长江中下游小麦品种籽粒品质对氮素的敏感性分析

王化敦　史高玲　张平平　张鹏　高春蕾　姚金保　马鸿翔

摘要：[目的]研究长江中下游麦区小麦品种品质性状对氮素的敏感性，为优质弱筋专用小麦生产及品质育种提供参考。[方法]以长江中下游麦区105个小麦品种为试验材料，进行低氮（纯氮120 kg/ha）和高氮（纯氮280 kg/ha）2个施氮水平的田间试验，测定不同品种籽粒品质相关指标，并依据籽粒蛋白质含量进行氮肥敏感性分析。[结果]长江中下游麦区小麦籽粒品质性状在不同品种和施氮量间均存在极显著差异（P<0.01，下同），具有较高的遗传多样性。高氮处理下，籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和面团稳定时间显著提高，沉降值、千粒重和籽粒硬度等品质指标也有增加趋势。不同品质性状间的相关性分析结果表明，籽粒蛋白质含量与湿面筋含量和面团稳定时间呈极显著正相关，相关系数均在0.5000以上。根据籽粒品质性状对氮素的敏感『生程度，可将长江中下游地区的小麦品种分为氮敏感型（34个）、氮迟钝型（25个）和中间型（46个）三大类。15个生产应用弱筋小麦品种籽粒蛋白质含量在不同施氮量下的效应分析结果表明，主要弱筋小麦品种在低氮条件下均可达到GB/T 17893-1999《优质小麦弱筋小麦》的标准，其中宁麦9和扬麦15籽粒蛋白质含量对不同施氮量具有较好的稳定性，宁麦13、鄂麦520、扬麦9号和宁麦20等品种对氮素较敏感。[结论]根据不同小麦品种籽粒品质对氮素的敏感性差异，生产上应合理控制氮肥用量，以达到品质与产量的协调和平衡。

关键词：小麦；氮素；籽粒品质；蛋白质含量；长江中下游麦区

0引言

[研究意义]小麦是我国重要的粮食作物之一。长期以来，为解决我国粮食供给不足的问题，小麦生产中偏重产量提高，而忽视对其品质的保障。小麦籽粒品质受遗传因素和栽培环境的双重影响，肥料尤其是氮肥对小麦籽粒及加工品质具有重要影响（Cormier et al.，2016）。因此，研究不同小麦品种籽粒品质对氮素的响应特性，将品种选择与氮肥管理相结合，对于提高小麦籽粒品质具有重要意义。[前人研究进展]有关籽粒品质受氮素影响的研究已长达半个世纪（金平，1996）。目前已有研究证实，在一定范围内随着施氮量的增加，小麦的籽粒蛋白质和湿面筋含量、沉降值、稳定时间及其千粒重等指标均有提高。朱新开等（2003）研究了施氮量及氮肥运筹对不同类型小麦营养及加工品质的影响，发现在同一氮肥运筹条件下，增加施氮量可提高小麦籽粒蛋白质和湿面筋含量、沉降值和稳定时间等指标，然而施氮量对不同类型小麦品种籽粒品质的调节效应并不相同；李筠等（2008）研究表明，增加施氮量可显著提高烟农19的籽粒蛋白质和湿面筋含量、沉降值及千粒重等指标；周秋峰等（2016）研究发现，施氮量与豫麦34的籽粒粗蛋白含量呈显著正相关，对湿面筋含量、沉降值及稳定时间亦有促进作用。有关籽粒硬度及容重受氮素影响的研究结果并不一致。陆增根等（2006）研究表明，增加施氮量可提高杨麦9号和宁麦9号的容重；张睿等（2009）研究表明，增加施氮量可促进小偃22籽粒硬度的提高；而李秋霞等（2014）研究表明，随着施氮量的增加，小麦平安8号籽粒硬度和容重呈降低趋势。因此，不同类型小麦及小麦不同品种籽粒品质对施氮量的反应并不一致。[本研究切入点]长江中下游麦区是我国重要的弱筋小麦产区（何中虎等，2002；赵广才，2010）。尽管已有不少氮肥运筹对本地区小麦品质影响的报道，但研究目的多在于探索品种的栽培技术，而对于众多品种在不同氮水平下的品质稳定性缺乏系统研究。[拟解决的关键问题]利用自20世纪80年代以来长江中下游麦区育成的105个小麦品种，通过不同施氮量的田间试验，考察不同小麦品种籽粒品质对氮素的敏感性，为优质弱筋专用小麦生产及品质育种提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

