黃淮地區(qū)小麥品質(zhì)性狀特性分析

彭紹峰，馬 雯，張媛菲，呂樹作，段國輝

（1.洛陽農(nóng)林科學(xué)院，河南 洛陽 471023；2.寶雞市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西 寶雞 722499）

黃淮地區(qū)小麥品質(zhì)性狀特性分析

彭紹峰1，馬 雯2，張媛菲1，呂樹作1，段國輝1

（1.洛陽農(nóng)林科學(xué)院，河南 洛陽 471023；2.寶雞市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西 寶雞 722499）

為了給黃淮北部?jī)?yōu)質(zhì)小麥品種選育提供理論指導(dǎo)，對(duì)該區(qū)5個(gè)不同地點(diǎn)種植的18個(gè)小麥新品系的品質(zhì)性狀進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，該區(qū)小麥品質(zhì)在粗蛋白含量及穩(wěn)定時(shí)間方面有待提高；形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度、面筋指數(shù)、最大拉伸阻力、延伸度6個(gè)性狀受遺傳因素控制，受地點(diǎn)環(huán)境因素影響小，硬度、沉淀值、粗蛋白和濕面筋含量等性狀受地點(diǎn)環(huán)境因素影響大；通過聚類分析將14個(gè)性狀分為7類，可以用7個(gè)類型指標(biāo)來反映14個(gè)品質(zhì)性狀。在育種材料評(píng)價(jià)中，對(duì)受地理環(huán)境因素影響大的沉淀值、粗蛋白和濕面筋含量應(yīng)與對(duì)照品種相比較，受遺傳因素影響大的形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間等應(yīng)參照優(yōu)質(zhì)小麥標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取舍。

小麥；品質(zhì)；性狀；聚類分析

黃淮地區(qū)是我國小麥最重要的主產(chǎn)區(qū)和最適宜種植區(qū)，該地區(qū)小麥常年種植面積占全國的58.5%，總產(chǎn)占全國的67.6%，我國生產(chǎn)上種植面積在66.7萬hm2以上的品種主要來自黃淮麥區(qū)，黃淮地區(qū)選育應(yīng)用的小麥品種對(duì)于我國小麥生產(chǎn)的品種結(jié)構(gòu)有較大影響[1-3]。在2001年農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《中國小麥品質(zhì)區(qū)劃方案》中，黃淮麥區(qū)北部為優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋、中筋小麥主產(chǎn)區(qū)[4]，加強(qiáng)適合該地區(qū)生產(chǎn)需要的優(yōu)質(zhì)小麥品種選育將是該區(qū)小麥育種發(fā)展的主要目標(biāo)。

由于小麥品質(zhì)受品種、環(huán)境以及品種與環(huán)境互作的影響，不同地區(qū)小麥品種的品質(zhì)性狀表現(xiàn)不同[5-6]，充分了解黃淮北部區(qū)小麥品種的品質(zhì)性狀特性對(duì)優(yōu)質(zhì)小麥品種選育十分必要。筆者通過對(duì)小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的部分小麥網(wǎng)絡(luò)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，探索各品質(zhì)性狀的變化特征和相互關(guān)系，以期指導(dǎo)當(dāng)?shù)匦←溬Y源利用、品種選育和推廣應(yīng)用等工作。

1 材料和方法

試驗(yàn)材料為在2015—2016年度黃淮北片區(qū)的泰安、邢臺(tái)、菏澤、衡水、濱州5個(gè)地區(qū)測(cè)試的18個(gè)小麥?zhǔn)痉缎缕贩N。數(shù)據(jù)材料來源于國家小麥技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系發(fā)布的2016年小麥質(zhì)量報(bào)告。

