剪掉倒三葉對啤酒大麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

柳小寧，潘永東，包奇軍，張華瑜，趙 鋒

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟作物與啤酒原料研究所，甘肅 蘭州 730070）

大麥作為四大糧食作物之一，栽培歷史悠久，適應(yīng)性強，具有優(yōu)良的食用、飼用和釀造價值，是我國西南與西北地區(qū)主要的種植作物。目前，我國啤酒行業(yè)發(fā)展迅速，是啤酒生產(chǎn)和消費第一大國，已成為世界上啤酒大麥的進(jìn)口大國，每年啤酒大麥需求量的1/2以上需從國外購入，但近年來我國啤酒大麥產(chǎn)量逐年下降，且進(jìn)口啤酒大麥價格持續(xù)上漲。因此，國產(chǎn)啤酒大麥成為大家關(guān)注的對象，高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)已成為啤酒大麥品種改良的主要目標(biāo)[1-3]。

葉片、葉鞘、莖稈是禾本科作物重要的光合器官，抽穗期旗葉、倒一葉、倒二葉合成大量的光合產(chǎn)物，對籽粒產(chǎn)量影響重大[4-6]，尤其旗葉對后期籽粒灌漿的貢獻(xiàn)最大[4]。小麥灌漿期，剪去旗葉會降低籽粒千粒質(zhì)量[4]。小麥倒二葉長、寬與株高、單穗質(zhì)量呈正相關(guān)，倒三葉面積影響不孕小穗數(shù)[6]。減掉倒三葉會導(dǎo)致小麥葉片、葉鞘和莖稈中蔗糖和可溶性糖含量減少，并延緩旗葉衰老[7]。對于大麥來說，減掉旗葉后穗粒質(zhì)量、篩選率、糖化時間、糖化力均有所降低，瘦秕率、麥芽黏度、粗細(xì)粉差顯著升高，表明旗葉對大麥品質(zhì)和產(chǎn)量具有重要影響[8]。綜上，有關(guān)減葉對小麥影響的研究較多，對大麥影響的研究較少，關(guān)于倒三葉對啤酒大麥產(chǎn)量和品質(zhì)的作用研究鮮有報道。為此，分析剪掉倒三葉對啤酒大麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為啤酒大麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2016—2017年在甘肅省武威市黃羊鎮(zhèn)麥類作物育種基地進(jìn)行，海拔1 766 m，年日照時數(shù)2 640 h，年平均氣溫6.5℃，年降水量230 mm，無霜期142.5 d。試驗土壤為灌漠土，前茬作物為啤酒大麥，耕層(0～20 cm)土壤含有機質(zhì)17.30 g/kg、全氮1.02 g/kg、全磷0.86 g/kg、全鉀38.45 g/kg、速效氮70.33 mg/kg、速效磷35.41 mg/kg，pH值8.29。

供試啤酒大麥品種為甘啤6號，由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)2個處理，分別為植株抽穗后正常生長處理(對照，CK)、植株抽穗后剪去倒三葉處理(A)，3次重復(fù)，小區(qū)面積12 m2(3 m×4 m)，小區(qū)間隔30 cm，區(qū)組間隔50 cm，四周設(shè)3 m的保護行。人工手鋤開溝撒播，每小區(qū)播種8行，播種量375萬粒/hm2，全生育期共灌水2次。2016年3月15日播種，7月15日收獲。2017年3月15日播種，7月16日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 干質(zhì)量 在啤酒大麥抽穗期，每個小區(qū)隨機選取株高相近、穗子大小基本相同且同一天抽穗的50個單穗掛牌，成熟后將50個單穗按穗、莖、葉、葉鞘分離，80℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量。

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 收獲前，于各小區(qū)隨機取15株啤酒大麥，調(diào)查穗質(zhì)量、穗粒數(shù)、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量。按小區(qū)單打單收，曬干后稱啤酒大麥籽粒質(zhì)量，測得小區(qū)實際產(chǎn)量。

