旱脅迫對啤酒大麥產量及釀造品質的影響

包奇軍，潘永東，張華瑜，柳小寧，徐銀萍，火克倉，陳文慶

(甘肅省農業科學院經濟作物與啤酒原料研究所， 甘肅 蘭州 730070)

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旱脅迫對啤酒大麥產量及釀造品質的影響

包奇軍，潘永東，張華瑜，柳小寧，徐銀萍，火克倉，陳文慶

(甘肅省農業科學院經濟作物與啤酒原料研究所， 甘肅 蘭州 730070)

在武威黃羊鎮啤酒大麥試驗基地進行了干旱脅迫對甘啤6號生育期、農藝性狀、籽粒產量、原麥品質、釀造品質的影響試驗研究。結果表明：干旱脅迫下甘啤6號各生育期均提前，成活率降低，分蘗減少，株高、穗長、單株穗數、單株粒數、單株粒重、單穗粒重、穗粒數均降低；干旱脅迫使甘啤6號成穗數、穗粒數、千粒重均降低，導致產量降低，其中對成穗數影響最大，其次為穗粒數，對千粒重影響最小；干旱脅迫使大麥蛋白質含量升高，千粒重、淀粉含量和篩選率均降低，千粒重降幅尤其明顯；干旱脅迫使麥芽糖化時間、糖化力、粘度、β-葡聚糖、微粉浸出率、粗細粉差降低，粗粉浸出率、a-氨基氮、可溶性氮、蛋白質、庫值升高。

啤酒大麥;干旱脅迫;性狀;產量;品質

世界上有近1/3的地區屬于干旱和半干旱地區，全球氣候觀測和預測表明，未來全球發生干旱的頻次將增加[1-2]。在我國水資源不足及其分布不均成為限制我國農業發展的主要因素[3]。隨著社會發展，水資源短缺日益劇烈，成為農業發展的限制因子之一。國內外對作物抗干旱脅迫進行了大量研究，主要集中在以下四方面[4-12]，一是作物光合作用，如氣孔、光合、呼吸等；二是作物形態，如株高、生物量干重和籽粒干重等；三是生理生化，如NR、SOD、POD、CAT、MDA、脯氨酸、甜菜堿等；四是分子基因工程，如相關轉錄因子、NCED等，特異表達一些基因(Seki,Matos)和合成一類蛋白(Riccardi, Salekdeh)等。其中對大麥抗旱性主要集中在相關的生理、生化等方面，對其形態及產量構成因子等農藝性狀研究較少，對釀造品質方面研究更少[13-17]，有關干旱脅迫對啤酒大麥生物學性狀、產量、原麥品質、釀造品質的研究尚未見詳細報道。

本研究通過在武威地區生育期不澆水的情況下，系統闡述干旱脅迫對啤酒大麥主要生育期、農藝性狀、籽粒產量、原麥品質、釀造品質性狀的影響，旨在闡明啤酒大麥產量、農藝性狀和原麥品質、釀造品質性狀在旱脅迫下的變化特征，為抗旱節水啤酒大麥新品種選育提供理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗條件

2013—2014年在武威黃羊鎮啤酒大麥試驗基地進行，黃羊鎮代表河西東部平川灌區，海拔1 766 m，年日照時數2 360～2 920 h，年平均氣溫6.0℃～7.0℃，年降水量200～260 mm，無霜期135～150 d。本年度生育期從4月開始到7月中下旬結束，大約100天左右，生育期月平均氣溫17.6℃較往年高2.2℃，降雨量為54.8 mm較往年少37.6 mm，屬于干旱的年份(圖1)。土壤為灌漠土，耕層(0～20 cm)有機質1.71%，全氮1.00 g·kg-1，全磷0.87 g·kg-1，全鉀38.5 g·kg-1，速效氮70.3 mg·kg-1，速效磷35.4 mg·kg-1，pH 8.30，前茬作物大麥，地力均勻，屬中等肥力，水澆地。

