2000—2015年北部、黄淮冬麦区国家区试品种的品质特征

胡学旭 孙丽娟 周桂英 吴丽娜 陆 伟 李为喜 王 爽杨秀兰 宋敬可 王步军



2000—2015年北部、黄淮冬麦区国家区试品种的品质特征

胡学旭 孙丽娟 周桂英 吴丽娜 陆 伟 李为喜 王 爽杨秀兰 宋敬可 王步军*

中国农业科学院作物科学研究所/ 农业部谷物产品质量安全风险评估实验室(北京), 北京100081

区试品种品质的特征分布能够反映未来几年推广品种的走向, 了解近年小麦区试品种品质变化对我国小麦品质育种方向具有指导意义。本研究以2000—2015年北部、黄淮冬麦区1001个区试品种的1589份样品为材料, 按强筋、中强筋和中筋品种分类, 分析了我国近十几年育成和审定品种的品质变化趋势。结果表明, 参试品种数量逐年递增, 综合品质有待提升; 审定品种比例总体呈下降趋势, 尤其是中筋品种, 但中强筋品种的比例有所上升。8个品质指标分析结果显示, 中筋品种的蛋白质含量和湿面筋含量平均值较高, 而沉淀指数、稳定时间、拉伸面积和最大拉伸阻力平均值一般; 沉淀指数、稳定时间、拉伸面积和最大拉伸阻力平均值以强筋品种高于中强筋品种, 又高于中筋品种, 类型间有显著差异(<0.05)。各品质指标在年度间的变异, 以强筋品种最大, 其次是中强筋品种, 中筋品种最小。与对照品种相比, 强筋品种蛋白质质量性状显著偏低。未来5~10年生产中, 小麦中强筋品种会有所增多。

小麦; 品种; 品质; 区试

小麦是世界最主要口粮作物之一, 也是我国第三大粮食作物。我国小麦种植区划分为东北春麦区、北部春麦区、北部冬麦区、黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区、西南冬麦区等10个麦区, 其中北部、黄淮冬麦区约占全国小麦总面积的70%, 总产占75%左右。自1950年以来, 我国小麦品种改良经历了6个阶段, 在2000年以前, 小麦育种以提高产量和锈病抗性为主攻方向, 2000年以后, 品质改良也成为重要的育种目标之一[1-2]。区域试验是小麦品种审定和推广的重要依据, 通过区域试验可以筛选出优良品种并明确适宜种植区域。系统分析国家区试参试小麦品种品质的变化特点, 不仅为预测未来几年我国小麦生产中品质变化趋势提供重要依据, 同时也对小麦品质改良育种、不同品质类型小麦品种布局起参考作用。

按照品质类型小麦品种可分为强筋、中强筋、中筋和弱筋小麦, 其中强筋、中强筋和中筋小麦主要分布在北部冬麦区和黄淮冬麦区, 弱筋小麦主要分布在长江中下游冬麦区和西南冬麦区。不同品质类型小麦品种品质受基因型控制, 同时受环境因素影响。1999年国家冬小麦品种区域试验开始实施品质分析工作, 分析参数为容重、蛋白质含量、湿面筋含量、沉淀指数、吸水量和稳定时间, 2002年开始增加了面团拉伸特性(拉伸面积、最大拉伸阻力)分析, 2008年增加了籽粒硬度指数分析; 自1999年起品种品质分类依据GB/T 17320-1998《专用小麦品种品质》标准、NY/T 976-2006《农作物品种审定规范——小麦》和2015年国家农作物审定委员会制定的《主要农作物品种审定标准》执行。这些标准或规范的改进不断完善了我国区试小麦品种品质分析工作, 为我国小麦品种审定提供了重要的品质参考信息。此外, 国内一些课题组在分析区试品种品质的基础上, 对小麦育种提出意见和建议, 如曹莉等[3-4]通过分析1998—2000年黄淮冬麦区陕西省区试点参试品种的品质状况以及产量与品质性状的关系, 认为小麦产量与品质可同步改良; 胡卫国等[5]分析了2000—2009年黄淮冬麦区水地组、春水组和冬水组参试品种品质状况, 提出加强蛋白质质量改良的建议; 王美芳等[6]分析了2001—2009年黄淮冬麦区品种产量及强筋品种品质状况, 建议应增加优质蛋白亚基比重, 以达到产量和品质同步改良的育种目标。上述研究均存在取样麦区有限、观测年限短、监测指标偏少等不足, 尤其缺乏针对不同品质类型的分析, 也因年限短而未对小麦品种的品质变化趋势进行讨论。本研究以2000—2015年我国北部冬麦区和黄淮冬麦区1589份样品(1001个品种)为材料, 分析近16年强筋、中强筋和中筋小麦品种的品质变化趋势, 并根据审定品种的类型及其比例推测未来几年该地区小麦生产品种的品质特点, 为小麦品质遗传改良和品种审定提供参考。

