伴生麦与普通小麦的形态、产量和品质性状差异分析

苏旺苍，袁明月，孙兰兰，徐洪乐，鲁传涛，薛 飞，吴仁海

(河南省农业科学院 植物保护研究所，河南省农作物病虫害防治重点实验室，河南 郑州 450002)

小麦是我国最主要的粮食作物之一，在农业生产中占有极其重要的地位，其品质状况好坏直接影响着全国商品小麦的品质。如何全面提高小麦品质，育种起着关键作用。但在小麦良种繁育过程中，均有不同程度的杂麦混入，并且日趋严重[1]。这些混杂了杂麦的小麦田，在小麦抽穗后，会出现高矮不齐的“二层楼”现象，高的杂麦基本表现为茎秆细软、叶片窄长、分蘖性强、根系发达、籽粒小而千粒质量低。它的混入会与普通栽培小麦竞争光、水、肥，不仅影响大田的整体景观，还易引起小麦倒伏，造成大田整体产量降低[2]。傅兆麟[3]将这种杂麦定义为伴生栽培小麦。樊翠芹等[4]在研究伴生栽培小麦生物学和遗传学特性时也证明伴生栽培小麦植株高，分蘖数多且成穗率高，但千粒质量低。

截至目前，有关伴生麦品质的研究较少。孙丽娜等[2]虽然进行过相应研究，但未对环境因素进行分析。伴生麦的品质主要是指其籽粒品质，普通小麦籽粒品质的评价指标主要是蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值等[5-6]。已有研究发现，土壤中的水分含量及施氮量对普通小麦籽粒中的淀粉及面粉品质有较大影响[7]。在冬小麦的节水栽培研究中，不同水分及氮含量处理会改变普通小麦的耗水特性及产量，同时，氮含量的变化也因土壤中水分含量的不同而有所差异[8-9]。有效合理地增施氮肥有利于提高普通小麦的穗粒数，在同时进行水分及施氮处理后，普通小麦产量相关因素(穗数、穗粒数、千粒质量和籽粒产量)及普通小麦籽粒品质指标(籽粒容量、蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值)都发生了变化[10-11]。以上研究表明，土壤环境是限制普通小麦产量及品质的重要因素。然而，不同水氮处理对伴生麦的形态学、产量相关因素及籽粒品质的研究仍无详细报道。

为了更系统地了解伴生麦和普通小麦品质性状上的差异以及不同水氮处理对普通小麦和伴生麦形态学和籽粒品质的差异，笔者在前期大量试验的基础上筛选出3个伴生麦品种和1个普通栽培小麦品种作为试验材料，在正常水、渍水、不施氮(N0)、正常施氮(225 kg/hm2，即N225)和过量施氮(300 kg/hm2，即N300)等处理条件下对普通小麦及伴生麦的产量及品质相关因素进行了研究，以期对伴生麦的开发利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料与处理

于2015-2016年基于典型的生物学特性基础，筛选出普通小麦百农矮抗58(W0，稳定、高产，适合大面积种植的品种)和3个伴生麦品种(W14、W15、W18)。伴生麦品种W14、W15取自河南省民权县小麦田，W18取自河南省浚县小麦田。

试验于2017，2018年在河南省农业科学院原阳基地进行，土壤质地为潮土，有机质含量5.5 g/kg，pH值8.4，地势均匀。试验田采用裂区试验设计，主区为水分处理(正常水分和渍水)，渍水区处理是在小麦抽穗期、开花期、灌浆期3个阶段大水漫灌3 d，水位到达小麦根部3 cm以上；副区为施氮肥量，包括追肥和基肥施用量，设置为不施氮(N0)、正常施氮(225 kg/hm2，即N225)和过量施氮(300 kg/hm2，即N300)3个水平。其中，基肥于播种前结合耕翻整地施入，将氮肥总量的60%进行基施，40%在小麦拔节期进行追施。播种普通小麦和伴生麦的行距分别为0.15，0.20 m。每个品种重复3次。施用基肥时，除氮肥外，磷肥(过磷酸钙)和钾肥(氯化钾)的施用量为200 kg/hm2，田间管理一致。

