黃淮麥區小麥品種（系）籽粒硬度分布及其對品質和產量性狀的影響

朱保磊 陳金平 師令智 李剛 趙永濤 石守設 李宇峰 陳杰 陳建輝 尹志剛

摘要 以黃淮麥區主推品種（系）為試驗材料，通過測定籽粒硬度的分布概況，分析其與產量性狀和品質性狀的關系，以期為小麥品質改良提供理論支持。結果表明，黃淮麥區中硬質麥的比例最高，為67.37%，混合型和軟質麥的占比較低，分別為11.05%和21.58%，硬度值的分布范圍較廣，為18～85。通過分析不同硬度類型小麥與產量性狀的關系可知，在產量和千粒重指標上軟質麥顯著高于混合麥和硬質麥，而在穗粒數和單穗重指標上不同硬度表型的材料無顯著差異，這說明籽粒硬度主要通過關聯千粒重這一指標來實現對產量的影響;不同硬度表型與品質參數的關系表現為，在和面時間和SDS-沉淀值參數上硬質麥顯著高于混合麥和軟質麥。該研究結果表明，籽粒硬度與產量性狀和品質性狀聯系緊密，在育種過程中可以作為重要的輔助手段應用到小麥育種過程中。

關鍵詞 籽粒硬度;產量;品質;育種

中圖分類號 S512.1文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）10-0035-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.009

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Distribution of Wheat Varieties （Lines） Hardness in Huanghuai Wheat Region and Their Influence on Yield and Quality Characters

ZHU Bao-lei，CHEN Jin-ping，SHI Ling-zhi et al （Xinyang Academy of Agricultural Sciences， Xinyang， Henan 464000）

Abstract The main wheat varieties （lines） in Huanghuai Region were used as experimental materials.In order to provide theoretical support for wheat quality improvement， the relationship between yield traits and quality traits was analyzed.The results showed that in Huanghuai wheat region， the proportion of hard wheat was the highest （67.37%）， while the proportion of mixed type and soft wheat was low， which were 11.05% and 21.58%， respectively.The hardness value was widely distributed， ranging from 18 to 85. Through the analysis of the relationship between different hardness types of wheat and yield traits， it can be seen that soft wheat was significantly higher than mixed wheat and hard wheat in yield and 1 000-grain weight index， but there was no significant differences in grain number per spike and single spike weight index of different hardness phenotypes of materials， which indicated that grain hardness mainly affected yield through 1 000-grain weight.The relationship between different hardness phenotypes and quality parameters showed that hard wheat was significantly higher than mixed wheat and soft wheat in blending time and SDS sedimentation value parameters.The results showed that grain hardness was closely related to yield and quality traits， and could be used as an important auxiliary means in wheat breeding.

Key words Grain hardness;Yield;Quality;Breeding

在育種過程中籽粒硬度是育種家最關注的品質性狀之一，對小麥產量性狀和加工品質性狀都有重要的影響。根據小麥籽粒的胚乳質地，普通小麥可被劃分為硬質麥、混合麥和軟質麥3種表型。前人研究表明，籽粒硬度主要受位于5D染色體短臂上的一對主效基因和其他染色體位點上的微效基因調控[1]。其中，位于Ha（Hardness）位點上的2個基因puroindoline a和puroindoline b控制著小麥籽粒硬度形成的分子遺傳基礎，任一基因發生突變都會直接導致小麥硬度值的增加[2]。到目前為止，普通小麥中關于puroindoline等位變異類型已有大量的研究，在Pina中，等位變異類型有10種;在Pinb中，等位變異類型多達18種[3-6]。隨著分子遺傳研究的深入，3種類puroindoline功能的基因在普通小麥種也被相繼發現和證實[7-9]。這些基礎研究為籽粒硬度的遺傳改良打下了堅實的基礎。黃淮麥區是我國