1 材料与方法

1.1 样品来源

按照国家小麦品种试验方案要求, 收获后承担区域试验单位将各试验点所有品种的样品寄送到本中心进行品质分析, 每点每品种取籽粒样品1 kg。2000—2015年度, 北部冬麦区和黄淮冬麦区国家区域试验参试品种共985个, 累计样品1419份, 另外, 中筋对照136份(14个品种)和强筋对照34份(2个品种)。剔除降落数值低于200 s的发芽样品, 每份样品去杂, 同一区试组、同一品种的不同试验点样品等量混合。

1.2 品种分类

参照现行国家和行业标准[7-10], 结合各品种在区域试验以及生产上质量表现, 将供试材料分为强筋、中强筋、中筋和弱筋品种4个类型, 其中强筋品种审定通过要求同时达到区域试验和生产质量标准, 其判定标准为沉淀指数≥40 mL, 面团稳定时间≥7 min, 最大拉伸阻力区域试验≥400 E.U.、生产质量≥450 E.U., 面包烘焙体积生产质量≥800 mL; 中强筋品种判定标准为面团稳定时间≥6 min, 最大拉伸阻力≥300 E.U.; 弱筋品种的判定主要参考《主要农作物品种审定标准》, 在北部、黄淮麦区数量极少, 不参与品质分析; 除以上3种外, 其他品种全部归为中筋品种。

1.3 品质指标测定方法

GB/T 5498-2013《粮油检验——容重测定》测定容重; GB/T 10361-2008《谷物降落数值测定法》测定降落数值; NY/T 3-1982《谷物、豆类作物种子粗蛋白质测定法(半微量凯氏法)》测定籽粒蛋白质含量; GB/T 5506.2-2008《小麦和小麦粉——面筋含量第2部分: 仪器法测定湿面筋》测定湿面筋含量; GB/T 21119-2007《小麦——沉淀指数测定: Zeleny试验》测定沉淀指数; GB/T 14614-2006《小麦粉 ——面团的物理特性——吸水量和流变学特性的测定: 粉质仪法》测定粉质仪参数; GB/T 14615-2006《小麦粉——面团的物理特性——流变学特性测定: 拉伸仪法》测定拉伸仪参数。

1.4 数据处理

用SAS 8.01软件进行方差分析(ANOVA), 确定不同品质类型间的差异; 用测验比较参试品种样品与对照样品, 用Duncan’s新复极差检验法(DMRT)比较不同参试品种样品。采用Microsoft Excel 2003整理数据和绘图。

2 结果与分析

2.1 品种数量结构及年度平均品质

2001—2015年北部、黄淮冬麦区参试品种数量呈逐年增加趋势(表1), 2015年是2001年数量的2倍; 年度间审定品种数量不平衡, 2001年和2012年最少, 2006年和2009年最多, 年度平均审定15个品种; 审定品种比例年度平均为16.8%左右, 年度间差异较大,其中2003年最大, 为23.2%; 2012年最小,为6.3%。自2009年以来, 年度审定品种比例呈缓慢下降趋势, 一方面因为品种审定标准越来越高, 小麦品种审定难度增大, 另一方面也可能是小麦育种整体上没有显著突破。

