沉淀值在小麥品質育種上的應用研究

周濟銘，杜 璨，馮 帆，鄭愛泉，安成立

(1.楊凌職業(yè)技術學院，陜西楊凌 712100；2.西北農林科技大學，陜西楊凌 712100)

小麥是世界上重要的農作物之一[1-2]，也是中國主要的糧食作物[3-4]。通過幾十年的選育改良，中國小麥品質有了很大提升，但與發(fā)達國家相比，中國小麥加工品質尚有一定差距，改良小麥加工品質已成為中國發(fā)展優(yōu)質小麥的首要問題[5]。沉淀值是評價小麥品質的一個重要指標，其遺傳力大，遺傳穩(wěn)定性高，已成為小麥育種工作者重視和經常應用的一個品質指標[6-11]。關于沉淀值的研究已有大量報道，為小麥高效選育優(yōu)質品種提供理論基礎[12-14]。隨著沉淀值測定方法的改進和完善，尤其是微量SDS測定法的出現和應用，給小麥優(yōu)質育種早代材料的品質評價提供了條件，為小麥優(yōu)質新品種選育過程中沉淀值的應用提供依據,本文從沉淀值測定方法、沉淀值與小麥的品質性狀、品質改良、環(huán)境營養(yǎng)條件等方面加以分析論述，探討沉淀值在小麥品質育種中的作用,為親本選配、后代選擇處理和品質鑒定等提供參考。

1 沉淀值與小麥品質性狀相關分析

小麥品質性狀較多，分析目的不同，其內容也不同。在小麥品質改良中關注的品質性狀主要包括容質量、蛋白質含量、濕面筋含量、沉淀值、面團形成時間、穩(wěn)定時間、吸水率、出粉率等[15-20]。沉淀值因其遺傳特性成為一種重要的品質指標，隨著測定方法日趨成熟，研究分析沉淀值與其他品質性狀的相關性，對小麥品質育種具有實踐指導意義。研究表明，沉淀值與面團形成時間、穩(wěn)定時間等面團流變學特性均呈極顯著正相關，與小麥籽粒出粉率無顯著相關[5,7,12,21]。關于這一結論，大多數研究者的認識較為一致。但沉淀值與其他小麥品質性狀的關系，研究者存在不同認識。部分研究表明，沉淀值與小麥面團形成時間、穩(wěn)定時間呈顯著正相關[5,12,22-23]；與濕面筋含量、蛋白質含量顯著正相關[12,24-27]，與容質量呈負相關關系[24-27]，與楊學舉等[5]、李宗智[23]研究結果不同(表1)。沉淀值與面包和面條的加工品質密切相關[21,28-29]，與面包評分呈極顯著正相關，是影響面包品質的最重要參數[30-31]，較高的沉淀值有利于提升面包加工品質[21]。

2 沉淀值的不同測定方法比較分析

1947年Zeleng首次提出用沉淀試驗測定小麥的面包烘烤品質和小麥蛋白質品質，形成Zeleny沉淀值測定法。目前,國內和國外常用的沉淀值測定方法包括：Zeleny沉淀值測定法、常量SDS沉淀值測定法和微量SDS沉淀值測定法[10]。Zeleny沉淀值測定法是國際谷物化學協會標準方法(簡稱ICC標準)，也是美國谷物化學協會標準(簡稱AACC標準)，基本原理為：在規(guī)定的粉碎及篩分條件下將小麥籽粒制成試驗面粉,將異丙醇制成弱酸性水溶液，再將面粉放入此溶液形成懸浮液,面粉中的蛋白質在異丙醇作用下發(fā)生水合反應，降低懸浮面粉的沉降速度，面粉的面筋質量愈好、含量愈高，面粉的沉降速度愈慢；經規(guī)定時間的振蕩和靜止后,測定面粉顆粒沉降形成的沉積物體積,體積越大，沉淀值越高[22]。Axford等于1979年提出沉淀值的另一種測定方法,即SDS沉淀值測定法[22]?；驹頌椋涸谝?guī)定粉碎和篩分條件下，將小麥籽粒處理成試驗樣品，在規(guī)定溫度條件下，制成SDS懸浮液，經規(guī)定時間的振搖和靜置后，面筋在弱酸性條件下與表面活性劑SDS結合形成絮狀沉積物，沉積物的體積數值即為SDS沉淀值(沉淀指數)。不同測定方法適用條件不同，Zeleny沉淀值測定法主要用于小麥面粉沉淀值測定，樣品用量一般為3.2 g(含水量14%)。SDS沉淀值測定法可用于小麥面粉、全麥粉沉淀值測定，又分為常量和微量兩種測定方法，常量SDS沉淀值測定法樣品用量一般為全麥粉6.0 g(含水量14%)、小麥面粉5.0 g(含水量14%)(GB/T15685-1995)；微量SDS沉淀值測定法樣品用量一般為全麥粉或小麥面粉1.0 g(CIMMYT墨西哥國際玉米小麥改良中心小麥工業(yè)品質試驗方法[32])。

