弱筋小麦扬麦13品质对氮肥响应的稳定性分析

高德荣，宋归华，张晓，张伯桥，李曼，江伟，吴素兰



弱筋小麦扬麦13品质对氮肥响应的稳定性分析

高德荣1,2，宋归华2，张晓1，张伯桥1，李曼1，江伟1，吴素兰1

（1江苏里下河地区农业科学研究所/农业部长江中下游小麦生物学与遗传育种重点实验室，江苏扬州225007；2长江大学农学院，湖北荆州434025）

系统研究不同施氮量和施氮模式对扬麦13理化品质和饼干加工品质的影响，为弱筋小麦生产和育种提供理论支撑。试验于2012—2014年在江苏里下河地区农业科学研究所试验基地进行，设4个氮肥处理：A1（120 kg·hm-2）、A2（180 kg·hm-2）和A3（240 kg·hm-2），氮肥运筹采用基肥：壮蘖肥：拔节肥7﹕1﹕2模式；A4（300 kg·hm-2），氮肥运筹采用基肥﹕壮蘖肥﹕拔节肥5﹕1﹕4模式。成熟后收获晒干，测定籽粒蛋白质含量、面粉湿面筋含量、SDS沉淀值、粉质仪参数、吹泡仪参数及溶剂保持力（SRC）等理化品质指标；按AACC 10-52方法制作饼干，并测定饼干直径、厚度和酥脆性。在不同施氮量和施氮模式下，扬麦13蛋白质含量、湿面筋含量及面团形成时间存在显著或极显著差异，SDS沉淀值、面团稳定时间、吸水率、吹泡仪参数（P值、L值、P/L和W值）及4种SRC值（水SRC、碳酸钠SRC、乳酸SRC和蔗糖SRC）均无显著差异，饼干加工品质包括饼干直径、直厚比、酥性和脆性亦无显著差异。扬麦13蛋白质含量随施氮量的增加而增加，且各处理间差异显著。湿面筋含量随施氮量的增加而增加，仅A4与A1和A2差异显著。氮肥对扬麦13籽粒产量影响达到极显著水平，产量随施氮量的增加而增加，A1处理产量最低，A4处理产量最高，但A2、A3、A4处理间无显著差异。年份间蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率、P值及饼干直径无显著差异，而形成时间、稳定时间、L值、P/L、W值及部分饼干评价参数存在显著或极显著差异。氮肥与年份的互作对SDS沉淀值、稳定时间、吸水率、P值、L值、P/L、W值、饼干直径和厚度等大部分品质参数无显著影响，但对蛋白质含量、湿面筋含量、形成时间、饼干厚度及脆性具有显著影响。施氮量和施氮模式对SDS沉淀值、SRC值、粉质仪参数、吹泡仪参数等多数理化品质指标和饼干加工品质无显著影响。利用扬麦13可以生产品质优良稳定的原粮，说明培育品质对氮肥响应钝感，指标较稳定的弱筋小麦品种是可能的。

