豫西不同栽培環境對優質小麥品系品質性狀的影響

張媛菲，田文仲，呂樹作，彭紹峰，段國輝，高海濤，吳少輝

(洛陽農林科學院，洛陽市作物分子生物學與種質創新重點實驗室，河南洛陽 471023)

小麥品質性狀受多種因素影響，包括其自身的遺傳因素及外在環境條件等。光照、溫度、水分以及肥力等外在環境條件因素的不同，即使同一品種的相關品質性狀也會產生較大差異[1-12]。目前，對小麥品質影響因素已有許多研究。如馬冬云等[13]認為蛋白質含量主要受環境的影響，曹宏鑫等[14]研究得出灌水和氮肥對小麥蛋白質含量與加工品質的影響是沿著相反方向的；郭天財等[15]研究認為，品種遺傳因素對拉伸參數的影響大于生態環境，不同年份氣象因子對拉伸參數的影響程度不同；康立寧等[16]研究表明，品種與環境對所有粉質參數指標均有顯著影響，但由品種決定粉質參數的變異程度遠大于環境引起的變異，基因型×環境互作效應對形成時間、穩定時間、軟化度與評價值影響較大，而對吸水率影響較小。上述各研究揭示了小麥品質受影響的復雜性，但針對豫西不同栽培環境對優質品系品質性狀會產生怎樣的影響，以及該地區優質品系在生產推廣上應選取怎樣的栽培措施才能更好地實現其優質性狀，鮮見報道。本研究選用洛陽農林科學院育成的7個半冬性優質小麥品系和2個優質對照品種，分別在旱薄、旱肥和水地試驗田進行種植，收獲后測定各品種(系)的千粒質量、體積質量、沉降值、面筋指數、面筋含量、形成時間、穩定時間和粗蛋白含量等品質性狀并進行數據分析，以期為優質小麥在豫西地區的優質高產栽培提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用洛陽農林科學院選育的7個半冬性優質小麥品系 ‘HPG127’‘HPG164’‘HPG165’‘HPG167’‘HPG513’‘HPG542’‘HPG521’和優質對照品種‘豫麥34’和‘藁麥8901’為試驗材料。豫西地區屬半濕潤偏旱農業區，地形地貌差異較大，地表水和地下水資源缺乏，大部分地區農業生產依靠有限的自然降水，屬典型的雨養農業區，年平均降雨量643.4 mm,70%的降水集中在6-9月。土壤貧瘠，保水保肥能力差。

1.2 試驗設計

試驗在洛陽農林科學院試驗田進行。3個試驗田塊的栽培環境分別為旱薄地(旱地小麥資源繁種田，常年綠肥掩青，自然降雨)、旱肥地(旱地小麥育種田，常年綠肥掩青，施底肥，自然降雨)和水肥地(高產小麥育種田，常年綠肥掩青，施底肥，定期灌溉)。所有試驗品系(種)統一種源供應，設置隨機區組排列，各小區面積15 m2，重復3次。3個試驗田塊的后期田間管理， 如雜草等管理均在同樣條件進行。各栽培環境下成熟后各自收獲，對收獲籽粒統一進行相關性狀的測定。

1.3 測定項目及方法

小麥籽粒測定條件為：各品系(品種)各自成熟后，收獲晾曬至貯藏條件(含水量13%以下)，在實驗室統一進行各項性狀測定。

1.3.1 粗蛋白質量分數和沉降值 粗蛋白含量利用Perten近紅外品質測定儀(Inframatic9200)對小麥進行全粒掃描[9]；沉降值采用Brabender公司專用設備，按Zeleny沉降值試驗方法測定[10]。

1.3.2 面筋含量和面筋指數 總濕面筋和總干面筋含量利用2200型面筋數量和質量測定系統(瑞典Perten公司)，按GB/T5506.2-2008[17]方法測定；面筋指數用Perten Centrifuge2015離心機的面筋篩測定，計算公式為面筋篩上留存的面筋/(面筋篩上留存的面筋+過篩的面筋) ×100[7]。

1.3.3 形成時間和穩定時間 形成時間和穩定時間采用Perten公司Micro-doughLAB微型小麥粉質測定儀測定[2]。

1.3.4 千粒質量和體積質量 小麥籽粒的千粒質量經0.001 g天平3次重復測定；體積質量用GHCS-1000型容重測定儀測定[1]。

1.4 數據處理與分析

采用DPS(Version 9.50)進行小麥品質相關性狀數據的基本統計量(平均數、標準差、變異系數)的方差分析以及各處理下的多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 小麥品質相關性狀的方差分析

分別取各品種(系)在各栽培環境下的平均值進行方差分析，結果(表1)表明，千粒質量和穩定時間在品種(系)間分別呈現極顯著和顯著差異，而在栽培環境間差異不顯著；體積質量、總濕面筋和總干面筋含量以及粗蛋白質量分數在品種(系)和栽培環境間均有顯著或極顯著差異，表明這4個性狀受品種(系)自身的遺傳因素及外部栽培環境因素共同影響，也反映出不同栽培環境對優質品系的品質性狀影響明顯，針對不同優質品系，選擇合適的栽培環境有利于提高品系的品質。

表1 小麥品質相關性狀的方差分析Table 1 Variance analysis of corelated quality traits of wheat

注：*表示P<0.05；**表示P<0.01。下同。

Note: *P<0.05; **P<0.01.The same below.