收集长江中下游麦区历年育成品种共计105个，其中江苏72个、湖北23个、安徽10个。

1.2试验设计

于2015-2016年在江蘇省农业科学院院内试验田开展田问试验。试验地耕层（0-20 cm）土壤含有机质23.9 g/kg、全氮1.35 g/kg、速效磷12.4 mg/kg、速效钾85.6 mg/kg。设低氮（纯氮120 kg/ha）和高氮（纯氮280kg/ha）2个供氮水平，施P205 90kg/ha、K2O 90kg/ha，氮肥为尿素（含N 46%），磷肥为过磷酸钙（P2O5 12%），钾肥为氯化钾（K2O 57%）。氮肥按基肥：分蘖肥：孕穗肥=4：3：3施用，磷肥和钾肥全部作为基肥于播种前均匀撒施后翻耕。

每个供氮处理水平设4次重复，105个小麦品种在每小区中采用点播方式各种植1行，行长1.6 m，行距27 cm，株距7 cm。每小区种植的顺序随机确定，出苗后对缺苗的位置进行补苗以保证每行苗数基本一致。于2015年11月1日播种，2016年5月28日收获。

1.3小麦籽粒品质性状测定

容重按照GB/T 5498-2013《粮油检验容重测定》测定；籽粒蛋白质含量采用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；湿面筋含量采用GB/T 14608-1993《小麦粉湿面筋测定法》（洗面筋仪洗涤法）测定；沉淀指数采用GB/T 21119-2007《小麦沉淀指数测定Zeleny试验》测定；稳定时间采用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；小麦籽粒样品的硬度值利用单籽粒谷物特性测试仪（Single Kemel Characterization System，SKCS）测定。

1.4统计分析

利用Excel 2013进行数据整理，利用SPSS 20.0进行系统聚类分析。聚类分析采用离差平方和的度量方法，品种间距离采用欧式距离。

2结果与分析

2.1小麦籽粒品质性状受基因型及施氮量影响的效应分析

方差分析结果（表1）表明，小麦籽粒品质性状在不同品种和施氮量问均存在极显著差异（P<0.01，下同），而受基因型与施氮量互作的影响效应不及二者的单独影响，说明长江中下游小麦品种的籽粒品质受品种与施氮量影响较显著。

从表2可看出，小麦籽粒千粒重、容重、硬度、蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和稳定时间均随施氮量的增加而增加。不同品质性状的品种问变异系数相差较大，其中籽粒硬度的变异系数最大，在40.00%以上；其次为沉降值和稳定时间；容重在品种问的变异系数最小，约1.00%。在不同籽粒品质性状中，以籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间受施氮量影响较明显，变异系数均大于20.00%，说明这3个籽粒品质性状对氮素较敏感。

2.2不同籽粒品质性状间的相关性

表3为小麦籽粒品质性状间的直线相关系数。无论是低氮或高氮处理，籽粒中的蛋白质含量与湿面筋含量和面团稳定时间均呈极显著相关，相关系数均在0.5000以上，面团稳定时间与籽粒硬度和千粒重问也呈极显著相关，其余性状问的相关系数在低氮和高氮处理问相差较大或相关系数未达显著水平（P>0.05）。按照GB/T 17893-1999《优质小麦弱筋小麦》的标准，主要涉及蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间和容重等，由本研究性状问相关性分析结果可知，可以蛋白质含量为主要指标对弱筋小麦品质性状加以分析。

2.3不同小麦品种蛋白质含量的氮肥敏感性分析

根据各小麦品种不同施氮水平间的变异系数进行系统聚类分析，氮肥处理间蛋白质含量差异明显的品种为氮敏感型，差异不明显的为氮迟钝型，其余为中间型。聚类分析结果（表4）表明，氮迟钝型小麦品种有25个，变异系数为10.07%-19.94%；氮敏感型小麦品种有34个，变异系数为25.06%-31.35%；中间型小麦品种有46个，变异系数为20.17%-24.97%。