弱筋小麦；品质；稳定性；氮肥

0 引言

【研究意义】扬麦13是目前中国种植面积最大的弱筋小麦品种，2005—2016年连续12年被农业部列为全国唯一主导弱筋小麦品种。在2003年全国优质专用弱筋小麦评比中，扬麦13饼干评分位于参评品种首位，超过美国软红麦。小麦品质主要指蛋白质和淀粉的组成及含量，蛋白质与各组分含量是最重要的指标[1-2]。由于小麦籽粒中蛋白质的合成很大程度上受底物供应的限制[3]，氮肥施用对小麦籽粒蛋白质的合成有重要调控作用[4-6]。有研究认为小麦品质主要受环境因子控制，受遗传决定较小[7-8]，这给优质小麦生产和育种带来困惑：中国小麦生产涉及千家万户，规范化和模式化生产难度较大，必然导致小麦原粮品质差异很大，如何生产品质稳定的优质小麦，能否培育出品质指标受环境影响较小的优质小麦？因此，研究氮肥施用量和运筹模式对扬麦13理化品质和饼干加工品质的影响，对指导优质小麦生产和育种具有重要意义。【前人研究进展】关于氮肥对小麦品质影响的研究较多，增施氮肥能显著提高籽粒蛋白质、湿面筋含量和SDS沉淀值[9-11]，可延长面团形成时间和稳定时间[4,9,11]；亦有研究认为不同施氮量处理下的蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间均无显著差异[12]。溶剂保持力（solvent retention capacity，SRC）由Slade和Levine提出并广泛应用于饼干、蛋糕专用小麦粉品质预测和评价[13-14]，于1999年通过AACC（American Association of Cereal Chemists）认定[15]。关于氮肥处理对弱筋小麦SRC品质指标影响的研究较少，Guttieri等[16]仅研究了氮肥处理对乳酸SRC的影响，表明乳酸SRC随施氮量的增加而增加。【本研究切入点】国外研究者较早开展了氮肥处理对软麦品质影响的研究[17-19]，中国弱筋小麦育种起步较晚[20]，国内关于氮肥对弱筋小麦品质影响的研究多集中于氮肥对弱筋小麦蛋白质含量和湿面筋含量的影响，关于氮肥对弱筋小麦理化品质和终端产品品质影响的报道较少。【拟解决的关键问题】本研究以扬麦13为材料，开展不同施氮量和不同氮肥运筹模式对品质影响的试验，旨在明确氮肥处理对扬麦13理化品质和终端产品加工品质的影响，探讨培育品质稳定的弱筋小麦品种的可能性，为弱筋小麦生产和育种提供信息。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2012—2014年在江苏省扬州市江苏里下河地区农业科学研究所试验基地（东经119°26′、北纬32°24′）进行，前茬为水稻，土壤为砂壤土，0—20 cm土层硝态氮28.29 mg·kg-1，铵态氮1.57 mg·kg-1，速效磷11.67 mg·kg-1，速效钾46.20 mg·kg-1，有机质21.05 g·kg-1。供试品种为扬麦13，本试验设计4个氮肥处理：A1（120 kg·hm-2）、A2（180 kg·hm-2）和A3（240 kg·hm-2），采用弱筋小麦调优栽培氮肥运筹模式，基肥﹕壮蘖肥﹕拔节肥为7﹕1﹕2；A4（300 kg·hm-2）采用高产栽培氮肥运筹模式，基肥﹕壮蘖肥﹕拔节肥为5﹕1﹕4。采用规范式小区播种机播种，播种密度225×104/hm2，行距27 cm，小区面积6.67 m2，重复3次。

1.2 品质性状测定方法

小麦籽粒成熟后收获晾干，采用瑞典Perten公司生产的DA7200固定光栅连续光谱近红外品质分析仪测定籽粒蛋白质含量。参照AACC 26-20方法，用瑞典BUHLER实验磨粉机磨粉。采用Perten 2200 型面筋洗涤仪，按照GB/T14606—93测定湿面筋含量。SDS沉淀值按照AACC 56-61A（AACC，1995）测定，结果换算成14%湿基条件下的沉淀值。采用Brabender 810104 型电子粉质仪，按照AACC 54-21方法测定粉质仪参数面团形成时间、稳定时间和吸水率。采用Chopin 公司常量吹泡示功仪，按照AACC 54-30A（AACC，1995）方法测定吹泡仪参数弹性（P）、延伸性（L）和强度（W）。按照AACC 56-11（AACC，2000）方法测定4种溶剂保持力（SRC）指标：水SRC、碳酸钠SRC、乳酸SRC和蔗糖SRC。饼干制作和烘焙品质评价按照AACC 10-52方法进行，并采用英国Stable Micro Systems 公司生产的物性测定仪测定饼干酥脆性。

