豫西不同栽培環(huán)境對優(yōu)質(zhì)小麥品系品質(zhì)性狀的影響

張媛菲，田文仲，呂樹作，彭紹峰，段國輝，高海濤，吳少輝

(洛陽農(nóng)林科學(xué)院，洛陽市作物分子生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南洛陽 471023)

小麥品質(zhì)性狀受多種因素影響，包括其自身的遺傳因素及外在環(huán)境條件等。光照、溫度、水分以及肥力等外在環(huán)境條件因素的不同，即使同一品種的相關(guān)品質(zhì)性狀也會(huì)產(chǎn)生較大差異[1-12]。目前，對小麥品質(zhì)影響因素已有許多研究。如馬冬云等[13]認(rèn)為蛋白質(zhì)含量主要受環(huán)境的影響，曹宏鑫等[14]研究得出灌水和氮肥對小麥蛋白質(zhì)含量與加工品質(zhì)的影響是沿著相反方向的；郭天財(cái)?shù)萚15]研究認(rèn)為，品種遺傳因素對拉伸參數(shù)的影響大于生態(tài)環(huán)境，不同年份氣象因子對拉伸參數(shù)的影響程度不同；康立寧等[16]研究表明，品種與環(huán)境對所有粉質(zhì)參數(shù)指標(biāo)均有顯著影響，但由品種決定粉質(zhì)參數(shù)的變異程度遠(yuǎn)大于環(huán)境引起的變異，基因型×環(huán)境互作效應(yīng)對形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、軟化度與評價(jià)值影響較大，而對吸水率影響較小。上述各研究揭示了小麥品質(zhì)受影響的復(fù)雜性，但針對豫西不同栽培環(huán)境對優(yōu)質(zhì)品系品質(zhì)性狀會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響，以及該地區(qū)優(yōu)質(zhì)品系在生產(chǎn)推廣上應(yīng)選取怎樣的栽培措施才能更好地實(shí)現(xiàn)其優(yōu)質(zhì)性狀，鮮見報(bào)道。本研究選用洛陽農(nóng)林科學(xué)院育成的7個(gè)半冬性優(yōu)質(zhì)小麥品系和2個(gè)優(yōu)質(zhì)對照品種，分別在旱薄、旱肥和水地試驗(yàn)田進(jìn)行種植，收獲后測定各品種(系)的千粒質(zhì)量、體積質(zhì)量、沉降值、面筋指數(shù)、面筋含量、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和粗蛋白含量等品質(zhì)性狀并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以期為優(yōu)質(zhì)小麥在豫西地區(qū)的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用洛陽農(nóng)林科學(xué)院選育的7個(gè)半冬性優(yōu)質(zhì)小麥品系 ‘HPG127’‘HPG164’‘HPG165’‘HPG167’‘HPG513’‘HPG542’‘HPG521’和優(yōu)質(zhì)對照品種‘豫麥34’和‘藁麥8901’為試驗(yàn)材料。豫西地區(qū)屬半濕潤偏旱農(nóng)業(yè)區(qū)，地形地貌差異較大，地表水和地下水資源缺乏，大部分地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依靠有限的自然降水，屬典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，年平均降雨量643.4 mm,70%的降水集中在6-9月。土壤貧瘠，保水保肥能力差。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在洛陽農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)田進(jìn)行。3個(gè)試驗(yàn)田塊的栽培環(huán)境分別為旱薄地(旱地小麥資源繁種田，常年綠肥掩青，自然降雨)、旱肥地(旱地小麥育種田，常年綠肥掩青，施底肥，自然降雨)和水肥地(高產(chǎn)小麥育種田，常年綠肥掩青，施底肥，定期灌溉)。所有試驗(yàn)品系(種)統(tǒng)一種源供應(yīng)，設(shè)置隨機(jī)區(qū)組排列，各小區(qū)面積15 m2，重復(fù)3次。3個(gè)試驗(yàn)田塊的后期田間管理， 如雜草等管理均在同樣條件進(jìn)行。各栽培環(huán)境下成熟后各自收獲，對收獲籽粒統(tǒng)一進(jìn)行相關(guān)性狀的測定。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

小麥籽粒測定條件為：各品系(品種)各自成熟后，收獲晾曬至貯藏條件(含水量13%以下)，在實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一進(jìn)行各項(xiàng)性狀測定。

1.3.1 粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)和沉降值 粗蛋白含量利用Perten近紅外品質(zhì)測定儀(Inframatic9200)對小麥進(jìn)行全粒掃描[9]；沉降值采用Brabender公司專用設(shè)備，按Zeleny沉降值試驗(yàn)方法測定[10]。

