王麗萍， 趙鵬濤， 陳文杰 ，尚 毅，趙興忠，翟周平，張 新

(陜西省雜交油菜研究中心小麥研究室，陜西 楊陵 712100)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)三大糧食作物之一，也是我國(guó)北方人民的主要口糧。隨著耕地面積減少、人口不斷增加，提高小麥單產(chǎn)成為保證總產(chǎn)增加的唯一途徑。近些年，隨著人民生活水平的提高和膳食結(jié)構(gòu)的改變，我國(guó)小麥生產(chǎn)不斷進(jìn)行結(jié)構(gòu)性調(diào)整和供給側(cè)改革，逐漸從單純產(chǎn)量型向優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效型轉(zhuǎn)變[1]。20 世紀(jì) 80 年代中期，國(guó)家“七五”計(jì)劃小麥育種協(xié)作攻關(guān)項(xiàng)目設(shè)立了小麥品質(zhì)育種與研究課題，開(kāi)始了有計(jì)劃、有規(guī)模、系統(tǒng)性的小麥品質(zhì)改良研究。這項(xiàng)工作的開(kāi)展，成為中國(guó)小麥品質(zhì)改良研究的起點(diǎn)和標(biāo)志[2]。選用農(nóng)藝性狀較好的親本材料與品質(zhì)性狀較好的親本材料配置單交組合是選育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)小麥新品種較為有效的組合模式[3]。

硬粒小麥?zhǔn)莾H次于普通小麥的栽培小麥，具有高面筋、高蛋白含量的優(yōu)質(zhì)性狀，但存在產(chǎn)量有限、易感赤霉病、根腐病等問(wèn)題。與普通小麥相比，硬粒小麥只有A、B 兩個(gè)基因組，更容易和野生近緣種雜交，獲得含有外源基因組的小麥種質(zhì)[4]。近年來(lái)，我國(guó)育種家圍繞硬粒小麥品質(zhì)改良開(kāi)展了一系列工作，蘇琳琳等[5]對(duì)選用的16個(gè)加拿大硬粒小麥品種的產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、籽粒品質(zhì)性狀進(jìn)行比較，并對(duì)籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)及濕面筋含量進(jìn)行聚類分析，發(fā)現(xiàn)硬粒小麥除1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、13號(hào)外，其余品種對(duì)改良山西小麥籽粒品質(zhì)具有一定的意義。丁明亮等[6]以硬粒小麥與普通小麥雜交獲得的19個(gè)品系為實(shí)驗(yàn)材料，主要考察了在農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀方面的變化，發(fā)現(xiàn)在云南高原麥區(qū)，硬粒小麥資源在普通小麥改良中可以通過(guò)改進(jìn)普通小麥有效穗進(jìn)而提高產(chǎn)量，然而對(duì)普通小麥品質(zhì)性狀的改良效果卻不顯著。查如璧等[7]研究確定了硬粒小麥幾項(xiàng)優(yōu)質(zhì)指標(biāo)及其檢測(cè)技術(shù)與評(píng)價(jià)方法進(jìn)而提出容重、黃籽率、粗蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量與質(zhì)量、黃色素含量、蒸煮品質(zhì)等7項(xiàng)內(nèi)容的硬粒小麥質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建議。

試驗(yàn)對(duì)106份硬粒小麥的蛋白質(zhì)、濕面筋、沉降值、硬度等品質(zhì)性狀進(jìn)行變異統(tǒng)計(jì)和聚類分析，旨在掌握現(xiàn)有材料的品質(zhì)性狀分布特點(diǎn)并針對(duì)目前硬粒小麥品質(zhì)育種現(xiàn)狀提出新的開(kāi)發(fā)利用方向，加快小麥品質(zhì)育種進(jìn)程。

1 材料與方法

1.1 供試材料

硬粒小麥試驗(yàn)材料均由陜西省雜交油菜研究中心小麥研究室提供，硬粒小麥材料編號(hào)為YL104-YL209，共106份材料，包含自選的品種(系)和引進(jìn)的來(lái)自于不同地域的不同時(shí)期的品種(系)。試驗(yàn)于2019-2020年在陜西省雜交油菜研究中心楊凌試驗(yàn)地進(jìn)行，每個(gè)材料播種3行，行長(zhǎng)2.0 m, 行距25 cm。試驗(yàn)區(qū)四周設(shè)置保護(hù)行。