1.3 数据分析方法

采用Microsoft Excel 2010 进行数据整理和表格的绘制，采用IBM SPSS Statistics 22 进行数据统计分析。

2 结果

2.1 氮肥对蛋白质和湿面筋含量及沉淀值的影响

对两年、不同氮肥处理下扬麦13的蛋白质含量、湿面筋含量及SDS沉淀值进行方差分析（表1），表明在不同施氮水平下，扬麦13蛋白质含量和湿面筋含量差异分别达到极显著和显著水平，SDS沉淀值的差异不显著；SDS沉淀值差异在年份间达到极显著水平，蛋白质含量和湿面筋含量在年份间差异不显著；年份与氮肥处理的互作效应对蛋白质含量和湿面筋含量的影响显著，而对SDS沉淀值无显著影响。由表2可知，随着施氮量的增加，扬麦13的蛋白质含量显著增加，湿面筋含量增加。在4种氮肥处理下，A4处理的蛋白质含量最高，其次是A3和A2，A1处理下蛋白质含量最低，不同处理间蛋白质含量均差异显著；A4处理的湿面筋含量最高，其次是A3和A2，A1最低。A1、A2与A4处理间差异显著，A3和A4处理间无显著差异。

2.2 氮肥对粉质仪参数的影响

表1表明，粉质仪参数形成时间在年份、氮肥处理及年份与氮肥互作效应间的差异均达到极显著或显著水平；稳定时间受年份的极显著影响，但受氮肥处理和年份与氮肥互作效应的影响不显著；吸水率在年份、氮肥处理及其互作效应间均未达到显著性差异，说明吸水率受年份、氮肥及其互作效应的影响较小。在不同施氮处理下，A4处理的形成时间最高，其次是A2和A1，A3最低（表2）。

2.3 氮肥对吹泡仪参数的影响

吹泡仪参数是评价弱筋小麦品质的重要指标。氮肥处理、年份与氮肥处理的互作对P值、L值、P/L值和W值的影响均未达到显著性水平，说明氮肥施用量的增加和后期氮肥比例的提高对吹泡仪参数影响较小。年份对L值、P/L值和W值的影响达到显著性水平，对P值的影响不显著（表1）。

2.4 氮肥对SRC指标的影响

溶剂保持力（SRC）分为水SRC（反映面粉综合特性）、碳酸钠SRC（反映损伤淀粉含量）、乳酸SRC（反映面筋强度）和蔗糖SRC（反映戊聚糖含量），是评价弱筋小麦品质的有效指标，在美国软麦实验室和亿滋食品广为应用。本研究表明氮肥处理对水SRC、碳酸钠SRC、乳酸SRC和蔗糖SRC的影响均不显著（表1），氮肥施用量的增加和后期氮肥比例的提高对弱筋小麦扬麦13的的面筋特性、损伤淀粉含量和戊聚糖含量均无显著影响。

2.5 氮肥对饼干品质的影响

氮肥处理对饼干直径、直厚比、酥性、脆性的影响不显著，对饼干厚度影响显著。年份对饼干厚度、直厚比、饼干酥性和脆性具有极显著影响，对饼干直径影响不显著。年份与氮肥处理的互作对饼干厚度和脆性具有显著影响，对饼干直径、直厚比和酥性的影响不显著（表1）。饼干厚度仅A2与A4处理的差异显著，其他处理差异不显著（表3）。

2.6 氮肥对籽粒产量的影响

扬麦13籽粒产量在年份及氮肥处理间的差异均达到极显著水平，但年份与氮肥处理的互作对产量无显著影响（表1）。随施氮量的增加，扬麦13的产量逐渐增加，在A1处理下产量最小，A4处理下产量最高；A1处理的产量显著低于其他3个处理，而A2、A3与A4处理间产量的差异不显著（表3）。

表1 扬麦13品质参数及产量的方差分析

表中*和**分别表示达到0.05和0.01水平显著差异

* and ** show significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively

表2 氮肥对扬麦13蛋白质性状及面团形成时间的影响

表中同列不同小写字母表示0.05水平显著差异。下同

Different small letters in the same column show significant difference at 0.05 level. The same as below