2.2 不同小麥品種(系)品質相關性狀的比較分析

對表現有差異的品質性狀在品種(系)間進行多重比較分析(表2)，基于各自的遺傳背景影響，可以看到每個品種(系)在各品質性狀中的差異性表現不同。‘HPG521’在總干面筋、總濕面筋和粗蛋白質量分數這3個品質性狀中與‘HPG513’‘HPG542’等有明顯差異；‘HPG542’和‘HPG165’在穩定時間上差異顯著；‘豫麥34’和‘HPG167’‘HPG542’‘藁8901’在千粒質量上差異顯著，和‘HPG127’在體積質量上差異顯著。

2.3 不同栽培環境對小麥品質相關性狀的影響

對在栽培環境間有顯著差異的品質性狀，在不同栽培環境條件下進行多重分析，結果(表3)顯示，體積質量、總濕面筋和總干面筋平均值表現為旱薄地>旱肥地>水地，體積質量在旱薄地與旱肥地和水地差異顯著，而水地和旱肥地間無差異，說明高肥力有降低小麥體積質量的作用；總濕面筋和總干面筋質量分數平均值在水地表現最低，且旱薄地和水地環境間差異顯著，其他栽培環境之間差異不顯著，說明水地栽培環境會降低面筋的含量。粗蛋白質量分數均值表現為旱肥地>旱薄地>水地，在旱肥地和水地間差異顯著，表明水地栽培環境不利于小麥籽粒中蛋白質質量分數的提高，這與張維軍等[18]的研究結論一致，增加灌水會降低小麥籽粒品質，對蛋白質質量分數有一定稀釋效應，但這種稀釋效應通過增加施肥得以緩沖。

另外，千粒質量、沉降值、形成時間和穩定時間這4個性狀在各栽培環境條件下雖然差異未達到顯著水平，但也表現出一定趨勢：千粒質量和沉降值的平均值均在旱薄地達最大，旱肥地和水地環境下相近，可見旱薄地可以增加千粒質量和體積質量，這可能是較低的肥力對千粒質量和體積質量的增加有促進作用，這與吳國梁等[19]的研究結果保持一致。形成時間和穩定時間2個性狀的均值則在旱薄地為最小，水地次之，旱肥地最大，說明旱肥地和水地栽培環境可適當提高優質小麥品系(種)的形成時間和穩定時間。

注：平均值后字母不同表示差異顯著，小寫與大寫字母分別表示5%和1%的顯著水平，下同。

Note:Different letters after the mean values indicate significant difference,lowercase and uppercase letters indicate the difference at 5% and 1% levels,the same below.

綜合上述分析可知，不同栽培環境條件對優質小麥不同品質性狀有不同的影響作用：水地和旱肥地會降低籽粒體積質量，降低籽粒面筋質量分數；旱肥地會提高籽粒的蛋白質含量；旱薄地對千粒質量和體積質量的增加有積極作用；適當的肥力和灌水對小麥的形成時間和穩定時間延長有幫助。根據上述結果，在田間栽培中可按照具體生產要求選擇合適的栽培環境，來實現對品種(系)品質的具體要求。

表3 小麥各品種(系)相關性狀在不同栽培環境下的多重比較Table 3 Multiple comparison of the corelated quality traits of wheat under different planting conditions

2.4 小麥品質相關性狀在不同栽培環境和品系間的變異分析

對各品質相關性狀在不同栽培環境和各品系(種)間進行變異系數分析，可以看出(表4)，各個品系(種)中，‘HPG165’和‘豫麥34’的絕大多數相關性狀(除‘豫麥34’的千粒質量)表現出較小的變異系數，反映出此2個品系(種)品質性狀對環境不敏感，說明該品系在生產上適應性廣，品質性狀不易受栽培環境影響；而‘HPG542’和‘藁8901’的面筋含量在不同栽培環境條件下變化較大，因此在生產推廣中若針對面筋含量有嚴格要求，應當謹慎選擇合適的栽培 環境。

表4 各小麥品種(系)相關性狀的變異系數Table 4 Variation coefficient of corelated quality traits of wheat %