1.2 試驗(yàn)地情況

試驗(yàn)基地土壤肥沃，土地平整且地力均勻，灌溉設(shè)施良好。播種前精細(xì)整地，合墑播種，施足底肥，N、P、K配合，一般每667 m2基施尿素20～25 kg，磷酸二銨15～16 kg，硫酸鉀8～10 kg；合理灌水，一般冬、春灌水兩次，視氣候和土壤墑情確定灌第三水(灌漿水)，結(jié)合春灌667 m2追施尿素10～12 kg。苗期和春季注意防治紅蜘蛛，抽穗后防治蚜蟲(chóng)和吸漿蟲(chóng)。在小麥起身拔節(jié)期(4月中旬前后)，及時(shí)滅除田間闊葉雜草。

1.3 品質(zhì)測(cè)定

利用丹麥福斯的DS2500 F近紅外光譜儀測(cè)定106份硬粒小麥的蛋白質(zhì)、濕面筋、容重、硬度、弱化度、沉降值、降落數(shù)值和淀粉的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件對(duì)品質(zhì)性狀作圖，并計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)。用DPS軟件對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算歐氏距離并采用類平均法進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硬粒小麥品質(zhì)性狀變異分析

106份硬粒小麥7個(gè)品質(zhì)性狀的分布情況如圖1～圖7所示，蛋白質(zhì)、濕面筋、容重、弱化度、沉降值和淀粉含量基本服從正態(tài)分布，硬度傾向于服從負(fù)偏態(tài)分布。由表1數(shù)據(jù)可知，蛋白質(zhì)含量變幅10.3%～17.5%，均值為13.2%；濕面筋含量變幅為19.0%～35.9%，均值為27.3%；容重變幅為787.5～866.4 g/L，均值為833.9 g/L；硬度變幅為42.58～79.36，均值為67.2；弱化度變幅為52.9～171.3 FU，均值為106.7 FU；沉降值變幅為25.4～61.5 mL，均值為43.8 mL。品質(zhì)性狀的變異系數(shù)大小順序?yàn)椋喝趸?沉降值>濕面筋>硬度>蛋白質(zhì)>淀粉>容重，其中弱化度、沉降值變異幅度較大，濕面筋、硬度、蛋白質(zhì)變異幅度中等，容重、淀粉變異幅度較小。說(shuō)明株系間的差異較大，變異類型豐富，可為小麥的品質(zhì)改良提供優(yōu)良親本。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)小麥品種品質(zhì)分類GB/T 17320-2013的相關(guān)規(guī)定，29%硬粒小麥蛋白質(zhì)含量達(dá)到強(qiáng)筋小麥要求(≥14.0%)；21%硬粒小麥的濕面筋含量達(dá)到強(qiáng)筋小麥要求(≥30%)；沉降值(≥40 mL)、硬度(≥60)整體水平較高，達(dá)強(qiáng)筋要求分別為71%、77%，四項(xiàng)都符合強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)的硬粒小麥占比僅為19%。其中YL130、YL131、YL133、YL163蛋白值含量≥15.0%，濕面筋含量≥35.0%，達(dá)到優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥的標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 17892-1999的相關(guān)規(guī)定，硬粒小麥的容重(≥770 g/L)全部達(dá)到強(qiáng)筋要求。整體而言，硬粒小麥的粗蛋白和濕面筋高含量材料少，沉降值和硬度高含量材料比重高，因此，硬粒小麥品質(zhì)改良應(yīng)以提高蛋白質(zhì)和濕面筋含量為主要目標(biāo)。大部分材料屬于中筋小麥，少數(shù)材料為強(qiáng)筋小麥，需要進(jìn)一步改善提高。只有極少數(shù)材料品質(zhì)優(yōu)良，綜合指標(biāo)全部符合要求，具有開(kāi)發(fā)高蛋白強(qiáng)筋品種的潛質(zhì)。

圖1 蛋白質(zhì)含量次數(shù)分布

圖2 濕面筋含量次數(shù)分布

圖3 容重次數(shù)分布

圖4 硬度次數(shù)分布

圖5 弱化度次數(shù)分布

圖6 沉降值次數(shù)分布

圖7 淀粉次數(shù)分布

表1 106份硬粒小麥品質(zhì)性狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 106份硬粒小麥聚類分析