从品质结构看, 无论是参试品种还是审定品种, 均以中筋类型的比例最高, 分别占参试总品种的76.5%和10.1%, 且中筋品种占审定品种总量的67.0%。中筋品种的年度比例呈缓慢下降趋势, 而自2011年以来中强筋品种的比例呈增加趋势, 但强筋品种一直保持较低比例。表明我国小麦品种结构正逐步改善, 未来10年内生产上中强筋小麦数量和比例会有所增多, 这一趋势也符合国人以馒头、面条为主的消费需求。

从各品质指标所有参试品种的年度总平均来看, 容重(794.0 ± 18.1 g L–1)及蛋白质数量性状(蛋白质含量14.5% ± 1.0%、湿面筋含量31.7% ± 3.0%)水平较高, 而蛋白质质量性状水平较低, 其中沉淀指数平均值为31.4 ± 8.6 mL, 稳定时间平均值为4.3 ± 3.5 min, 拉伸面积平均值为51.6 ± 29.0 cm2, 最大拉伸阻力平均值为235.9 ± 137.0 E.U., 表现为中等筋力水平。参试品种不同品质指标的年度变化趋势各异, 其中容重(图1-A)、稳定时间(图1-F)、拉伸面积(图1-G)和最大拉伸阻力(图1-H)年度平均值呈增加趋势; 蛋白质含量(图1-B)和湿面筋含量(图1-C)呈持平趋势; 沉淀指数(图1-D)呈先增后降趋势; 吸水量(图1-E)呈降低趋势。

2.2 不同类型品种的品质指标及其变化趋势

3种类型品种比较, 沉淀指数、稳定时间、拉伸面积和最大抗延阻力均呈强筋品种>中强筋品种>中筋品种, 且类型间差异显著; 容重和蛋白质含量呈现一个渐变过程, 强筋品种最高, 中筋品种最低, 两者有显著差异, 但强筋品种与中强筋品种间差异不显著; 吸水量在3个类型间无显著差异; 湿面筋含量则表现为中筋品种显著高于强筋和中强筋品种(表2)。

参试中筋品种的容重和湿面筋含量显著低于对照, 最大抗延阻力显著高于对照, 而参试强筋品种的蛋白质含量、吸水量、稳定时间、拉伸面积和最大抗延阻力均显著低于对照(表2), 表明北部麦区和黄淮麦区缺少优质强筋品种, 强筋品种需进一步提高主要品质指标。从年度变化趋势来看, 参试强筋和中筋品种与各自对照表现较好的趋势吻合度, 某些年份参试品种的部分品质指标与相应对照之间有较大差异, 但变化趋势基本一致(图2)。参试强筋品种与其对照的差异较大, 可能与样品数量少有关。

3个类型品种的年度变化趋势因指标而异。容重平均值3类品种总体上呈上升趋势, 表明我国小麦品种籽粒容重性状有较大改善; 2007年和2013年各类型均出现低谷, 与收获期遭遇大范围阴雨天气有关(图2-A)。蛋白质含量自2002年起3个类型品种变化趋势基本一致, 年度平均值大致持平; 2007年和2013年出现小高峰, 受收获期气候因素影响, 淀粉含量偏低导致蛋白质含量相对增加(图2-B)。湿面筋含量的年度变化趋势与蛋白质含量基本相同, 但各类型品种年度平均值差异很大, 尤其是强筋和中强筋品种, 而中筋品种相对变幅较小, 2008年以来强筋品种的平均湿面筋含量较低, 可能与育种者选育高产优质兼顾的品种有关(图2-C)。吸水量年度间变化, 强筋品种与中筋品种趋势基本一致, 强筋品种的变幅最大, 中筋品种变化幅度最小; 2008年以来, 强筋品种的吸水量平均值较低, 但低吸水量不利于面包烘焙品质, 不符合面粉和食品加工企业的需求(图2-E)。沉淀指数、稳定时间、拉伸面积和最大抗阻力的年度变化规律较为清晰, 均呈强筋品种>中强筋品种>中筋品种, 年度间变幅以强筋品种最大; 2014年各类型均出现一个低谷, 与该年度灌浆期遭遇高温有关, 尤其是强筋品种下降幅度最为明显(图2-D, F, G, H)。