表3 氮肥对扬麦13饼干厚度及产量的影响

3 讨论

本研究表明，氮肥施用水平从120 kg·hm-2至300 kg·hm-2，并且300 kg·hm-2施肥水平时提高后期氮肥比例的情况下，扬麦13面团品质和饼干品质都表现较为稳定。陈满峰等[21]研究了不同氮肥运筹模式对扬麦13品质的影响，表明扬麦13大多数品质参数受氮肥运筹比例影响较小。扬麦13在不同施氮量和不同氮肥运筹模式下品质稳定性好，这可能是其连续多年大面积种植并受饼干加工企业欢迎的主要原因，亿滋食品中国市场抽样检测扬麦13平均水SRC值为49.9%、蔗糖SRC值为82.2%、碳酸钠SRC值为60.7%、乳酸SRC值为90.7%，达到AACC56-11标准（水SRC值≤51%，糖SRC值≤89%，碳酸钠SRC值≤64%，乳酸SRC值≥87%）。品质受环境因子影响较大，培育品质指标相对稳定的品种至关重要。本研究表明培育受氮肥施用水平影响较小的弱筋小麦品种是可能的。本研究中施氮量为120 kg·hm-2的处理产量显著低于其他处理，其他3个处理产量差异不显著，施氮量为300 kg·hm-2的处理2013年发生轻微倒伏，因此对于弱筋小麦扬麦13，施氮量为180 kg·hm-2时能够实现优质与高产的结合，经济收益较高。这与弱筋小麦品质调优栽培技术规范要求较为一致[1]。

前人就氮肥施用量对小麦品质的影响进行了大量研究，主要集中在氮肥施用量对蛋白质和湿面筋含量的影响上，并得出品质受施肥量影响较大的结论[22-24]，亦有研究表明随施氮量增加不仅蛋白质和湿面筋含量显著增加，SDS沉淀值、面团形成时间和稳定时间也显著提高[11,25-26]。本研究表明，施氮量对蛋白质和湿面筋含量影响较大，随施氮量增加蛋白质和湿面筋含量显著增加，但对粉质仪参数、吹泡仪参数和SDS沉淀值等影响较小，对SRC值和饼干烘焙品质的影响亦较小。这一结论与FINNEY等[27]和ZHANG等[28]的研究较为一致，蛋白质数量的指标如蛋白质含量和湿面筋含量主要受环境因素的影响，而更多反映蛋白质质量的参数如SDS沉淀值等主要受基因型的影响[27-30]。究竟是扬麦13品质稳定性好，受施肥水平影响较小，还是施肥对品质的影响原本就不是那么大，需要更多的品种进一步研究。

本研究中多数品质指标在年度间存在显著差异，主要与2014年小麦灌浆期气候条件不利有关，2014年5月21日前一直气温偏低，灌浆缓慢，此后气温急剧升高，最高气温高达35℃，形成高温逼熟，小麦成熟期提前4 d，千粒重和产量比2013年大幅度降低。小麦籽粒90%的氮素在开花后25 d内积累[31]，而淀粉含量在开花后30 d 增幅才开始减缓[1]，在高温到来时小麦籽粒蛋白质已基本完成合成累积，基本不受高温天气的影响，而淀粉合成积累正处于盛期，受高温影响很大，导致两年的品质存在较大差异。

中国评价弱筋小麦以弱筋小麦国家标准（GB/T 17893—1999）为依据，该标准主要以蛋白质含量、湿面筋含量和面团稳定时间为指标。本研究表明对于弱筋小麦扬麦13，当蛋白质含量变动在12.39%—13.55%、湿面筋含量变动在24.77%—28.26%时，饼干品质并没有明显改变。这表明对于弱筋小麦，其蛋白质和湿面筋含量受环境影响产生的变化对饼干加工品质并无显著影响，或者说对于弱筋小麦而言蛋白质含量和湿面筋含量并不是最重要的品质评价指标。美国软麦实验室则更关注溶剂保持力（SRC值）、吹泡仪参数以及饼干直径。国标（GB/T 17893—1999）过于重视蛋白质含量和湿面筋含量两个指标，而吹泡仪参数和SRC值等与饼干品质具有高度相关性的指标[32-33]却未在国家标准中体现，现行弱筋小麦品质评价的国家标准需作适当修改，以便更好地指导弱筋小麦生产和弱筋小麦育种。