品質(zhì)分析涉及項(xiàng)目共14項(xiàng)，各分析項(xiàng)目按國家規(guī)定的檢測(cè)方法進(jìn)行測(cè)定，分別為硬度（GB/T 21304—2007）、容重（GB/T 5498—2013）、降落數(shù)值（GB/T10361—2008）、粗蛋白含量（NY/T3—1982）、濕面筋含量（GB/T 5506.2—2008）、面筋指數(shù)（GB/T 5506.2—2008） 和 Zeleny沉淀值 （GB/T 21119—2007）及面團(tuán)流變學(xué)特性分析項(xiàng)目7項(xiàng)，即吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度、最大拉伸阻力、延伸度、拉伸面積（該7項(xiàng)檢測(cè)采用50 g和面缽的E型粉質(zhì)儀依GB/T14614—2006進(jìn)行）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品質(zhì)性狀表現(xiàn)

表1 14個(gè)品質(zhì)性狀表現(xiàn)及與國家強(qiáng)中筋優(yōu)質(zhì)小麥標(biāo)準(zhǔn)比較

從表1可以看出，所測(cè)小麥品質(zhì)性狀中容重、硬度指數(shù)和吸水率普遍達(dá)優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥標(biāo)準(zhǔn)[7]，穩(wěn)定時(shí)間、最大拉伸阻力、拉伸面積和粗蛋白含量普遍低于優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥標(biāo)準(zhǔn)，濕面筋含量表現(xiàn)為多數(shù)能達(dá)到中強(qiáng)筋小麥以上標(biāo)準(zhǔn)，這與朱玫等[8-9]的觀點(diǎn)基本一致。結(jié)合穩(wěn)定時(shí)間、最大拉伸阻力、粗蛋白含量這3個(gè)性狀的變異系數(shù)可以看出，最大拉伸阻力和穩(wěn)定時(shí)間距離標(biāo)準(zhǔn)要求還存在較大差距，其次為粗蛋白含量，表明該地區(qū)優(yōu)質(zhì)小麥品種選育應(yīng)特別著力于粗蛋白含量及面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間等方面的強(qiáng)化提高。

2.2 品質(zhì)指標(biāo)的影響因素

方差分析結(jié)果顯示，降落數(shù)值、穩(wěn)定時(shí)間2個(gè)指標(biāo)在試驗(yàn)點(diǎn)間不存在顯著差異（P＞0.05），弱化度在試驗(yàn)點(diǎn)間差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），其他指標(biāo)在試驗(yàn)點(diǎn)間差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），而每項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)在不同品種間均存在極顯著差異（表2），說明地點(diǎn)環(huán)境對(duì)不同品質(zhì)指標(biāo)影響不同，但同曹廣才[10]研究指出的一樣，不同品種間的品質(zhì)差異在不同環(huán)境間仍能比較穩(wěn)定的表達(dá)出來。由于本試驗(yàn)沒有重復(fù)，因而不對(duì)基因型和環(huán)境型的交互作用進(jìn)行F值測(cè)驗(yàn)。

表2 品種、地點(diǎn)對(duì)不同品質(zhì)指標(biāo)的影響水平

2.3 不同品質(zhì)性狀在多點(diǎn)試驗(yàn)中的變異表現(xiàn)

表3 不同品質(zhì)指標(biāo)的變異分布%

由表3可知，不同品質(zhì)性狀的變異在品種間和地點(diǎn)間的分布不同，在本試驗(yàn)中，形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度、面筋指數(shù)、最大拉伸阻力、拉伸面積和延伸度7個(gè)性狀的變異主要集中于品種間，而在地點(diǎn)間的變異?。挥捕?、沉淀值、粗蛋白和濕面筋含量的變異在地點(diǎn)間占主要部分，降落數(shù)值和容重2個(gè)性狀受品種基因型與地點(diǎn)環(huán)境間互作的影響較大。所以，小麥品種的品質(zhì)測(cè)定結(jié)果具有動(dòng)態(tài)性，每項(xiàng)性狀有各自的變化特性，對(duì)品種品質(zhì)在生產(chǎn)上的應(yīng)用評(píng)價(jià)應(yīng)考慮不同指標(biāo)的這種特性。

