遮陰對(duì)不同冬小麥品種籽粒灌漿及品質(zhì)特性的影響

方輝，范貴強(qiáng)，高永紅，周安定，吳新元，張永強(qiáng)，蘆靜，黃天榮

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆南疆可耕地面積有限，大多數(shù)小麥與果樹間作，而隨著果樹的生長，其枝葉伸展會(huì)對(duì)小麥形成嚴(yán)重遮蔽，對(duì)小麥產(chǎn)量造成影響，如何在有限耕地面積上，提高小麥產(chǎn)量，保證農(nóng)民收入水平的持續(xù)提高，是當(dāng)前和未來一段時(shí)間南疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的現(xiàn)實(shí)而嚴(yán)峻的問題[1]。【前人研究進(jìn)展】小麥?zhǔn)窍补庾魑铮哂休^高的光飽和點(diǎn)，其全生育期都需要充足的光照，若在生長過程中遇到光照不足的情況，則會(huì)限制光合生產(chǎn)能力，使生長發(fā)育受到不同程度的影響，導(dǎo)致產(chǎn)量降低[2]。大量的研究表明，小麥籽粒品質(zhì)的形成即受遺傳因素控制，也受生態(tài)因子、栽培措施的影響[3]。在灌漿期光照強(qiáng)度減少時(shí)，小麥的結(jié)實(shí)率、千粒重普遍下降[4]。張吉旺等[5]認(rèn)為遮蔭時(shí)期對(duì)玉米籽粒的影響顯著大于遮蔭程度的影響。任萬軍等[6]研究表明，弱光脅迫下，水稻籽粒灌漿及充實(shí)不良導(dǎo)致碾米品質(zhì)與外觀品質(zhì)變劣。郭翠花等[7]報(bào)道了弱光在一定程度上提高了小麥面筋、谷蛋白、醇溶蛋白等含量和面團(tuán)延展性、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間及吸水率等面團(tuán)流變學(xué)特性。李文陽等[8]結(jié)果表明，花后不同階段弱光顯著降低成熟期籽粒淀粉積累量，但提高了籽粒直鏈淀粉含量。賀明榮等[9]研究表明，在遮蔭條件下，小麥旗葉光合速率下降，籽粒灌漿速率和千粒重均下降。【本研究切入點(diǎn)】目前國內(nèi)外對(duì)小麥品種的耐陰性研究較少，新疆南疆地區(qū)特有的“果麥間作”模式，對(duì)小麥品種的耐陰性要求較高，而關(guān)于弱光對(duì)小麥品質(zhì)的影響研究較少。通過人工模擬遮陰處理，研究不同小麥品種在弱光和自然光下的籽粒灌漿及品質(zhì)特性變化規(guī)律。【擬解決的關(guān)鍵問題】比較不同冬小麥品種在遮陰和自然光下的籽粒灌漿和產(chǎn)量差異，研究不同冬小麥品種在弱光下的生產(chǎn)潛力，結(jié)合各品種的品質(zhì)特性，分析遮陰對(duì)冬小麥品質(zhì)特性的影響，形成耐陰小麥品種選育方法，輔助選育出適合南疆“果麥間作”模式的冬小麥新品種，提高遮陰條件下的小麥產(chǎn)量。

1 材料與方法

1.1 材 料

參試材料為新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所4個(gè)自育冬小麥品種：新冬20號(hào)、新冬40號(hào)、新冬57號(hào)和新冬60號(hào)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年田間試驗(yàn)在新疆小麥育種家澤普基地進(jìn)行，采用雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)置為自然光(S0)和50%遮陰處理(S1)兩個(gè)處理，以不同冬小麥品種設(shè)置為副區(qū)，共設(shè)置4個(gè)冬小麥品種，各試驗(yàn)材料采用人工播種，3個(gè)重復(fù)，每個(gè)小區(qū)種植面積為2×3=6 (m2)，行距20 cm，播種前施尿素150 kg/hm2，磷酸二銨 375 kg/hm2，全生育期灌水 7 次，灌水方式為大田漫灌，當(dāng)冬小麥處于拔節(jié)期時(shí)搭建遮光率為50%的遮陰網(wǎng)，大田自然光和遮陰處理田間管理水平一致。

