遮阴对不同冬小麦品种籽粒灌浆及品质特性的影响

方辉，范贵强，高永红，周安定，吴新元，张永强，芦静，黄天荣

(新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】新疆南疆可耕地面积有限，大多数小麦与果树间作，而随着果树的生长，其枝叶伸展会对小麦形成严重遮蔽，对小麦产量造成影响，如何在有限耕地面积上，提高小麦产量，保证农民收入水平的持续提高，是当前和未来一段时间南疆经济社会发展面临的现实而严峻的问题[1]。【前人研究进展】小麦是喜光作物，具有较高的光饱和点，其全生育期都需要充足的光照，若在生长过程中遇到光照不足的情况，则会限制光合生产能力，使生长发育受到不同程度的影响，导致产量降低[2]。大量的研究表明，小麦籽粒品质的形成即受遗传因素控制，也受生态因子、栽培措施的影响[3]。在灌浆期光照强度减少时，小麦的结实率、千粒重普遍下降[4]。张吉旺等[5]认为遮荫时期对玉米籽粒的影响显著大于遮荫程度的影响。任万军等[6]研究表明，弱光胁迫下，水稻籽粒灌浆及充实不良导致碾米品质与外观品质变劣。郭翠花等[7]报道了弱光在一定程度上提高了小麦面筋、谷蛋白、醇溶蛋白等含量和面团延展性、形成时间、稳定时间及吸水率等面团流变学特性。李文阳等[8]结果表明，花后不同阶段弱光显著降低成熟期籽粒淀粉积累量，但提高了籽粒直链淀粉含量。贺明荣等[9]研究表明，在遮荫条件下，小麦旗叶光合速率下降，籽粒灌浆速率和千粒重均下降。【本研究切入点】目前国内外对小麦品种的耐阴性研究较少，新疆南疆地区特有的“果麦间作”模式，对小麦品种的耐阴性要求较高，而关于弱光对小麦品质的影响研究较少。通过人工模拟遮阴处理，研究不同小麦品种在弱光和自然光下的籽粒灌浆及品质特性变化规律。【拟解决的关键问题】比较不同冬小麦品种在遮阴和自然光下的籽粒灌浆和产量差异，研究不同冬小麦品种在弱光下的生产潜力，结合各品种的品质特性，分析遮阴对冬小麦品质特性的影响，形成耐阴小麦品种选育方法，辅助选育出适合南疆“果麦间作”模式的冬小麦新品种，提高遮阴条件下的小麦产量。

1 材料与方法

1.1 材 料

参试材料为新疆农业科学院粮食作物研究所4个自育冬小麦品种：新冬20号、新冬40号、新冬57号和新冬60号。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

2016年田间试验在新疆小麦育种家泽普基地进行，采用双因素裂区试验设计，主区设置为自然光(S0)和50%遮阴处理(S1)两个处理，以不同冬小麦品种设置为副区，共设置4个冬小麦品种，各试验材料采用人工播种，3个重复，每个小区种植面积为2×3=6 (m2)，行距20 cm，播种前施尿素150 kg/hm2，磷酸二铵 375 kg/hm2，全生育期灌水 7 次，灌水方式为大田漫灌，当冬小麦处于拔节期时搭建遮光率为50%的遮阴网，大田自然光和遮阴处理田间管理水平一致。

1.2.2 测定项目1.2.2.1 籽粒灌浆动态

每个品种开花期分别选取在同一天开花的株高、穗部大小基本一致的200个植株挂牌标记，自开花至成熟期每隔5 d取标记穗20个，每穗从中部小穗摘下连续的10个籽粒，放置于烘箱中85℃ 烘至恒量，用精度为万分之一的精量天平称量并折算成千粒重。

