陳向東，吳曉軍，姜小苓，李淦，李笑慧，茹振鋼

（河南科技學(xué)院小麥中心，現(xiàn)代生物育種河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南新鄉(xiāng)453003）

小麥?zhǔn)鞘澜缟现饕Z食作物之一，容易儲藏，營養(yǎng)價值較高，具備獨特的面筋特性，可制作多種食品。小麥?zhǔn)侨蚣s35%～40%人口的主食，也是人體所需能量、蛋白質(zhì)和膳食纖維的主要來源，同時還是最重要的貿(mào)易糧食和國際援助糧食[1]。

小麥品質(zhì)是一復(fù)雜的綜合性狀，一般分為加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、食用品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)4個方面。小麥的營養(yǎng)品質(zhì)主要由組成蛋白質(zhì)的氨基酸含量及其平衡程度決定。在小麥品質(zhì)性狀的分析過程中，利用快速有效的分析檢測方法可以及時了解小麥品質(zhì)性狀特點，提高工作效率，特別在小麥品種的選育過程中更具有實際應(yīng)用價值[2]。近紅外光對物質(zhì)的穿透能力較強，進行近紅外光譜分析不需對樣品作任何化學(xué)分析，具有快速、高效的特點。谷物品質(zhì)近紅外儀具有操作簡便、速度快、良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性等特點，可以應(yīng)用于小麥品質(zhì)的定量檢測與分析[3-4]。目前，近紅外光譜分析（near infrared spectroscopy，NIR）在作物品質(zhì)分析和評價、品種資源鑒定和品質(zhì)育種中得到了廣泛的應(yīng)用[2-10]。

探討利用近紅外光譜技術(shù)對不同生態(tài)類型和品質(zhì)類型的14個小麥品種全麥粉蛋白、淀粉、纖維、脂肪、水分、氨基酸等營養(yǎng)組分快速檢測，并統(tǒng)計分析了不同品種間變異及遺傳多樣性。

1 材料和方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

選用國內(nèi)外的14個小麥品種，由河南科技學(xué)院小麥中心提供。于2013年～2014年度種植于河南科技學(xué)院小麥中心校內(nèi)試驗地，試驗地土地平整，土壤肥沃，灌溉設(shè)施良好，人工播種。田間正常管理，籽粒自然干燥后收獲。本研究選用的14個小麥品種的種植區(qū)域和來源，見表1。

表1 14個小麥品種的種植區(qū)域和來源Table 1 The planting area and source of 14 wheat varieties selected

1.1.2 設(shè)備

XDS型近紅外品質(zhì)分析儀：Foss分析儀器公司；FW80高速萬能粉碎機：濟南科翔實驗儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 磨粉

挑選出樣品中的雜質(zhì)，用小型粉碎機粉碎樣品，粉碎時間均為1 min，粉碎得到全麥粉。

1.2.2 品質(zhì)性狀含量測定

利用Foss公司生產(chǎn)的XDS型近紅外品質(zhì)分析儀測定，開機預(yù)熱儀器30 min，采用化學(xué)計量學(xué)方法建立的數(shù)學(xué)模型作為參比標(biāo)準(zhǔn)板進行校準(zhǔn)后，將粉末樣品放入圓形凹杯中，表面刮平，用圓薄片輕微壓實蓋上置于光譜儀樣品臺上進行掃描，每個樣品重復(fù)3次。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS和Microsoft Excel軟件進行方差分析和顯著性檢驗。

1.2.4 聚類分析

測得的數(shù)據(jù)利用Interval data模塊計算距離矩陣，采用SAHN模塊進行不加權(quán)成對算術(shù)平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥營養(yǎng)組分方差分析

通過14個品種的15個營養(yǎng)組分變異系數(shù)分析，見表2。

表2 全麥粉15個營養(yǎng)組分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計分析Table 2 Statistical analysis of 15 nutritive components in whole wheat flour

從表2中可以發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)含量介于15.68%～18.43%之間。脂肪含量變異系數(shù)最大為13.05%，淀粉含量變異系數(shù)最小為2.20%。變異系數(shù)從大到小分別為脂肪、灰分、纖維素、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、水分、纈氨酸、蛋白質(zhì)、賴氨酸、蘇氨酸、精氨酸、色氨酸、淀粉。不同的變異系數(shù)反映不同的變異程度，大的變異系數(shù)展示了這些性狀更加豐富的遺傳多樣性。對于這15個性狀，基因型的變異都達(dá)到極顯著水平以上。

2.2 小麥主要營養(yǎng)組分多重比較分析

14個小麥品種全麥粉中主要營養(yǎng)成分比較分析，見表3。

表3 不同小麥品種全麥粉主要營養(yǎng)組分比較分析Table 3 Comparative analysis of main nutrient components in different whole wheat flour

由表3可知，強筋小麥品種小冰麥33和云南57的蛋白質(zhì)含量顯著高于其他品種；淀粉含量較高的品種有鄭麥9023、煙農(nóng)19、寧春4號、浙豐2號、川麥107等，其變異系數(shù)小，遺傳多樣性較低。川麥44、周麥18和浙豐2號的脂肪含量極顯著高于其他品種。水分含量除了浙豐2號外，其他品種差異不顯著。云南57的纖維含量最高。國外引進品種CL0442的灰分含量最高。