最大的小麥生產基地，研究該地區主推小麥品種（系）的產量性狀和品質性狀及其與籽粒硬度之間的關系為該地區的小麥育種工作提供理論參考，這對保障國家糧食安全和農業供給側結構性改革具有十分重要的意義。關于籽粒硬度對小麥加工品質和產量性狀影響的研究較豐富。趙新等[10]研究發現，普通小麥中具有不同puroindoline基因型的食品加工品質和磨粉品質存在顯著差異。Chen等[11]研究認為，在普通小麥中Pina-D1b類型在磨粉品質和面制品加工中均顯著劣于Pinb-D1b類型。桑偉等[12]研究發現，新疆冬、春小麥籽粒硬度與破損淀粉率呈顯著正相關，且籽粒硬度和磨粉品質具有十分緊密的聯系。周艷華等[13]研究表明，籽粒硬度與面粉白度呈極顯著負相關，且其與出粉率和面粉灰分的相關系數受冬春麥類型的調控。遺傳育種研究發現，籽粒硬度主要受基因的加性遺傳，軟質麥的遺傳力較高，對硬度的改良要在早世代選擇最為有效。鑒于此，筆者廣泛收集在黃淮麥區曾經和現在大量推廣種植的小麥品種（系）的籽粒硬度與品質性狀和產量性狀的關系，旨在為黃淮麥區小麥遺傳育種提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和田間試驗 供試材料共190份，主要為曾經和目前在黃淮麥區主要種植的品種（系）及部分正在黃淮麥區參試新品系。全部材料于2017—2018年度分別種植于鄭州市河南農業大學科教園區試驗基地。采用隨機區組試驗設計，每份材料種植4行，行長1.5 m，行距23 cm，按基本苗225萬/hm2，3次重復。田間管理同當地大田。

1.2 產量性狀和品質性狀的測定 供試材料的籽粒硬度值采用單籽粒谷物特性測試儀（SKCS4100 Perten Instruments AB，Sweden）測定。利用近紅外（Perten DA 7200）測定蛋白質含量和濕面筋含量，Zeleny-沉降值的測定參照AACC方法中56-61A的方法和儀器進行。SDS-沉淀值參考GB/T 15685—1995，采用1/3體積的試劑和1 g面粉測定。揉混儀參數的測定采用美國National公司的和面記錄儀（Mixograph）進行記錄，操作步驟有改動具體操作步驟參照Sun[14]的方法進行。

1.3 統計分析 采用Microsoft Excel 2010進行基本性狀的統計分析和繪圖。采用SPSS V 17.0進行籽粒硬度與產量性狀和品質性狀的方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同小麥品種（系）籽粒硬度分布比較

試驗材料的籽粒硬度分布情況見圖1。符合硬質標準小麥材料的數量最多，為128個，比例為67.37%，混合麥和軟質麥的數量較少，分別為21和41個，比例分別為11.05%和21.58%，這說明在黃淮麥區中硬質類型的小麥品種比例較大。從硬度值的大小來看，滑育麥118的硬度值最小（18），許科168的硬度值最大（85），所有試驗材料的硬度值在18～85，平均硬度值為59，變異系數為28.24%（表1）。由變異系數可知，籽粒硬度在黃淮麥區的差異較大，說明該地區小麥之間存在較大的加工品質差異。

2.2 不同小麥品種（系）產量性狀的比較 從該研究對產量及其構成因素的分析可以看出（表2），供試材料穗粒數平均值為49.83個，變化范圍在30.00～74.70個，變異系數為15.52%;千粒重最低為32.19 g（中國春），最高為75.43 g（86（79）-128），平均值為50.96 g，變異系數較小，為50.96%;單穗重的平均值為2.53 g，變化范圍在1.15～3.75 g，變異系數為16.31%。從對產量性狀的分析可以看出，黃淮麥區小麥各產量指標的變異系數差異較小，說明該地區對小麥產量育種比較重視。供試材料的總體產量平均值為7 177.54 kg/hm2，變化范圍較大，為2 135.85～10 094.25 kg/hm2，但整體變異系數不大，為18.83%。

2.3 不同小麥品種（系）的品質性狀比較

該研究中的品質指標包括品質表型和面團流變學特性。前人研究表明，小麥表型品質指標與最終加工品質之間相關系數較小，而面團流變學特性與最終加工品質之間相關系數較大[15]。通過對供試材料的品質性狀進行分析可以看出，蛋白質和濕面筋的變異系數較小，分別為7.32%和7.68%;而Zeleny-沉降值和SDS-沉淀值的變異系數較小，分別為15.57%和27.41%（表