1.2 调查项目和方法

普通小麦和伴生麦成熟时于不同处理的每个重复中随机选取10个有代表性的单株，风干后室内考种。

小麦和伴生麦籽粒品质分析：水分含量(%)依据GB/T 5497-1985测定，蛋白质含量(%)依据GB/T 5511-2008测定，容重(g/L)依据GB/T 5498-2013测定，湿面筋含量(%)依据GB/T 5506.2-2008测定，降落值(s)依据GB/T 10361-2008测定，吸水量(mL/kg)、形成时间(min)、稳定时间(min)、弱化度(FU)均依据GB/T 14614-2006测定，出粉率(%)依据NY/T 1094.1-2006测定，硬度(HI)依据GB/T 21304-2007测定，沉淀指数(mL)依据GB/T 15685-2011测定，拉伸能量(cm2)、恒定变形拉伸阻力(EU)、延伸度(mm)和最大拉伸阻力(EU)均依据GB/T 14615-2006测定。

1.3 数据处理与统计

采用SPSS 19.5对不同氮素水平与水分条件下伴生麦与普通小麦形态指标(株高、穗长、分蘖数、穗粒数、千粒质量、茎粗和产量)进行Duncan′s新复极差法进行差异性分析。使用R 3.6.2(https：//cloud.r-project.org/)对不同年份和品种在不同氮素水平与水分条件下对伴生麦与普通小麦籽粒各品质(16个指标)的影响进行混合线性模型(Linear mixed model)分析。模型采用Satterthwaite法进行检测，将试验重复(Repeat)作为随机变量，将品种(Variety)、氮素(Nitrogen)、水分(Water)、年份(Year)作为固定变量，对固定变量包括品种、氮素、水分、年份、固定变量之间的交互作用，即品种与氮素的交互(Variety×Nitrogen)、品种与水分的交互(Variety×Water)、氮素与水分的交互(Nitrogen×Water)及品种氮素水分三者之间的交互(Variety×Nitrogen×Water)对因变量伴生麦与普通小麦籽粒各品质(16个指标)的影响采用F测验，如P值小于0.05，则代表在模型中该自变量显著影响籽粒的品质，大于0.05则代表在模型中该自变量对籽粒的品质影响不显著。

2 结果与分析

2.1 水氮处理对普通小麦及伴生麦的形态及产量相关因素的影响

由表1可见，在正常水和正常施氮条件下，3个伴生麦的株高是普通小麦株高的1.5～2.4倍；分蘖数与普通小麦相比显著提高；茎粗是普通小麦的1/2左右，因此在田间极易区分。伴生麦W18与普通小麦的穗长无显著差异，但W14和W15的穗长显著小于普通小麦。3个伴生麦的千粒质量及产量均显著低于普通小麦，其中3个伴生麦的产量不足普通小麦的1/2。

表1表明，在土壤水分含量正常的情况下，N0、N225、N300处理下普通小麦及伴生麦的株高、分蘖数及茎粗无显著差异。与N225处理相比，N0和N300处理普通小麦及伴生麦的穗长短0.100～0.525 cm，千粒质量减少0.300～1.275 g，表明不施氮或者过量施氮使普通小麦及伴生麦的穗长及千粒质量减少。普通小麦及伴生麦的穗粒数随着施氮量的增加而逐渐增加，说明施氮可以有效增加普通小麦的穗粒数。N225、N300处理下普通小麦及伴生麦的产量分别较N0处理增加9.62%～21.37%，3.16%～10.95%，施氮是增加普通小麦产量的重要因素。

表1 正常水分处理下不同氮处理对普通小麦与伴生麦的影响Tab.1 Effects of different nitrogen treatments on common wheat and volunteer wheat under normal water treatment

在渍水条件下(表2)，与N225处理相比，N0和N300处理普通小麦及伴生麦的株高、分蘖数及茎粗总体总体上无显著差异，但穗长和千粒质量均有所减少；与N0处理相比，N225和N300处理均有效提高普通小麦及伴生麦的穗粒数与产量。因此，施用氮肥主要通过提高普通小麦穗粒数提高产量。

在正常施氮条件下对水分处理因素进行分析发现，正常水分处理与渍水处理相比，3个伴生麦和1个普通小麦的株高、穗长、穗粒数和分蘖数均变化不大，但正常水分处理下普通小麦和伴生麦的千粒质量、茎粗及产量均略微升高，说明在该试验区，土壤水分含量对普通小麦及伴生麦形态及产量的影响较小，正常施氮对于普通小麦产量提高至关重要。