1.2.2 測定項(xiàng)目1.2.2.1 籽粒灌漿動(dòng)態(tài)

每個(gè)品種開花期分別選取在同一天開花的株高、穗部大小基本一致的200個(gè)植株掛牌標(biāo)記，自開花至成熟期每隔5 d取標(biāo)記穗20個(gè)，每穗從中部小穗摘下連續(xù)的10個(gè)籽粒，放置于烘箱中85℃ 烘至恒量，用精度為萬分之一的精量天平稱量并折算成千粒重。

1.2.2.2 測產(chǎn)與考種

在小麥成熟期時(shí)，分別在每個(gè)小區(qū)選取10株植株，用于室內(nèi)考種，待籽粒完全成熟后對(duì)各小區(qū)進(jìn)行實(shí)收測產(chǎn)，并測定千粒重和容重。

1.2.2.3 品質(zhì)特性

從不同品種、不同處理收獲的小麥籽粒中各選取3 kg，自然晾干后將籽粒樣品拿回品質(zhì)實(shí)驗(yàn)室，使用德國 Brabender公司的Quandrmat Junior磨粉機(jī)按照 AACC 26-50 標(biāo)準(zhǔn)磨制面粉．將面粉在室溫條件下存放 1 周后進(jìn)行品質(zhì)測定。蛋白質(zhì)含量用瑞典波通公司生產(chǎn)的7250型近紅外分析儀，按AACC 39-10方法測定；濕面筋含量采用GB/T 5506.2-2008標(biāo)準(zhǔn)，使用瑞典Perten2200型面筋儀測定；沉降值采用GB/T 15685-2011標(biāo)準(zhǔn)，使用德國Brabender公司專用設(shè)備測定．面團(tuán)流變學(xué)特性采用GB /T 14614-2006 標(biāo)準(zhǔn)，用德國Brabender公司的810110電子型粉質(zhì)儀測定面團(tuán)形成時(shí)間、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間及吸水率。拉伸參數(shù)采用GB /T 14614-2006標(biāo)準(zhǔn)，使用德國Brabender公司的 860033．002電子型拉伸儀測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0和Excel 2010軟件進(jìn)行處理數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陰和自然光處理下不同小麥品種的籽粒灌漿動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

研究表明，在自然光和遮陰處理下不同冬小麥千粒重變化規(guī)律基本呈現(xiàn)“S”型變化趨勢(shì)，表現(xiàn)為在花后籽粒干重持續(xù)增長，灌漿前期快速增長，灌漿后期趨于平緩。自然光下表現(xiàn)為：新冬57號(hào)>新冬60號(hào)>新冬40號(hào)>新冬20號(hào)，遮陰處理下表現(xiàn)為：新冬57號(hào)>新冬60號(hào)>新冬40號(hào)>新冬20號(hào)，與自然光下變化規(guī)律一致，遮陰處理后新冬57號(hào)在整個(gè)灌漿期的籽粒灌漿均高于其他品種。 圖1

圖1 不同冬小麥品種在遮陰和自然光下千粒重動(dòng)態(tài)變化
Fig.1 Dynamic variation diagram of 1000-grain weight for different winter wheat varieties under the shading and natural light

2.2 遮陰對(duì)不同品種冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

研究表明，經(jīng)過遮陰弱光脅迫后，參試品種在遮陰條件下的產(chǎn)量三要素和產(chǎn)量均低于自然光對(duì)照條件下的對(duì)應(yīng)品種，經(jīng)過遮陰處理后，各品種的穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均呈現(xiàn)出新冬40號(hào)>新冬60號(hào)>新冬57號(hào)>新冬20號(hào)的規(guī)律，收獲穗數(shù)呈現(xiàn)新冬40號(hào)>新冬60號(hào)>新冬20號(hào)>新冬57號(hào)的趨勢(shì)。表1

