三个优质小麦品种品质稳定性分析

郭 军 李豪圣 刘建军 刘爱峰 武智民 刘 成 曹新有 程敦公 赵振东 宋健民

(山东省农业科学院作物研究所；小麦玉米国家工程实验室；农业部黄淮北部小麦生物学与遗传育种重点实验室1，济南 250100)(山东省种子管理总站2，济南 250100)

小麦品质决定小麦的最终用途，但是不同年份、不同地区间的小麦品质不尽相同。因此，研究不同环境、不同年份小麦品质变化规律，对于优质小麦品种培育与筛选及小麦安全生产具有重要意义。

小麦品质包括形态品质(如籽粒整齐度、粒色和胚乳质地)、营养品质(如蛋白质、氨基酸和淀粉组成及含量)和加工品质(如出粉率、面团品质和烘烤品质)。根据加工品质的不同，又可将其进一步分为强筋小麦、中强筋小麦、中筋小麦和弱筋小麦。一般来说，强筋和中强筋小麦适合制作面包面条，中筋小麦适合制作面条，而弱筋小麦适合制作饼干和糕点[1-3]。这是因为小麦品质不仅受淀粉和蛋白质含量及组成(基因型)的影响，而且易受环境条件的影响[4-7]。基因型(品种)和环境的互作效应在同一品种不同环境下是不同的[1, 25]，其中蛋白质含量、形成时间的环境影响大于基因型影响，而沉降值、硬度、稳定时间、延伸性和拉伸面积的基因型作用大于环境作用[26]。目前，山东省种植的优质面包小麦品种为济南17和师栾02-1、种植面积最大的小麦品种为济麦22。其中，截止到2018年，济麦22已连续九年成为我国种植面积最大的小麦品种。然而，目前缺乏这3个优质小麦品种品质与环境互作的研究。因此，探讨济南17、师栾02-1和济麦22优质小麦品种在不同地区和年份间品质变化规律，对于指导小麦品质遗传改良和小麦安全生产具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 实验数据获取

本研究所用到的数据均从农业农村部谷物品质监督检验测试中心(http://www.cereals.net.cn/)网站下载，下载数据按不同小麦品种(济麦22、济南17和师栾02-1)和不同麦区(华北麦区、黄淮北片和黄淮南片)进行分类处理。其中济麦22品质相关数据包括3个麦区2009年至2016年测试数据，济南17品质相关数据包括黄淮北片和黄淮南片2006年至2016年测试数据，师栾02-1品质相关数据包括华北麦区和黄淮北片2006—2015年测试数据。具体取样地点详见中国小麦质量报告2006—2016年(http://www.cereals.net.cn/?pinzhong/oneid/223.html)。

1.2 数据分析

利用Microsoft Excel 2010对同一品种不同地区间及同一地区不同品种间品质指标变化进行T检验分析；利用Image GP、R程序和Photoshop CS 4.0软件对品种品质指标分别进行进行绘图、聚类分析和图片处理。

2 结果与分析

2.1 3个优质小麦品种品质指标变化规律

从表1可以看出，对于济麦22而言，除沉淀指数、湿面筋含量和吸水率外，其他各项品质指标在华北麦区、黄淮北片麦区和黄淮南片麦区间均不存在明显差异(P>0.05)；沉淀指数、湿面筋含量和吸水率均表现为华北麦区<黄淮南片麦区=黄淮北片麦区。济南17和师栾02-1仅有两个麦区的品质指标数据，前者容重表现为黄淮北片麦区>黄淮南片麦区，其他各项品质指标在黄淮北片和黄淮南片间均不存在明显差异(P<0.05)；后者最大抗延阻力华北麦区>黄淮北片麦区，其他各项品质指标在华北麦区和黄淮北片间均不存在明显差异(P<0.05)。

2.2 三个优质小麦品种品质比较分析

如图1可以看出，除出粉率和湿面筋含量2个品质指标外，其他各项品质指标在济麦22、济南17 和师栾02-1间均存在明显差异(P<0.05)。根据T检验结果，可以将品质指标分为三类：第一类指标，品种间品质指标在三个地区间均不存在明显差异，包括出粉率和湿面筋含量；第二类指标，品种间品质指标在一个或两个地区间存在明显差异，包括容重、吸水率、延伸性和籽粒硬度；第三类指标，品种间品质指标每个地区均存在明显差异，包括沉淀指数、籽粒粗蛋白含量、拉伸面积、面包体积、面筋指数、最大抗延阻力、稳定时间和形成时间。

