黃曉榮,甘斌杰,夏孝群,趙小慶,張 力,劉立龍,馬世杰,李世祥,陳閣閣

(安徽省農業(yè)科學院作物研究所/農業(yè)農村部植物新品種測試阜陽分中心, 安徽合肥 230031)

小麥(TriticumaestivumL.) 是我國重要的主糧之一。2020年我國小麥播種面積2 338×104hm2,占全國糧食總播種面積的20.02%;全國小麥總產量13 425.4×104t,占全國糧食總產量的20.05%[1]。近年來,我國小麥產量屢創(chuàng)新高,2016-2020年,我國小麥總產量均在1.33×108t以上,供給量基本充足。在人口基數(shù)大、耕地面積相對少的基本國情下,產量一直是我國糧食作物育種的主要目標,品質育種長期以來未得到足夠重視,雖然通過幾十年的品質改良,我國小麥品質有了很大提升,但與發(fā)達國家相比,尚有一定差距。隨著人們生活條件和消費結構的改善,人們對優(yōu)質糧食產品、加工企業(yè)對優(yōu)質原料的需求增加,優(yōu)質強筋和優(yōu)質弱筋小麥的需求量不斷上升,每年需從國外進口400×104t左右優(yōu)質小麥用于滿足專用面粉的生產[2]。

根據(jù)我國和安徽省小麥品質相關標準,小麥品質評價主要有容重、硬度指數(shù)、粗蛋白含量、濕面筋含量、沉淀值、吸水率、穩(wěn)定時間、最大拉伸阻力和能量等指標[3-8]。影響小麥品質的因素主要有遺傳、氣候、土壤以及栽培措施等,遺傳是主要因素[9-11]。目前,我國多數(shù)參加區(qū)試小麥品系的品質指標之間存在強、中、弱筋交錯不協(xié)調現(xiàn)象[12-13],而小麥不同品質性狀之間存在不同程度的相關性[14-16],這些研究結果為小麥品質改良提供了理論依據(jù)。已有區(qū)域性小麥品種(品系)品質性狀相關研究的報道[17-19],但還未見安徽省春性小麥區(qū)試品系品質方面的研究報告。

安徽是我國小麥優(yōu)勢主產區(qū)之一,2020年播種面積達282.52×104hm2。安徽省淮河以南麥區(qū)位于長江中下游小麥優(yōu)勢區(qū),根據(jù)生態(tài)類型,分為江淮麥區(qū)和江南麥區(qū),江淮麥區(qū)種植半冬性小麥和春性小麥,江南麥區(qū)主要種植春性小麥。春性小麥在安徽小麥生產上占有重要地位。為了探究安徽省春性小麥品質育種進展,本研究以2010-2019年參加安徽省淮南片春性小麥區(qū)試的154個品系(227份樣品)為材料,對其主要品質性狀進行分析和評價,旨在為安徽省春性小麥品質改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為2010-2019年度參加安徽省淮南片春性小麥區(qū)試的154個品系,共227份樣品,各年份樣品數(shù)量如表1所示。試點位于安徽省淮河以南,分別為合肥市、六安市、滁州市、鳳臺縣、壽縣、廬江縣、宿松縣、阜南縣、固鎮(zhèn)縣、宣城市、天長市、池州市。每年區(qū)試品系在其中7～9個試點種植。試驗隨機區(qū)組設計,三次重復,小區(qū)長方形,面積13.34 m2。

表1 2010-2019年參加區(qū)試品系數(shù)量Table 1 Number of wheat lines from 2010 to 2019

1.2 品質測定方法和評價依據(jù)

每年從合肥、六安、白湖農場3個試點收獲籽粒中取樣,混合后寄至農業(yè)農村部谷物及制品質量監(jiān)督檢驗測試中心(哈爾濱)進行品質檢測。主要測定指標有容重、硬度指數(shù)、粗蛋白含量(干基)、濕面筋含量(14%水分基)、沉淀值(Zeleny法)、吸水率、穩(wěn)定時間、最大拉伸阻力和能量共9項。品質性狀分類主要參考國家標準和安徽省主要農作物審定標準[3-8]。因有的年份部分品質指標未測定,故僅就測定的樣品數(shù)據(jù)進行分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)利用 Excel 2007與SPSS 22進行處理、作圖和相關分析。

