52份波蘭小麥種子性狀分析

沈吉成，李亞鑫，趙彩霞,3，葉發(fā)慧,3，劉德梅，劉瑞娟，張懷剛,3，陳文杰

(1.中國科學(xué)院高原生物適應(yīng)與進化重點實驗室/中國科學(xué)院西北高原生物研究所/中國科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院，青海西寧 810008；2.青海省作物分子育種重點實驗室，青海西寧 810008；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.青海大學(xué)，青海西寧 810016)

小麥?zhǔn)俏覈蠹Z食作物之一，其可持續(xù)發(fā)展對保障國內(nèi)糧食安全具有重要意義[1]。但是由于對小麥長期馴化過程中的定向選擇，導(dǎo)致我國小麥遺傳多樣性逐漸降低，遺傳背景越來越狹窄，高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的育種目標(biāo)受到阻礙[2]。合理利用小麥近緣物種的優(yōu)良基因是增加其遺傳多樣性、擴寬其遺傳基礎(chǔ)、實現(xiàn)普通小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的重要方法[3-4]。

波蘭小麥(TriticumpolonicumL，2n =28,AABB) 作為典型的四倍體裸粒栽培小麥，具有粒大、品質(zhì)好等特點[5]。研究表明，波蘭小麥千粒重可達60.00 g，蛋白質(zhì)含量高達26.90%[6-7]；CIMMYT通過波蘭小麥分蘗強的特點選育出的小麥新品種產(chǎn)量高達18.00×103kg·hm-2[8]。通過遠緣雜交或轉(zhuǎn)基因工程，將波蘭小麥的抗紋枯病基因?qū)肫胀ㄐ←溨锌梢耘嘤黾y枯病抗性較強的小麥品種[9]。另外，波蘭小麥直鏈淀粉的含量較高，可作為改良普通小麥淀粉特性的優(yōu)良親本[5]。

本研究擬對52份不同品種的波蘭小麥籽粒性狀進行系統(tǒng)分析，發(fā)掘其性狀優(yōu)異的材料，以期用于我國小麥遺傳基礎(chǔ)的拓展和品質(zhì)改良。

1 材料與方法

1.1 供試材料

52份供試波蘭小麥品種來源于20多個國家(地區(qū))，均保存于青海省作物分子育種重點實驗室；以青海省主栽普通小麥品種高原448作為對照。選用2020年收獲的籽粒測定相關(guān)指標(biāo)。

1.2 測定指標(biāo)及方法

隨機取每個品種的籽粒30粒，用游標(biāo)卡尺測定其長度和寬度，取平均為單籽粒長度、寬度；隨機取200粒稱重，換算成千粒重。3次重復(fù)。

參照GB/T5497-85使用便攜式快速水分測定儀測定樣品籽粒含水率；參照GB/T5498-85使用HGT-100型容重器測定樣品容重；籽粒經(jīng)由0.50 mm 孔篩旋風(fēng)磨(瑞典Tecator公司109型)直接磨粉，采用上海JJJ-54面筋洗滌系統(tǒng)測定籽粒面筋含量；使用瑞典Tacator公司生產(chǎn)的自動分析儀測定籽粒蛋白質(zhì)含量；利用德國Brabender公司制造的粉質(zhì)儀測定面粉形成時間、穩(wěn)定時間和吸水率。利用主成分分析法計算各品質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重[10]。每個樣品均重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel繪制表，用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗及相關(guān)分析。不同處理間的比較采用Duncan’s新復(fù)極差法(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒表型性狀分析

如表1所示，供試波蘭小麥品種的籽粒長度、寬度及千粒重存在不同程度差異。其籽粒長度的平均值為8.65 mm，供試品種只有1號和25號籽粒長度小于高原448，51號的籽粒長度最大，為10.54 mm，顯著大于高原448，增幅為70.00%。籽粒寬度為1.45～3.50 mm，平均值為2.84 mm，均小于高原448，以4號最大，為3.50 mm，與高原448差異不顯著。籽粒千粒重的平均值為44.01 g，大于高原448的品種有26個，以10號的千粒重最高，為71.80 g，較高原448增加了46.95%，二者間差異顯著(P<0.05)。