2.2 普通小麦及伴生麦的主要品质性状的分析

2.2.1 正常水氮处理下普通小麦与伴生麦的主要品质性状的差异 普通小麦品质直接影响着面粉加工产品的质量和经济效益[12-14]。在正常水分和正常施氮(N225)条件下，对普通小麦品种W0和伴生麦品种W14、W15和W18的品质特性进行分析，结果(图1-4)显示，伴生麦的容重、降落值、形成时间、稳定时间、出粉率、硬度、拉伸能量、恒定变形拉伸阻力和最大拉伸阻力均低于普通小麦，其中普通小麦的稳定时间、拉伸能量、恒定变形拉伸阻力和最大拉伸阻力分别比伴生麦高60.0%,53.5%,55.0%,60.0%，说明伴生麦的籽粒较轻、不饱满、出粉率低，面团弹性、韧性和强度均较差，这是伴生麦的劣势，但伴生麦的水分含量、蛋白质含量、湿面筋含量、吸水量，弱化度和延伸度均高于普通小麦，分别提高4.9%，7.8%，13.8%，1.3%，34.7%，10.8%。

对于品种这一因素进行数据分析表明(表3)，普通小麦和伴生麦不同品种间的品质指标具有显著差异。同时分别对2018年及2019年收获的普通小麦及伴生麦的种子在正常水氮处理下进行品质测定，结果发现，普通小麦和伴生麦不同年份的品质指标无显著差异，品质性状较稳定。

表2 渍水处理下不同氮处理对普通小麦与伴生麦的影响Tab.2 Effects of different nitrogen treatments on common wheat and volunteer wheat under waterlogging treatment

表3 不同因素处理对普通小麦及伴生麦籽粒品质指标的影响Tab.3 Effects of different factors on grain quality indexes of common wheat and associated wheat

2.2.2 正常水分和渍水处理对普通小麦及伴生麦的主要品质性状的影响 图1-4表明，在正常施氮(N225)的条件下，正常水分下普通小麦及伴生麦籽粒的蛋白质含量、湿面筋含量、吸水量、延伸度、容重、形成时间、稳定时间、出粉率、硬度、拉伸能量、恒定变形拉伸阻力和最大拉伸阻力比渍水处理均有所升高。其中，正常水分下普通小麦品种W0的蛋白质含量为133.6 g/kg，渍水处理下为122.6 g/kg；伴生麦品种W14、W15和W18在正常水分下的蛋白质含量为144.9，135.7，136.8 g/kg，渍水处理下分别为131.5，134.5，135.3 g/kg。N225条件下，正常水分处理普通小麦及伴生麦籽粒的水分含量、降落值和弱化度较渍水处理有所降低。通过对水分这一主效应因子分析发现，水分对普通小麦及伴生麦籽粒的主要品质具有显著影响，因此可根据面粉质量的需求来调整水分含量(表3)。

2.2.3 施氮水平对普通小麦及伴生麦的主要品质性状的影响 由图1-4可见，在正常水分处理下，普通小麦和伴生麦籽粒中的水分含量随施氮量的增加而逐渐减少，N300处理的普通小麦和伴生麦籽粒的水分含量较N0处理减少为8.70%～13.0%。普通小麦与伴生麦籽粒的蛋白质含量、湿面筋含量、吸水量、形成时间、稳定时间、出粉率、拉伸能量、恒定变形拉伸阻力、延伸度和最大拉伸阻力随着施氮量增加而增加，N0、N225和N300处理普通小麦的蛋白质含量分别为92.5，133.6，142.2 g/kg，N300处理伴生麦籽粒的蛋白质含量较N0处理增加33.0%～34.50%。N225处理普通小麦和伴生麦的容重和硬度高于N0和N300处理，其中N225处理普通小麦和伴生麦的容重较N0和N300处理增加5.9%～6.5%；但N225处理普通小麦和伴生麦的弱化度和降落值均低于N0和N300处理，其中，降落值降低4.8%～6.7%。

