黃淮麥區(qū)小麥品種（系）籽粒硬度分布及其對(duì)品質(zhì)和產(chǎn)量性狀的影響

朱保磊 陳金平 師令智 李剛 趙永濤 石守設(shè) 李宇峰 陳杰 陳建輝 尹志剛

摘要 以黃淮麥區(qū)主推品種（系）為試驗(yàn)材料，通過(guò)測(cè)定籽粒硬度的分布概況，分析其與產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀的關(guān)系，以期為小麥品質(zhì)改良提供理論支持。結(jié)果表明，黃淮麥區(qū)中硬質(zhì)麥的比例最高，為67.37%，混合型和軟質(zhì)麥的占比較低，分別為11.05%和21.58%，硬度值的分布范圍較廣，為18～85。通過(guò)分析不同硬度類(lèi)型小麥與產(chǎn)量性狀的關(guān)系可知，在產(chǎn)量和千粒重指標(biāo)上軟質(zhì)麥顯著高于混合麥和硬質(zhì)麥，而在穗粒數(shù)和單穗重指標(biāo)上不同硬度表型的材料無(wú)顯著差異，這說(shuō)明籽粒硬度主要通過(guò)關(guān)聯(lián)千粒重這一指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)量的影響;不同硬度表型與品質(zhì)參數(shù)的關(guān)系表現(xiàn)為，在和面時(shí)間和SDS-沉淀值參數(shù)上硬質(zhì)麥顯著高于混合麥和軟質(zhì)麥。該研究結(jié)果表明，籽粒硬度與產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀聯(lián)系緊密，在育種過(guò)程中可以作為重要的輔助手段應(yīng)用到小麥育種過(guò)程中。

關(guān)鍵詞 籽粒硬度;產(chǎn)量;品質(zhì);育種

中圖分類(lèi)號(hào) S512.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）10-0035-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.009

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Distribution of Wheat Varieties （Lines） Hardness in Huanghuai Wheat Region and Their Influence on Yield and Quality Characters

ZHU Bao-lei，CHEN Jin-ping，SHI Ling-zhi et al （Xinyang Academy of Agricultural Sciences， Xinyang， Henan 464000）

Abstract The main wheat varieties （lines） in Huanghuai Region were used as experimental materials.In order to provide theoretical support for wheat quality improvement， the relationship between yield traits and quality traits was analyzed.The results showed that in Huanghuai wheat region， the proportion of hard wheat was the highest （67.37%）， while the proportion of mixed type and soft wheat was low， which were 11.05% and 21.58%， respectively.The hardness value was widely distributed， ranging from 18 to 85. Through the analysis of the relationship between different hardness types of wheat and yield traits， it can be seen that soft wheat was significantly higher than mixed wheat and hard wheat in yield and 1 000-grain weight index， but there was no significant differences in grain number per spike and single spike weight index of different hardness phenotypes of materials， which indicated that grain hardness mainly affected yield through 1 000-grain weight.The relationship between different hardness phenotypes and quality parameters showed that hard wheat was significantly higher than mixed wheat and soft wheat in blending time and SDS sedimentation value parameters.The results showed that grain hardness was closely related to yield and quality traits， and could be used as an important auxiliary means in wheat breeding.

Key words Grain hardness;Yield;Quality;Breeding

在育種過(guò)程中籽粒硬度是育種家最關(guān)注的品質(zhì)性狀之一，對(duì)小麥產(chǎn)量性狀和加工品質(zhì)性狀都有重要的影響。根據(jù)小麥籽粒的胚乳質(zhì)地，普通小麥可被劃分為硬質(zhì)麥、混合麥和軟質(zhì)麥3種表型。前人研究表明，籽粒硬度主要受位于5D染色體短臂上的一對(duì)主效基因和其他染色體位點(diǎn)上的微效基因調(diào)控[1]。其中，位于Ha（Hardness）位點(diǎn)上的2個(gè)基因puroindoline a和puroindoline b控制著小麥籽粒硬度形成的分子遺傳基礎(chǔ)，任一基因發(fā)生突變都會(huì)直接導(dǎo)致小麥硬度值的增加[2]。到目前為止，普通小麥中關(guān)于puroindoline等位變異類(lèi)型已有大量的研究，在Pina中，等位變異類(lèi)型有10種;在Pinb中，等位變異類(lèi)型多達(dá)18種[3-6]。隨著分子遺傳研究的深入，3種類(lèi)puroindoline功能的基因在普通小麥種也被相繼發(fā)現(xiàn)和證實(shí)[7-9]。這些基礎(chǔ)研究為籽粒硬度的遺傳改良打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。黃淮麥區(qū)是我國(guó)