表1 供試材料籽粒長度、寬度和千粒重Table 1 Grain length,width and thousand-grain weight of the tested materials

2.2 籽粒品質(zhì)性狀分析

由表2可知，供試波蘭小麥籽粒含水率變化范圍為9.08%～12.41%，大于高原448的品種有5個，以22號最高，為12.41%，顯著高于高原448，增幅為20.72%；粗蛋白含量變化范圍為 18.32%～29.66%，均高于高原448，以20號最高，為29.66%，較高原448高105.83%，二者間差異顯著(P<0.05)；濕面筋含量變化范圍為 32.85%～58.02%，均大于高原448，以2號最高，為58.02%，較高原448顯著增加，增幅為 94.31%；籽粒吸水率的平均值為 55.61%，大于高原448的品種有27個，以2號最高，為 78.67%，顯著高于高原448，增幅為31.90%。

表2 供試材料籽粒含水率、粗蛋白、濕面筋和吸水率Table 2 Grain moisture,crude protein,wet gluten and water absorption of the tested materials %

如表3，供試波蘭小麥籽粒千粒重平均值為44.01 g，變異系數(shù)最大，為42.27%，吸水率平均56.04%，變異系數(shù)為20.25%；籽粒長度、寬度變異系數(shù)分別為14.68%和 18.58%；籽粒粗蛋白含量平均值為22.41%，變異系數(shù)為11.47%；濕面筋含量平均值為43.75%，變異系數(shù)為11.74%，籽粒含水率平均為9.86%，變異系數(shù)最小，為 6.48%。供試波蘭小麥品種籽粒千粒重離散度最大，性狀最不穩(wěn)定，作為育種材料時可選擇范圍較廣；而籽粒含水率離散度較小，性狀相對穩(wěn)定，選擇范圍相對 較窄。

表3 各指標(biāo)變異情況Table 3 Variation of each index

由表4可知，波蘭小麥面粉的穩(wěn)定時間較高，為9.57～21.19 min，平均為16.01 min，且均大于高原448，以17號最高，為21.19 min，較高原448增加顯著，增幅為167.21%；面粉的形成時間為1.70～7.27 min，平均值為 5.61 min，僅1號、22號和23號的形成時間小于高原448，以7號的形成時間最長，為7.27 min，較高原448顯著提高，增加129.34%；籽粒硬度指數(shù)范圍為 22.35%～82.26%，平均值為64.12%，大于高原448的品種有14個，34號籽粒硬度指數(shù)最高，為 82.26%，較高原448提高顯著，增幅為19.12%；籽粒容重的變化范圍為739.33～925.00 g·L-1，容重大于高原448的品種有29個，2號的籽粒容重最高，為925.00 g·L-1，較高原448顯著增加，增幅為16.77%。

表4 供試材料籽粒面粉穩(wěn)定時間、形成時間、硬度指數(shù)和容重Table 4 Dough stability and development time,grain hardness index and bulk density of the tested materials

2.3 籽粒性狀相關(guān)性分析

如表5所示，供試波蘭小麥品種面粉的穩(wěn)定時間與籽粒長度、含水率、粗蛋白含量、容重呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)負(fù)相關(guān)關(guān)系，與籽粒千粒重、種子寬度、吸水率及硬度指數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系；面粉的形成時間與含水率、粗蛋白含量及容重呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與籽粒千粒重、籽粒長度和寬度、濕面筋含量、吸水率、千粒重及硬度指數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系；籽粒千粒重與籽粒長度、寬度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與含水率、粗蛋白含量和容重呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表5 供試材料籽粒大小、籽粒品質(zhì)相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of grain agronomic traits and grain quality of the test materials