渍水处理中不同施氮处理普通小麦和伴生麦籽粒的主要品质与正常水分处理趋势一致，但与正常水分处理相比，渍水处理改变了不同施氮量处理普通小麦及伴生麦籽粒沉淀指数的变化趋势，N300处理增加了渍水条件下的沉淀指数。以施氮量作为主效应因子进行分析，不同施氮量处理普通小麦及伴生麦的品质具有显著差异。对水分、氮含量、品种3个因素进行交互分析，结果表明，任意两因素的交互作用及三因素的交互作用对部分籽粒品质具有显著影响，这将有助于对普通小麦及伴生麦优良品质的筛选。

3 结论与讨论

伴生麦亲缘关系与普通小麦相近，形态与普通小麦相似但具有很大差异[4，15]。本研究测定的3个伴生麦品种的株高高于普通小麦、分蘖数较多、茎粗较小，在田间极易区分，这些形态学性状导致伴生麦更易倒伏。伴生麦W14和W15的穗长均小于普通小麦，W18的穗长与普通小麦相似，但穗粒数均高于普通小麦，说明伴生麦麦穗籽粒密度较高。W14、W15和W18的千粒质量和产量与普通小麦相比均明显减少，其产量不足普通小麦1/2，这是伴生麦的劣势，但探索伴生麦在品质性状上的优势，也可为丰富小麦品质资源提供参考。通过对普通小麦及伴生麦的16个主要品质性状进行分析，结果表明，伴生麦籽粒水分含量、蛋白质含量、湿面筋含量、吸水量、弱化度和延伸度等指标均高于普通小麦，但容重、降落值、形成时间、稳定时间、出粉率、硬度、拉伸能量、恒定变形拉伸阻力和最大拉伸阻力等指标低于普通小麦，且拉伸能量、恒定变形拉伸阻力和最大拉伸阻力明显低于普通小麦，沉淀指数方面没有明显差异。按照小麦品种的品质分类[16]，3个伴生麦品种中W14在硬度、蛋白质含量、湿面筋含量、沉淀值、吸水量方面均达到强筋小麦标准，W15和W18达到中强筋小麦标准，普通小麦W0达到中筋小麦标准。

水分和氮素两因素会对小麦品质及产量造成影响，适量的土壤水分可以提高小麦产量和品质[17-18]。与渍水处理相比，正常水分条件下普通小麦和伴生麦的千粒质量、茎粗及产量均有略微升高，籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、吸水量等品质指标显著升高，但水分含量、降落值和弱化度有略微降低。有效施用氮肥对提高小麦蛋白质及籽粒品质具有重要意义。氮肥是影响小麦穗粒数形成的主要因素[19]，氮肥通过影响叶片光合作用速率影响小麦生产[20]。低施氮水平下，增加施氮量使叶片光合作用速率升高；过量施氮反而导致光合作用速率减少[21-23]，有效施用氮肥对提高小麦蛋白质及籽粒品质具有重要意义。近年来，为追求小麦高产，过量施氮现象在小麦主产区普遍存在[24]，过量施氮会降低氮肥的农学利用效率以及籽粒产量[25-26]，本研究表明，不施氮或者过量施氮会降低伴生麦及普通小麦的穗长、千粒质量和产量，与前人研究一致。普通小麦品质性状是由品种遗传特性、环境因素和栽培措施共同作用产生的复杂性状[27-28]。基因型在若干品质性状中的作用比环境更重要[29-30]，对品种这一主效应因子进行分析，小麦品种W0和伴生麦品种W14、W15和W18在品质性状上具有显著差异。氮肥中的氮素是影响小麦籽粒蛋白质含量、面筋含量和面团的吸水性等最主要的因素[31]。本研究结果表明，在正常水分下，普通小麦和伴生麦籽粒中的蛋白质含量、湿面筋含量、吸水量等品质指标随施氮量增加而增加，其中N225和N300处理下普通小麦和伴生麦籽粒的蛋白质含量、湿面筋含量和形成时间与N0处理相比明显提高，N225处理普通小麦和伴生麦籽粒的容重和硬度高于N0和N300处理，正常施氮有助于普通小麦和伴生麦籽粒品质的提高，也可根据不同面点的需求适当调节施氮量。另外，合理灌溉有助于提高冬小麦氮素积累，从而提高面团形成时间和稳定时间等加工品质[32]，本研究中，品种、水分和氮素均能影响普通小麦及伴生麦的产量和籽粒品质指标，可为选取普通小麦或伴生麦的优良品质提供参考。