表1 沉淀值與小麥主要品質性狀的相關性分析(相關系數)Table 1 Correlation analysis between sedimentation value and main quality traits of wheat (Correlation coefficient)

注:“*、**”分別表示同列數據在0.05和0.01水平上顯著。“-”表示沒有數值。

Note: “*” significant atP<0.05,“**” significant atP<0.01.“-”no data.

李碩碧等[33]研究認為：兩種SDS法沉淀值測定結果與Zeleny法具有極顯著直線相關關系，相關系數為0.811 6；Zeleny沉淀值測定法受環(huán)境條件影響小，結果穩(wěn)定可靠，SDS沉淀值測定法對試驗條件要求較高，測定結果易受溫度、試劑和藥品質量、樣品放置時間等因素影響[22,34-35]。SDS沉淀值測定法測定結果可反映小麥籽粒蛋白質品質優(yōu)劣，側重衡量面筋質量[21]，實用性較強；微量SDS沉淀值測定法與常量SDS沉淀值測定法有很高的相關性(r=0.988)，且試劑用量少，測定速度快，實用方便,降低分析成本并縮短分析時間，更適合小麥品質育種工作的需要[22-33,35]。近年來，近紅外光譜檢測在小麥品質測定分析上的應用較為廣泛，因其對小麥品質相關指標快速可靠的測定廣受關注，且與Zeleny沉淀值測定、常量SDS沉淀值測定結果相關性較高，實踐應用性強[10,24]，對遺傳來源不同的品種(系)較為適用，而比較育種選擇過程中遺傳差異較小的姊妹系間沉淀值的差異時，更適合選用微量SDS沉淀值測定法。

3 沉淀值與小麥品質改良

3.1 小麥品種間沉淀值變化特點

研究分析沉淀值在小麥不同品種間的差異性對小麥品質改良親本選配具有十分重要的指導意義，關于這方面研究已有大量報道。王鍵等[36]對404份小麥種質資源品質性狀進行測定分析，結果顯示國內小麥品種沉淀值低于國外引進品種。而張彩英等[37]發(fā)現，國內小麥品種與國外引進品種間沉淀值無明顯差異(平均值：國外引進品種24.5 mL，國內品種24.9 mL)，但沉淀值變異系數相差較大(國外引進品種43.3%，國內品種 31.2%)；比較國內育成品種和農家品種沉淀值發(fā)現，育成品種沉淀值相對較高(育成品種24.9 mL，農家品種24.1 mL)，不同地區(qū)育成品種沉淀值存在差異性。黑龍江、北京、寧夏等省市的農家品種沉淀值顯著高于育成品種,國內品種高于國外引進品種[37]。從南向北及從平原到高原，沉淀值有逐漸增高的趨勢[38]，關中地區(qū)小麥品種沉淀值顯著高于豫北及冀中地區(qū)[39]。比較不同育成年代小麥品種的沉淀值發(fā)現，隨著育成時間的增加，沉淀值呈現上升的趨勢[7,27,40-42]，在育種過程中，小麥品質得到一定改良。沈業(yè)松等[24]對黃淮麥區(qū)296份小麥品種的品質進行研究，分析結果表明，面團形成時間變幅為0.40～4.80 min,變異系數為25.91%；面粉沉淀值變幅為14.60～63.00 mL,變異系數為24.49%；穩(wěn)定時間變幅為1.90～ 11.00 min，變異系數為19.46%；在所有分析的品質性狀中，沉淀值變異系數較大，籽粒體積質量變異系數為1.74%、出粉率變異系數為 3.43%、面團吸水率變異系數為4.19%,變異系數較小。曹穎妮等[7]對河南省2006-2016年小麥區(qū)域試驗749個參試品種(系)的品質性狀進行研究分析，結果表明，沉淀值平均為59.5 mL，變幅為26.8～ 86.0 mL，沉淀值變異系數為 14.2%。彭紹峰等[43]對黃淮北部地區(qū)5個不同地點18個小麥新品系的品質性狀進行研究分析，結果表明，沉淀值平均值為35.8 mL，沉淀值變異系數為29.9%。