2.4弱筋小麦品种在低氮和高氦条件下的蛋白质含量比较

对15个生产应用弱筋小麦品种籽粒蛋白质含量在低氮与高氮处理下的效应进行分析，结果（表5）表明，在低氮处理条件下，参试弱筋小麦籽粒蛋白质含量均低于11.50%，达到GB/T 17893-1999《优质小麦弱筋小麦》的标准，其中宁麦13籽粒蛋白质含量最低，为9.79%，扬麦15籽粒蛋白质含量最高，为11.46%；在高氮处理条件下，参试弱筋小麦籽粒蛋白质含量均高于低氮处理，且高于GB/T 17893-1999《优质小麦弱筋小麦》对蛋白质指标的要求。高氮处理下，扬麦15籽粒蛋白质含量最低，为13.66%，扬麦9号籽粒蛋白质含量最高，为15.92%。在15个弱筋小麦品种中，相对于低氮处理条件下，宁麦9号、扬麦15和扬麦19在高氮处理条件下其籽粒蛋白质含量的增加比例均低于30%，具有相对较好的稳定性，而宁麦13在高氮处理条件下的籽粒蛋白质含量增加比例达57%，扬麦9号、鄂麦580和宁麦20籽粒蛋白质含量同样受施氮量影响变幅较大。

3讨论

本研究利用长江中下游麦区历年育成的105个小麦品种，分析了各品种在低氮和高氮条件下的小麦籽粒品质指标性状。在相同施氮量（高氮或低氮）条件下各小麦品种的籽粒品质性状存在明显差异，其中籽粒硬度的品种问变异系数在40.00%以上。本课题组前期研究发现，长江中下游麦区软质麦、硬质麦和混合麦共存，软质麦比例较高，占51.9%，硬质和混合麦分别占38.7%和9.4%（王化敦等，2017）。此外，沉降值、稳定时间、湿面筋含量、千粒重及籽粒蛋白质含量在相同施氮量条件下也具有较高的变异系数，说明长江中下游小麦品种品质存在多样性。在本区域审定小麦品种中，不仅包含弱筋和中筋品种，还育成了镇麦168等符合国标强筋的小麦品种（陈爱大等，2008）。

本研究结果表明，增加施氮量可显著提高籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间，且沉降值、籽粒硬度及千粒重也有所提高，与众多前人研究结果（朱新开等，2003；李筠等，2008；周秋峰等，2016）一致，說明氮素对籽粒品质具有重要影响。Yue等（2007）比较施氮量对不同小麦品种谷蛋白大聚体（GMP）的影响时发现，徐麦26在施氮0-300kg/ha时GMP含量不断增加，而宁麦9号的GMP含量在300kg/ha氮时未增加。从本研究结果中同样可发现，部分品种在低氮处理条件下的籽粒品质性状与高氮处理条件下相比较其他品种变化小，反映了不同小麦品种在籽粒品质形成过程中的差异性，说明小麦籽粒品质性状对外界施氮量具有明显响应的同时亦受到遗传背景的显著影响。

小麦品质性状问的相关性已有不少报道，所得结果在不同材料间存在一定差异（陈华萍等，2006；杨华等，2006；赵新和王步军，2009；要燕杰等，2013；尹豪等，2014）。本研究发现，在长江中下游麦区的小麦品种中，蛋白质含量与湿面筋含量和面团稳定时间呈极显著正相关，与要燕杰等（2013）、尹豪等（2014）的研究结果一致，说明在长江中下游小麦育种中，对大量育种材料筛选时可以蛋白质含量作为初步筛选指标进行品质筛选。长江中下游麦区为我国最大的弱筋小麦生产区，本研究对该麦区15个弱筋小麦品种籽粒蛋白质含量的分析结果表明，在低氮条件下这些弱筋小麦品种的籽粒蛋白质含量均达到GB/T 17893-1999《优质小麦弱筋小麦》的标准要求，但在高氮条件下，蛋白质含量显著提高，不同品种问存在明显差异。宁麦13在低氮条件下籽粒蛋白质含量最低，但对氮素极敏感，不同施氮量条件下变幅最大，品质稳定性较差，类似品种还有鄂麦580、扬麦9号和宁麦20等。弱筋小麦宁麦9号和扬麦15的籽粒蛋白质含量在不同施氮量条件下具有较好的稳定性，江苏沿江麦区生产调查结果也发现宁麦9号对不同肥力水平的田块具有较好的适应性，最符合GB/T17893-1999《优质小麦弱筋小麦》的标准（张平平等，2012）。

4结论

根据籽粒品质受氮素影响的差异，将长江中下游105个小麦品种分成氮敏感型、迟钝型和中间型3种类型，可为今后的不同品质类型的小麦生产及品质育种提供参考。