2 結果與分析

2.1 供試樣品品質性狀分析

2010-2019年安徽春性小麥區(qū)試樣品主要品質指標統(tǒng)計結果見表2所示。

表2 2010-2019年安徽春性小麥區(qū)試樣品主要品質指標Table 2 Main quality parameters of spring wheat samples from the official trials in Anhui Province from 2010 to 2019

227份樣品的容重為788.7±18.4 g·L-1,變異系數(shù)為2.33%,根據(jù)小麥國家標準[3],達1、2、3、4、5等級分別占55.9%、28.2%、14.5%、 0.9%、0.4%,無等外級;根據(jù)優(yōu)質小麥-強筋小麥國家標準[4],84.1%樣品容重≥770 g·L-1,達到國家強筋小麥標準。粗蛋白含量為13.24%± 1.07%,變異系數(shù)為8.07%,根據(jù)小麥品種品質分類國家標準[6],有23.35%、33.92%、16.30%和26.43%樣品分別達到強筋、中強筋、中筋和弱筋標準;根據(jù)優(yōu)質小麥-強筋小麥和優(yōu)質小麥-弱筋小麥國家標準[4-5],有6.61%、16.74%和4.41%樣品粗蛋白含量分別達到國家一、二等優(yōu)質強筋小麥標準和優(yōu)質弱筋小麥標準。濕面筋含量為28.2%±3.0%,變異系數(shù)為10.64%,根據(jù)小麥品種品質分類國家標準[6],有25.55%、25.55%、30.40%和18.50%樣品濕面筋含量分別達到國家強筋、中強筋、中筋和弱筋標準;根據(jù)優(yōu)質小麥-強筋小麥和優(yōu)質小麥-弱筋小麥國家標準[4-5],有1.76%、9.25%和1.76%樣品濕面筋含量分別達到國家一、二等優(yōu)質強筋小麥標準和優(yōu)質弱筋小麥標準。吸水率為56.3%±3.8%,變異系數(shù)為6.74%,根據(jù)小麥品種品質分類國家標準[6],有19.82%、16.30%、12.33%和51.54%樣品吸水率分別達到強筋、中強筋、中筋和弱筋標準。穩(wěn)定時間為4.4±3.1 min,變異系數(shù)為70.31%,根據(jù)小麥品種品質分類國家標準[6],有7.93%、7.93%、54.63%和29.52%樣品分別達到強筋、中強筋、中筋和弱筋標準;根據(jù)優(yōu)質小麥-強筋小麥和優(yōu)質小麥-弱筋小麥國家標準[4-5],有4.41%、5.29%、20.70%樣品穩(wěn)定時間分別達到國家一、二等優(yōu)質強筋小麥標準和優(yōu)質弱筋小麥標準。

174份樣品硬度指數(shù)為57.1±8.8,變異系數(shù)為15.44%,根據(jù)小麥品種品質分類國家標準[6],有45.40%、29.31%、25.29%樣品分別達到中強筋或強筋、中筋和弱筋標準。

108份樣品沉淀值為35.2±9.7 mL,變異系數(shù)為27.48%,根據(jù)小麥品種品質分類國家標準[6],有27.78%、14.81%、26.85%、30.56%樣品分別達到國家強筋、中強筋、中筋、弱筋標準。

115份樣品最大拉伸阻力為388±147 EU,變異系數(shù)為37.85%,根據(jù)小麥品種品質分類國家標準[6],有53.04%、17.39%、21.74%樣品分別達到強筋、中強筋、中筋標準。能量為81.2±32.5 cm2,變異系數(shù)為 40.00%,根據(jù)小麥品種品質分類國家標準[6], 27.83%、43.48%、20.87%樣品分別達到強筋、中強筋和中筋標準。

2.2 小麥主要品質性狀之間的相關性

對108份樣品的容重、粗蛋白含量、濕面筋含量、吸水率、穩(wěn)定時間、沉淀值、最大拉伸阻力、能量和硬度指數(shù)共9個品質性狀指標進行相關性分析,結果見表3。粗蛋白含量與濕面筋含量、穩(wěn)定時間、沉淀值、能量呈極顯著正相關,與吸水率呈顯著正相關;濕面筋含量與吸水率、穩(wěn)定時間、沉淀值呈極顯著正相關,與能量呈顯著正相關;吸水率與沉淀值、能量、硬度指數(shù)呈極顯著正相關,與穩(wěn)定時間呈顯著正相關;穩(wěn)定時間與沉淀值、最大拉伸阻力、能量、硬度指數(shù)呈極顯著正相關;沉淀值與最大拉伸阻力、能量、硬度指數(shù)呈極顯著正相關;最大拉伸阻力與能量、硬度指數(shù)呈極顯著正相關;能量與硬度指數(shù)呈極顯著正相關。其中,粗蛋白含量與濕面筋含量、吸水率與硬度指數(shù)的相關系數(shù)均大于0.8,分別為0.898和0.888。