1.3.2 面筋含量和面筋指數(shù) 總濕面筋和總干面筋含量利用2200型面筋數(shù)量和質(zhì)量測定系統(tǒng)(瑞典Perten公司)，按GB/T5506.2-2008[17]方法測定；面筋指數(shù)用Perten Centrifuge2015離心機(jī)的面筋篩測定，計(jì)算公式為面筋篩上留存的面筋/(面筋篩上留存的面筋+過篩的面筋) ×100[7]。

1.3.3 形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間 形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間采用Perten公司Micro-doughLAB微型小麥粉質(zhì)測定儀測定[2]。

1.3.4 千粒質(zhì)量和體積質(zhì)量 小麥籽粒的千粒質(zhì)量經(jīng)0.001 g天平3次重復(fù)測定；體積質(zhì)量用GHCS-1000型容重測定儀測定[1]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用DPS(Version 9.50)進(jìn)行小麥品質(zhì)相關(guān)性狀數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)量(平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù))的方差分析以及各處理下的多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥品質(zhì)相關(guān)性狀的方差分析

分別取各品種(系)在各栽培環(huán)境下的平均值進(jìn)行方差分析，結(jié)果(表1)表明，千粒質(zhì)量和穩(wěn)定時(shí)間在品種(系)間分別呈現(xiàn)極顯著和顯著差異，而在栽培環(huán)境間差異不顯著；體積質(zhì)量、總濕面筋和總干面筋含量以及粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在品種(系)和栽培環(huán)境間均有顯著或極顯著差異，表明這4個(gè)性狀受品種(系)自身的遺傳因素及外部栽培環(huán)境因素共同影響，也反映出不同栽培環(huán)境對優(yōu)質(zhì)品系的品質(zhì)性狀影響明顯，針對不同優(yōu)質(zhì)品系，選擇合適的栽培環(huán)境有利于提高品系的品質(zhì)。

表1 小麥品質(zhì)相關(guān)性狀的方差分析Table 1 Variance analysis of corelated quality traits of wheat

注：*表示P<0.05；**表示P<0.01。下同。

Note: *P<0.05; **P<0.01.The same below.

2.2 不同小麥品種(系)品質(zhì)相關(guān)性狀的比較分析

對表現(xiàn)有差異的品質(zhì)性狀在品種(系)間進(jìn)行多重比較分析(表2)，基于各自的遺傳背景影響，可以看到每個(gè)品種(系)在各品質(zhì)性狀中的差異性表現(xiàn)不同?！瓾PG521’在總干面筋、總濕面筋和粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)這3個(gè)品質(zhì)性狀中與‘HPG513’‘HPG542’等有明顯差異；‘HPG542’和‘HPG165’在穩(wěn)定時(shí)間上差異顯著；‘豫麥34’和‘HPG167’‘HPG542’‘藁8901’在千粒質(zhì)量上差異顯著，和‘HPG127’在體積質(zhì)量上差異顯著。

2.3 不同栽培環(huán)境對小麥品質(zhì)相關(guān)性狀的影響

對在栽培環(huán)境間有顯著差異的品質(zhì)性狀，在不同栽培環(huán)境條件下進(jìn)行多重分析，結(jié)果(表3)顯示，體積質(zhì)量、總濕面筋和總干面筋平均值表現(xiàn)為旱薄地>旱肥地>水地，體積質(zhì)量在旱薄地與旱肥地和水地差異顯著，而水地和旱肥地間無差異，說明高肥力有降低小麥體積質(zhì)量的作用；總濕面筋和總干面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值在水地表現(xiàn)最低，且旱薄地和水地環(huán)境間差異顯著，其他栽培環(huán)境之間差異不顯著，說明水地栽培環(huán)境會(huì)降低面筋的含量。粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值表現(xiàn)為旱肥地>旱薄地>水地，在旱肥地和水地間差異顯著，表明水地栽培環(huán)境不利于小麥籽粒中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，這與張維軍等[18]的研究結(jié)論一致，增加灌水會(huì)降低小麥籽粒品質(zhì)，對蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定稀釋效應(yīng)，但這種稀釋效應(yīng)通過增加施肥得以緩沖。

另外，千粒質(zhì)量、沉降值、形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間這4個(gè)性狀在各栽培環(huán)境條件下雖然差異未達(dá)到顯著水平，但也表現(xiàn)出一定趨勢：千粒質(zhì)量和沉降值的平均值均在旱薄地達(dá)最大，旱肥地和水地環(huán)境下相近，可見旱薄地可以增加千粒質(zhì)量和體積質(zhì)量，這可能是較低的肥力對千粒質(zhì)量和體積質(zhì)量的增加有促進(jìn)作用，這與吳國梁等[19]的研究結(jié)果保持一致。形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間2個(gè)性狀的均值則在旱薄地為最小，水地次之，旱肥地最大，說明旱肥地和水地栽培環(huán)境可適當(dāng)提高優(yōu)質(zhì)小麥品系(種)的形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間。

注：平均值后字母不同表示差異顯著，小寫與大寫字母分別表示5%和1%的顯著水平，下同。

Note:Different letters after the mean values indicate significant difference,lowercase and uppercase letters indicate the difference at 5% and 1% levels,the same below.