2.3 小麥氨基酸含量多重比較分析

14個小麥品種全麥粉中主要氨基酸含量比較分析，見表4。

表4 不同小麥品種全麥粉氨基酸組分比較分析Table 4 Comparative analysis of amino acid components in different whole wheat flour

由表4可知，強筋小麥品種小冰麥33的9種氨基酸含量極顯著高于其他品種。其次是云南57，有8種氨基酸含量處于第二級別。弱筋品種的氨基酸含量普遍較低。小麥賴氨酸含量較高品種有小冰麥33、川麥44、CL0442、周麥 18。

2.4 不同類型小麥品質(zhì)性狀聚類分析

14個小麥品種品質(zhì)性狀的系統(tǒng)聚類分析見圖1。

圖1 14個小麥品種品質(zhì)性狀的系統(tǒng)聚類分析Fig.1 Phylogenetic analysis of quality traits for 14 wheat varieties

由圖1可見，14個小麥材料可以聚為兩大類群。從聚類結(jié)果看，第I類包括3小類，中筋品種矮抗58和濟麥22聚為一類；弱筋品種浙豐2號和川麥107及中筋小麥品種揚麥16和洛優(yōu)9909聚為一類；強筋品種煙農(nóng)19、鄭麥9023和寧春4號聚為一類，蛋白質(zhì)含量較低，淀粉含量較高。第II類包括2小類，中筋品種周麥18與川麥44及CL0442聚為一類；強筋品種小冰麥33和云麥57聚在一類，蛋白質(zhì)和氨基酸含量較高。

3 討論

本研究采用近紅外光譜分析技術(shù)檢測小麥籽粒全麥粉品質(zhì)性狀，效率大大提高。近紅外檢測小麥面粉中的蛋白質(zhì)、水分和灰分等成分已成為國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法。前人研究比較了近紅外光譜儀和凱氏定氮化學(xué)方法測定小麥蛋白質(zhì)含量，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果有較好的相關(guān)性，近紅外光譜儀可以對育種材料進行早期預(yù)測[6，11-12]。本研究中通過近紅外光譜檢測的蛋白質(zhì)含量與前人報道的化學(xué)方法檢測蛋白質(zhì)含量相關(guān)系數(shù)達(dá)到82.9%。但近紅外光譜技術(shù)作為優(yōu)越的品質(zhì)檢測手段也存在一些影響因素如基因型、水分含量差異等[13-15]。Cao等[14]利用近紅外預(yù)測結(jié)果均高于樣品的實驗室分析結(jié)果可能是由于參照近紅外模型的建立樣品的原因。張靈帥等[13]通過比較含水量在9%～27%的2個品種，發(fā)現(xiàn)測定誤差隨樣品含水量的降低而減小。王京宇等[15]通過比較近紅外和烘箱法水分測定結(jié)果，發(fā)現(xiàn)利用近紅外用于水分測量有較好的精度和準(zhǔn)確度。蛋白質(zhì)含量會隨水分含量的減少而增加，當(dāng)水分變化幅度為3.3%時，蛋白質(zhì)含量變化幅度為0.92%。本研究中利用不同生態(tài)區(qū)和品質(zhì)類型的14個品種，有較低水分含量在5.66%～6.73%，因此該試驗蛋白質(zhì)含量結(jié)果普遍高2%，但基本符合供試材料的品質(zhì)性狀特征，與其實際利用的情況是一致的。同時，除浙豐2號外，本研究中其他品種水分含量無顯著差異，因此比較不同品種的營養(yǎng)物質(zhì)相對含量差異是有意義的。由于近紅外光譜技術(shù)具有快速簡單、不破壞籽粒等優(yōu)點，特別在對小麥雜種后代品質(zhì)性狀的跟蹤篩選中可能具有重要利用價值。

小麥的營養(yǎng)品質(zhì)主要是指蛋白質(zhì)含量和氨基酸組成的平衡程度，其中必需氨基酸含量是決定小麥營養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵。本研究中測定的強、中、弱筋小麥籽粒中淀粉和蛋白質(zhì)含量規(guī)律與前人研究一致，強筋小麥蛋白質(zhì)含量高，但淀粉含量低，弱筋小麥則相反[16]。研究發(fā)現(xiàn)淀粉、蛋白、纖維的變異系數(shù)較高，有利于發(fā)掘品質(zhì)性狀極端的變異品種。小麥中含有各種必需氨基酸，但由于小麥中賴氨酸、蘇氨酸和異亮氨酸含量較低，導(dǎo)致氨基酸組成不平衡，成為小麥的限制性氨基酸。本研究篩選到3種含量較高的小麥品種小冰麥33、云南57和CL0442等品種，可為營養(yǎng)品質(zhì)育種提供了種質(zhì)資源，也為進一步挖掘利用綜合品質(zhì)性狀優(yōu)良的基因提供了表型性狀快速鑒定方法。