基因型、環境對新疆冬小麥品種蛋白質品質的影響

劉鵬鵬，桑 偉，徐紅軍，崔鳳娟，韓新年，聶迎彬， 孔德真，鄒 波，穆培源

(1.新疆農墾科學院作物研究所，新疆石河子 832000；2.谷物品質與遺傳改良兵團重點實驗室，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】小麥蛋白質品質性狀是評價小麥品質的重要指標，決定小麥的營養品質，且與加工品質密切相關[1-5]。蛋白質品質性狀受遺傳控制和環境條件的影響，是基因型和環境條件互相作用的綜合表現[1-9]。品種間差異、地點間生態條件以及同一地點環境變化(耕作栽培、土壤等)均影響小麥品質[5]。同一小麥品種在不同地點，其品質有明顯差異，且基因型與環境間有顯著的互作效應[6]。深入研究基因型、環境對小麥品質的影響，對小麥品質遺傳改良、優質育種、優質栽培以及確定小麥品質種質區劃、確定合理的育種方案，以及充分發揮各地自然資源和品種的遺傳潛力和實現優質小麥高效生產具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】基因型與環境對小麥品質性狀影響的研究較多，結論不一[2，11-15]。姚大年等[2]研究認為，地點間環境效應對沉淀值的影響較大；研究發現，基因型、環境及其互作都顯著影響蛋白質性狀，環境對面粉蛋白含量影響大于基因型[11-12]；環境對蛋白質含量的影響較大，其影響程度甚至超過基因型的影響，而環境對蛋白質品質的影響相對較小，其主要受基因型的影響[13]；蛋白質、濕面筋含量與沉降值在品種間的變異大于地點間的變異[14-15]；曹俊梅等[16]對新疆大面積主栽的不同筋力類型小麥品種的品質研究后發現，不同筋力類型小麥在不同環境下品質性狀的變化程度不同，蛋白質品質性狀受基因型的影響大于環境影響。一些研究[12-18]結果顯示，基因型與環境對小麥品質性狀影響不盡相同?！颈狙芯壳腥朦c】新疆地域遼闊，生態環境復雜，小麥品質易受環境影響，同一優質小麥在不同生態區域品質變化較大，給優質小麥的育種和推廣利用帶來了一定的影響，很難發揮優質小麥的潛力，且小麥蛋白質品質的提高和優質小麥品種的高效利用化均涉及生態環境和栽培措施等多種因素[15]。需研究不同環境條件下小麥品種的品質穩定性，發掘對環境有鈍感的優質小麥品種(系)?！緮M解決的關鍵問題】選用新疆自育及國內外引進的762份冬小麥品種(系)，在新疆典型生態區布點種植，分析基因型與環境對新疆冬小麥蛋白質品質性狀的影響，研究冬小麥蛋白質性狀在不同區域的穩定性，為充分發揮各地自然資源和品種的遺傳潛力和小麥蛋白質品質改良提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

參試的762份新疆冬小麥品種均來自新疆農墾科學院作物研究所小麥課題組，于2014年分別種植在石河子(新疆農墾科學院作物所農業科研試驗站)、阿克蘇(兵團第一師農科所試驗基地、伊寧(兵團第四師農科所試驗基地)，統一設計，田間順序排列，8行區，行長1.8 m，行距0.25 m，播種量35×104粒/667m2。田間管理同大田，正常成熟后及時收獲，人工收割，機械脫粒。收獲后每小區取1.0 kg籽粒作為分析樣品，室溫存放1個月后制粉，面粉室溫存放1個月后測定品質。

1.2 方 法

1.2.1 籽粒性狀和磨粉品質測定

籽粒蛋白質含量(14%水分基，下同)使用丹麥FOSS公司1241型近紅外谷物成分分析儀測定；濕面筋含量使用瑞典Perten公司2200型面筋儀按國標GB/T14608-93方法測定；Zeleny沉淀值使用中國農業大學BAU-1型沉淀值測定儀按AACC56-61A方法測定；面團特性使用美國National manufacturing 公司10g電子型和面儀按AACC54-40A方法測定峰值時間、峰值高度、8min寬度和8min面積等指標。

