丁麗，張志鵬，彭遠(yuǎn)松，趙曉芳，李嘉，陳國躍，蒲至恩，李偉*，俞佳

1(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，小麥研究所，四川 成都， 611130) 2(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，四川 成都，611130) 3(瀘州老窖股份有限公司，四川 瀘州，646000)

小麥(TriticumaestivumL.)是我國的主要糧食作物之一，同時(shí)也是最具有加工優(yōu)勢的谷類作物之一，具有多樣化的用途[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，饅頭、面包、點(diǎn)心等面制食品加工業(yè)對小麥品種的需求量日益增大[2]。小麥營養(yǎng)豐富，富含大量的碳水化合物，可用于生產(chǎn)葡萄糖[3]，酒[4-5]、生物燃料[6]和酒曲[7]等。可見小麥生產(chǎn)對保證我國糧食安全及食品加工行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要的意義。

小麥籽粒的品質(zhì)指標(biāo)對其最終產(chǎn)物的品質(zhì)影響備受研究者的關(guān)注。研究表明，基因型和環(huán)境因素等都能對小麥品質(zhì)造成不同程度的影響[8-11]。趙俊曄等[12]、石玉等[13]先后報(bào)道了較高的貯藏蛋白含量有利于提高強(qiáng)筋小麥的加工品質(zhì)。楊聯(lián)芝等[14]指出灰分、穩(wěn)定時(shí)間等是影響優(yōu)質(zhì)速凍油條用小麥粉的關(guān)鍵因素。張影全等[15]指出優(yōu)質(zhì)蘭州拉面與容重、蛋白質(zhì)含量等小麥品種籽粒質(zhì)量性狀顯著相關(guān)。小麥的磨粉、加工、面制品烘焙等品質(zhì)與戊聚糖顯著相關(guān)，降低其含量可有效改善軟質(zhì)小麥品質(zhì)[16]。近年來，小麥淀粉生產(chǎn)葡萄糖[17]、乙醇[18]和陳化小麥發(fā)酵生產(chǎn)酒精的工藝[19]受到關(guān)注，但通常檢測小麥葡萄糖和乙醇產(chǎn)量的過程相對復(fù)雜，而小麥傳統(tǒng)籽粒品質(zhì)指標(biāo)與葡萄糖、乙醇加工產(chǎn)物之間的關(guān)系了解較少，不能為葡萄糖和乙醇加工原糧的選擇和專用型品種的選育提供參考。

本研究對前期篩選的9個(gè)小麥新品種(系)在3個(gè)環(huán)境下的籽粒品質(zhì)指標(biāo)以及葡萄糖和乙醇產(chǎn)物進(jìn)行了測量，并采用方差分析、相關(guān)分析、多元逐步回歸分析和通徑分析評價(jià)各指標(biāo)間的關(guān)系。本研究結(jié)果將為深入了解小麥籽粒品質(zhì)性狀與葡萄糖和乙醇間的關(guān)系，以及為優(yōu)質(zhì)專用型小麥新品種的選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試9個(gè)小麥新品種(系)分別是A80、A171、B441、B886、B4886、蜀麥691、蜀麥126、蜀麥921和蜀麥830。所有供試材料均由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所提供。2016～2017年所有材料分別種植于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)溫江(30°43′N，103°52′E)、雅安(29°58′N，102°59′E)和瀘州(28°56′N，105°21′E)3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，供試材料均五行區(qū)窩播，行長2 m，行距30 cm，窩距10 cm，每窩點(diǎn)播5粒。田間管理參照常規(guī)大田管理，成熟時(shí)適時(shí)收獲，室內(nèi)考種測定千粒重(g)。

無水乙醇、碘、碘化鉀、重鉻酸鉀、硫酸和葡萄糖，西隴化工有限公司；50% NaOH溶液，美國Sigma-Aldrich公司；超純水(電阻率≧18.19 MΩ·cm)；α-淀粉酶、糖化酶，上海源葉生物科技有限公司；支鏈淀粉酶，濟(jì)南藍(lán)馨生物科技有限公司；安琪活性干面包酵母，湖北安琪酵母股份有限公司。所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DIONEX-ICS-5000+型離子色譜，美國Thermo Fisher Scientific公司；UPH-Ⅲ-10T型超純水機(jī)，四川優(yōu)普超純科技有限公司；0.45 μm津騰有機(jī)濾頭及一次性注射器，成都力天世紀(jì)生物科技有限公司；Allegra X-30R型離心機(jī)，貝殼曼庫爾特商貿(mào)(中國)有限公司；CP224S電子天平，德國賽多利斯公司；Infratec TM 1241近紅外谷物籽粒分析儀，瑞士FOSS公司；FW80高速萬能粉碎機(jī)，天津市工業(yè)電器廠。