表3 春性小麥主要品質性狀間的相關性分析Table 3 Correlation analysis of the main quality traits of spring wheat

2.3 供試樣品主要品質性狀年度間變化趨勢

如圖1所示,容重年均值在759.2～805.8 g·L-1之間,整體數(shù)值較高,年份間波動明顯,2010年到2015年呈下降趨勢,至2015年最低,2015年到2019年容重呈波浪式上升;除了2015年之外,其余年份容重均在770 g·L-1以上,達到強筋和二等以上小麥標準。硬度指數(shù)年均值在54.0～61.3之間,年份間變化不大,除2012年硬度指數(shù)超過60之外,其余年份均達中筋標準。

如圖2所示,粗蛋白含量均值在 12.32%～14.11%之間,年份間變化不大,呈緩慢下降趨勢,2019年出現(xiàn)最低值,為12.32%,除2013年和2019年之外,其余年份粗蛋白含量均高于12.5%,達到中筋以上標準。濕面筋含量均值在25.6%～31.1%之間,年份間有小幅波動,除2015年為25.6%,其余年份均值均大于26%,達到中筋以上標準。沉淀值在29.4～39.5 mL之間,變化趨勢與濕面筋含量變化趨勢相近,除了2013年為29.4 mL,其余年份均大于30 mL,達到中筋以上標準。

圖2 小麥樣品粗蛋白含量、濕面筋含量和沉淀值的年變化趨勢(2010-2019年)Fig.2 Annual change of crude protein content,wet gluten content and Zeleny sedimentation value of wheat samples from 2010 to 2019

粉質儀參數(shù)年變化趨勢如圖3所示。吸水率均值54.7%～59.2%,年份間變化不大,除了2012年數(shù)值最高,為59.2%,達到中強筋標準之外,其余年份均值均在58%以下,為中筋和弱筋。穩(wěn)定時間均值在2.7～6.3 min之間,均在中強筋標準以下,年份間波動大,沒有規(guī)律。

圖3 小麥樣品吸水率和穩(wěn)定時間的年變化趨勢(2010-2019年)Fig.3 Annual change of water absorption rate and stability time of wheat samples from 2010 to 2019

拉伸儀參數(shù)變化趨勢如圖4所示。最大拉伸阻力均值340～434 EU,年份間在400 EU左右波動,均達中強筋標準以上。能量均值在90.6～69.6 cm2之間,均達中強筋標準以上,但呈緩慢下降趨勢。

圖4 小麥樣品最大拉伸阻力和能量的年變化趨勢(2010-2014年)Fig.4 Annual change of Max.resistance and energy of wheat samples from 2010 to 2014

2.4 區(qū)試樣品品質類型分布

從表4可以看出,227份樣品中,全部指標達到強筋、中強筋和弱筋標準樣品數(shù)均很少,各年度分別僅占總數(shù)的0～2.20%、2.64%～3.08%和0.88%～ 3.08%。根據(jù)小麥品種品質分類國家標準[6],中筋小麥樣品有25個,占總樣品數(shù)11.01%,多數(shù)樣品品質指標之間存在強、中強、中、弱筋交錯不協(xié)調現(xiàn)象。根據(jù)2019版安徽省小麥品種審定標準(試行)[8],未達到強筋、中強筋和弱筋品質指標的歸為中筋小麥,中筋小麥占比96.04%。

表4 227份小麥區(qū)試樣品品質類型分布Table 4 Quality distribution of wheat samples tested in trial in Anhui province