1.2.2.2 测产与考种

在小麦成熟期时，分别在每个小区选取10株植株，用于室内考种，待籽粒完全成熟后对各小区进行实收测产，并测定千粒重和容重。

1.2.2.3 品质特性

从不同品种、不同处理收获的小麦籽粒中各选取3 kg，自然晾干后将籽粒样品拿回品质实验室，使用德国 Brabender公司的Quandrmat Junior磨粉机按照 AACC 26-50 标准磨制面粉．将面粉在室温条件下存放 1 周后进行品质测定。蛋白质含量用瑞典波通公司生产的7250型近红外分析仪，按AACC 39-10方法测定；湿面筋含量采用GB/T 5506.2-2008标准，使用瑞典Perten2200型面筋仪测定；沉降值采用GB/T 15685-2011标准，使用德国Brabender公司专用设备测定．面团流变学特性采用GB /T 14614-2006 标准，用德国Brabender公司的810110电子型粉质仪测定面团形成时间、面团稳定时间及吸水率。拉伸参数采用GB /T 14614-2006标准，使用德国Brabender公司的 860033．002电子型拉伸仪测定。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0和Excel 2010软件进行处理数据和统计分析。

2 结果与分析

2.1 遮阴和自然光处理下不同小麦品种的籽粒灌浆动态变化规律

研究表明，在自然光和遮阴处理下不同冬小麦千粒重变化规律基本呈现“S”型变化趋势，表现为在花后籽粒干重持续增长，灌浆前期快速增长，灌浆后期趋于平缓。自然光下表现为：新冬57号>新冬60号>新冬40号>新冬20号，遮阴处理下表现为：新冬57号>新冬60号>新冬40号>新冬20号，与自然光下变化规律一致，遮阴处理后新冬57号在整个灌浆期的籽粒灌浆均高于其他品种。 图1

图1 不同冬小麦品种在遮阴和自然光下千粒重动态变化
Fig.1 Dynamic variation diagram of 1000-grain weight for different winter wheat varieties under the shading and natural light

2.2 遮阴对不同品种冬小麦产量及其构成因素的影响

研究表明，经过遮阴弱光胁迫后，参试品种在遮阴条件下的产量三要素和产量均低于自然光对照条件下的对应品种，经过遮阴处理后，各品种的穗粒数、千粒重和产量均呈现出新冬40号>新冬60号>新冬57号>新冬20号的规律，收获穗数呈现新冬40号>新冬60号>新冬20号>新冬57号的趋势。表1

表1 遮阴下不同品种冬小麦产量及其构成因素变化
Table 1 The influence of shading on the yield and its constituent factors of different winter wheat varieties

处理Treatments品种Variety收获穗数Spike number(104/hm2)穗粒数Grains per spike千粒重Thousand-grain weight(g)产量Yield(kg/hm2)自然光Natural light新冬20号738.89b41.35c44.54b7 725c新冬40号745.97a57.10a47.12b7 550c新冬57号658.18d42.30c54.38a8 675a新冬60号694.22c52.43b46.02b8 125b遮阴Shading新冬20号661.22b31.20c35.16c3 300c新冬40号719.09a39.30a42.86a4 825a新冬57号647.80b33.10b40.28b4 275b新冬60号673.48b35.70b40.60b4 650a

注： 同列数据后有相同字母的表示品种之间无显著性差异，不同字母表示有显著性差异(P<0. 05)，下同

Note： Data within the same column followed by the same letter showed that there was no significant difference between the varieties and the different letters showed that there was significant difference (P< 0. 05) ，the same as below

2.3 遮阴对不同小麦品种品质差异比较

2.3.1 遮阴对不同冬小麦品种籽粒品质的影响

经过遮阴处理后，所有参试品种的蛋白质含量、湿面筋和沉降值均高于自然光对照，容重则普遍低于自然光对照，而在遮阴处理条件下，蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值均表现为：新冬20号>新冬57号>新冬40号>新冬60号，表明遮阴对不同冬小麦品种的籽粒品质都有不同程度的影响。表2

表2 遮阴下不同品种冬小麦籽粒品质变化
Table 2 The influence of shading on the quality of grain in different winter wheat varieties