1.3 方法

1.3.1 小麥籽粒原糧品質(zhì)測定方法

利用近紅外谷物籽粒分析儀[20]測定小麥籽粒的品質(zhì)性狀，包括容重(g/L)、硬度(%)、軟度指數(shù)、蛋白質(zhì)含量(%)、水分(%)、粉質(zhì)參數(shù)、灰分(%)、吸水率(%)、形成時(shí)間(min)、穩(wěn)定時(shí)間(min)、沉降值(mL)、濕面筋含量(%)、面筋指數(shù)(%)、延伸性(mm)、最大拉伸阻力(EU)和粗淀粉含量(%)等16個(gè)品質(zhì)性狀。

1.3.2 小麥籽粒直鏈淀粉含量的測定方法

小麥籽粒全麥粉直鏈淀粉(%)采用雙波長法[21]進(jìn)行測定。

1.3.3 小麥籽粒葡萄糖的測定方法

葡萄糖(kg/t)采用酶解法[17]提取，其提取方法如下，稱取小麥面粉0.1 g，加水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的料液，沸水浴50 min使其糊化，冷卻后調(diào)節(jié)PH為5.5，并在50 ℃下依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的α-淀粉酶、糖化酶以及支鏈淀粉酶，酶解50 min后離心取其上清液待測。葡萄糖的測定以DIONEX-ICS-5000+型離子色譜[22]進(jìn)行。

1.3.4 小麥籽粒乙醇的測定方法

采用生淀粉直接發(fā)酵法[5]提取乙醇，菌種為安琪活性干面包酵母，在28 ℃下發(fā)酵82 h后用重鉻酸鉀比色法[23]進(jìn)行乙醇的測定。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件對數(shù)據(jù)整理，方差分析、Duncan新復(fù)極差法多重比較、相關(guān)性分析、多元逐步回歸分析及通徑分析均采用DPS軟件(v7.5版)[24]。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥籽粒原料品質(zhì)性狀的分析

供試小麥的各品質(zhì)性狀分別在基因型、環(huán)境及互作間的差異達(dá)到顯著或極顯著(表1)。其中，軟度指數(shù)、硬度、粉質(zhì)參數(shù)、吸水率、形成時(shí)間、沉降值、最大拉伸阻力、粗淀粉含量的基因型差異達(dá)到極顯著，而千粒重、蛋白質(zhì)含量、水分、濕面筋含量、延伸性差異達(dá)到顯著。

表1 小麥品質(zhì)性狀分析Table 1 Analysis of wheat quality characters

注：表中百分比%表示基因型、環(huán)境、基因×環(huán)境各占總平方和的百分比；*和**分別代表F檢驗(yàn)達(dá)到顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平。

蛋白質(zhì)含量均值最大來自材料B441(15.16%)，千粒重、吸水率和粗淀粉含量最大值均來自材料B4886，其均值分別為53.34 g、64.22%和69.97%。千粒重、蛋白質(zhì)含量、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、沉降值、濕面筋含量、面筋指數(shù)、延伸性、最大拉伸阻力和直鏈淀粉在不同地點(diǎn)間的差異達(dá)到極顯著。千粒重、面筋指數(shù)、直鏈淀粉均值最大來自溫江試驗(yàn)點(diǎn)，蛋白質(zhì)含量、形成時(shí)間、沉降值、濕面筋含量、延伸性、最大拉伸阻力均值最大則來自瀘州試驗(yàn)點(diǎn)。