利用DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)106份硬粒小麥的品質(zhì)性狀采用類平均法進(jìn)行聚類分析，所得聚類結(jié)果見(jiàn)圖8。在遺傳距離為50.11時(shí)，106個(gè)樣本被分成5類，第一類有2株分別是YL148、YL183；第二類有5株分別是YL142、YL156、YL190、YL187、YL163；第三類有18株分別是YL110、YL114、YL130、YL135、YL136、YL119、YL192、YL208、YL207、YL124、YL140、YL204、YL134、YL138、YL161、YL133、YL206、YL209；第四類有27株分別是YL105、YL141、YL123、YL147、YL125、YL144、YL166、YL146、YL162、YL108、YL129、YL199、YL128、YL151、YL164、YL169、YL179、YL195、YL167、YL185、YL175、YL184、YL194、YL201、YL174、YL193、YL176；第五類有54株分別是YL104、YL107、YL181、YL143、YL186、YL182、YL205、YL109、YL150、YL165、YL120、YL196、YL153、YL155、YL157、YL106、YL178、YL126、YL198、YL127、YL145、YL202、YL149、YL154、YL170、YL111、YL115、YL139、YL131、YL113、YL197、YL180、YL203、YL121、YL188、YL191、YL177、YL189、YL137、YL173、YL112、YL116、YL160、YL171、YL117、YL132、YL172、YL118、YL159、YL200、YL122、YL152、YL158、YL168。每類的品質(zhì)性狀參數(shù)見(jiàn)表2，可以看出第Ⅰ、Ⅳ類多數(shù)材料的蛋白質(zhì)、濕面筋、沉降值含量達(dá)到弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)；第Ⅱ、Ⅲ類多數(shù)材料屬于強(qiáng)筋小麥，少數(shù)材料可達(dá)到優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥標(biāo)準(zhǔn)；第Ⅴ類多數(shù)材料的蛋白質(zhì)、濕面筋、硬度、沉降值達(dá)到中筋小麥標(biāo)準(zhǔn)。106份硬粒小麥材料品質(zhì)指標(biāo)涵蓋范圍廣，以中筋為主，少數(shù)材料為強(qiáng)筋。由于硬度都比較高，不適合開(kāi)發(fā)弱筋小麥品種。來(lái)自于不同類中YL131、YL133、YL163蛋白質(zhì)、濕面筋、容重、硬度含量均較高，這三個(gè)材料綜合品質(zhì)性狀優(yōu)異且遺傳距離比較遠(yuǎn)，可作為優(yōu)異資源應(yīng)用于小麥品質(zhì)改良中。

圖8 聚類分析

表2 106份硬粒小麥7個(gè)品質(zhì)性狀的分類特點(diǎn)

3 討論

目前，我國(guó)小麥育種目標(biāo)由高產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)高產(chǎn)，但現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)品種數(shù)量少，與美國(guó)、加拿大的優(yōu)質(zhì)麥尚有一定的差距，而且各地小麥品質(zhì)參差不齊，大部分品種以中筋為主，只有少數(shù)品種達(dá)到強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)[8～12]。課題組從20世紀(jì)80年代也開(kāi)始硬粒小麥的雜交育種，育成一批能安全越冬的半冬性材料、植株較矮的抗倒伏材料以及抗 (耐 )病、中早熟、綜合農(nóng)藝性狀好的種質(zhì)資源[13]。但對(duì)硬粒小麥在品質(zhì)改良方面開(kāi)展的研究相對(duì)較少，通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn)，106份硬粒小麥材料遺傳類型比較豐富，變異范圍寬，蛋白質(zhì)、濕面筋、沉降值、硬度含量達(dá)到強(qiáng)筋水平占比分別為29%、21%、71%和77%，容重全部達(dá)到強(qiáng)筋小麥要求，因此，單一品質(zhì)優(yōu)良的材料占絕大多數(shù)，只有19%的硬粒小麥的綜合品質(zhì)達(dá)到強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)。品質(zhì)指標(biāo)涵蓋范圍廣，以中筋為主，少數(shù)材料為強(qiáng)筋，與全國(guó)小麥整體水平接近。綜合來(lái)看，硬粒小麥品質(zhì)改良應(yīng)以提高材料的蛋白質(zhì)和濕面筋含量為主要目標(biāo)，目前材料中蛋白質(zhì)含量平均值為13.2%，最高值達(dá)17.5%；濕面筋含量平均值為27.3%，最高值達(dá)35.9%，將篩選出的高品質(zhì)材料作為骨干親本通過(guò)組合選配可獲得一批綜合性狀優(yōu)良的新種質(zhì)資源，為強(qiáng)筋小麥新品種的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

研究通過(guò)對(duì)106份硬粒小麥的遺傳變異和聚類分析篩選到4份優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥YL130、YL131、YL133、YL163，蛋白值含量≥15.0%，濕面筋含量≥35.0%，具有較高的研究和育種價(jià)值。以上株系為高蛋白、高濕面筋含量分子機(jī)理研究和選育優(yōu)良品質(zhì)的小麥品種提供了新的種質(zhì)資源。