处理Treatments品种Variety容重Grain test weight(g/L)蛋白质含量Protein content(%)湿面筋Wet gluten content(%)沉降值Sedimentation volume(mL)自然光Natural light新冬20号816.14a13.34a36.89a28.34a新冬40号814.48a13.88a31.78b26.05b新冬57号808.34a12.51b32.36b22.11c新冬60号797.80a12.90b27.27c19.03d遮阴Shading新冬20号783.09a16.35a42.80a34.49a新冬40号773.13a16.12a37.74b32.35b新冬57号764.21a16.15a42.28a33.54ab新冬60号787.76a14.61b34.54c26.54c

2.3.2 遮阴对不同冬小麦品种面团流变学特性的影响

研究表明，遮阴对冬小麦面团流变学特性有不同程度的影响。所有参试材料的形成时间和稳定时间在遮阴处理后均高于自然光对照，其中新冬60号的形成时间增加幅度最大，为59.10%，而新冬57号在遮阴处理下的形成时间最长，为5.4 min。新冬57号的稳定时间增加幅度最大，为123.53%，而新冬60号在遮阴下的稳定时间最长，达到了11.6 min。遮阴处理后各冬小麦品种的面团吸水率互有增减，但是变化幅度不大。遮阴处理下各小麦品种的弱化度均比自然光对照下的小，其中新冬57号的变化最为显著，减少了102.27%，新冬40号在遮阴下的弱化度最大，为106FU。表3

表3 遮阴下不同冬小麦品种面团流变学特性变化
Table 3 The influence of shading on dough rheological characteristics of different winter wheat varieties

处理Treatments品种Variety形成时间Development time(min)稳定时间Stability time(min)吸水率Water absorption(%)弱化度Softening degree(FU)自然光Natural light新冬20号3.0b2.8c63.2a69c新冬40号1.9d1.2d58.3b148a新冬57号3.5a3.4b64.7a89b新冬60号2.2c6.9a55.0c50d遮阴Shading新冬20号4.2b4.6c60.5b62b新冬40号2.7d2.2d58.9b106a新冬57号5.4a7.6b65.0a44d新冬60号3.5c11.6a54.7c54c

2.3.3 遮阴对不同冬小麦品种面团拉伸特性的影响

研究表明，不同冬小麦品种最大拉伸阻力、拉伸阻力、延伸度、面团拉伸面积、拉伸比例和最大拉伸比例各品种之间的极差分别为377.7、208、62.9、72.5、1.35和2.31，遮阴对不同冬小麦品种的拉伸特性存在一定的影响。新冬60号在遮阴水品下的最大拉伸阻力、拉伸阻力、拉伸面积、拉伸比例和最大拉伸比例均高于其他品种，说明该品种的拉伸特性对弱光有着较高的响应。表4

表4 遮阴下不同冬小麦品种面团拉伸特性变化
Table 4 The influence of shading on dough extensograph characteristics of different winter wheat varieties

处理Treatments品种Variety最大拉伸阻力Maximum tensile resistance (BU)拉伸阻力Tensile resistance (BU)延伸度Extension(mm)拉伸面积Extensible area ( cm2 )拉伸比例Extension ratio最大拉伸比例Maximum extension ratio自然光Natural light新冬20号158.60c134.50c187.5a42.1c0.72c0.85c新冬40号132.20d120.50d192.5a38.9d0.63d0.69d新冬57号178.80b150.00b192.0a48.4b0.78b0.93b新冬60号436.00a300.00a162.9b90.3a1.85a2.68a遮阴Shading新冬20号293.60b217.00b214.8b88.3b1.01b1.37b新冬40号191.00c160.00c242.1a65.6c0.66c0.79c新冬57号144.80d131.50d238.0a51.6d0.55d0.61d新冬60号522.50a339.50a179.2c124.1a1.90a2.92a