圖1生育期降雨量、氣溫

Fig.1Rainfall and temperature during the growth period

1.2供試材料

甘啤6號，優質高產啤酒大麥品種，由甘肅省農科院經濟作物與啤酒原料研究所提供。

1.3試驗設計

試驗設2個處理，抗旱A(全生育期不澆水)，對照B(按當地生產正常澆水，5月8日第一水、6月15第二水)，處理間加10 m保護行，保護行中間起壟(壟寬0.5 m，壟高0.25 m)以便澆水。小區長5.0 m，寬2.0 m，行距0.25 m，區距0.25 m，走道0.5 m，8行區，面積10.0 m2，播種量按375萬粒·hm-2計算，每行播種512粒，種植3次，于3月下旬手鋤開溝撒播。肥料磷酸二銨和尿素純施量165 kg·hm-2(N∶P2O5=1∶1)。田間管理同當地大田。

1.4測試指標與方法

收獲時按實際收獲面積計算產量，并且在每一個小區隨機取樣20株進行考種，測定株高、穗長、單株穗數、單株粒數、單株粒重、單穗粒重、穗粒數以及莖、葉、葉鞘等干重。脫粒后取樣種子進行籽粒品質檢測分析。籽粒蛋白質采用瑞典1241 Grain analyzer (FOSS TECATOR)近紅外儀測定，千粒重、篩選率用分級篩(SORTIMAT PFEUFFER)按照國標GB∕T 7416-2008方法測定。麥芽品質由甘肅省農科院西北啤酒大麥及麥芽品質檢測實驗室檢測分析。

2　結果與分析

2.1對啤酒大麥農藝性狀的影響

從表1看出，干旱脅迫明顯抑制啤酒大麥農藝性狀生長發育。干旱脅迫生育期93天較對照101天早成熟8天；株高為47.7 cm較對照80.3 cm降低32.6 cm，降幅達40.6%；穗長為6.6 cm較對照9.0 cm降低2.4 cm，降幅為26.7%；單株穗數為1.7個較對照2.9個降低1.2個，降幅達41.4%；單株粒數為29.1粒較對照70.9粒降低41.8粒，降幅達59.0%；單株粒重為1.2 g較對照3.4 g降2.2 g，降幅達64.7%；單穗粒重為0.7 g較對照1.2 g降低0.5 g，降幅達41.7%；穗粒數為17.1粒較對照24.4粒降低7.3粒，降幅達29.9%。

表1　對啤酒大麥農藝性狀的影響

從整體看，干旱脅迫對大麥單株各性狀的影響幅度順序為單株粒重最顯著為64.7%、其次為單株粒數為59%、單穗粒重為41.7%、單株穗數為41.4%、株高為40.6%、穗粒數為29.9%、穗長為26.7%、生育期為7.9%。這些性狀與拔節后干旱脅迫使大麥生育受阻有關。

2.1.1對啤酒大麥生育進程的影響從表2看出，3月17日播種，4月6日出苗，5月12日拔節，在拔節前，干旱脅迫和對照各生育期沒有變化。5月8日澆第一水后，干旱脅迫各生育期較對照發生明顯變化，隨著干旱脅迫加劇孕穗期、抽穗期、成熟期均提前，其中孕穗期較對照提前4天，抽穗期提前5天，成熟期提前8天，說明干旱脅迫使大麥各生育期提前，加速大麥衰老成熟。

表2　干旱脅迫對啤酒大麥生育期的影響

2.1.2對啤酒大麥干物質積累運轉的影響大麥株高是由穗及各莖節組成，從圖2看出，干旱脅迫明顯抑制大麥穗及各莖節生長發育，這與拔節后干旱脅迫使生育受阻有關。其下降幅第5莖節>第4莖節>穗下莖節>穗>第3莖節>第1莖節>第2莖節。