2.4 各品質(zhì)性狀間關(guān)系分析

因品質(zhì)性狀數(shù)目較多，彼此存在復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系[11-13]，不適合直接進(jìn)行常規(guī)的相關(guān)比較分析，為此對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行以相關(guān)系數(shù)為分類依據(jù)的R型聚類分析。R型聚類分析是一種多元統(tǒng)計(jì)方法，是以變量之間的相似程度為基礎(chǔ)，將存在錯(cuò)綜復(fù)雜相關(guān)關(guān)系的多個(gè)變量分成不同級(jí)別的類或類群，以分類樹形圖來表示，使得每一類別內(nèi)所有個(gè)體之間具有較密切的關(guān)系，而各類別間的相互關(guān)系比較疏遠(yuǎn)，從而客觀地描述分類對(duì)象的各個(gè)體間的差異和聯(lián)系。

對(duì)上述品質(zhì)指標(biāo)運(yùn)用最長(zhǎng)距離法聚類分析結(jié)果顯示，在距離0.6處各品質(zhì)指標(biāo)分為7個(gè)類群（圖1），這一分類結(jié)果與最短距離法在0.6距離處的分類結(jié)果相同（圖2）。最長(zhǎng)距離法分類根據(jù)類群內(nèi)整體對(duì)象關(guān)系的密切程度，但會(huì)將與群內(nèi)某單個(gè)元素關(guān)聯(lián)密切的對(duì)象排除在外；最短距離法分類依據(jù)的是群內(nèi)單個(gè)對(duì)象間的關(guān)系密切程度而不考慮每個(gè)元素與群內(nèi)所有元素的關(guān)系密切與否。二者結(jié)合能更全面反映各性狀間關(guān)系。因而，以上所分出的7個(gè)類群中，類群內(nèi)各指標(biāo)相關(guān)關(guān)系都密切，類群間的各指標(biāo)關(guān)系都較遠(yuǎn)，以上分類準(zhǔn)確完善。

第Ⅰ群中包含形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度、最大拉伸阻力、面筋指數(shù)、拉伸面積等6個(gè)品質(zhì)性狀，這6個(gè)品質(zhì)性狀都反映面團(tuán)的筋力特性，為同類指標(biāo)。這6個(gè)品質(zhì)指標(biāo)在地點(diǎn)間的變異分布都較小，其中，穩(wěn)定時(shí)間在地點(diǎn)間不存在顯著差異，且形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和最大拉伸阻力在基因與環(huán)境互作項(xiàng)上的變異也小，在不同試驗(yàn)點(diǎn)之間表現(xiàn)都比較穩(wěn)定，說明筋力特性主要受遺傳因素控制，用形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和最大拉伸阻力3個(gè)性狀來評(píng)價(jià)小麥品種的筋力特性可靠性高。

第Ⅱ群中包含粗蛋白含量、濕面筋含量2個(gè)品質(zhì)性狀，蛋白質(zhì)、濕面筋是衡量小麥營養(yǎng)品質(zhì)的最重要性狀，這2個(gè)指標(biāo)在品種間、試驗(yàn)點(diǎn)間差異都極顯著，而且二者在試驗(yàn)點(diǎn)間變異分布都大于品種間，說明蛋白質(zhì)和濕面筋2個(gè)性狀受遺傳因素控制的同時(shí)也易受試驗(yàn)地點(diǎn)的地理環(huán)境因素影響。

第Ⅲ群中包含硬度、吸水率2個(gè)性狀，硬度差異由籽粒中淀粉與蛋白質(zhì)的黏結(jié)以及淀粉顆粒之間基質(zhì)的連續(xù)性所造成的，吸水率大小由破損淀粉數(shù)量、蛋白質(zhì)含量決定[14]，二者存在緊密的內(nèi)在聯(lián)系，但二者的變異分布不同，硬度受環(huán)境因素影響大，吸水率受遺傳因素影響大。

沉淀值、降落數(shù)值、容重、延伸度4個(gè)性狀都相對(duì)獨(dú)立，與其他性狀間關(guān)系較遠(yuǎn)，各自單獨(dú)成為一群。有關(guān)小麥品質(zhì)性狀間關(guān)系的相關(guān)報(bào)道都不盡一致[15-17]，可能是研究材料遺傳背景不同所造成的。