綜合上述分析可知，不同栽培環(huán)境條件對優(yōu)質(zhì)小麥不同品質(zhì)性狀有不同的影響作用：水地和旱肥地會(huì)降低籽粒體積質(zhì)量，降低籽粒面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)；旱肥地會(huì)提高籽粒的蛋白質(zhì)含量；旱薄地對千粒質(zhì)量和體積質(zhì)量的增加有積極作用；適當(dāng)?shù)姆柿凸嗨畬π←湹男纬蓵r(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間延長有幫助。根據(jù)上述結(jié)果，在田間栽培中可按照具體生產(chǎn)要求選擇合適的栽培環(huán)境，來實(shí)現(xiàn)對品種(系)品質(zhì)的具體要求。

表3 小麥各品種(系)相關(guān)性狀在不同栽培環(huán)境下的多重比較Table 3 Multiple comparison of the corelated quality traits of wheat under different planting conditions

2.4 小麥品質(zhì)相關(guān)性狀在不同栽培環(huán)境和品系間的變異分析

對各品質(zhì)相關(guān)性狀在不同栽培環(huán)境和各品系(種)間進(jìn)行變異系數(shù)分析，可以看出(表4)，各個(gè)品系(種)中，‘HPG165’和‘豫麥34’的絕大多數(shù)相關(guān)性狀(除‘豫麥34’的千粒質(zhì)量)表現(xiàn)出較小的變異系數(shù)，反映出此2個(gè)品系(種)品質(zhì)性狀對環(huán)境不敏感，說明該品系在生產(chǎn)上適應(yīng)性廣，品質(zhì)性狀不易受栽培環(huán)境影響；而‘HPG542’和‘藁8901’的面筋含量在不同栽培環(huán)境條件下變化較大，因此在生產(chǎn)推廣中若針對面筋含量有嚴(yán)格要求，應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎選擇合適的栽培 環(huán)境。

表4 各小麥品種(系)相關(guān)性狀的變異系數(shù)Table 4 Variation coefficient of corelated quality traits of wheat %

另外觀察所測全部品系性狀中，總濕面筋、總干面筋和穩(wěn)定時(shí)間這3個(gè)性狀在不同栽培環(huán)境間變異系數(shù)較大，說明此3個(gè)性狀受栽培環(huán)境影響較大。其中，在不同栽培環(huán)境間差異不顯著的穩(wěn)定時(shí)間在不同栽培環(huán)境和大多數(shù)品系(種)中均為變異程度最大的性狀，遠(yuǎn)高于其他性狀的變異系數(shù)，這同康立寧等[16]報(bào)道的基因型×環(huán)境互作效應(yīng)對穩(wěn)定時(shí)間影響較大的結(jié)果較一致,也反映出不同栽培環(huán)境對穩(wěn)定時(shí)間有著更為復(fù)雜的影響。

對穩(wěn)定時(shí)間在具體品系(種)和不同栽培環(huán)境間的表現(xiàn)進(jìn)一步比較分析(圖1)，可以看出，優(yōu)質(zhì)小麥各品種(系)的穩(wěn)定時(shí)間在3種栽培環(huán)境下的變化差異不盡相同，整體上，穩(wěn)定時(shí)間相對較短的品種(系)在3種栽培環(huán)境下的變化差異小，穩(wěn)定時(shí)間較長的品系在3種栽培環(huán)境下變化大，且各品種(系)的變化趨勢也不盡相同，大部分品種(系)在旱肥地的穩(wěn)定時(shí)間最長，但品系‘HPG542’在水地栽培環(huán)境的穩(wěn)定時(shí)間更長。上述分析表明穩(wěn)定時(shí)間受到栽培環(huán)境和品種(系)自身遺傳背景的共同影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果對優(yōu)質(zhì)小麥品種(系)的穩(wěn)定時(shí)間有具體要求的，在田間栽培中應(yīng)注意結(jié)合品種(系)特性，選擇合適的栽培環(huán)境。