最大的小麥生產(chǎn)基地，研究該地區(qū)主推小麥品種（系）的產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀及其與籽粒硬度之間的關(guān)系為該地區(qū)的小麥育種工作提供理論參考，這對(duì)保障國(guó)家糧食安全和農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革具有十分重要的意義。關(guān)于籽粒硬度對(duì)小麥加工品質(zhì)和產(chǎn)量性狀影響的研究較豐富。趙新等[10]研究發(fā)現(xiàn)，普通小麥中具有不同puroindoline基因型的食品加工品質(zhì)和磨粉品質(zhì)存在顯著差異。Chen等[11]研究認(rèn)為，在普通小麥中Pina-D1b類(lèi)型在磨粉品質(zhì)和面制品加工中均顯著劣于Pinb-D1b類(lèi)型。桑偉等[12]研究發(fā)現(xiàn)，新疆冬、春小麥籽粒硬度與破損淀粉率呈顯著正相關(guān)，且籽粒硬度和磨粉品質(zhì)具有十分緊密的聯(lián)系。周艷華等[13]研究表明，籽粒硬度與面粉白度呈極顯著負(fù)相關(guān)，且其與出粉率和面粉灰分的相關(guān)系數(shù)受冬春麥類(lèi)型的調(diào)控。遺傳育種研究發(fā)現(xiàn)，籽粒硬度主要受基因的加性遺傳，軟質(zhì)麥的遺傳力較高，對(duì)硬度的改良要在早世代選擇最為有效。鑒于此，筆者廣泛收集在黃淮麥區(qū)曾經(jīng)和現(xiàn)在大量推廣種植的小麥品種（系）的籽粒硬度與品質(zhì)性狀和產(chǎn)量性狀的關(guān)系，旨在為黃淮麥區(qū)小麥遺傳育種提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和田間試驗(yàn) 供試材料共190份，主要為曾經(jīng)和目前在黃淮麥區(qū)主要種植的品種（系）及部分正在黃淮麥區(qū)參試新品系。全部材料于2017—2018年度分別種植于鄭州市河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)試驗(yàn)基地。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每份材料種植4行，行長(zhǎng)1.5 m，行距23 cm，按基本苗225萬(wàn)/hm2，3次重復(fù)。田間管理同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.2 產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀的測(cè)定 供試材料的籽粒硬度值采用單籽粒谷物特性測(cè)試儀（SKCS4100 Perten Instruments AB，Sweden）測(cè)定。利用近紅外（Perten DA 7200）測(cè)定蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量，Zeleny-沉降值的測(cè)定參照AACC方法中56-61A的方法和儀器進(jìn)行。SDS-沉淀值參考GB/T 15685—1995，采用1/3體積的試劑和1 g面粉測(cè)定。揉混儀參數(shù)的測(cè)定采用美國(guó)National公司的和面記錄儀（Mixograph）進(jìn)行記錄，操作步驟有改動(dòng)具體操作步驟參照Sun[14]的方法進(jìn)行。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析 采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行基本性狀的統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。采用SPSS V 17.0進(jìn)行籽粒硬度與產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀的方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小麥品種（系）籽粒硬度分布比較

試驗(yàn)材料的籽粒硬度分布情況見(jiàn)圖1。符合硬質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)小麥材料的數(shù)量最多，為128個(gè)，比例為67.37%，混合麥和軟質(zhì)麥的數(shù)量較少，分別為21和41個(gè)，比例分別為11.05%和21.58%，這說(shuō)明在黃淮麥區(qū)中硬質(zhì)類(lèi)型的小麥品種比例較大。從硬度值的大小來(lái)看，滑育麥118的硬度值最?。?8），許科168的硬度值最大（85），所有試驗(yàn)材料的硬度值在18～85，平均硬度值為59，變異系數(shù)為28.24%（表1）。由變異系數(shù)可知，籽粒硬度在黃淮麥區(qū)的差異較大，說(shuō)明該地區(qū)小麥之間存在較大的加工品質(zhì)差異。

