸水量和流變學(xué)特性的測定粉質(zhì)儀法》測定；小麥籽粒樣品的硬度值利用單籽粒谷物特性測試儀（Single Kemel Characterization System，SKCS）測定。

1.4統(tǒng)計分析

利用Excel 2013進行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS 20.0進行系統(tǒng)聚類分析。聚類分析采用離差平方和的度量方法，品種間距離采用歐式距離。

2結(jié)果與分析

2.1小麥籽粒品質(zhì)性狀受基因型及施氮量影響的效應(yīng)分析

方差分析結(jié)果（表1）表明，小麥籽粒品質(zhì)性狀在不同品種和施氮量問均存在極顯著差異（P<0.01，下同），而受基因型與施氮量互作的影響效應(yīng)不及二者的單獨影響，說明長江中下游小麥品種的籽粒品質(zhì)受品種與施氮量影響較顯著。

從表2可看出，小麥籽粒千粒重、容重、硬度、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值和穩(wěn)定時間均隨施氮量的增加而增加。不同品質(zhì)性狀的品種問變異系數(shù)相差較大，其中籽粒硬度的變異系數(shù)最大，在40.00%以上；其次為沉降值和穩(wěn)定時間；容重在品種問的變異系數(shù)最小，約1.00%。在不同籽粒品質(zhì)性狀中，以籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和穩(wěn)定時間受施氮量影響較明顯，變異系數(shù)均大于20.00%，說明這3個籽粒品質(zhì)性狀對氮素較敏感。

2.2不同籽粒品質(zhì)性狀間的相關(guān)性

表3為小麥籽粒品質(zhì)性狀間的直線相關(guān)系數(shù)。無論是低氮或高氮處理，籽粒中的蛋白質(zhì)含量與濕面筋含量和面團穩(wěn)定時間均呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.5000以上，面團穩(wěn)定時間與籽粒硬度和千粒重問也呈極顯著相關(guān)，其余性狀問的相關(guān)系數(shù)在低氮和高氮處理問相差較大或相關(guān)系數(shù)未達顯著水平（P>0.05）。按照GB/T 17893-1999《優(yōu)質(zhì)小麥弱筋小麥》的標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時間和容重等，由本研究性狀問相關(guān)性分析結(jié)果可知，可以蛋白質(zhì)含量為主要指標(biāo)對弱筋小麥品質(zhì)性狀加以分析。

2.3不同小麥品種蛋白質(zhì)含量的氮肥敏感性分析

根據(jù)各小麥品種不同施氮水平間的變異系數(shù)進行系統(tǒng)聚類分析，氮肥處理間蛋白質(zhì)含量差異明顯的品種為氮敏感型，差異不明顯的為氮遲鈍型，其余為中間型。聚類分析結(jié)果（表4）表明，氮遲鈍型小麥品種有25個，變異系數(shù)為10.07%-19.94%；氮敏感型小麥品種有34個，變異系數(shù)為25.06%-31.35%；中間型小麥品種有46個，變異系數(shù)為20.17%-24.97%。

2.4弱筋小麥品種在低氮和高氦條件下的蛋白質(zhì)含量比較

對15個生產(chǎn)應(yīng)用弱筋小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量在低氮與高氮處理下的效應(yīng)進行分析，結(jié)果（表5）表明，在低氮處理條件下，參試弱筋小麥籽粒蛋白質(zhì)含量均低于11.50%，達到GB/T 17893-1999《優(yōu)質(zhì)小麥弱筋小麥》的標(biāo)準(zhǔn)，其中寧麥13籽粒蛋白質(zhì)含量最低，為9.79%，揚麥15籽粒蛋白質(zhì)含量最高，為11.46%；在高氮處理條件下，參試弱筋小麥籽粒蛋白質(zhì)含量均高于低氮處理，且高于GB/T 17893-1999《優(yōu)質(zhì)小麥弱筋小麥》對蛋白質(zhì)指標(biāo)的要求。高氮處理下，揚麥15籽粒蛋白質(zhì)含量最低，為13.66%，揚麥9號籽粒蛋白質(zhì)含量最高，為15.92%。在15個弱筋小麥品種中，相對于低氮處理條件下，寧麥9號、揚麥15和揚麥19在高氮處理條件下其籽粒蛋白質(zhì)含量的增加比例均低于30%，具有相對較好的穩(wěn)定性，而寧麥13在高氮處理條件下的籽粒蛋白質(zhì)含量增加比例達57%，揚麥9號、鄂麥580和寧麥20籽粒蛋白質(zhì)含量同樣受施氮量影響變幅較大。