圖2干旱脅迫對啤酒大麥單穗及莖節長度的影響

Fig.2Influences of drought stress on malting barley ear and the stipes

從圖3看出，由于苗期未受干旱脅迫，干旱脅迫和對照單株第一莖節、第二莖節節重無差異，從第三莖節開始干旱脅迫對單株莖節生長產生明顯抑制作用，其中對第四莖節抑制最大，降幅為23.2%，其次為穗下莖節、第五莖節、第三莖節。

圖3干旱脅迫對啤酒大麥單穗莖節節重的影響

Fig.3Influences of drought stress on malting barley stem nodes weight

從圖4看出，由于苗期未受干旱脅迫，干旱脅迫和對照單株倒六葉、倒五葉、倒四葉葉干重差異不明顯，而且倒五葉片干重較對照倒五葉片干重增加9.2%；從倒三葉片開始干旱脅迫對單株葉片干重具有明顯抑制作用，其中對旗葉葉干重抑制最大，降幅達50.2%，其次為倒二葉，降幅為34.3%，再次為倒三葉，降幅達21.8%。

圖4干旱脅迫對啤酒大麥單穗不同功能葉葉重的影響

Fig.4Influences of drought stress on malting barley different functional leaf weight

從圖5看出，由于苗期未受干旱脅迫，干旱脅迫和對照單株倒六葉葉鞘、倒五葉葉鞘、倒四葉葉鞘干重無差異，從倒三葉葉鞘開始干旱脅迫對單株葉鞘生長發生明顯抑制作用，其中對倒三葉葉鞘、倒二葉葉鞘抑制較大，降幅達11.5%，其次為旗葉葉鞘，降幅為8.6%。

圖5干旱脅迫對啤酒大麥單株不同葉鞘干重的影響

Fig.5Influences of drought stress on malting barley leaf sheath dry weight

從圖6看，干旱脅迫對基部籽粒和頂部籽粒粒重影響不大，對中部籽粒影響較大，干旱脅迫降低籽粒粒重，因為干旱脅迫縮短植株生育期，抑制植物莖、葉生長，減少物質能量的積累，致使粒重降低。

圖6干旱脅迫對啤酒大麥單穗不同穗位單粒重的影響

Fig.6Influences of drought stress on malting barley grain weight

從圖7看，干旱脅迫對大麥籽粒發芽產生明顯的影響，其中3天發芽率96%，較對照99%降低了3%，5天發芽率為96%較對照100%降低4%，說明干旱脅迫下大麥籽粒活性降低。

圖7　干旱脅迫對啤酒大麥籽粒發芽的影響

大麥植株是由穗、葉片、葉鞘、莖干四部分組成，從表3看出，干旱脅迫對大麥穗、葉片、葉鞘、莖干均發生抑制作用，干旱脅迫穗干重為1.2613 g，較對照1.4520 g降低0.1907 g，降幅達13.1%；葉片干重為0.1164 g較對照0.1524 g降低0.0360 g，降幅達23.6%；葉鞘干重為0.0069 g較對照0.2482 g降低0.0213 g，降幅達8.6%；莖干干重為0.3581 g較對照0.4081 g降低0.0500 g，降幅達12.3%；干旱脅迫下穗、莖節重、葉鞘干重與對照比總干重比例無明顯變化，但葉重發生顯著變化，干旱脅迫葉重占總干重5.9%較對照總干重6.7%降低0.8個百分點。

2.1.3干旱脅迫對產量性狀的影響從表4看：由于苗期未受干旱脅迫，處理和對照基本苗差異不大；成穗數，干旱脅迫對大麥成穗數具有明顯抑制作用，干旱脅迫成穗數為455.55萬穗·hm-2較對照756.90萬穗·hm-2降低301.35萬穗·hm-2，降幅為39.8%，說明干旱脅迫阻礙大麥生長發育，使單株分蘗力下降或由于干旱使部分單株和分蘗死亡；穗粒數為17.1粒較對照24.4粒降低7.3粒，降幅為29.9%，千粒重為40.7 g較對照48.2 g降低7.5 g，降幅為15.6%；產量為0.31 kg較對照0.92 kg降低0.61 kg，降幅為66.3%；經濟系數54%較對52%升高2個百分點，增幅為3.8%。