3）;但是作為反映面團流變學特性指標的和面試間參數的變異系數較大，為42.88%，這表明在黃淮麥區育種家對小麥品質的改良并不同步。

2.4 不同硬度表型對產量性狀的影響 分析不同硬度表型的試驗材料對產量性狀的影響，結果顯示3種硬度表型的小麥材料在穗粒數和單穗重指標上差異不顯著，硬質麥的千粒重平均值為53.80 g，顯著高于軟質麥（50.49 g）和混合麥（51.59 g）。從最終產量的比較結果不難發現，硬質麥產量顯著高于軟質麥和混合麥的平均產量（表4），這說明籽粒硬度通過影響千粒重的方式來對最終產量產生影響。

2.5 不同硬度表型對品質性狀的影響

3種不同硬度類型的試驗小麥材料對品質性狀的影響進行分析和比較后發現，在蛋白質和濕面筋性狀上3種硬度表型的材料不存在顯著差異，說明籽粒硬度對品質表型的影響較小。從表5可以看出，該研究在分析籽粒硬度與乳酸保持劑的關系上存在差異，其中不同硬度表型的小麥材料在Zeleny-沉降值上表現為硬質小麥材料高于軟質和混合小麥材料，但三者之間差異不顯著。而在SDS-沉淀值指標上，則表現為3種硬度表型的小麥材料存在顯著差異，硬質麥數值最高達到17.89 S，顯著高于軟質和混合小麥的16.10和16.98 S，說明SDS-沉淀值對籽粒硬度的變化比較敏感，可以在實際育種中加以有效利用。面團流變學特性能夠較全面地反映小麥最終的加工品質優劣，該研究發現硬質麥的和面時間最長達到了2.37 min，軟質麥和混合麥的和面時間分別為2.04和2.09 min，硬質麥的和面時間顯著長于另外2種硬度表型。該試驗結果顯示，硬質麥的加工品質要優于軟質麥和混合麥的加工品質。

3 結論與討論

由于育種技術和方法的限制等因素，長久以來在黃淮麥區籽粒硬度一直未作為主要的育種目標進行有目的品質改良[16]，導致整個黃淮麥區的小麥品種品質比較單一，嚴重缺乏優質專用型的小麥新品種，如適合釀酒、制作餅干和面包等類型的小麥品種。該試驗廣泛選取了曾經和目前在黃淮麥區大面積推廣種植的優良品種（系）以及正在參加黃淮麥區品種審定試驗的有苗頭新品系進行籽粒硬度表型和產量性狀及品質性狀的分析研究，旨在能夠為黃淮麥區的小麥育種，尤其是做好產量和品質之間的平衡選擇提供重要的參考和理論支持。

隨著經濟社會的快速發展，人們對小麥加工品質的需求變得更加豐富和多元化，這也就意味著對育種工作者提出了更高的要求。小麥籽粒硬度作為最重要的小麥加工品質性狀之一，其分子遺傳機理和育種應用研究逐漸成為一個熱點[17]。姜蘭芳等[18]研究了山西近10年審定的小麥品種籽粒硬度與主要品質之間的關系后發現，硬質麥的蛋白質含量、濕面筋含量、出分率、沉降值等品質參數均顯著高于混合麥和軟質麥，這與該研究結果基本相符。張福彥等[19]測定分析了來自黃淮麥區109份小麥新品系的籽粒硬度，結果表明黃淮麥區籽粒硬度分布范圍較廣，其中以硬質麥為主軟質麥和混合麥類型為輔，該研究再次驗證了結果的真實性。楊學舉等[20]研究表明，籽粒硬度與沉降值存在極顯著正相關，這與該研究結果相同，同時楊學舉等[20]研究也證明籽粒硬度與蛋白質含量和濕面筋含量同樣存在極顯著正相關關系，這與該研究結果不太一致，原因可能有2點：一方面黃淮麥區目前多是周麥系列的衍生品種（系），該麥區大部分主推小麥品種是1B/1R異位系[15]，這部分材料的蛋白質和濕面筋含量很高，但加工品質卻表現較差;另一方面，籽粒硬度的調控主要受基因影響，而表型品質性狀主要受栽培環境因子的調控[19]。因此，這種情況會造成不同麥區分析的籽粒硬度與品質之間的關系存在一定差異。該研究結果可以看出，黃淮麥區籽粒硬度與產量性狀和品質性狀均存在一定的相關性，可以將籽粒硬度作為一種可靠的輔助手段應用到實際育種過程中，有目的地進行黃淮麥區的小麥品質育種改良。

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