另外觀察所測全部品系性狀中，總濕面筋、總干面筋和穩定時間這3個性狀在不同栽培環境間變異系數較大，說明此3個性狀受栽培環境影響較大。其中，在不同栽培環境間差異不顯著的穩定時間在不同栽培環境和大多數品系(種)中均為變異程度最大的性狀，遠高于其他性狀的變異系數，這同康立寧等[16]報道的基因型×環境互作效應對穩定時間影響較大的結果較一致,也反映出不同栽培環境對穩定時間有著更為復雜的影響。

對穩定時間在具體品系(種)和不同栽培環境間的表現進一步比較分析(圖1)，可以看出，優質小麥各品種(系)的穩定時間在3種栽培環境下的變化差異不盡相同，整體上，穩定時間相對較短的品種(系)在3種栽培環境下的變化差異小，穩定時間較長的品系在3種栽培環境下變化大，且各品種(系)的變化趨勢也不盡相同，大部分品種(系)在旱肥地的穩定時間最長，但品系‘HPG542’在水地栽培環境的穩定時間更長。上述分析表明穩定時間受到栽培環境和品種(系)自身遺傳背景的共同影響。在實際生產中，如果對優質小麥品種(系)的穩定時間有具體要求的，在田間栽培中應注意結合品種(系)特性，選擇合適的栽培環境。

3 討論與結論

小麥品質性狀的變化，是一個復雜的調控系統，受到小麥品種自身的遺傳因素以及外部生態環境等因素共同影響。對育成品系(種)來講，通過探索合適的栽培環境來調整其有關性狀的變化，進而實現其目的性狀的價值最大化是比較有效且實用的途徑。已有很多栽培環境因素對品質性狀影響的研究結果：如不同元素(氮、磷、鉀等)肥料對小麥品質的影響不同[20-21]；灌水對小麥品質的影響在不同環境條件和不同時期對小麥籽粒性狀和品質有較大影響[22-25]等，這些研究結果都揭示了具體環境因素對小麥品質性狀的一些影響，但由于小麥遺傳體系的復雜及環境因素的多樣化，不同小麥品系(品種)在不同試驗條件下也會表現出不同的結果。

圖1 各品種(系)小麥穩定時間在不同栽培環境下比較分析Fig.1 Comparison of stability time of wheat under different planting conditions

優質小麥品系(種)的選育過程也同選育環境密切相關，生產適應性在不同栽培環境下也會有差別，其相應的產量和品質等也會因此受影響。考慮到育成品系(種)在生產推廣上的要求，并結合以前的試驗研究結果，本文通過對9個優質品系小麥在豫西地區不同栽培環境條件下的品質表現進行分析表明：千粒質量和穩定時間這兩個性狀受品種(系)自身的遺傳背景影響比栽培環境的影響更大，但在栽培環境間也表現出一定規律性影響，千粒質量在旱薄地最大，而穩定時間在旱薄地最小，可能由于只是1 a的數據，此影響并沒有表現出顯著差異，需要進一步更多試驗進行驗證。體積質量、總濕面筋、總干面筋和蛋白質量分數在品種(系)和栽培環境間均表現出明顯差異：體積質量在旱薄地同其他2個環境差異顯著，而水地和旱肥地之間無差異，反映出水地和旱肥地栽培環境有降低小麥體積質量的作用，也反映出體積質量可能受肥力的影響大于灌水；蛋白質量分數在旱肥地和水地間差異顯著，在旱肥地質量分數高，表明灌水不利于小麥籽粒中蛋白質質量分數的提高，這與張維軍等[18]的研究結果較一致。總濕面筋和總干面筋質量分數只在旱薄和水地間差異顯著，其他栽培環境間差異不顯著，說明旱薄地的栽培環境更能保證面筋質量分數。綜合上述結果，優質小麥品種(系)在實際生產種植時，在保證小麥正常生長前提下，可控制灌水和施肥來保證小麥面筋質量分數，但是針對某一具體品種對灌水和施肥的具體要求還要具體進行更細致和嚴謹的試驗，以確定其最優的栽培條件。

另外，穩定時間在栽培環境間差異不顯著，但其同其他性狀相比，其變異程度卻最大，而且在不同栽培環境下不同品種(系)的差異表現也不全相同，在本試驗所有品種(系)中，雖然大部分都在旱肥地栽培條件下表現出更長的穩定時間，但也有個別品系如‘HPG542’在水地條件下穩定時間最長，這反映出穩定時間受品種自身遺傳背景和后期栽培環境的共同影響。在實際生產中對穩定時間的具體要求，也應當結合品種(系)的具體特性，選擇合適的栽培環境。

由于小麥品質性狀的影響比較復雜[26-27]，不同小麥品種要充分發揮其潛力，應當考慮相應土壤質地和栽培措施的管理，以實現具體生產價值的最大化。本試驗針對豫西地區部分優質品系在當地不同栽培環境措施下的品質差異進行初步探索，對于不同地區優質品種的優質高產栽培及水肥管理該如何進行，還需要設計試驗進一步確定。