3 討論與結(jié)論

小麥品質(zhì)性狀的變化，是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控系統(tǒng)，受到小麥品種自身的遺傳因素以及外部生態(tài)環(huán)境等因素共同影響。對育成品系(種)來講，通過探索合適的栽培環(huán)境來調(diào)整其有關(guān)性狀的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其目的性狀的價(jià)值最大化是比較有效且實(shí)用的途徑。已有很多栽培環(huán)境因素對品質(zhì)性狀影響的研究結(jié)果：如不同元素(氮、磷、鉀等)肥料對小麥品質(zhì)的影響不同[20-21]；灌水對小麥品質(zhì)的影響在不同環(huán)境條件和不同時(shí)期對小麥籽粒性狀和品質(zhì)有較大影響[22-25]等，這些研究結(jié)果都揭示了具體環(huán)境因素對小麥品質(zhì)性狀的一些影響，但由于小麥遺傳體系的復(fù)雜及環(huán)境因素的多樣化，不同小麥品系(品種)在不同試驗(yàn)條件下也會(huì)表現(xiàn)出不同的結(jié)果。

圖1 各品種(系)小麥穩(wěn)定時(shí)間在不同栽培環(huán)境下比較分析Fig.1 Comparison of stability time of wheat under different planting conditions

優(yōu)質(zhì)小麥品系(種)的選育過程也同選育環(huán)境密切相關(guān)，生產(chǎn)適應(yīng)性在不同栽培環(huán)境下也會(huì)有差別，其相應(yīng)的產(chǎn)量和品質(zhì)等也會(huì)因此受影響?？紤]到育成品系(種)在生產(chǎn)推廣上的要求，并結(jié)合以前的試驗(yàn)研究結(jié)果，本文通過對9個(gè)優(yōu)質(zhì)品系小麥在豫西地區(qū)不同栽培環(huán)境條件下的品質(zhì)表現(xiàn)進(jìn)行分析表明：千粒質(zhì)量和穩(wěn)定時(shí)間這兩個(gè)性狀受品種(系)自身的遺傳背景影響比栽培環(huán)境的影響更大，但在栽培環(huán)境間也表現(xiàn)出一定規(guī)律性影響，千粒質(zhì)量在旱薄地最大，而穩(wěn)定時(shí)間在旱薄地最小，可能由于只是1 a的數(shù)據(jù)，此影響并沒有表現(xiàn)出顯著差異，需要進(jìn)一步更多試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。體積質(zhì)量、總濕面筋、總干面筋和蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在品種(系)和栽培環(huán)境間均表現(xiàn)出明顯差異：體積質(zhì)量在旱薄地同其他2個(gè)環(huán)境差異顯著，而水地和旱肥地之間無差異，反映出水地和旱肥地栽培環(huán)境有降低小麥體積質(zhì)量的作用，也反映出體積質(zhì)量可能受肥力的影響大于灌水；蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在旱肥地和水地間差異顯著，在旱肥地質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，表明灌水不利于小麥籽粒中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，這與張維軍等[18]的研究結(jié)果較一致。總濕面筋和總干面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)只在旱薄和水地間差異顯著，其他栽培環(huán)境間差異不顯著，說明旱薄地的栽培環(huán)境更能保證面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)。綜合上述結(jié)果，優(yōu)質(zhì)小麥品種(系)在實(shí)際生產(chǎn)種植時(shí)，在保證小麥正常生長前提下，可控制灌水和施肥來保證小麥面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但是針對某一具體品種對灌水和施肥的具體要求還要具體進(jìn)行更細(xì)致和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)，以確定其最優(yōu)的栽培條件。

另外，穩(wěn)定時(shí)間在栽培環(huán)境間差異不顯著，但其同其他性狀相比，其變異程度卻最大，而且在不同栽培環(huán)境下不同品種(系)的差異表現(xiàn)也不全相同，在本試驗(yàn)所有品種(系)中，雖然大部分都在旱肥地栽培條件下表現(xiàn)出更長的穩(wěn)定時(shí)間，但也有個(gè)別品系如‘HPG542’在水地條件下穩(wěn)定時(shí)間最長，這反映出穩(wěn)定時(shí)間受品種自身遺傳背景和后期栽培環(huán)境的共同影響。在實(shí)際生產(chǎn)中對穩(wěn)定時(shí)間的具體要求，也應(yīng)當(dāng)結(jié)合品種(系)的具體特性，選擇合適的栽培環(huán)境。

由于小麥品質(zhì)性狀的影響比較復(fù)雜[26-27]，不同小麥品種要充分發(fā)揮其潛力，應(yīng)當(dāng)考慮相應(yīng)土壤質(zhì)地和栽培措施的管理，以實(shí)現(xiàn)具體生產(chǎn)價(jià)值的最大化。本試驗(yàn)針對豫西地區(qū)部分優(yōu)質(zhì)品系在當(dāng)?shù)夭煌耘喹h(huán)境措施下的品質(zhì)差異進(jìn)行初步探索，對于不同地區(qū)優(yōu)質(zhì)品種的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培及水肥管理該如何進(jìn)行，還需要設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)一步確定。