2.2 不同小麥品種（系）產(chǎn)量性狀的比較 從該研究對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的分析可以看出（表2），供試材料穗粒數(shù)平均值為49.83個(gè)，變化范圍在30.00～74.70個(gè)，變異系數(shù)為15.52%;千粒重最低為32.19 g（中國(guó)春），最高為75.43 g（86（79）-128），平均值為50.96 g，變異系數(shù)較小，為50.96%;單穗重的平均值為2.53 g，變化范圍在1.15～3.75 g，變異系數(shù)為16.31%。從對(duì)產(chǎn)量性狀的分析可以看出，黃淮麥區(qū)小麥各產(chǎn)量指標(biāo)的變異系數(shù)差異較小，說(shuō)明該地區(qū)對(duì)小麥產(chǎn)量育種比較重視。供試材料的總體產(chǎn)量平均值為7 177.54 kg/hm2，變化范圍較大，為2 135.85～10 094.25 kg/hm2，但整體變異系數(shù)不大，為18.83%。

2.3 不同小麥品種（系）的品質(zhì)性狀比較

該研究中的品質(zhì)指標(biāo)包括品質(zhì)表型和面團(tuán)流變學(xué)特性。前人研究表明，小麥表型品質(zhì)指標(biāo)與最終加工品質(zhì)之間相關(guān)系數(shù)較小，而面團(tuán)流變學(xué)特性與最終加工品質(zhì)之間相關(guān)系數(shù)較大[15]。通過(guò)對(duì)供試材料的品質(zhì)性狀進(jìn)行分析可以看出，蛋白質(zhì)和濕面筋的變異系數(shù)較小，分別為7.32%和7.68%;而Zeleny-沉降值和SDS-沉淀值的變異系數(shù)較小，分別為15.57%和27.41%（表

3）;但是作為反映面團(tuán)流變學(xué)特性指標(biāo)的和面試間參數(shù)的變異系數(shù)較大，為42.88%，這表明在黃淮麥區(qū)育種家對(duì)小麥品質(zhì)的改良并不同步。

2.4 不同硬度表型對(duì)產(chǎn)量性狀的影響 分析不同硬度表型的試驗(yàn)材料對(duì)產(chǎn)量性狀的影響，結(jié)果顯示3種硬度表型的小麥材料在穗粒數(shù)和單穗重指標(biāo)上差異不顯著，硬質(zhì)麥的千粒重平均值為53.80 g，顯著高于軟質(zhì)麥（50.49 g）和混合麥（51.59 g）。從最終產(chǎn)量的比較結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)麥產(chǎn)量顯著高于軟質(zhì)麥和混合麥的平均產(chǎn)量（表4），這說(shuō)明籽粒硬度通過(guò)影響千粒重的方式來(lái)對(duì)最終產(chǎn)量產(chǎn)生影響。

2.5 不同硬度表型對(duì)品質(zhì)性狀的影響

3種不同硬度類(lèi)型的試驗(yàn)小麥材料對(duì)品質(zhì)性狀的影響進(jìn)行分析和比較后發(fā)現(xiàn)，在蛋白質(zhì)和濕面筋性狀上3種硬度表型的材料不存在顯著差異，說(shuō)明籽粒硬度對(duì)品質(zhì)表型的影響較小。從表5可以看出，該研究在分析籽粒硬度與乳酸保持劑的關(guān)系上存在差異，其中不同硬度表型的小麥材料在Zeleny-沉降值上表現(xiàn)為硬質(zhì)小麥材料高于軟質(zhì)和混合小麥材料，但三者之間差異不顯著。而在SDS-沉淀值指標(biāo)上，則表現(xiàn)為3種硬度表型的小麥材料存在顯著差異，硬質(zhì)麥數(shù)值最高達(dá)到17.89 S，顯著高于軟質(zhì)和混合小麥的16.10和16.98 S，說(shuō)明SDS-沉淀值對(duì)籽粒硬度的變化比較敏感，可以在實(shí)際育種中加以有效利用。面團(tuán)流變學(xué)特性能夠較全面地反映小麥最終的加工品質(zhì)優(yōu)劣，該研究發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)麥的和面時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)到了2.37 min，軟質(zhì)麥和混合麥的和面時(shí)間分別為2.04和2.09 min，硬質(zhì)麥的和面時(shí)間顯著長(zhǎng)于另外2種硬度表型。該試驗(yàn)結(jié)果顯示，硬質(zhì)麥的加工品質(zhì)要優(yōu)于軟質(zhì)麥和混合麥的加工品質(zhì)。