2.5 審定品種品質狀況

2010-2019年參加安徽省春性小麥區(qū)試的154個品系中,42個品系通過了安徽省品種審定,其主要品質指標兩年平均值統(tǒng)計結果如表5所示。與227份樣品的統(tǒng)計結果相比,42個審定品種的沉淀值、穩(wěn)定時間、最大拉伸阻力和能量的均值明顯減少,減幅8.97%～14.16%,其余指標均值變幅小于0.8%。42個審定品種的品質性狀變異系數(shù)中,穩(wěn)定時間最大,為30.99%,最大拉伸阻力、能量、沉淀值和硬度指數(shù)次之,分別為 24.73%、20.45%、17.61%和14.72%,粗蛋白含量、濕面筋含量和吸水率較小,為6.75%～ 8.83%,容重最小,為1.80%。

表5 42個審定品種主要品質性狀Table 5 Main quality parameters of 42 spring wheat varieties

根據(jù)安徽省小麥品種審定標準(PSJG1001-2011)[7],小麥品質主要指標有粗蛋白含量、濕面筋含量、吸水率和穩(wěn)定時間,并將品種分成普通小麥和強筋小麥、弱筋小麥三類,42個審定品種中沒有強筋小麥,弱筋小麥1個,其余為普通小麥。

2018年安徽省農作物品種審定委員會對2011版小麥審定標準進行了修訂,發(fā)布了安徽省小麥品種審定標準(試行)[8]。該標準自2019年起執(zhí)行,小麥品質主要指標性狀在原來版本的基礎上增加了最大拉伸阻力和能量,并把樣品分成強筋、中強筋、中筋和弱筋4種品質類型。根據(jù)該標準,42個審定品種中沒有強筋小麥,中強筋小麥1個,弱筋小麥1個,其余為中筋小麥。

3 討 論

3.1 小麥品質評價標準

從目前我國和安徽省小麥品質相關標準來看[3-8],不同標準中,相同筋力小麥對各品質性狀的要求不完全相同,由此得出的評價結果也不盡相同。從表6可以看出,與小麥品種品質分類國家標準相比,2019年版安徽省小麥品種審定標準(試行)取消了硬度指數(shù)和沉淀值2項指標,取消了中筋的指標要求,但對于強筋和中強筋標準,濕面筋含量、穩(wěn)定時間、最大拉伸阻力和能量4項指標要求更加嚴格,對于弱筋標準,粗蛋白含量、濕面筋含量、吸水率3個指標要求更加嚴格。

表6 國家和安徽省有關小麥品質分類標準Table 6 Wheat quality classification standards in China and Anhui province

我國小麥品質分類標準在不斷完善之中,以適應我國優(yōu)質小麥發(fā)展的要求。澳大利亞小麥品質分類早期采用美國和加拿大執(zhí)行的小麥品質分類標準,后期調整為現(xiàn)有的8種小麥品質分類標準[20]。國內外小麥品質標準中規(guī)定的指標要求各不相同,比如國際小麥分類標準中,對弱筋小麥的蛋白質、濕面筋含量等成分未做出規(guī)定[21]。溶劑保持力與弱筋小麥各項品質指標間存在相關性,已將其廣泛用于餅干、蛋糕專用小麥評價[22-23]。也有學者提出需要進一步優(yōu)化弱筋小麥品質評價指標[24]。

研究表明,小麥品質性狀之間具有不同程度的相關性[14-16]。本研究也表明,蛋白質含量與濕面筋含量、吸水率和硬度指數(shù)、穩(wěn)定時間與沉淀值、最大拉伸阻力與沉淀值相關顯著,相關系數(shù)達0.7以上,對于相關系數(shù)較大的兩個性狀,比如蛋白質含量和濕面筋含量,能否二者選一作為評價指標,值得商榷。

小麥品質性狀主要由品種遺傳特性決定,但受氣候、土壤、耕作制度、栽培措施等環(huán)境條件影響也很大[9-11]。本研究發(fā)現(xiàn),2015年區(qū)試樣品的容重、濕面筋含量、穩(wěn)定時間均較低,對照品種揚麥158和揚麥20也有同樣表現(xiàn),可能與當年冬季低溫凍害、花期和成熟期雨水多等不利的氣候條件有關。對于受環(huán)境影響較大的品質性狀,其評價指標設定時,建議設置不同品質類型的對照品種,通過與對照品種的品質進行比較,在一定程度上消除環(huán)境因素影響,提高品質判定的合理性。