2.3 品质指标聚类分析

根据品质相关指标数据，利用R程序进行聚类分析，结果如图2所示，品质指标可以分为3类：第1类包括容重，第2类包括籽粒蛋白质含量、最大抗延阻力和面包体积，第3类包括籽粒硬度、吸水率、出粉率、稳定时间、形成时间、沉淀指数、湿面筋含量、拉伸面积和延伸性。

表1 三个优质小麦品质各项品质指标在不同麦区的平均值

注：不同字母代表同一品种在不同地区间品质指标存在明显差异(P<0.05)。

注：*为同一地区不同品种间品质指标存在显著性差异(P<0.05)。图1 不同麦区不同优质小麦品种品质指标比较分析

2.4 品质稳定性分析

本研究分析了小麦品质济麦22的面条评分与各品质指标的多元回归关系(3个地区，21组数据)，回归方程为y(面条评分)=47.86-0.50×x1(籽粒硬度)-0.04×x2(面筋指数)+0.25×x3(容重)-0.18×x4(粗蛋白含量)+0.52×x5(出粉率)+0.05×x6(沉淀指数)-0.43×x7(湿面筋含量)-1.85×x8(吸水率)+2.42×x9(形成时间)+1.82×x10(稳定时间)+1.25×x11(拉伸面积)-0.33×x12(延伸性)-0.29×x13(最大抗延阻力)。各因子回归系数检验分析表明，不同年份和不同地区间，吸水率和最大抗延阻力与济麦22面条评分呈显著负相关关系(P<0.05)，说明这两个指标稳定性较差。

另外，本研究分析了济南17和师栾02-1的面包评分或面包体积与各品质指标的多元回归关系(2个地区，16组数据)，对于面包小麦济南17，其回归方程分别为y11(面包评分)= -712.81-0.19×x11(容重)+13.25×x12(粗蛋白含量)+1.83×x13(出粉率)-3.33×x14(沉淀指数)+5.03×x15(湿面筋含量)+3.90×x16(吸水率)-16.89×x17(形成时间)-3.70×x18(稳定时间)-5.19×x19(拉伸面积)+2.40×x110(延伸性)+1.21×x111(最大抗延阻力)，各因子回归系数检验分析表明，各品质指标与其面包评分无显著差异关系(P<0.05)，说明济南17面包品质稳定性好。y12(面包体积)=-5 911.85-2.48×x11(容重)+137.25×x12(粗蛋白含量)+13.79×x13(出粉率)-17.41×x14(沉淀指数)+22.74×x15(湿面筋含量)+35.75×x16(吸水率)-99.79×x17(形成时间)-8.620×x18(稳定时间)-38.49×x19(拉伸面积)+22.15×x110(延伸性)+8.71×x111(最大抗延阻力)。各因子回归系数检验分析表明，形成时间和拉伸面积与济南17面包体积呈显著负相关显著，最大抗延阻力与济南17面包体积呈显著正相关显著(P<0.05)，说明这3个品质指标稳定性较差。

对于师栾02-1而言(2个地区，17组数据)，面包评分与各品质指标回归方程为y21(面包评分)= -273.27-0.03×x21(容重)+16.24×x22(粗蛋白含量)-2.30×x23(出粉率)-0.10×x24(沉淀指数)-3.16×x25(湿面筋含量)+3.85×x26(吸水率)+0.24×x27(形成时间)+0.15×x28(稳定时间)-1.15×x29(拉伸面积)+x210(延伸性)+0.23×x211(最大抗延阻力)，面包体积与各品质指标回归方程为y22(面包体积)=-3027.64+0.74×x21(容重)+117.49×x22(粗蛋白含量)-14.78×x23(出粉率)+2.21×x24(沉淀指数)-18.88×x2(湿面筋含量)5+27.82×x26(吸水率)+1.45×x27(形成时间)+0.62×x28(稳定时间)-8.57×x29(拉伸面积)+7.43×x210(延伸性)+1.85×x211(最大抗延阻力)，各因子回归系数检验分析表明，各品质指标与其面包评分或面包体积均无显著差异关系(P<0.05)，说明师栾02-1面包品质稳定性最好。