3 結(jié)論與討論

由于育種技術(shù)和方法的限制等因素，長(zhǎng)久以來(lái)在黃淮麥區(qū)籽粒硬度一直未作為主要的育種目標(biāo)進(jìn)行有目的品質(zhì)改良[16]，導(dǎo)致整個(gè)黃淮麥區(qū)的小麥品種品質(zhì)比較單一，嚴(yán)重缺乏優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用型的小麥新品種，如適合釀酒、制作餅干和面包等類(lèi)型的小麥品種。該試驗(yàn)廣泛選取了曾經(jīng)和目前在黃淮麥區(qū)大面積推廣種植的優(yōu)良品種（系）以及正在參加黃淮麥區(qū)品種審定試驗(yàn)的有苗頭新品系進(jìn)行籽粒硬度表型和產(chǎn)量性狀及品質(zhì)性狀的分析研究，旨在能夠?yàn)辄S淮麥區(qū)的小麥育種，尤其是做好產(chǎn)量和品質(zhì)之間的平衡選擇提供重要的參考和理論支持。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人們對(duì)小麥加工品質(zhì)的需求變得更加豐富和多元化，這也就意味著對(duì)育種工作者提出了更高的要求。小麥籽粒硬度作為最重要的小麥加工品質(zhì)性狀之一，其分子遺傳機(jī)理和育種應(yīng)用研究逐漸成為一個(gè)熱點(diǎn)[17]。姜蘭芳等[18]研究了山西近10年審定的小麥品種籽粒硬度與主要品質(zhì)之間的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)麥的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、出分率、沉降值等品質(zhì)參數(shù)均顯著高于混合麥和軟質(zhì)麥，這與該研究結(jié)果基本相符。張福彥等[19]測(cè)定分析了來(lái)自黃淮麥區(qū)109份小麥新品系的籽粒硬度，結(jié)果表明黃淮麥區(qū)籽粒硬度分布范圍較廣，其中以硬質(zhì)麥為主軟質(zhì)麥和混合麥類(lèi)型為輔，該研究再次驗(yàn)證了結(jié)果的真實(shí)性。楊學(xué)舉等[20]研究表明，籽粒硬度與沉降值存在極顯著正相關(guān)，這與該研究結(jié)果相同，同時(shí)楊學(xué)舉等[20]研究也證明籽粒硬度與蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量同樣存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，這與該研究結(jié)果不太一致，原因可能有2點(diǎn)：一方面黃淮麥區(qū)目前多是周麥系列的衍生品種（系），該麥區(qū)大部分主推小麥品種是1B/1R異位系[15]，這部分材料的蛋白質(zhì)和濕面筋含量很高，但加工品質(zhì)卻表現(xiàn)較差;另一方面，籽粒硬度的調(diào)控主要受基因影響，而表型品質(zhì)性狀主要受栽培環(huán)境因子的調(diào)控[19]。因此，這種情況會(huì)造成不同麥區(qū)分析的籽粒硬度與品質(zhì)之間的關(guān)系存在一定差異。該研究結(jié)果可以看出，黃淮麥區(qū)籽粒硬度與產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀均存在一定的相關(guān)性，可以將籽粒硬度作為一種可靠的輔助手段應(yīng)用到實(shí)際育種過(guò)程中，有目的地進(jìn)行黃淮麥區(qū)的小麥品質(zhì)育種改良。

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