大量研究表明，國內育成品種與國外引進品種間、國內不同小麥品種(系)間沉淀值存在較大的變異，在小麥品質改良親本選配時，應重點考察沉淀值較高的品種(系)。

3.2 沉淀值遺傳特點

關于沉淀值的遺傳研究主要集中在遺傳力上,研究結果顯示，沉淀值的遺傳力估算值在不同研究報道中變化較大,但大多數研究者認為沉淀值具有較高的遺傳力。張曉科等[44]研究表明，沉淀值遺傳以基因的加性效應為主，其廣義遺傳力和狹義遺傳力較高，分別為98.42%和97.06%，吳禹[14]有相同的研究發(fā)現；張彩英等[45]對30個小麥品種的11個加工品質性狀進行遺傳分析，在11個指標中，沉淀值的廣義遺傳力為83.7%，位于首位；李碩碧等[13]認為沉淀值的遺傳符合加性-顯性模型，其遺傳力為87.28%；霍清濤等[46]研究認為沉淀值遺傳是以顯性基因效應為主，沉淀值狹義遺傳力約為48.04%；而孔祥赫等[47]研究表明，沉淀值易受環(huán)境條件影響，其狹義和廣義遺傳力分別為16.8%和30.5%。陳后慶等[48]、劉廣田等[49]研究指出，SDS沉淀值在雜種F2代種子間有顯著遺傳分離,存在極顯著的細胞質效應，其遺傳主要受三倍體的胚乳基因型控制，廣義遺傳力達到98.75%，沉淀值同時受多基因加性效應和非加性效應的影響。

大多數研究者認為，沉淀值在不同雜交組合間雜種優(yōu)勢存在顯著差異，但優(yōu)勢不強。劉建軍等[50]對冬小麥20個組合雜種F1代及其9個親本沉淀值進行雜種優(yōu)勢分析，沉淀值的平均雜種優(yōu)勢較小,為-0.32%，組合間變幅為 -33.88%～20.67%，組合間差異顯著,不同親本一般配合力效應大小差異明顯。郝貴霞等[51]利用不育系配制雜交種，對30個組合小麥籽粒品質性狀雜種優(yōu)勢進行分析，發(fā)現沉淀值在大多數組合F1代表現為較強的負向優(yōu)勢,個別組合達到 -65.36%,在所有組合中,只有2個組合表現正向優(yōu)勢，變幅為-65.36%～2.86%；李桂萍等[52]對6個小麥品種(系)組配F1代籽粒品質性狀進行雜種優(yōu)勢分析，結果表明，沉淀值優(yōu)勢平均值為6.88%，變幅為0.80%～9.28%；利用化殺制備4個小麥雜種F1代，并對雜種F1代、F2代及其親本的籽粒品質性狀進行分析，沉淀值與中親值、低親值、高親值均呈正相關，但不顯著，與低親值、中親值的相關系數相對較大，沉淀值優(yōu)勢平均值為-11.45%，優(yōu)勢變幅為-15.35%～2.53%[12]。親本沉淀值一般配合力和特殊配合力與F1代表型間均呈極顯著正相關,雜種后代沉淀值情況可以通過雙親沉淀值的平均表現加以分析預測[49-50]。

3.3 沉淀值與小麥品質育種

通過沉淀值在不同品種間的變異特點及遺傳力進行研究分析，認為沉淀值遺傳是以加性效應為主,也存在一定的顯性和上位作用，受多基因控制的小麥品質性狀[53-54]。同時研究也反映出沉淀值的廣義遺傳力有較大變幅(30%～98%),這可能與試驗材料、測定方法有關，總體認為沉淀值具有較高的遺傳力[6,9,13,46-49]。因此,在小麥品質育種中，沉淀值可以作為親本選配、后代選擇鑒定的一個重要指標。研究表明雜種一代的沉淀值與雙親沉淀值的平均值呈顯著正相關,且受母本與低值親本影響較大[23,48-49]。因此，親本選配時，在綜合分析其他農藝性狀的前提下，選擇高沉淀值親本作為母本，雙親沉淀值的均值要高。在雜交后代選擇上，下一代取舍可參考上一代的沉淀值，同時也可依據親本沉淀值的大小確定重點組合。在沉淀值測定上，早代單株選擇時，由于種子量少，可用微量SDS法；晚代或品系測定時，可用常量SDS法和Zeleny法[22,53]。趙振東等[55]研究發(fā)現，雜交后代沉淀值的選擇效果在各代間相關系數為：rF2～F3=0.330 2*,rF3～F4=0.690 7**,rF4～F5=0.655 8**(注:*、**分別表示在0.05和0.01水平上顯著),選擇效果逐代提高。因此，在后代處理時，早代以汰低汰劣為主，高代以優(yōu)中選優(yōu)為主，并結合重點組合開展。