3 讨 论

小麦作为喜光作物，遮阴造成的光照强度减弱，显著影响小麦光合作用、生长发育和产量。贺明荣等[9]研究发现，在弱光条件下, 某些品种(系) 千粒重降低很多，而另一些品种(系) 降幅很小。很有可能是某些品种自身可以通过某种反应机制来调节弱光对粒重及灌浆的影响，从而使品种保持较高的灌浆水平。研究表明，在弱光处理后四个品种的千粒重较自然光对照降低显著，与前人研究结果一致。

有研究发现，在灌浆初期和中期，遮阴不利于小麦籽粒灌浆，但在灌浆中后期，籽粒灌浆对粒重的贡献率较高[10,11]。研究表明，在小麦灌浆前期，千粒重增加缓慢，在灌浆后期，千粒重变化较大，此结果与前人研究结果一致。弱光胁迫后，光合产物形成收到了严重的抑制，光合同化物不能够满足灌浆需求，最终导致小麦的产量、粒重及容重均出现下降[12-14]、结实粒数减少[15]。试验结果显示，遮阴处理后各品种的千粒重为35.16～42.86 g，产量为3 300～4 825 kg/hm2，均低于其自然光对照(千粒重44.54～54.38 g，产量7 725～8 675 kg/hm2)，每个参试品种的产量、千粒重和容重均低于自然光对照，与前人研究结果一致。大量研究结果表明，光照强度下降有利于小麦籽粒蛋白质含量提高[16-18]。试验结果表明，四个参试品种的蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值均低于相对应的自然光对照品种，与前人研究结果一致。

在长期弱光条件下，小麦籽粒蛋白质含量提高，醇溶蛋白、麦谷蛋白、麦谷蛋白大聚合体和高分子量谷蛋白亚基含量显著增加，引起湿面筋含量、沉淀值、面团形成时间和稳定时间的提高，面团弱化度的降低[19]。研究表明，在遮阴弱光胁迫后，各品种的籽粒形成时间、稳定时间显著高于相对应的自然光对照品种，而面团弱化度明显低于自然光下相对应的品种，研究结果与前人研究结果一致。遮阴弱光胁迫对参试品种的面团拉伸特性有一定的影响，其中新冬20号，新冬40号和新冬60号在遮阴处理后的拉伸值和延伸度等都高于其自然光对照下的响应品种，而新冬57号的拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比例和最大拉伸比例均低于自然对照，说明此品种的拉伸特性受遮阴的影响较大。

遮阴处理在一定程度上降低了不同小麦品种的灌浆水平，同时也提高了冬小麦几个品质性状水平，其中新冬60号在遮阴处理后品质性状变化最明显，但是冬小麦的籽粒发育和营养物质的积累是一个较为复杂的生物学过程，是很多因素共同作用的结果，要阐明遮阴对小麦品质特性产生影响的详细作用机理，还需要更深入的研究。

4 结 论

4.1 遮阴处理后各品种的灌浆特性表现为在花后籽粒干重持续增长，灌浆中期快速增长，灌浆后期趋于平缓。其中千粒重变化规律为：新冬57号>新冬60号>新冬40号>新冬20号，新冬57号的籽粒灌浆水平在自然光和遮阴处理下均高于其他参试品种。

4.2 从产量构成因素看，遮阴处理后各品种的产量三要素和小区产量均低于自然光对照，遮阴处理后穗粒数、千粒重和小区产量均表现为 新冬40号>新冬60号>新冬57号>新冬20号，收获穗数呈现出新冬40号>新冬60号>新冬20号>新冬57号的趋势。

4.3 遮阴处理后各品种的容重、吸水率和弱化度低于自然光对照，而各冬小麦品种的蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、形成时间、稳定时间和面团拉伸特性等数值在遮阴处理后都高于自然光对照；遮阴处理后新冬20号的籽粒品质性状显著高于其他品种，新冬60号的稳定时间(11.6 min)和面团拉伸特性都显著高于其他品种。