表4　干旱脅迫對啤酒大麥產量性狀的影響

說明干旱脅迫使大麥成活率降低，同時對分蘗、穗粒數、千粒重產生明顯抑制，但對大麥經濟系數無抑制還略有提高，提高3.8%，即干旱脅迫對大麥經濟產量抑制小于對生物學產量的抑制。

干旱脅迫對大麥產量構成三因素成穗數、穗粒數、千粒重的影響順序為對成穗數影響最大、其次為穗粒數、對千粒重影響最小。

2.2對啤酒大麥品質性狀的影響

2.2.1對啤酒大麥原麥品質的影響蛋白質含量是啤酒大麥的重要質量標準，在啤酒釀造過程中，許多工藝皆以它的水準為轉移，如果蛋白質含量過高，溶解困難，浸出率低，制麥損失大，制成的啤酒容易發生混濁，穩定性也差，蛋白質含量過低也會影響啤酒的風味和泡沫。結果表明(表5)，干旱脅迫對大麥蛋白質含量產生明顯影響，干旱脅迫大麥蛋白質為14.2%，較對照12.4%升高1.8個百分點，升幅為14.5%。對同一穗大麥不同部位蛋白質含量分析表明(表6)，干旱脅迫下同一穗不同部位籽粒蛋白質含量均升高，其中干旱脅迫大麥基本籽粒蛋白質含量為14.3%較對照12.8%升高1.5個百分點，升幅達11.7%；中部籽粒蛋白質含量為12.8%較對照12.1%上升0.7個百分點，升幅為5.8%，頂部蛋白質含量為14.1%較對照12.5%升高1.6個百分點，升幅達12.8%。說明干旱脅迫對同一株同一穗不同部位籽粒蛋白質含量影響不同，升高趨勢為頂部大于基本大于中部。

表5　干旱脅迫對啤酒大麥原麥品質的影響

表6　干旱脅迫對大麥不同穗部蛋白質含量和淀粉含量影響

所謂千粒重就是1000粒大麥的重量。如果按照12%的水分含量計算，自然風干的大麥千粒重應該在42克以上才能達到優級標準。在一定的范圍內，大麥千粒重及籽粒大小和制成麥芽后的浸出率成正比，也就是與啤酒的產出率有關，所以啤酒企業非常重視啤酒大麥的千粒重指標。結果表明，干旱脅迫對大麥千粒重產生明顯影響，干旱脅迫大麥千粒重為40.72 g較對照48.2 g降低7.48 g，降幅達15.5%。

淀粉含量，結果表明干旱脅迫對大麥淀粉含量產生明顯影響，干旱脅迫大麥淀粉含量為57.3%較對照57.9%降低0.6個百分點，降幅為1%。對同一穗大麥不同部位淀粉含量分析表明(表6)，干旱脅迫下同一穗不同部位籽粒淀粉含量均降低，其中干旱脅迫大麥基本籽粒淀粉含量為57.1%較對照57.5%降低0.5個百分點，降幅為0.8%；中部籽粒淀粉含量為56.6%較對照57.0%降低0.3個百分點，降幅為0.6%，頂部淀粉含量為56.7%較對照57.7%降低1個百分點，降幅為1.8%。說明干旱脅迫對同一株同一穗不同部位籽粒淀粉含量影響不同，下降趨勢為對頂部大于基本大于中部。