表1 遮陰下不同品種冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素變化
Table 1 The influence of shading on the yield and its constituent factors of different winter wheat varieties

處理Treatments品種Variety收獲穗數(shù)Spike number(104/hm2)穗粒數(shù)Grains per spike千粒重Thousand-grain weight(g)產(chǎn)量Yield(kg/hm2)自然光Natural light新冬20號(hào)738.89b41.35c44.54b7 725c新冬40號(hào)745.97a57.10a47.12b7 550c新冬57號(hào)658.18d42.30c54.38a8 675a新冬60號(hào)694.22c52.43b46.02b8 125b遮陰Shading新冬20號(hào)661.22b31.20c35.16c3 300c新冬40號(hào)719.09a39.30a42.86a4 825a新冬57號(hào)647.80b33.10b40.28b4 275b新冬60號(hào)673.48b35.70b40.60b4 650a

注： 同列數(shù)據(jù)后有相同字母的表示品種之間無顯著性差異，不同字母表示有顯著性差異(P<0. 05)，下同

Note： Data within the same column followed by the same letter showed that there was no significant difference between the varieties and the different letters showed that there was significant difference (P< 0. 05) ，the same as below

2.3 遮陰對(duì)不同小麥品種品質(zhì)差異比較

2.3.1 遮陰對(duì)不同冬小麥品種籽粒品質(zhì)的影響

經(jīng)過遮陰處理后，所有參試品種的蛋白質(zhì)含量、濕面筋和沉降值均高于自然光對(duì)照，容重則普遍低于自然光對(duì)照，而在遮陰處理?xiàng)l件下，蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值均表現(xiàn)為：新冬20號(hào)>新冬57號(hào)>新冬40號(hào)>新冬60號(hào)，表明遮陰對(duì)不同冬小麥品種的籽粒品質(zhì)都有不同程度的影響。表2

表2 遮陰下不同品種冬小麥籽粒品質(zhì)變化
Table 2 The influence of shading on the quality of grain in different winter wheat varieties

處理Treatments品種Variety容重Grain test weight(g/L)蛋白質(zhì)含量Protein content(%)濕面筋Wet gluten content(%)沉降值Sedimentation volume(mL)自然光Natural light新冬20號(hào)816.14a13.34a36.89a28.34a新冬40號(hào)814.48a13.88a31.78b26.05b新冬57號(hào)808.34a12.51b32.36b22.11c新冬60號(hào)797.80a12.90b27.27c19.03d遮陰Shading新冬20號(hào)783.09a16.35a42.80a34.49a新冬40號(hào)773.13a16.12a37.74b32.35b新冬57號(hào)764.21a16.15a42.28a33.54ab新冬60號(hào)787.76a14.61b34.54c26.54c

2.3.2 遮陰對(duì)不同冬小麥品種面團(tuán)流變學(xué)特性的影響

研究表明，遮陰對(duì)冬小麥面團(tuán)流變學(xué)特性有不同程度的影響。所有參試材料的形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間在遮陰處理后均高于自然光對(duì)照，其中新冬60號(hào)的形成時(shí)間增加幅度最大，為59.10%，而新冬57號(hào)在遮陰處理下的形成時(shí)間最長，為5.4 min。新冬57號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間增加幅度最大，為123.53%，而新冬60號(hào)在遮陰下的穩(wěn)定時(shí)間最長，達(dá)到了11.6 min。遮陰處理后各冬小麥品種的面團(tuán)吸水率互有增減，但是變化幅度不大。遮陰處理下各小麥品種的弱化度均比自然光對(duì)照下的小，其中新冬57號(hào)的變化最為顯著，減少了102.27%，新冬40號(hào)在遮陰下的弱化度最大，為106FU。表3