1.3.3 品質(zhì)指標(biāo) 將穗按基部、中部、頂部三部分進(jìn)行脫粒，測定籽粒蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、篩選率和瘦秕率。其中，蛋白質(zhì)、淀粉含量采用1241谷物分析儀(FOSS TECATOR)測定，篩選率采用分級篩(SORTIMAT PFEUFFER)按照GB/T 7416—2008方法測定，瘦秕率是通過分級篩篩選并計算小于2.2 mm籽粒所占的比例。籽粒釀造品質(zhì)指標(biāo)包括糖化時間、色度、糖化力、黏度、微粉浸出率、粗粉浸出率、粗細(xì)粉差、β-葡聚糖含量、可溶性氮含量、蛋白質(zhì)含量、庫值，由甘肅省農(nóng)科院檢測實驗室依據(jù)QB/T 1686—2008方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 24.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥地上部干質(zhì)量的影響

2.1.1 葉片 由表1可知，剪掉倒三葉增加了啤酒大麥旗葉、倒二葉的干質(zhì)量，降低了倒四葉的干質(zhì)量，對倒五葉無顯著影響。2016年和2017年剪掉倒三葉處理的旗葉干質(zhì)量分別較CK增加了12.1%和37.1%，倒二葉干質(zhì)量分別較CK增加了5.6%和7.6%，倒四葉干質(zhì)量分別較CK降低了12.1%和20.3%，上述5種葉片總干質(zhì)量分別較CK顯著降低30.5%和30.9%?？梢?，在啤酒大麥抽穗期剪掉倒三葉有利于增加旗葉和倒二葉的干質(zhì)量。這可能是因為在啤酒大麥抽穗期，倒三葉已進(jìn)入生長周期的中后期，其光合活性降低，使其光合產(chǎn)物不足以彌補其呼吸消耗，進(jìn)而呼吸消耗旗葉和倒二葉的光合產(chǎn)物，致使旗葉和倒二葉干質(zhì)量下降。

表1 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥葉片干質(zhì)量的影響 g/株Tab.1 Effect of cutting off the 3rd leaf from the top at heading stage on dry weight of leaves of malting barley g/plant

2.1.2 葉鞘 由表2可知，剪掉倒三葉增加了啤酒大麥旗葉和倒二葉葉鞘干質(zhì)量。2016年和2017年剪掉倒三葉處理的旗葉葉鞘干質(zhì)量分別較CK增加了6.2%和6.1%，但差異不顯著；2016年倒二葉葉鞘干質(zhì)量較CK增加10.1%，2017年較CK增加2.9%，差異不顯著；2016年和2017年倒三葉葉鞘干質(zhì)量分別較CK顯著降低了38.8%和36.0%；2017年倒四葉葉鞘干質(zhì)量較CK降低了15.6%，2016年無差異；倒五葉葉鞘干質(zhì)量與CK無較大差異；2016年和2017年上述5種葉鞘總干質(zhì)量分別較CK降低了6.0%和8.7%。綜上所述，剪掉倒三葉增加了啤酒大麥旗葉和倒二葉葉鞘干質(zhì)量，同時降低了倒三葉和倒四葉葉鞘干質(zhì)量。

表2 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥葉鞘干質(zhì)量的影響 g/株Tab.2 Effect of cutting off top 3rd leaf at heading stage on dry weight of leaf sheath of malting barley g/plant

2.1.3 莖節(jié) 由表3可知，剪掉倒三葉降低了啤酒大麥穗下莖節(jié)干質(zhì)量，2016年和2017年剪掉倒三葉處理的穗下莖節(jié)干質(zhì)量分別較CK降低了18.2%和16.3%。剪掉倒三葉對啤酒大麥第四莖節(jié)、第三莖節(jié)、第二莖節(jié)和第一莖節(jié)干質(zhì)量均無顯著影響，但會降低上述5種莖節(jié)總干質(zhì)量，2016年和2017年剪掉倒三葉處理的上述5種莖節(jié)總干質(zhì)量分別較CK降低7.3%和6.5%。莖節(jié)在特定時間段作為啤酒大麥的庫器官，臨時儲存光合產(chǎn)物，籽?？焖俟酀{開始以后，光合產(chǎn)物便轉(zhuǎn)運至籽粒中，說明剪掉倒三葉能促進(jìn)光合產(chǎn)物從莖節(jié)向穗的轉(zhuǎn)移，從而降低了啤酒大麥莖節(jié)干質(zhì)量。