3 讨论

小麦加工品质不仅受基因型影响，而且受环境条件影响[4-7]。本研究通过对济麦22品质相关数据(2009年至2016年测试数据)、济南17品质相关数据(黄淮北片和黄淮南片2006年至2016年测试数据)，师栾02-1品质相关数据(华北麦区和黄淮北片2006年至2015年测试数据)进行分析表明，不同年份、不同地区间，这3个品种的品质指标总体上变化不大(如表1)，说明这3个品种适应性较广。另外，本研究比较了此3个品种间品质指标的差异性，T检验分析表明，不同类型间(面条小麦济麦22、面包小麦济南17和师栾02-1)品质指标存在明显差异，如沉淀指数、籽粒粗蛋白含量和拉伸面积等；同一类型间(济南17和师栾02-1)品质指标也存在明显差异，如济南17和师栾02-1的平均拉伸面积分别为100 cm2和和182.4 cm2；平均最大抗延阻力分别为488.5 E.U和860.4 E.U；平均吸水率分别为64.4%和58.3%，这些结果说明控制面条品质和面包品质的基因不同，并且济南17和师栾02-1间控制品质的基因可能存在较大差异。因此，今后应加大对这两个品种的遗传解析，挖掘控制面粉吸水率、面团最大抗延阻力等性状的基因位点；同时，对济麦22产量性状基因进行遗传解析。目前，本课题组已构建了相关的研究群体(济麦22 × 济南17、济麦22 × 师栾02-1)，对控制济南17和师栾02-1的品质相关基因进行定位分析，以期为高吸水率和高最大抗延阻力超高产强筋小麦新品种培育提供参考。

小麦加工品质是由蛋白质和淀粉共同决定[8-12]。控制籽粒蛋白质含量的基因位于小麦1A、1B、2A、2B、2DL、3A、3D、4A、4D、5B、6A、6B、7A、7B和7D等染色体上[13-15]，说明小麦籽粒蛋白质含量是受多基因控制的数量性状位点。控制淀粉含量的基因是Wx和SSIIa等基因，位于小麦7AS、4A、7DS、2A等染色体上[16-17]。近年来的研究表明，源于二粒小麦6B染色体上的位点GPC-6B1可显著提高小麦籽粒蛋白质含量和微量元素铁、锌等含量，与其紧密连锁的分子标记为Xucm108[18]。目前，该位点已通过分子标记辅助选择导入推广品种，如HUW468，构建了GPC-6B1近等基因系，结果分析表明该位点可显著降低籽粒千粒重，但是对产量没有影响；品质分析表明，GPC-6B1可以提高六倍体小麦籽粒蛋白质含量、吸水率、揉混时间和面包体积[19-21]。此外，GPC-6B1位点与成株抗条锈病基因Yr36紧密连锁[22]，但是目前我国审定小麦品种均不含该基因[23-24]，今后应加大该基因的利用度，培育更多含有该基因的富铁锌抗病面包小麦新品种。

4 结论

小麦加工品质不仅受基因型影响，而且受环境条件影响。济南17和师栾02-1是山东省种植面积最大的面包小麦品种，济麦22是山东省种植面积最大的面条小麦品种。研究其在不同地区和年份间品质变化规律，对于指导小麦生产具有重要意义。不同年份、不同地区间，3个品种的品质指标总体上变化不大，说明这3个品种适应性较广。另外，本研究发现，不同类型间(面条小麦济麦22、面包小麦济南17和师栾02-1)品质指标存在明显差异，如沉淀指数和拉伸面积等；同一类型间(济南17和师栾02-1)品质指标也存在明显差异，如平均最大抗延阻力分别为488.5 E.U和860.4 E.U；平均吸水率分别为64.4%和58.3%，这些结果说明控制面条品质和面包品质的基因不同，且济南17和师栾02-1间控制面包品质的基因存在较大差异。