表3 遮陰下不同冬小麥品種面團(tuán)流變學(xué)特性變化
Table 3 The influence of shading on dough rheological characteristics of different winter wheat varieties

處理Treatments品種Variety形成時(shí)間Development time(min)穩(wěn)定時(shí)間Stability time(min)吸水率Water absorption(%)弱化度Softening degree(FU)自然光Natural light新冬20號(hào)3.0b2.8c63.2a69c新冬40號(hào)1.9d1.2d58.3b148a新冬57號(hào)3.5a3.4b64.7a89b新冬60號(hào)2.2c6.9a55.0c50d遮陰Shading新冬20號(hào)4.2b4.6c60.5b62b新冬40號(hào)2.7d2.2d58.9b106a新冬57號(hào)5.4a7.6b65.0a44d新冬60號(hào)3.5c11.6a54.7c54c

2.3.3 遮陰對(duì)不同冬小麥品種面團(tuán)拉伸特性的影響

研究表明，不同冬小麥品種最大拉伸阻力、拉伸阻力、延伸度、面團(tuán)拉伸面積、拉伸比例和最大拉伸比例各品種之間的極差分別為377.7、208、62.9、72.5、1.35和2.31，遮陰對(duì)不同冬小麥品種的拉伸特性存在一定的影響。新冬60號(hào)在遮陰水品下的最大拉伸阻力、拉伸阻力、拉伸面積、拉伸比例和最大拉伸比例均高于其他品種，說明該品種的拉伸特性對(duì)弱光有著較高的響應(yīng)。表4

表4 遮陰下不同冬小麥品種面團(tuán)拉伸特性變化
Table 4 The influence of shading on dough extensograph characteristics of different winter wheat varieties

處理Treatments品種Variety最大拉伸阻力Maximum tensile resistance (BU)拉伸阻力Tensile resistance (BU)延伸度Extension(mm)拉伸面積Extensible area ( cm2 )拉伸比例Extension ratio最大拉伸比例Maximum extension ratio自然光Natural light新冬20號(hào)158.60c134.50c187.5a42.1c0.72c0.85c新冬40號(hào)132.20d120.50d192.5a38.9d0.63d0.69d新冬57號(hào)178.80b150.00b192.0a48.4b0.78b0.93b新冬60號(hào)436.00a300.00a162.9b90.3a1.85a2.68a遮陰Shading新冬20號(hào)293.60b217.00b214.8b88.3b1.01b1.37b新冬40號(hào)191.00c160.00c242.1a65.6c0.66c0.79c新冬57號(hào)144.80d131.50d238.0a51.6d0.55d0.61d新冬60號(hào)522.50a339.50a179.2c124.1a1.90a2.92a

3 討 論

小麥作為喜光作物，遮陰造成的光照強(qiáng)度減弱，顯著影響小麥光合作用、生長發(fā)育和產(chǎn)量。賀明榮等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在弱光條件下, 某些品種(系) 千粒重降低很多，而另一些品種(系) 降幅很小。很有可能是某些品種自身可以通過某種反應(yīng)機(jī)制來調(diào)節(jié)弱光對(duì)粒重及灌漿的影響，從而使品種保持較高的灌漿水平。研究表明，在弱光處理后四個(gè)品種的千粒重較自然光對(duì)照降低顯著，與前人研究結(jié)果一致。