表3 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥莖節(jié)干質(zhì)量的影響 g/株Tab.3 Effect of cutting off top 3rd leaf at heading stage on dry weight of stem section of malting barley g/plant

2.2 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表4可知，剪掉倒三葉增加了啤酒大麥穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量，不同年際間變化趨勢一致。2016年和2017年剪掉倒三葉處理的穗質(zhì)量分別較CK增加4.5%和9.9%，穗粒質(zhì)量分別較CK增加5.5%和3.7%，千粒質(zhì)量分別較CK增加4.1%和5.0%，產(chǎn)量分別較CK增加7.1%和10.7%（2017年達(dá)顯著水平），說明抽穗期剪掉倒三葉能夠增加穗粒質(zhì)量和千粒質(zhì)量，進(jìn)而增加產(chǎn)量。

表4 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Tab.4 Effects of cutting off top 3rd leaf at heading stage on grain yield and its component of malting barley

2.3 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥品質(zhì)的影響

2.3.1 籽粒品質(zhì) 由表5可知，剪掉倒三葉提高了穗頂部蛋白質(zhì)含量、中部和頂部淀粉含量（2017）、中部和頂部篩選率，降低了穗中部和頂部瘦秕率。其中，剪掉倒三葉對不同年份種植啤酒大麥穗頂部蛋白質(zhì)含量、中部和頂部淀粉含量的影響程度不同，2017年剪掉倒三葉處理穗頂部蛋白質(zhì)含量較CK顯著增加8.3%，中部和頂部淀粉含量分別較CK增加2.0%和7.9%。2016年和2017年穗中部篩選率分別較CK增加3.2%和5.5%，頂部篩選率分別較CK增加4.5%和9.2%；中部瘦秕率分別較CK顯著降低20.0%和25.0%，頂部瘦秕率分別較CK顯著降低37.5%和22.2%。綜上，剪掉倒三葉能夠改善穗中上部籽粒品質(zhì)。

表5 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥穗不同部位籽粒品質(zhì)的影響Tab.5 Effects of cutting off top 3rd leaf at heading stage on the grain quality of different parts of the same spike of malting barley %

2.3.2 釀造品質(zhì) 由表6可知，剪掉倒三葉顯著降低啤酒大麥糖化時間（2017）、色度、β-葡聚糖含量，顯著增加糖化力、黏度、粗細(xì)粉差、可溶性氮含量、蛋白質(zhì)含量和庫值。2016年和2017年剪掉倒三葉處理的糖化時間分別較CK降低4.9%和9.6%，色度分別較CK顯著降低11.8%和15.0%，粗粉浸出率分別較CK降低2.3%和3.5%，β-葡聚糖含量分別較CK顯著降低23.6%和32.6%，糖化力分別較CK顯著增加18.1%和16.3%，黏度分別較CK顯著增加11.4%和17.0%，粗細(xì)粉差分別較CK顯著增加41.0%和20.9%，可溶性氮含量分別較CK顯著增加22.0%和16.1%，蛋白質(zhì)含量分別較CK顯著增加9.0%和14.9%，庫值分別較CK顯著增加13.6%和15.4%。綜上可見，剪掉啤酒大麥倒三葉可以有效改善啤酒大麥釀造品質(zhì)。

表6 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥釀造品質(zhì)的影響Tab.6 Effects of cutting off top 3rd leaf at heading stage on brewing quality of malting barley