4 结论

不同施氮量和施氮比例除对扬麦13蛋白质含量、湿面筋含量有显著影响外，对SDS沉淀值、SRC值、粉质仪参数和吹泡仪参数等多数品质指标无显著影响，更重要的是对饼干加工品质亦无显著影响。育种中培育品质指标稳定的弱筋小麦是可能的，需要在育种早世代加强SDS沉淀值和SRC值的选择，高世代加强吹泡仪参数和饼干加工品质参数的选择。

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（责任编辑 杨鑫浩）

Quality Consistency of Soft Wheat Yangmai 13 Under Different Nitrogen Application

GAO Derong1,2, SONG Guihua2, ZHANG Xiao1, ZHANG Boqiao1, LI Man1, JIANG Wei1, WU Sulan1

(1Lixiahe Regional Institute of Agricultural Sciences of Jiangsu/Key Laboratory of Wheat Biology and Genetic Breeding in the Middle and Lower Yangtze River, Ministry of Agriculture, Yangzhou 225007, Jiangsu;2College of Agronomy, Yangtze University, Jingzhou 434025, Hubei)

The objectives of this study were to evaluate the effect of nitrogen application rate and regime on dough properties and end-use quality of soft wheat Yangmai 13, and to provide information for the production and breeding of soft wheat.Field experiments were conducted over two cropping seasons (2012-2014) in Lixiahe Regional Institute of Agricultural Sciences of Jiangsu. Yangmai 13 was planted in a randomized complete block design with three replications at four different nitrogen treatments (A1: 120 kg·hm-2, A2: 180 kg·hm-2, A3: 240 kg·hm-2, A4: 300 kg·hm-2). The nitrogen application ratio of A1, A2 and A3 treatments in seedling stage, tillering stage and jointing stage was 7:1:2, and A4 treatment was based on 5:1:4. Quality parameters, including protein content, wet gluten content, SDS sedimentation value, farinograph parameters, alveograph parameters, SRC values and cookie qualities, were investigated to understand the effect of nitrogen fertilizer on the quality of Yangmai 13.The results indicated that protein content, wet gluten content and dough development time were influenced significantly by nitrogen amount and regime. However, slight effect was observed for SDS sedimentation value, stability, water absorption, P value, L value, P/L, W value, SRC value, and cookie quality parameters except for cookie thickness. Increasing the amount of N application increased protein content and wet gluten content. Grain yields were found to increase with increasing nitrogen fertilizer, while differences among A2, A3 and A4 were non-significant. The factor of year had no significant effect on protein content, wet gluten content, water absorption, P value or cookie diameter, while other quality parameters were strongly influenced by year. There were no significant interactions between nitrogen fertilizer and year for most quality parameters, except for protein content, wet gluten content, dough development time, cookie thickness and fracturability.Nitrogen application amount and regime have no significant influence on most physical-chemical quality parameters, including SDS sedimentation value, SRC value, farinograph parameters and alveograph parameters, and cookie processing quality. Therefore, Yangmai 13 could be planted as a stable quality soft wheat. The results also suggest that it is possible to breed soft wheat varieties with good and stable quality to N application.

soft wheat; quality; stability; nitrogen fertilizer

2017-03-31；接受日期：2017-08-29

农业部现代农业产业技术体系建设专项（CARS-3-2-11）、江苏省自然科学基金项目（BK20160448）、江苏省农业科技自主创新项目（CX（14）2002）、扬州市科技计划项目（YZ2014167）

高德荣，E-mail：gdr@wheat.org.cn