3 結(jié)論

黃淮北部地區(qū)優(yōu)質(zhì)小麥品質(zhì)主要缺陷在于粗蛋白含量和以面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間為代表的面團(tuán)筋力性狀表現(xiàn)不足，而粗蛋白和濕面筋含量同反映面團(tuán)流變學(xué)特性的穩(wěn)定時(shí)間等性狀無密切關(guān)系，說明面團(tuán)筋力特性主要取決于小麥中蛋白質(zhì)和濕面筋的質(zhì)量而非含量，這也與趙仁勇[18]、章練紅等[19]研究結(jié)果相一致，該地區(qū)優(yōu)質(zhì)小麥品種選育中應(yīng)加強(qiáng)蛋白質(zhì)含量和質(zhì)量的同步提高。

粗蛋白和濕面筋含量等性狀受地理環(huán)境因素影響較大，在育種材料選擇中不應(yīng)拘泥于具體性狀是否達(dá)標(biāo)，只與對(duì)照品種相比較即可。在生產(chǎn)推廣中應(yīng)注意區(qū)域選擇布局，彌補(bǔ)一些品系粗蛋白和濕面筋等指標(biāo)含量不足的缺陷[20-21]。

反映小麥粉質(zhì)流變學(xué)特性的形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間等受種植地點(diǎn)影響小，在育種材料選擇中應(yīng)根據(jù)優(yōu)質(zhì)小麥相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的具體要求，適當(dāng)放寬后進(jìn)行取舍。在該類性狀指標(biāo)中，穩(wěn)定時(shí)間受環(huán)境因素影響最小，而其變異在品種方面集中程度最高，將其單獨(dú)用作品種材料反映面團(tuán)流變學(xué)方面的筋力特性評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確可靠。

對(duì)于受基因型和環(huán)境互作影響較大的容重及受環(huán)境因素影響較大的硬度指數(shù)，在當(dāng)前黃淮地區(qū)小麥品種中表現(xiàn)已普遍高于國家標(biāo)準(zhǔn)，在育種材料選擇中應(yīng)保持較高選擇標(biāo)準(zhǔn)，確保選育品系擁有較廣泛的地域適應(yīng)性。

根據(jù)各品質(zhì)性狀的分類，以后在黃淮地區(qū)小麥品質(zhì)育種中可以篩選其中少量代表性性狀作為關(guān)鍵性狀，減少工作量的同時(shí)也不影響更清晰的認(rèn)識(shí)評(píng)價(jià)各選育材料。

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Analysis of Wheat Quality Traits in the North of the Huang-huai Wheat Region

PENGShaofeng1，MAWen2，ZHANGYuanfei1，Lü Shuzuo1，DUANGuohui1
（1.LuoyangAcademyofAgriculture and ForestrySciences，Luoyang471023，China；2.Baoji AcademyofAgricultural Sciences，Baoji 722499，China）

To provide theoretical guidance to the high quality wheat varieties production in the north of the Huang-huai region,the wheat quality traits of the 18 new varieties planted in five different locations were analyzed.The results showed that the total protein content and stabilization time of wheat in this area should be improved.The six traits of development time,stability time,degree of softening,gluten index,maximum resistance and extension were mainly controlled by varieties,and less influenced by environment.The hardness,sedimentation value,protein content and wet gluten content were mainly controlled by environment.Through clustering analysis,14 characters could be divided into 7 groups,seven types of indexes could be used to reflect the 14 quality traits.The breeding materials,sedimentation value,total protein and wet gluten content which were mainly affected by geographical environment factors should be compared with the control,the developing time,stability and others which were mainly influenced by genetic factors should be compared with the specific standards for high-qualitywheat.

wheat；quality;trait;clusteringanalysis

S512.1

A

1002-2481（2017）11-1743-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.11.03

2017-07-13

國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系洛陽綜合試驗(yàn)站（CARS-E-2-36）；河南省重大科技專項(xiàng)（161100110400）

彭紹峰（1971-），男，河南宜陽人，助理研究員，主要從事小麥品質(zhì)育種研究工作。