1.2.2 方差與模型

參照劉麗華等[10]的AMMI(Additive Main effects and Multiplicative Interaction)方法，若基因型與環境互作(G×E，下同)效應顯著，則進行聯合方差分析，利用AMMI模型進行蛋白品質性狀的穩定性分析，其表達式為：

參照劉麗華等[10]的方法計算品種穩定性參數(Di)，Di是指一個基因型在交互作用的主成分(IPCA)空間中的位置與原點的歐氏距離。

式中，n表示顯著IPCA個數；γin表示第i個基因型在第n個IPCA上的得分；ωn表示權重系數，是每個IPCA 解釋的平方和占全部IPCA解釋的平方和的比例。Di為有基因型給出相應的定量指標，參試品種Di值越小，其穩定性就越好

1.3 數據處理

數據分析采用DPS7.05統計軟件進行數據的基本參數和方差分析。

2 結果與分析

2.1 新疆冬小麥品種的蛋白質品質特性

研究表明，新疆冬小麥品種的籽粒蛋白質含量為14.44%，濕面筋含量為32.37%，面筋指數為61.86%，Zeleny沉淀值為26.25 mL，峰值時間為2.67 min，峰值高度為53.09%，8 min寬度為15.30%，8 min面積為107.16%TQ×min，其中籽粒蛋白質含量和濕面筋含量均達到了國標優質強筋的要求。但新疆冬小麥品種中蛋白質品質性狀的變異程度存在較大差異，其中8 min寬度的變異系數最大，為37.74%；其次是峰值時間、8 min面積、面筋指數和Zeleny沉淀值，變異系數均達到20%以上；濕面筋含量、籽粒蛋白含量和峰值高度的變異系數較小，分別為10.16%、6.09%和4.62%。

河農2552、河農326、中優9507、CA0045、鄭366等品種的籽粒蛋白質含量在16.00%以上；CA0045、HD05-06、LB0288等品種的濕面筋含量達到40%以上；新冬23號、墾冬03-69、冀麥24、墾冬07-26等品種(系)的面筋指數在95%以上；優選14、新冬23號、93-187等品種的沉淀值在40 mL以上；96-66的峰值時間最高為6.11 min；新冬34號、周麥98100、西農889、濟麥19、陜981、2003(76)/3-11-2等品種的峰值高度達到58%以上；墾冬01(38)、奎花2號、06/6155、2001(38)/1-2-6等品種的8 min寬度在35%以上；2007(16)/25-5-2、新冬23號、2004(11)/5-3-1等品種(系)的8 min面積在200.00%TQ×min以上。表1

表1 新疆冬小麥品種的蛋白質品質特性Table 1 Protein quality properties of winter wheat varieties in xinjiang

2.2 不同地點新疆冬小麥品種蛋白質品質性狀比較

研究表明，同一性狀在不同地點的表現是不同的，石河子點的籽粒蛋白質含量、沉淀值、峰值高度顯著最高，分別為14.73%、28.43 mL和55.14%；阿克蘇點的濕面筋含量顯著最高，為34.13%；伊寧點的面筋指數、峰值時間、8 min寬度、8 min面積顯著最高，分別為63.05%、3.15min、20.05%和123.88%TQ×min。伊寧點和阿克蘇點的8 min寬度(20.05%，16.81%)明顯高于石河子點(9.03%)，伊寧點和石河子點的8 min面積(123.88%TQ×min，107.55%TQ×min)明顯高于阿克蘇點。蛋白質數量性狀中，阿克蘇點表現最好，其次是石河子點，伊寧點表現最差；蛋白質質量性狀中，伊寧點表現最好，其次是石河子點，阿克蘇點表現最差，且三地點間蛋白質質量性狀表現出顯著差異，環境效應對蛋白質質量性狀具有顯著影響。表2

表2 不同地點間新疆冬小麥品種蛋白質品質性狀比較Table 2 Comparison of protein quality traits of Xinjiang winter wheat varieties in different sites