表1 2000−2015年北部、黄淮冬麦区小麦区试品种和审定品种的数量

个别年份参试品种中包括少量弱筋品种(1~3个); —表示无数据。

Very few (1–3) weak-gluten varieties were tested in several years; — indicates data not available.

表2 2000–2015年北部、黄淮冬麦区参试各类型小麦品种品质

弱筋品种数量少, 未列入; 中强筋类型无对照品种。蛋白质含量为干基百分率; 湿面筋含量和吸水量为14%湿基百分率。数据为平均值±标准差, 粗黑体数据表示与同类型对照有显著差异(<0.05,测验), 数据后不同字母表示不同类型间有显著差异(<0.05,LSD法)。

Weak-gluten varieties were not included due to very few samples and there was no control variety in the medium-strong-gluten type. Protein content was measured on a dry matter basis, while wet gluten content and water absorption were measured on a wet basis with 14% water content. Data are the means ± SD. Bold values indicate significant difference between the tested varieties and the control at<0.05 according to-test. Values within a row followed by different letters indicate significant difference among three varieties types at<0.05 according to LSD method. SG: strong-gluten varieties; SG-CK: control varieties of strong-gluten type; MSG: medium-strong-gluten varieties; MG: medium-gluten varieties; MG-CK: control varieties of medium-gluten type.

蛋白质含量为干基百分率; 湿面筋含量和吸水量为14%湿基百分率。2000年和2001年无面团拉伸特性数据。

Protein content was measured on a dry matter basis, while wet gluten content and water absorption were measured on a wet basis with 14% water content. Extensograph parameter was not measured in 2000 and 2001.

3 讨论

3.1 品质遗传改良取得一定进展, 仍需进一步加强

本研究结果表明, 我国北部、黄淮冬麦区十多年的品质改良工作在改变品种品质结构和改良品质指标方面取得了明显进展。自2000年以来选育了一批强筋品种, 对改善我国小麦品质起到了重要作用; 小麦品质改良工作促进了中强筋品种的选育, 中强筋参试品种和审定品种比例都呈增加趋势; 而中筋品种比例呈缓慢下降趋势, 这些变化有助于逐步改变我国小麦生产上以中筋品种为主的现状。此外, 强筋品种和中筋品种审定通过率(审定品种数与同类参试品种数之比)均为15%, 而中强筋品种达到35%, 表明中强筋品种具有较好的综合农艺性状, 对我国小麦总体品质提高有重要作用。预计未来5~10年内育种和生产上中强筋小麦比例会有所增多,这将有利于提高面条、饺子、馒头等我国传统食品的加工品质。

2000年和2001年未测定拉伸面积和最大抗阻力。2000−2003年无强筋对照。SG: 强筋品种; SG-CK: 强筋对照; MG: 中筋品种; MG-CK: 中筋对照; MSG: 中强筋品种。

Extension area and maximum resistance were not measured in 2000 and 2001. No control variety for strong-gluten type was available from 2000 to 2003. SG: strong-gluten varieties; SG-CK: control varieties for strong-gluten varieties; MG: medium-gluten varieties; MG-CK: control varieties for medium-gluten varieties; MSG: medium-strong-gluten varieties.