3討論

本研究利用長江中下游麥區(qū)歷年育成的105個小麥品種，分析了各品種在低氮和高氮條件下的小麥籽粒品質(zhì)指標(biāo)性狀。在相同施氮量（高氮或低氮）條件下各小麥品種的籽粒品質(zhì)性狀存在明顯差異，其中籽粒硬度的品種問變異系數(shù)在40.00%以上。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，長江中下游麥區(qū)軟質(zhì)麥、硬質(zhì)麥和混合麥共存，軟質(zhì)麥比例較高，占51.9%，硬質(zhì)和混合麥分別占38.7%和9.4%（王化敦等，2017）。此外，沉降值、穩(wěn)定時間、濕面筋含量、千粒重及籽粒蛋白質(zhì)含量在相同施氮量條件下也具有較高的變異系數(shù)，說明長江中下游小麥品種品質(zhì)存在多樣性。在本區(qū)域?qū)彾ㄐ←溒贩N中，不僅包含弱筋和中筋品種，還育成了鎮(zhèn)麥168等符合國標(biāo)強筋的小麥品種（陳愛大等，2008）。

本研究結(jié)果表明，增加施氮量可顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和穩(wěn)定時間，且沉降值、籽粒硬度及千粒重也有所提高，與眾多前人研究結(jié)果（朱新開等，2003；李筠等，2008；周秋峰等，2016）一致，說明氮素對籽粒品質(zhì)具有重要影響。Yue等（2007）比較施氮量對不同小麥品種谷蛋白大聚體（GMP）的影響時發(fā)現(xiàn)，徐麥26在施氮0-300kg/ha時GMP含量不斷增加，而寧麥9號的GMP含量在300kg/ha氮時未增加。從本研究結(jié)果中同樣可發(fā)現(xiàn)，部分品種在低氮處理條件下的籽粒品質(zhì)性狀與高氮處理條件下相比較其他品種變化小，反映了不同小麥品種在籽粒品質(zhì)形成過程中的差異性，說明小麥籽粒品質(zhì)性狀對外界施氮量具有明顯響應(yīng)的同時亦受到遺傳背景的顯著影響。

小麥品質(zhì)性狀問的相關(guān)性已有不少報道，所得結(jié)果在不同材料間存在一定差異（陳華萍等，2006；楊華等，2006；趙新和王步軍，2009；要燕杰等，2013；尹豪等，2014）。本研究發(fā)現(xiàn)，在長江中下游麥區(qū)的小麥品種中，蛋白質(zhì)含量與濕面筋含量和面團穩(wěn)定時間呈極顯著正相關(guān)，與要燕杰等（2013）、尹豪等（2014）的研究結(jié)果一致，說明在長江中下游小麥育種中，對大量育種材料篩選時可以蛋白質(zhì)含量作為初步篩選指標(biāo)進行品質(zhì)篩選。長江中下游麥區(qū)為我國最大的弱筋小麥生產(chǎn)區(qū)，本研究對該麥區(qū)15個弱筋小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量的分析結(jié)果表明，在低氮條件下這些弱筋小麥品種的籽粒蛋白質(zhì)含量均達到GB/T 17893-1999《優(yōu)質(zhì)小麥弱筋小麥》的標(biāo)準(zhǔn)要求，但在高氮條件下，蛋白質(zhì)含量顯著提高，不同品種問存在明顯差異。寧麥13在低氮條件下籽粒蛋白質(zhì)含量最低，但對氮素極敏感，不同施氮量條件下變幅最大，品質(zhì)穩(wěn)定性較差，類似品種還有鄂麥580、揚麥9號和寧麥20等。弱筋小麥寧麥9號和揚麥15的籽粒蛋白質(zhì)含量在不同施氮量條件下具有較好的穩(wěn)定性，江蘇沿江麥區(qū)生產(chǎn)調(diào)查結(jié)果也發(fā)現(xiàn)寧麥9號對不同肥力水平的田塊具有較好的適應(yīng)性，最符合GB/T17893-1999《優(yōu)質(zhì)小麥弱筋小麥》的標(biāo)準(zhǔn)（張平平等，2012）。

4結(jié)論

根據(jù)籽粒品質(zhì)受氮素影響的差異，將長江中下游105個小麥品種分成氮敏感型、遲鈍型和中間型3種類型，可為今后的不同品質(zhì)類型的小麥生產(chǎn)及品質(zhì)育種提供參考。