各性狀的基因、環(huán)境以及基因×環(huán)境互作的平方和比值表明，品種(系)間的變異大于地點(diǎn)和互作變異的性狀有硬度、軟度指數(shù)、水分、粉質(zhì)參數(shù)、吸水率和粗淀粉含量，其中吸水率、粉質(zhì)參數(shù)和粗淀粉含量分別為84.23%、78.36、72.68%；受地點(diǎn)間影響較大的性狀依次為：最大拉伸阻力>形成時(shí)間>延伸性>濕面筋含量>沉降值>千粒重>蛋白質(zhì)含量；受基因×環(huán)境互作影響較大的為容重。

2.2 小麥籽粒葡萄糖產(chǎn)量分析

基因型、環(huán)境和兩者的互作對葡萄糖產(chǎn)量的效應(yīng)達(dá)到顯著或極顯著(表1)，其中基因×環(huán)境互作的變異占42.59%。供試材料葡萄糖均值為46.01 kg/t，變異系數(shù)為15.17%。品系B4886的葡萄糖產(chǎn)量最高(49.30 kg/t)，蜀麥691的最低(46.48 kg/t)。葡萄糖在不同試驗(yàn)點(diǎn)間存在差異，溫江(49.23 kg/t)和瀘州點(diǎn)(48.80 kg/t)均與雅安點(diǎn)差異顯著(40.01 kg/t)。

2.3 小麥籽粒乙醇產(chǎn)量分析

方差分析表明，基因型、環(huán)境互作以及基因?qū)σ掖籍a(chǎn)量的影響達(dá)到極顯著(表1)，基因變異占總變異的66.62%。乙醇產(chǎn)量的均值為179.19 L/t，變異系數(shù)為22.04%。品系蜀麥126的乙醇產(chǎn)量最高(310.36 L/t)，品系B4886的最低(166.80 L/t)。供試材料乙醇產(chǎn)量在溫江(192.36 L/t)和瀘州點(diǎn)(171.84 L/t)均與雅安點(diǎn)差異顯著(173.23 L/t)。

2.4 品種(系)性狀間相關(guān)分析

性狀間的簡單相關(guān)分析表明(表2)，性狀間存在復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，有33對性狀間極顯著正相關(guān)。其中，穩(wěn)定時(shí)間、粗淀粉含量、葡萄糖與千粒重呈顯著正相關(guān)；蛋白質(zhì)含量、吸水率、形成時(shí)間、沉降值、濕面筋含量、粗淀粉含量與硬度呈極顯著正相關(guān)；粉質(zhì)參數(shù)、形成時(shí)間、沉降值、濕面筋含量、延伸性、最大拉伸阻力與蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)；千粒重、硬度、吸水率、粗淀粉含量與葡萄糖呈顯著正相關(guān)。

表2 小麥品種(系)品質(zhì)性狀間的相關(guān)分析Table 2 Correlation analysis between quality characters of wheat varieties(lines)

注:X1千粒重,X2容重,X3硬度,X4軟度指數(shù),X5蛋白質(zhì)含量,X6水分,X7粉質(zhì)參數(shù),X8灰分,X9吸水率,X10形成時(shí)間,X11穩(wěn)定時(shí)間,X12沉降值,X13濕面筋含量,X14面筋指數(shù),X15延伸性,X16最大拉伸阻力,X17粗淀粉含量,X18直鏈淀粉,Y1葡萄糖,Y2乙醇。*和**分別表示達(dá)到顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平。

2.5 籽粒葡萄糖和乙醇產(chǎn)量的多元逐步回歸分析

以小麥籽粒18個(gè)品質(zhì)性狀為自變量(X)(表1)，分別以葡萄糖產(chǎn)量(Y1)和乙醇產(chǎn)量(Y2)為因變量，進(jìn)行多元逐步回歸分析[18]。結(jié)果表明，小麥籽粒葡萄糖和乙醇的回歸方程的F值與復(fù)相關(guān)系數(shù)R值均達(dá)到極顯著水平，Durbin-Watson統(tǒng)計(jì)量接近2，表明參數(shù)之間不存在自相關(guān)，回歸方程可靠。所得葡萄糖回歸方程為：Y1=-42.03-0.25X1+2.37X5+3.63X18(R2=0.54)，此回歸關(guān)系可以解釋54%的變異。方程表明，千粒質(zhì)量(X1)、蛋白質(zhì)含量(X5)、直鏈淀粉(X18)是影響葡萄糖的主要因素。千粒重、蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉每增加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位，葡萄糖分別增加-0.25、2.37、3.63 kg/t。