有研究發(fā)現(xiàn)，在灌漿初期和中期，遮陰不利于小麥籽粒灌漿，但在灌漿中后期，籽粒灌漿對(duì)粒重的貢獻(xiàn)率較高[10,11]。研究表明，在小麥灌漿前期，千粒重增加緩慢，在灌漿后期，千粒重變化較大，此結(jié)果與前人研究結(jié)果一致。弱光脅迫后，光合產(chǎn)物形成收到了嚴(yán)重的抑制，光合同化物不能夠滿足灌漿需求，最終導(dǎo)致小麥的產(chǎn)量、粒重及容重均出現(xiàn)下降[12-14]、結(jié)實(shí)粒數(shù)減少[15]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，遮陰處理后各品種的千粒重為35.16～42.86 g，產(chǎn)量為3 300～4 825 kg/hm2，均低于其自然光對(duì)照(千粒重44.54～54.38 g，產(chǎn)量7 725～8 675 kg/hm2)，每個(gè)參試品種的產(chǎn)量、千粒重和容重均低于自然光對(duì)照，與前人研究結(jié)果一致。大量研究結(jié)果表明，光照強(qiáng)度下降有利于小麥籽粒蛋白質(zhì)含量提高[16-18]。試驗(yàn)結(jié)果表明，四個(gè)參試品種的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值均低于相對(duì)應(yīng)的自然光對(duì)照品種，與前人研究結(jié)果一致。

在長期弱光條件下，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量提高，醇溶蛋白、麥谷蛋白、麥谷蛋白大聚合體和高分子量谷蛋白亞基含量顯著增加，引起濕面筋含量、沉淀值、面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間的提高，面團(tuán)弱化度的降低[19]。研究表明，在遮陰弱光脅迫后，各品種的籽粒形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間顯著高于相對(duì)應(yīng)的自然光對(duì)照品種，而面團(tuán)弱化度明顯低于自然光下相對(duì)應(yīng)的品種，研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致。遮陰弱光脅迫對(duì)參試品種的面團(tuán)拉伸特性有一定的影響，其中新冬20號(hào)，新冬40號(hào)和新冬60號(hào)在遮陰處理后的拉伸值和延伸度等都高于其自然光對(duì)照下的響應(yīng)品種，而新冬57號(hào)的拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比例和最大拉伸比例均低于自然對(duì)照，說明此品種的拉伸特性受遮陰的影響較大。

遮陰處理在一定程度上降低了不同小麥品種的灌漿水平，同時(shí)也提高了冬小麥幾個(gè)品質(zhì)性狀水平，其中新冬60號(hào)在遮陰處理后品質(zhì)性狀變化最明顯，但是冬小麥的籽粒發(fā)育和營養(yǎng)物質(zhì)的積累是一個(gè)較為復(fù)雜的生物學(xué)過程，是很多因素共同作用的結(jié)果，要闡明遮陰對(duì)小麥品質(zhì)特性產(chǎn)生影響的詳細(xì)作用機(jī)理，還需要更深入的研究。

4 結(jié) 論

4.1 遮陰處理后各品種的灌漿特性表現(xiàn)為在花后籽粒干重持續(xù)增長，灌漿中期快速增長，灌漿后期趨于平緩。其中千粒重變化規(guī)律為：新冬57號(hào)>新冬60號(hào)>新冬40號(hào)>新冬20號(hào)，新冬57號(hào)的籽粒灌漿水平在自然光和遮陰處理下均高于其他參試品種。

4.2 從產(chǎn)量構(gòu)成因素看，遮陰處理后各品種的產(chǎn)量三要素和小區(qū)產(chǎn)量均低于自然光對(duì)照，遮陰處理后穗粒數(shù)、千粒重和小區(qū)產(chǎn)量均表現(xiàn)為 新冬40號(hào)>新冬60號(hào)>新冬57號(hào)>新冬20號(hào)，收獲穗數(shù)呈現(xiàn)出新冬40號(hào)>新冬60號(hào)>新冬20號(hào)>新冬57號(hào)的趨勢(shì)。

4.3 遮陰處理后各品種的容重、吸水率和弱化度低于自然光對(duì)照，而各冬小麥品種的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和面團(tuán)拉伸特性等數(shù)值在遮陰處理后都高于自然光對(duì)照；遮陰處理后新冬20號(hào)的籽粒品質(zhì)性狀顯著高于其他品種，新冬60號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間(11.6 min)和面團(tuán)拉伸特性都顯著高于其他品種。