2.3 基因型、環境對新疆冬小麥品種蛋白質品質性狀的影響

研究表明，基因型、環境及其互作(G×E)對蛋白質品質性狀均有顯著影響作用，但三者引起蛋白質品質性狀變化幅度的作用大小不同。環境(47.62%～68.94%)的影響作用最大，其次是G×E(23.34%～41.38%)，基因型(7.71%～11.00%)的影響作用最?。坏鞍踪|品質性狀中除8 min面積的基因型(11.00%)、環境(47.62%)和G×E(41.38%)百分比不同外，其余蛋白品質性狀的基因型、環境和G×E百分比的數值大小相近、趨勢也一致，基因型為7.71%～9.96%，環境為58.92%～68.94%，G×E為23.34%～31.12%。環境間的差異是影響小麥蛋白質品質變化的主要原因，但G×E的效應也不能忽視。蛋白質品質性狀指標在品種間、環境間及G×E互作效應均達到極顯著水平。表3

2.4 新疆冬小麥品種蛋白質品質性狀的穩定性

研究表明，所有蛋白質品質性狀主成分因子IPCA1、IPCA2的F值達顯著或極顯著水平，G×E互作的第1主成分之和(即IPCA1)能夠解釋G×E總變異平方和的90%以上，IPCA1所代表的互作部分，能對小麥蛋白質品質性狀的穩定性做出可靠評價。表3

小麥蛋白質品質性狀受地點效應的影響大小不同，表現出了不同的穩定性。伊寧點對籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、Zeleny沉淀值、峰值時間、8min寬度、8min面積指標影響最大，其次是阿克蘇點，石河子點最?。皇幼狱c對面筋指數指標影響最大，其次是伊寧點，阿克蘇點影響最??；阿克蘇點對峰值高度影響最大，其次是石河子點，伊寧點影響最小。表4

小偃54號、小偃22號、百農68蛋白質品質性狀的Di值分別介于0.53～1.18、0.55～2.30、0.96 ～1.39，穩定性表現最好；其次是周麥18、中優206、西農979、中麥155、矮抗58、中麥175等品種的Di值大多介于1.00 ～4.00，穩定性表現較好；新冬17號、新冬18號、新冬20號、新冬22號、新冬33號、新冬41號等的Di值大多介于4.00 ～6.00，品質指標穩定性最差。762份冬小麥種質資源中，2007(26)/6-1-3、2007(32)/7-4-3、綿陽31號、晉麥22號、京作210等為穩定性較好的優良品系。表5

3 討 論

研究表明，除籽粒蛋白質含量和濕面筋含量達到了國標優質強筋的要求，其余性狀均未達到強筋標準，新疆冬小麥品種面筋質量有待進一步提高。其中，8 min寬度、峰值時間、8 min面積、面筋指數和Zeleny沉淀值的變異系數較大，均在20%以上，這些指標的變異是影響面筋質量的主要因素。穆培源等[29]對和面儀參數與粉質儀參數的對應關系進行分析表明，峰值時間、8 min寬度、8 min面積與粉質儀參數穩定時間的對應關系最好，能夠反映面筋質量的優劣，以3個指標所對應的穩定時間對不同品種小麥品質類型進行劃分，結果表明，以峰值時間、8 min寬度、8 min面積劃分，達到強筋水平的品種所占比例分別為8.6%、52.07%、15.01%，同時滿足這3個指標的僅占14.2%，達到強筋水平的小麥品種較少，應加強優質強筋類型小麥品種的引進和選育。新冬22號、新冬18號、新冬20號分別被劃分強筋、中強筋、中筋偏弱，與實際結果一致，這3個指標用于評價面筋質量是可靠的。

研究表明，以峰值時間劃分，伊寧點達到強筋標準(3.15 min)、石河子點達到中強筋標準(2.54 min)、阿克蘇點達到中弱筋標準(2.32 min)；以8 min寬度劃分，伊寧點達到強筋標準(20.05%)、石河子點達到中強筋標準(9.03%)、阿克蘇點達到強筋標準(16.81%)；以8 min面積劃分，伊寧點達到強筋標準(123.88%TQ×min)、石河子點達到中強筋標準(107.55%TQ×min)、阿克蘇點達到中筋標準(89.99%TQ×min)，與吳新元等[30]的小麥品質區劃結果基本一致，不同地區新疆冬小麥品種的面筋質量差異較大，同時也表明和面儀參數中8 min寬度、峰值時間、8 min面積這三個指標能夠很好的反映面筋質量的優劣，可以用于育種早代材料面筋質量的評價。