小麥籽粒乙醇產(chǎn)量的回歸方程為：Y2=2 521.38-2.42X2-15.99X3-2.69X4+15.73X9+26.37X12-6.33X15+8.53X18(R2=0.63)，此回歸關(guān)系可以解釋63%的變異。方程表明，影響乙醇產(chǎn)量的因素中容重(X2)、硬度(X3)、軟度指數(shù)(X4)、延伸性(X15)每增加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位，乙醇分別減少2.42、15.99、2.69、6.33 L/t，而吸水率(X9)、沉降值(X12)、直鏈淀粉(X18)每增加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位，乙醇則分別增加15.73、26.37、8.53 L/t。

2.6 籽粒葡萄糖和乙醇產(chǎn)量的通徑分析

對各性狀與葡萄糖的通徑分析[14,24]表明(表3)，對葡萄糖影響的直接通徑系數(shù)的絕對值大小依次為：直鏈淀粉>蛋白質(zhì)含量>千粒重，表明直鏈淀粉對葡萄糖的直接影響最大，其次是蛋白質(zhì)含量，通徑系數(shù)均為正值。而千粒重對葡萄糖的直接效應(yīng)為負(fù)向，但千粒重與葡萄糖顯著正相關(guān)，這是由于千粒重通過直鏈淀粉具有較大的正向間接通徑系數(shù)所致。所以千粒重應(yīng)與直鏈淀粉、蛋白質(zhì)含量協(xié)調(diào)到恰到好處。

表3 小麥品質(zhì)性狀對葡萄糖的通徑分析Table 3 Path analysis of glucose for quality traits in wheat

對各性狀與籽粒乙醇產(chǎn)量的通徑分析表明(表4)，沉降值對乙醇的正向直接效應(yīng)較大，但通過硬度和延伸性的負(fù)向間接效應(yīng)也較大，而與籽粒乙醇產(chǎn)量表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，所以籽粒乙醇產(chǎn)量應(yīng)適當(dāng)考慮沉降值的作用。吸水率與小麥籽粒乙醇產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)為1.08。

表4 小麥品質(zhì)性狀對乙醇的通徑分析Table 4 Path analysis of ethanol for quality traits in wheat

通過軟度指數(shù)、沉降值、直鏈淀粉所起的間接效應(yīng)為正值，而通過容重、硬度、延伸性所起的間接效應(yīng)都為負(fù)值。吸水率通過軟度指數(shù)所起的間接效應(yīng)有較大的正值，但其與乙醇產(chǎn)量未達(dá)到顯著性水平。直鏈淀粉與小麥籽粒乙醇產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)為0.37，通過容重、吸水率、延伸性所起的間接效應(yīng)為正值，而通過硬度、軟度指數(shù)、沉降值所起的間接效應(yīng)為負(fù)值，但是直鏈淀粉與籽粒乙醇產(chǎn)量為正相關(guān)，主要是因?yàn)橹辨湹矸弁ㄟ^延伸性具有較大的正的間接通徑系數(shù)所致。延伸性與小麥籽粒乙醇產(chǎn)量的負(fù)向直接效應(yīng)最大，通過容重、軟度指數(shù)、吸水率、沉降值所起的間接效應(yīng)為正值，而通過硬度、直鏈淀粉所起的間接效應(yīng)為負(fù)值。硬度與籽粒乙醇產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)為-2.24，通過軟度指數(shù)、吸水率、沉降值、直鏈淀粉所起的間接作用均為正值。盡管硬度和軟度指數(shù)均對乙醇產(chǎn)量有較大的負(fù)向直接效應(yīng)，但由于間接效應(yīng)的差異，導(dǎo)致最終硬度與乙醇產(chǎn)量正相關(guān)，而與軟度指數(shù)是負(fù)相關(guān)。容重與乙醇的直接通徑系數(shù)為-0.71，通過軟度指數(shù)、吸水率、延伸性所起的間接效應(yīng)為正值，而通過硬度等3個(gè)性狀所起的間接效應(yīng)都為負(fù)值。容重對乙醇產(chǎn)量有較大的直接負(fù)向效應(yīng)。