篩選率就是采用伏氏分選篩測定麥粒大小和均勻程度，此篩分3層篩孔，篩孔直徑分別為2.8 mm、2.5 mm和2.2 mm 3組，國家標準規定篩選率為2.5 mm以上的麥粒的百分率。結果表明，干旱脅迫對大麥篩選率生明顯影響，干旱脅迫大麥>2.5 mm篩選率為80.12%，較對照87.56%降低7.44百分點，降幅為8.5%，其中>2.8 mm篩選率為30.02%較對照45.82%下降15.8百分點，降幅達34.5%，2.5～2.8 mm篩選率為50.1%較對照增加8.36個百分點，增幅為20%。

說明干旱脅迫使大麥蛋白質含量升高，千粒重、淀粉含量和篩選率降低，但千粒重降幅大于篩選率大于淀粉含量。

2.2.2干旱脅迫對啤酒大麥麥芽品質的影響干旱脅迫對大麥釀造品質均發生明顯的影響，干旱脅迫糖化時間為8 min較對照10 min減少2 min，減幅達20%；對色度無影響；糖化力為432WK較對照438WK降低6WK，降幅為1.4%；粘度為1.44 mPa.s較對照降低0.05 mPa.s，降幅為3.4%；微粉浸出率為78.8%較對照79.8%降低1個百分點，降幅為1.3%；粗粉浸出率為76.9%較對照增加0.3個百分點，增幅為0.4%；粗細粉差為1.9，較對照3.2降低1.3；β-葡聚糖為17.0 mg·100g-1較對照16.8 mg·100g-1升高0.2 mg·100g-1，增幅為1.2%；a-氨基氮為198 mg·100g-1較對照160 mg·100g-1增加38 mg·100g-1，增幅為23.8%；可溶性氮為849 mg·100g-1較對照742 mg·100g-1增加107 mg·100g-1，增幅為14.4%；麥芽蛋白質為14%，較對照12.2%增加1.8個百分點，增幅為14.8%；庫值為38%，較對照37%增加1個百分點，增幅為2.7%。結果表明干旱脅迫使麥芽糖化時間、糖化力、粘度、β-葡聚糖、微粉浸出率、粗細粉差降低，粗粉浸出率、a-氨基氮、可溶性氮、麥芽蛋白質、庫值升高，對色度無影響。

表7　干旱脅迫對大麥釀造品質的影響

3　討　論

3.1干旱脅迫對啤酒大麥農藝性狀、生育期進程的影響

許多研究表明干旱脅迫影響作物的一系列生理代謝功能[18-19]，進一步影響了植株各器官的生長。干旱使作物株高、總生物量干重和籽粒干重等指標降低，嚴重使作物死亡[20-21]。干旱脅迫導致植株體內水分缺乏，必然會影響到生理生化過程和器官建成，對植株生長發育造成嚴重的傷害，且干旱程度越嚴重，影響越大，本研究結果表明干旱脅迫大麥各生育期提前、成活率降低、分蘗減少、單株株高、穗長、單株穗數、單株粒數、單株粒重、單穗粒重、穗粒數均降低。

3.2干旱脅迫對啤酒大麥產量性狀的影響

大量研究表明干旱脅迫對作物同化物質積累和儲藏極為不利，進而影響營養物質傳輸與再分配[22]，干旱脅迫明顯縮短籽粒灌漿過程，出現早衰現象[23-24]。一種觀點認為干旱造成同化物向籽粒運輸不足導致千粒重下降幅度大，另一種觀點認為干旱致使有效灌漿持續時間縮短[25]，一般而言，所有受到干旱脅迫影響的植株，其籽粒灌漿持續時間大約縮短2～9天，籽粒灌漿速率下降8%～18%[26]。這樣就縮短了后期的生長時間，果實和顆粒生長發育不健全，最終影響產量[27]。此外，水分脅迫直接影響籽粒的水分狀況，籽粒的水分狀況可能是籽粒發育的重要決定因素，開花后水分缺乏縮短了籽粒灌漿有效持續期，是由于水分缺乏胚乳失水干燥提早成熟和限制了胚的體積[28]。干旱脅迫還直接導致植物早衰而降低植物的光合能力，甚至趨于停止，并進一步限制生長。同時干旱不僅影響同化物的積累，而且會削弱同化物質在體內的運輸，最終導致籽粒充實度不高，癟谷增多，籽粒不飽滿，千粒重下降，通過對產量構成因子的影響，從而使粒重降低導致減產。本研究結果表明干旱脅迫使大麥成穗數、穗粒數、千粒重均降低，但對成穗數影響最大、其次為穗粒數、對千粒重影響最小。對大麥經濟系數無抑制還略有提高，說明干旱脅迫對大麥經濟產量抑制小于對生物學產量的抑制。