4 沉淀值與小麥環(huán)境營養(yǎng)條件的相關分析

通過對沉淀值遺傳力的研究現狀分析，大多數研究者認為沉淀值具有較高的廣義遺傳力，說明沉淀值的遺傳主要受基因型控制，遺傳較為穩(wěn)定，環(huán)境因素對其影響較小，部分研究者認為沉淀值受環(huán)境影響較大[56-57]。在小麥品質育種過程中，協調小麥品質性狀與產量性狀間的關系、各品質性狀間的關系是育種工作的主要任務，研究探討環(huán)境營養(yǎng)因素與沉淀值的關系有一定實踐指導意義。趙秀蘭[58]對3個蛋白質含量不同的春小麥品種品質性狀與氮磷水平關系進行研究分析，認為磷素處于中等施用水平，配以定量增加施用氮肥，3 個品種中高蛋白品種沉淀值降低,低蛋白品種沉淀值有升高趨勢，在低肥力條件下,氮磷肥單因素增施對沉淀值作用較大，在高肥力條件下,影響效應??；李青常等[59]對2個沉淀值差異顯著的小麥品種進行品質分析，發(fā)現隨氮肥施用量的增加，2個品種SDS沉淀值均有上升趨勢；宋美麗[60]研究認為，隨著氮肥追肥比例的增加，小麥沉淀值升高，增施氮鉀肥可促進沉淀值增加，當氮磷鉀肥以9∶4∶6的比例配施時，沉淀值可達到最高值；趙秀蘭[61]認為隨著氮肥水平增加，不同品質春小麥品種的沉淀值反應不同，強筋高蛋白品種、弱筋低蛋白品種表現出下降的趨勢，而中筋高蛋白品種明顯增加；隨著磷肥水平增加,高蛋白品種沉淀值普遍提高,而低蛋白品種則降低。冬小麥品種隨著氮肥水平增加，沉淀值普遍升高，磷水平增加，沉淀值變化的規(guī)律性不明顯；目前關于鉀肥與沉淀值關系的研究報道較少；氮、磷、鉀素平衡配方施用是形成較高沉淀值的關鍵。

5 結 語

綜上分析論述，沉淀值作為小麥品質性狀指標之一，具有重要的衡量作用，隨著測定方法的不斷改進完善，其具有經濟實用、快速、適應面相對廣泛的特點，在小麥品質改良應用上也具有一定優(yōu)勢。沉淀值與面筋含量、蛋白質含量、面團形成時間、穩(wěn)定時間等多項品質指標之間呈顯著正相關，與籽粒角質率、籽粒吸水率均呈顯著正相關[7,24,26-27]。這有利于通過沉淀值測定分析判斷其他重要品質性狀，也有利于協調小麥各品質性狀間的關系。

常用沉淀值測定方法有Zeleny法、常量SDS法和微量SDS法，大量研究表明這些方法間具有極顯著的直線相關關系，有利于依據條件不同而選擇不同的測定方法[22,33-35,62]。Zeleny法和常量SDS法樣品用量大，適用于品種或品系的品質分析，微量SDS法更適合育種后代的品質分析,尤其是系譜法處理后代時，但SDS法易受溫度、試劑及藥品質量、樣品放置時間等因素影響。

小麥不同類型種質資源之間、不同品質品種之間的沉淀值均存在廣泛變異，國內育成品種沉淀值的變異系數低于國外引進品種[38]；沉淀值廣義遺傳力大，遺傳穩(wěn)定性高，對狹義遺傳力，研究者間結論差異較大；大多數研究結果顯示沉淀值在不同雜交組合間雜種優(yōu)勢存在顯著差異，但優(yōu)勢不強，且親本沉淀值一般配合力和特殊配合力與F1代表型間均呈極顯著正相關，建議在小麥品質改良時，選擇高沉淀值親本及早代進行沉淀值選擇。沉淀值主要受基因型控制，但小麥環(huán)境營養(yǎng)條件也影響沉淀值表現，建議在小麥品質改良時，試驗地肥力水平要適當，尤其要適當控制氮、鉀水平，使沉淀值測定結果更能反映基因型遺傳效應。