從通徑分析可知，小麥籽粒的直鏈淀粉對于葡萄糖產(chǎn)量的正向直接效應(yīng)最大，其次是蛋白質(zhì)。而對乙醇產(chǎn)量來說，小麥籽粒沉降值對于乙醇產(chǎn)量的正向直接效應(yīng)最大，其次為直鏈淀粉，延伸性對于乙醇產(chǎn)量有最大的負(fù)向直接效應(yīng)，且比硬度的降低效果更好，同時(shí)也應(yīng)適當(dāng)考慮容重的作用。

3 討論

小麥蛋白質(zhì)含量等性狀指標(biāo)可作為評價(jià)小麥品種品質(zhì)優(yōu)劣的依據(jù)[13]，最終可用于多種用途，其中葡萄糖和乙醇可經(jīng)小麥籽粒加工而來[3,18,23]。本研究發(fā)現(xiàn)，小麥各品質(zhì)性狀的基因型、環(huán)境及兩者間的互作均達(dá)到顯著或極顯著水平，表明在有特定品質(zhì)需求的原糧小麥品種育種中，既需要考慮選育專用型品種，同時(shí)也需要在適宜的地區(qū)生產(chǎn)，前人也有類似的報(bào)道[8-11]。基因型、環(huán)境及兩者的互作對葡萄糖產(chǎn)量有顯著或極顯著影響，而乙醇產(chǎn)量受基因型、環(huán)境兩者的互作及基因型的極顯著影響，表明以小麥原糧生產(chǎn)葡萄糖時(shí)需要優(yōu)良品種類型與適宜栽培區(qū)域相結(jié)合。而以生產(chǎn)乙醇為目標(biāo)時(shí)，原糧種植地點(diǎn)和品種的相互作用是值得關(guān)注的因素。這也與在其他品質(zhì)性狀研究中主張優(yōu)質(zhì)小麥產(chǎn)區(qū)來種植優(yōu)質(zhì)小麥類似[25-26]。本研究中，溫江點(diǎn)、雅安點(diǎn)和瀘州點(diǎn)分別在葡萄糖和乙醇產(chǎn)量上差異顯著，瀘州生態(tài)點(diǎn)的各指標(biāo)數(shù)值較溫江生態(tài)點(diǎn)和雅安生態(tài)點(diǎn)的低，但瀘州生態(tài)點(diǎn)各品種(系)品質(zhì)指標(biāo)變異程度較小，品質(zhì)相對穩(wěn)定，更適宜栽種以生產(chǎn)葡萄糖和乙醇為目標(biāo)的原糧。

本研究中供試小麥籽粒品質(zhì)性狀間有著復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，前人也有類似的報(bào)道[12,27]。直鏈淀粉含量對葡萄糖產(chǎn)量的直接影響最大，其次是蛋白質(zhì)的影響。乙醇產(chǎn)量與小麥籽粒品質(zhì)性狀未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性，但在多元逐步回歸分析中，乙醇產(chǎn)量受沉降值、直鏈淀粉等7個(gè)性狀的影響顯著。進(jìn)一步采用回歸分析和通徑分析對性狀間關(guān)系進(jìn)行剖析可以看出，影響小麥籽粒葡萄糖產(chǎn)出的主要因素為直鏈淀粉。而有多個(gè)因素對乙醇產(chǎn)量均有影響，乙醇產(chǎn)量的影響因素主要為沉降值、直鏈淀粉，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮延伸性、硬度、容重的作用。這些籽粒品質(zhì)指標(biāo)易于檢測，可以用于輔助篩選葡萄糖和乙醇生產(chǎn)原糧和專用型小麥品種育種。

本研究中，依據(jù)專用小麥品種品質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17320—2013)，供試品系B4886、蜀麥691接近中強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)，而蜀麥126(川審麥2016004)屬于弱筋小麥，且對于葡萄糖產(chǎn)量來說，材料B4886最高，但對于乙醇產(chǎn)量來說該材料的乙醇產(chǎn)量較低?？梢钥闯?，小麥品質(zhì)強(qiáng)弱筋標(biāo)準(zhǔn)并不適合作為加工原糧的籽粒葡萄糖產(chǎn)量和乙醇產(chǎn)量的衡量指標(biāo)。