本研究连续16年监测国家区试品种, 结果显示强筋品种和中强筋品种主要品质性状基本达到相应国家标准[7,9-10]要求。参试品种蛋白质数量品质指标总平均值较高, 不同品质类型品种蛋白质数量品质指标平均值相差不大, 表明蛋白质含量和湿面筋含量已经不再是制约我国强筋、中强筋和中筋小麦品质提升的主要因素之一。受基因型控制[11-12], 蛋白质质量品质指标在不同品质类型品种之间差异显著, 沉淀指数、稳定时间、拉伸面积和最大拉伸阻力平均值大小依次呈强筋品种>中强筋品种>中筋品种, 其中强筋品种和中强筋品种蛋白质质量品质指标平均值基本达到了相应标准要求, 表明我国优质小麦品种选育具有良好的育种基础。受环境因素影响[13-15],不同品质类型品种年度平均值变化幅度差异明显, 为强筋品种>中强筋品种>中筋品种, 表明环境条件对强筋品种的影响尤为突出, 这一点应引起育种者的注意, 另外还应选择合适的生态区域参加品种区试。

整体来看, 北部、黄淮冬麦区的小麦品质结构不尽合理, 参试品种和审定品种以中筋品种为主, 造成了生产品种以中筋小麦为主体的现状[16]。强筋品种比例过低, 而且近年来呈下降趋势, 表明强筋品种选育有进一步放缓趋势, 除了与我国优质种质资源在育种中的应用较少有关外[17-18], 还与我国小麦育种仍以高产为主攻目标有关, 建议在品种试验中平衡考量产量和品质的关系。强筋品种品质需要进一步改良, 部分强筋品种品质低于对照品种, 生产上不能满足面包烘焙品质要求。2000年以来生产上具有优良面包烘培品质的品种较少[10], 主要有济麦20、山农26、师栾02-1、石优20、新麦18、新麦26、西农979、西农9718、烟农21、郑麦366、郑麦7698和郑麦9023等。强筋品种的改良应加强优质种质资源的利用, 提高优质亚基比例。我国中筋品种比例过高, 品质表现较差, 主要与各主产区所用亲本单一[19-22]和1BL/1RS易位系[23]有关。目前各主产区小麦亲本遗传背景趋于狭窄, 育成品种以中筋品质为主; 此外1BL/1RS易位系广泛应用于主产区小麦育种, 1RS携带黑麦碱基因, 引起品种品质下降[24-26], 品质育种应拓宽种质资源的挖掘和利用, 尽量避免1BL/1RS易位系为亲本选育新品种, 或通过分子育种手段改良1BL/1RS易位系, 如通过沉默1BL/1RS易位系中黑麦碱基因[27]达到品种品质改良的目的。

3.2 科学制定分类标准, 合理设置品质参数

自1999年国家冬小麦品种区域试验实施品质测试分析工作以来, 小麦品质分类判定标准已经更替了3次, 这些标准在执行过程中均存在一些不足。新实施的《主要农作物品种审定标准》主要存在以下问题。(1)仅划分了强筋、中筋和弱筋3种品质类型, 没有设置中强筋品种类型。从小麦蛋白质质量性状(沉淀指数、稳定时间、拉伸面积和最大拉伸阻力)分析结果看, 强筋品种、中强筋品种和中筋品种分别为3个不同品质类型, 彼此间品质性状差异显著, 因此有必要对中强筋品种单独划分。(2)部分品质类型参数设置不合理, 如强筋品种仅对稳定时间设限, 没有设置吸水量和最大拉伸阻力等食品加工企业关注的重要品质参数。数据分析表明, 一些中强筋品种稳定时间达到强筋品种要求(两年稳定时间平均值达到8 min, 各年度稳定时间≥7 min), 但吸水量和最大拉伸阻力数值较低, 一经审定进入生产和市场, 种植户按优质强筋小麦生产, 而粮食和食品加工企业根据自己的实际需要, 对这类品种品质不认可而拒收, 容易造成品质类型混乱和经济损失。因此, 有必要将中强筋品种列入品质分类, 同时强筋品种判定应在稳定时间≥7 min的基础上引入吸水量和最大拉伸阻力2个品质参数。