3 結(jié)論與討論

3.1 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

葉片是植物光合作用的主要場所，在生長后期麥類作物主要靠冠層葉片（旗葉、倒二葉）供給籽粒養(yǎng)分[8]。尤其旗葉對植物來說特別重要，轉(zhuǎn)運至籽粒中的灌漿物質(zhì)主要是由旗葉提供的[9]。研究發(fā)現(xiàn)，小麥倒二葉的長寬、株高與單穗質(zhì)量呈正相關(guān)，對產(chǎn)量也起重要作用[6]。減掉倒三葉會導(dǎo)致小麥葉片、葉鞘和莖稈中蔗糖和可溶性糖含量減少，并推遲旗葉衰老[7]。在灌漿期可通過減小倒三葉寬度、增加透光性提高光合速率，進(jìn)而提高產(chǎn)量[10]。早期關(guān)于大麥的研究發(fā)現(xiàn)，抽穗期倒三葉的光合速率最低，衰老最快[11]。本研究發(fā)現(xiàn)，剪掉倒三葉增加了啤酒大麥旗葉、倒二葉、旗葉葉鞘的干質(zhì)量，可能是因為倒三葉已進(jìn)入生長周期的中后期，其光合活性降低，使其光合產(chǎn)物不足以彌補其呼吸消耗，進(jìn)而呼吸消耗旗葉和倒二葉的光合產(chǎn)物，致使旗葉和倒二葉干質(zhì)量下降，而剪掉倒三葉使得旗葉和倒二葉的光合產(chǎn)物免被消耗，且二者存留葉片的光合速率能得到部分補償，旗葉、倒二葉、旗葉葉鞘的干質(zhì)量得以增加。

缺失功能葉后，葉片、葉鞘、莖稈中的大部分貯存物質(zhì)會轉(zhuǎn)移至籽粒中，使葉片、葉鞘、莖稈中留存的光合產(chǎn)物減少，干質(zhì)量降低[12-13]。本研究發(fā)現(xiàn)，剪掉倒三葉導(dǎo)致啤酒大麥的5種葉片、葉鞘、莖節(jié)的總干質(zhì)量降低，穗粒數(shù)也有所降低。剪掉倒三葉增加啤酒大麥穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量。前人研究發(fā)現(xiàn)，小麥倒二葉寬與單穗質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，倒三葉面積與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)[14]。說明剪掉倒三葉通過延緩啤酒大麥旗葉的衰老，提高旗葉、倒二葉的光合效率，增加旗葉、倒二葉、旗葉葉鞘的干質(zhì)量，以供應(yīng)籽粒發(fā)育，促進(jìn)穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量的增加。對啤酒大麥穗不同部位籽粒品質(zhì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),剪掉倒三葉提高了頂部蛋白質(zhì)含量、中部和頂部淀粉含量、中部和頂部篩選率，降低了中部和頂部瘦秕率，說明剪掉倒三葉能夠改善啤酒大麥穗中上部籽粒品質(zhì)。

3.2 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥釀造品質(zhì)的影響

對于大麥的品質(zhì)要求，除了籽粒品質(zhì)，還包括釀造品質(zhì)。啤酒大麥的蛋白質(zhì)含量直接關(guān)乎啤酒的釀造品質(zhì)，優(yōu)質(zhì)啤酒大麥的最適籽粒蛋白質(zhì)含量為9%～12%[15-16]，此條件下出酒率高，且啤酒質(zhì)量好。庫值是反映小麥、大麥麥芽溶解程度，評價麥芽質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，優(yōu)質(zhì)大麥芽的庫值要求為40%～45%[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，剪掉倒三葉提高了啤酒大麥可溶性氮含量、蛋白質(zhì)含量和庫值，使籽粒蛋白質(zhì)含量達(dá)到了最適值9.7%（2016年）、10.0%（2017年），庫值達(dá)到了最適值42.6%（2016年）、44.1%（2017年）。β-葡聚糖是大麥籽粒胚乳細(xì)胞壁的主要成分，影響啤酒的過濾效果，其含量過高會導(dǎo)致啤酒渾濁。因此，在啤酒大麥生產(chǎn)上力求降低β-葡聚糖含量[18]。糖化力與淀粉分解酶活力呈正相關(guān)，大麥高糖化力和低麥芽色度成為啤酒大麥品質(zhì)改良的目標(biāo)[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，剪掉倒三葉能夠顯著降低啤酒大麥β-葡聚糖含量、糖化時間（2016年除外）、色度，顯著增加糖化力，說明在啤酒大麥栽培過程中，可以通過剪掉倒三葉改善啤酒大麥釀造品質(zhì)。