2019年版安徽省小麥品種審定標準(試行)中規(guī)定將未達到強筋、中強筋和弱筋品質指標的列為中筋小麥,這雖然解決了未符合標準要求的其他品種的歸類問題,但顯然弱化了中筋小麥品質要求,不利于優(yōu)質專用中筋小麥品種選育。安徽省面食以饅頭和面條為主,中筋小麥應當成為安徽省小麥品質育種的重點,應當嚴格中筋小麥標準,未達標品種不能列入中筋小麥類型,可歸為普通小麥類型。

3.2 安徽春性小麥參試品系品質現(xiàn)狀以及改良建議

我國優(yōu)質專用小麥的生產仍處在轉型升級階段,雖然品質在不斷提升,但“強筋不強、弱筋不弱”的問題仍較為突出[2],安徽春性小麥品質也存在同樣情況。根據(jù)國家小麥品種品質分類標準[6],227份安徽春性小麥區(qū)試樣品中,沒有強筋樣品,中強筋、中筋和弱筋樣品分別為7份、25份和2份,其余85.02%樣品各項指標間多存在強筋、中強筋、中筋和弱筋層次交錯現(xiàn)象,未能協(xié)調達標,這與前人對四川、長江中下游區(qū)試品系的分析結果是一致的[12-13]。根據(jù)安徽省最新小麥品種審定辦法,在42個通過安徽省品種審定的參試春性小麥品系中,弱筋小麥1個,中強筋小麥1個,沒有強筋小麥。

根據(jù)我國相關小麥品質區(qū)劃,安徽春性小麥主要種植在淮河以南,適宜發(fā)展中筋小麥,沿江地區(qū)發(fā)展弱筋小麥[9]。安徽春性小麥品質改良主要方向是各品質指標按照國家小麥品種品質分類中筋標準、安徽省最新小麥品種審定辦法中弱筋標準要求協(xié)調達標,尤其要加強弱筋小麥的改良,改變“弱筋不弱”的現(xiàn)狀。

區(qū)試樣品和42個審定品種的容重均值分別為788.7 g·L-1和790.9 g·L-1,達到國家小麥二等標準以上以及國家優(yōu)質小麥-弱筋小麥國家標準,硬度指數(shù)、吸水率、穩(wěn)定時間均值分別為57.1、56.3%、4.4 min和56.7、 56.3%、3.8 min,均達到中筋標準,這些指標較為理想。

區(qū)試樣品和42個審定品種的沉淀值、最大拉伸阻力、能量均值分別為35.2 mL、388 EU、81.2 cm2和32.1 mL、343 EU、70.8 cm2,大部分指標達到中強筋或強筋標準,需要進一步降低;它們變異系數(shù)均較大,為27.48%、 37.85%、40.00%和17.61%、24.73%、20.45%,有進一步降低的空間。

區(qū)試樣品和42個審定品種的粗蛋白含量均值分別為13.24%和13.17%,為中強筋標準,需要加大力度降低粗蛋白含量;濕面筋含量均值分別為28.17%和28.39%,為中強筋或中筋標準,也需要進一步降低。粗蛋白含量、濕面筋含量變異系數(shù)小,分別為8.07%、10.64%和6.76%、8.83%,需要進一步引進資源,擴寬遺傳基礎。由于粗蛋白含量和濕面筋含量具有很強的相關性,這兩個品質性狀可以進行同步改良。

安徽春性小麥品質改良建議:一要引進優(yōu)質資源,尤其是低蛋白低濕面筋小麥資源,擴寬遺傳基礎;二要加強資源材料評價,有針對性地選擇親本,同步改善品質和產量;三是應用品質性狀分子標記輔助育種等生物技術提高育種效率,促進安徽省春性小麥品質育種。

4 結 論

參加安徽省淮南片2010-2019年春性小麥區(qū)試的154個品系(227份樣品)品質性狀為:容重788.7±18.4 g·L-1,粗蛋白含量(干基)13.24%±1.07%,濕面筋含量28.2%±3.0%,吸水率56.3%±3.8%,穩(wěn)定時間4.4±3.1 min;115份樣品最大拉伸阻力為388±147 EU,能量為81.2±32.5 cm2;174份樣品硬度指數(shù)為57.1±8.8;108份樣品的沉淀值為35.2±9.7 mL。小麥品質性狀之間具有不同程度的相關性,其中粗蛋白含量與濕面筋含量、吸水率與硬度指數(shù)的相關系數(shù)分別達0.898和0.888。