3.3干旱脅迫對啤酒大麥品質性狀的影響

大麥籽粒蛋白質含量既受遺傳控制,又易受環境的影響[29-31]，其的變異來源主要系環境所致[32-34]。大量研究表明干旱與熱脅迫條件下，大麥籽粒蛋白質含量顯著提高，與本研究結果一致，干旱脅迫使大麥蛋白質含量明顯升高。

大麥千粒重不僅受其本身遺傳因素的影響，還與栽培條件及產地的環境條件有關[35-36]。主要是和灌漿期的氣候因子有密切的關系，干旱脅迫縮短植株生育期，抑制植物莖、葉生長，減少物質能量的積累[35]。本研究結果表明，干旱脅迫使大麥千粒重、淀粉含量和篩選率降低，但千粒重降幅大于篩選率大于淀粉含量。

Morgan和Riggs(1991)研究認為，大麥受水分脅迫使籽粒β-葡聚糖含量提高,浸出率下降，導致啤酒品質惡化。本研究結果表明干旱脅迫對大麥釀造品質具有顯著影響，其中干旱脅迫使麥芽糖化時間、糖化力、粘度、β-葡聚糖、微粉浸出率、粗細粉差降低，粗粉浸出率、a-氨基氮、可溶性氮、蛋白質、庫值升高，對色度無影響。

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Effects of drought stress on the yield and quality of malting barley

BAO Qi-jun, PAN Yong-dong, ZHANG Hua-yu, LIU Xiao-ning,XU Yin-ping, HUO Ke-cang, CHEN Wen-qing

(Institute of Economic Crops and Beer Materials, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou, Gansu 730070, China)

Influences of drought stress on growth period, agronomic characteristics, grain yield, quality and malt quality of barley variety Ganpi 6 were systematically investigated in this research. The results showed that under drought stress, all growth periods of Ganpi 6 were advanced, survival rate was reduced, tiller number was decreased, and plant height, ear length, panicle number per plant, grains per plant, seed weight per plant, grain weight per panicle, and seeds per ear were decreased. The yield of Ganpi 6 was decreased due to the drought stress that caused reduction of ear number, grains per spike and 1000-grain weight. In addition, ear number was affected the most, followed by k grains per spike, and the 1000-grain weight was least impacted. Drought stress increased the protein content, and decreased 1000 grain weight, starch content and the screening rate. However, the decreasing level of 1000 grain weight was higher than that of screening rate and starch content, and the decreasing level of starch content was the minimal. Also, drought stress decreased malt saccharifying time, diastatic power, viscosities,β-glucanase, fine powder extract and the thickness difference of powder, whereas increased coarse powder extract, α-amino nitrogen soluble nitrogen, protein, and kolbach index.

malting barley; drought stress; trait; yield; quality

1000-7601(2016)05-0027-08

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.04

2015-06-19

農業部國家產業技術體系“國家大麥青稞產業體系西北區育種崗位科學家”(CARS-05)；甘肅省農科院農業科技創新專項：啤酒大麥耐鹽堿種質資源篩選(2012GAAS15-3)

包奇軍(1978—)，男，甘肅武山人，副研究員，碩士，主要從事啤酒大麥遺傳育種及栽培技術研究。

潘永東，研究員，主要從事啤酒大麥遺傳育種及栽培技術研究。 E-mail：panyongdong1010@163.com。

S332.1

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