近年来在国家政策扶持下, 小麦育种事业发展迅速, 从本研究分析结果看, 参试品种数量逐年增多, 审定品种比例反而下降, 表明近年来参试品种综合质量(农艺性状)并没有随着数量增多而显著提高, 这与邱军的结论相同[28]。从品质育种看, 1999年国家冬小麦品种区域试验开始把品质列为小麦育种目标之一, 这对改善我国小麦品种品质结构、提高品质起到了重要作用。北部、黄淮冬麦区为我国强筋小麦、中强筋小麦和中筋小麦主产区, 育种者应加强这3类品种的选育工作, 优化品质结构, 提高各类品种品质, 加快品质育种进度。

4 结论

自2000年来, 我国北部、黄淮冬麦区参试品种数量逐年增加, 但审定通过率呈下降趋势, 参试品种综合质量有待提高。品种品质改良工作取得了一定进展, 品种品质结构有所改善, 中强筋品种比例呈增加趋势, 这将影响小麦生产品质结构。品质改良工作仍需进一步加强, 尤其是强筋品种比例较小, 品种品质有待提高。品种品质审定标准存在不足, 需要进一步修订和完善, 以达到与我国小麦品种品质实际相符合。

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Quality Characteristics of Winter Wheat Varieties Tested in National Trials in Northern Region and Yellow-Huai River Valley Winter Wheat Zone from 2000 to 2015

HU Xue-Xu, SUN Li-Juan, ZHOU Gui-Ying, WU Li-Na, LU Wei, LI Wei-Xi, WANG Shuang, YANG Xiu-Lan, SONG Jing-Ke, and WANG Bu-Jun*

Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment for Cereal Products (Beijing), Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China

Wheat varieties tested in national regional trials may be released as major cultivars in wheat production in the near future. Thus, the quality level and distribution character of these varieties can be a hint to guide wheat quality breeding. A total of 1589 samples of 1001 varieties were collected from the regional trails in Northern Region and Yellow-Huai River Valley Winter Wheat Zone from 2000 to 2015, and classified into strong-gluten, medium-strong-gluten, and medium-gluten types according to the national standards of wheat quality. Eight indices were measured to analyze the changing trend of winter wheat quality of newly developed and registered varieties. In general terms, the quantity of wheat varieties tested increased year by year while the quality of varieties was desired to be improved. The ratio of registered varieties showed a declined trend from 2000 to 2015, particularly, for the medium-gluten type. In contrast, the proportion of medium-strong-gluten varieties increased in the registered varieties. The medium-gluten varieties had high contents of protein and wet gluten and moderate levels of sedimentation value, dough stability time, extension area, and maximum resistance. There were significant difference among quality types in sedimentation value, dough stability time, extension area, and maximum resistance (< 0.05), with remarkable variations in all quality indices across years, showing an order of strong-gluten type > medium-strong-gluten type > medium-gluten type. In the strong-gluten varieties, the protein quality indices were significantly lower than those in the control varieties. Our results indicate that wheat quality breeding has achieved progresses in China in the recent 16 years, but the overall quality indices of varieties need further improvement, especially for the strong-gluten varieties. More medium-strong-gluten varieties should be employed in Northern Region and Yellow-Huai River Valley Winter Wheat Zone in the future 5–10 years.

Winter Wheat; Variety; Quality; Regional trial

10.3724/SP.J.1006.2017.00501

本研究由农业技术试验示范(品种测试)项目资助。

This study was supported by the Agricultural Technology Demonstration Project on Variety Test.

王步军, E-mail: wangbujun@caas.cn

E-mail: huxuexu@caas.cn, Tel: 010-82109620

2016-04-28;

Accepted(接受日期): 2016-11-02;

Published online(网络出版日期): 2016-11-16.

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20161116.1619.002.html