2.4 籽粒性狀主成分分析及權(quán)重變化

由于影響波蘭小麥品質(zhì)的各個指標(biāo)之間存在相關(guān)性，通過主成分分析，對表征影響籽粒品質(zhì)的各指標(biāo)給以一定的權(quán)重，用以表示各指標(biāo)影響程度。由表6和表7可知，形成時間對波蘭小麥品質(zhì)影響的權(quán)重最高(W=0.24)，其次為面粉的穩(wěn)定時間、粗蛋白含量、濕面筋含量，含水率對籽粒品質(zhì)影響的權(quán)重最低。

表6 供試材料籽粒品質(zhì)指標(biāo)主成分分析Table 6 Cumulative percentage of the grain quality index

表7 供試材料籽粒品質(zhì)指標(biāo)權(quán)重變化Table 7 Weight change of the grain quality index

3 討 論

相關(guān)研究表明，粒重是決定作物產(chǎn)量的重要因素[11]，其受環(huán)境條件的影響相對較小，對籽粒產(chǎn)量的直接貢獻最大，通過對籽粒千粒重的選擇可以提高產(chǎn)量[12-13]；表征小麥籽粒品質(zhì)指標(biāo)的蛋白質(zhì)、淀粉和面筋含量等直接影響小麥品質(zhì)及加工品質(zhì)，粗蛋白、面筋的含量和質(zhì)量是小麥品質(zhì)的重要評價指標(biāo)[14-15]；波蘭小麥?zhǔn)沁x育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)小麥新品種的重要遺傳資源，其具有千粒重及籽粒品質(zhì)高的特點，是我國小麥品種改良較好材料之一[16-17]。本研究結(jié)果表明，供試波蘭小麥品種籽粒千粒重、粗蛋白和濕面筋含量均較高，這與上述研究結(jié)果基本一致。較高原448，10號的千粒重提高46.95%，20號粗蛋白含量提高105.83%，2號濕面筋含量提高 94.31%，可作為遺傳改良種質(zhì)。變異系數(shù)表示性狀離散程度，變異系數(shù)越大則表明離散程度越高[18]。本研究中，波蘭小麥籽粒千粒重變異系數(shù)最高，為42.27%，粗蛋白、濕面筋含量變異系數(shù)較高，分別為11.47%和11.74%，因此這些品種相對性狀不穩(wěn)定、遺傳變異較大，可以作為較高千粒重和籽粒品質(zhì)的重要種質(zhì)資源。

研究表明，小麥籽粒長度、寬度與千粒重的相關(guān)系數(shù)均較高，小麥籽粒寬度與千粒重呈高度正相關(guān)，而長度與千粒重相關(guān)性較小[19-20]。本研究中，供試波蘭小麥籽粒長度、寬度與千粒重呈極顯著正相關(guān)性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為0.77和 0.84。因此籽粒大小可以作為千粒重選擇的 指標(biāo)。

主成分分析表明，波蘭小麥籽粒面粉的形成時間對籽粒品質(zhì)影響的權(quán)重最高(W=0.24)，其次是穩(wěn)定時間(W=0.23)，這與孫麗紅[21]、李永強[22]等研究結(jié)果基本一致。小麥面粉的穩(wěn)定時間和形成時間與籽粒千粒重、濕面筋含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，這與趙鵬濤等[23]研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明，供試波蘭小麥籽粒面粉的穩(wěn)定時間和形成時間與籽粒粗蛋白含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，這可能是由于蛋白質(zhì)的質(zhì)量及各組分蛋白質(zhì)含量不同引起的[14-24]，因此在選擇用于改良普通小麥的親本材料時，可以以千粒重較大、籽粒含水率較低，同時兼顧籽粒中適宜粗蛋白含量的波蘭小麥作為小麥遺傳基礎(chǔ)拓展和品種改良的優(yōu)選材料。