研究表明，不同地點間蛋白質品質性狀存在顯著差異，阿克蘇點蛋白質數量性狀總體優于石河子點和伊寧點，與優質專用小麥品種標準(GB/T17320-1998)相比較，3個地點的籽粒蛋白質含量均達到國標強筋標準，石河子點和阿克蘇點濕面筋含量達到國標強筋標準，伊寧點濕面筋含量較低，但其面筋指數、峰值時間、8 min寬度和8 min面積均表現最優，即伊寧點蛋白質質量性狀總體優于石河子點和阿克蘇點，這也與吳新元等[30]、王榮棟等[31]對新疆小麥品質區劃研究結論基本一致。

關于基因型與環境及其互作對小麥蛋白質品質性狀的影響研究很多，張學林等[22]的研究認為沉淀值受環境的影響大于基因型，而趙廣才等[26]、喬玉強等[5-6]則認為沉降值主要受基因型的影響；馬冬云等[24]的研究表明，環境對蛋白質含量和濕面筋含量的影響大于基因型及其互作，而王鴻等[27]的研究均表明蛋白質含量和濕面筋含量環境效應及G×E效應大于基因型效應；鄧志英等[13]的研究表明，反映面筋強度的8 min寬度和峰值時間參數受環境影響小于基因型。上述研究結果與研究結果存在異同，主要不同之處可能還是由于研究材料的來源和數量不同造成的。從研究結果來看，基因型、環境及其互作對蛋白質品質性狀均有顯著影響作用，但環境是造成小麥蛋白質品質性狀差異的主要因素，而G×E的影響也不容忽視，其蛋白質品質性狀差異的影響作用大于基因型。不同品質性狀受基因與環境互作影響的程度不同[5-6]。研究表明，蛋白質品質性狀各指標在不同地點的穩定性不同，其中籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、Zeleny沉淀值、峰值時間、8 min寬度和8 min面積這6個指標在石河子點具有較好穩定性，阿克蘇點次之，伊寧點最差，說明蛋白質品質性狀在石河子地區具有較好的穩定性。研究篩選出了一批蛋白質品質性狀穩定性較好的品種，如小偃54號、小偃22號、百農68、中優206、中麥175等，也篩選出了一些在不同地點蛋白質品質性狀穩定性較好的品種，如石河子點的優選14、優8134、墾冬00(2)、石新632、津08426等，阿克蘇點的綿陽2000-18、綿1073-8、D04-L4、師欒02-1、冀麥24等以及伊寧點97(83)/1-1-1、農大3291、濟麥20、濟麥21等。研究中新冬17號、新冬18號、新冬20號、新冬22號等新疆主栽品種的蛋白質品質性狀穩定性較差，這與實際種植區域相符。

4 結 論

基因型、環境及G×E互作對新疆冬小麥品種蛋白質品質性狀均有顯著影響作用，環境影響最大， G×E互作居中，基因型影響最小。在新疆冬小麥品種蛋白品質性狀中，除籽粒蛋白質含量和濕面筋含量外，其他性狀均未達到了國標優質強筋的標準，且達到強筋標準的小麥品種較少。不同地點對新疆冬小麥品種蛋白質品質性狀的影響不同，阿克蘇點蛋白質數量性狀總體優于石河子與伊寧點，伊寧點蛋白質質量性狀表現總體優于石河子和阿克蘇點。新疆冬小麥品種蛋白質品質性狀在不同地點的穩定性不同，籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、Zeleny沉淀值、峰值時間、8 min寬度和8 min面積在石河子點穩定性較好，峰值高度在伊寧點穩定性較好，面筋指數在阿克蘇點穩定性較好。在762份新疆小麥品種中，篩選出了品質優良且穩定性好的材料，小偃54號、小偃22號、百農68、中優206、中麥175等，可以供新疆小麥品質改良利用。