張平平 姚金保 王化敦 宋桂成 姜 朋 張 鵬 馬鴻翔

江蘇省優(yōu)質(zhì)軟麥品種品質(zhì)特性與餅干加工品質(zhì)的關(guān)系

張平平 姚金保 王化敦 宋桂成 姜 朋 張 鵬 馬鴻翔*

江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所 / 江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇南京 210014

明確軟麥品種在大田生產(chǎn)中的品質(zhì)表現(xiàn)和品質(zhì)育種篩選指標(biāo), 對(duì)于優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)及提高育種效率具有重要意義。選用江蘇淮南麥區(qū)15份優(yōu)質(zhì)軟麥品種(系), 鑒定其高分子量麥谷蛋白亞基(HMW-GS)組成, 開展3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)次的大田種植, 分析了小麥樣本的籽粒硬度、灰分含量、蛋白質(zhì)含量和質(zhì)量參數(shù)、粉質(zhì)儀參數(shù)、揉面儀參數(shù)、溶劑保持力、貯藏蛋白組分含量參數(shù)、黏度儀參數(shù)等品質(zhì)性狀和餅干加工品質(zhì)。結(jié)果表明, 不同類型的品質(zhì)參數(shù)受基因型和環(huán)境的影響不同。所有樣本的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間均不達(dá)國標(biāo)(GB/T 17320-2013、GB/T 17893-1999), 部分品種(系)的沉淀值達(dá)標(biāo), 所有樣本的籽粒硬度和吸水率全部達(dá)標(biāo)。相關(guān)性分析表明, 籽粒硬度、灰分含量和黏度儀參數(shù)與餅干加工品質(zhì)無顯著相關(guān)性。沉淀值、粉質(zhì)儀吸水率、粉質(zhì)儀穩(wěn)定時(shí)間、揉面儀峰值時(shí)間、揉面儀衰落角、水溶劑保持力、碳酸鈉溶劑保持力、乳酸溶劑保持力、谷蛋白/醇溶蛋白比、不溶性谷蛋白含量和不溶性谷蛋白百分含量與餅干直徑呈顯著(≤ –0.520)或極顯著(≤ –0.652)負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)分別為–0.657、–0.601、–0.617、–0.659、–0.676、–0.857、–0.726、–0.616、–0.546、–0.541和–0.637。多元回歸方程顯示, 水溶劑保持力可解釋餅干直徑變異的73.76%, 與籽粒蛋白共同可解釋餅干直徑變異的83.90%。在籽粒硬度和蛋白含量選擇的基礎(chǔ)上, 降低面筋強(qiáng)度和面粉綜合吸水特性是軟麥育種的主要目標(biāo), 水溶劑保持力、乳酸溶劑保持力和揉面儀參數(shù)是軟麥育種最重要的篩選指標(biāo)。

普通小麥; 江蘇; 優(yōu)質(zhì)軟麥; 品質(zhì)特性; 餅干品質(zhì)

江蘇淮南麥區(qū)是我國優(yōu)質(zhì)軟麥(弱筋小麥)核心產(chǎn)區(qū), 九五以來多個(gè)優(yōu)質(zhì)軟麥品種培育成功[1-3]。但軟麥需求量逐年提高與抽樣達(dá)標(biāo)率不斷降低的矛盾日益突出[4-5]。軟麥品種高產(chǎn)栽培與加工品質(zhì)矛盾大, 在大田生產(chǎn)中的品質(zhì)表現(xiàn)仍不明確[6-7], 軟麥育種仍以農(nóng)藝性狀和籽粒表型選擇為主, 高效品質(zhì)選擇方法仍未廣泛應(yīng)用。現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)品種或原糧品質(zhì)鑒定以小麥籽粒硬度和粗蛋白含量為基本指標(biāo), 同時(shí)規(guī)定了面粉濕面筋含量、Zeleny沉淀值、粉質(zhì)儀吸水率和穩(wěn)定時(shí)間等面粉理化和面團(tuán)特性等指標(biāo)[8-10]。籽粒硬度、蛋白含量與軟麥加工品質(zhì)的關(guān)系較為明確, 一般呈負(fù)相關(guān)[2]。濕面筋含量主要由蛋白質(zhì)含量決定, 也受蛋白質(zhì)質(zhì)量的影響[11]。沉淀值綜合反映蛋白質(zhì)質(zhì)量和數(shù)量, 測(cè)試方法快速低廉, 是應(yīng)用最廣泛的品質(zhì)育種篩選指標(biāo)之一[12-13]。粉質(zhì)儀穩(wěn)定時(shí)間和吸水率皆與軟麥加工品質(zhì)密切相關(guān)[1], 但用粉量大、工作效率低, 僅可用于育成品系的評(píng)價(jià)。另外, 貯藏蛋白質(zhì)量和數(shù)量[14]、溶劑保持力[1-3]、面粉黏度儀分析[1-2]、吹泡儀分析[1,15]等品質(zhì)鑒評(píng)方法在軟質(zhì)小麥評(píng)價(jià)中的應(yīng)用均有報(bào)道, 其中溶劑保持力與軟麥加工品質(zhì)的關(guān)系尤為重要。但當(dāng)被測(cè)試材料的蛋白質(zhì)含量和籽粒硬度差異較小時(shí), 哪些指標(biāo)快速有效仍不明確。Zhang等[16]和張平平等[3]對(duì)低蛋白軟麥的分類統(tǒng)計(jì)就表明, 籽粒硬度和蛋白含量與加工品質(zhì)無顯著相關(guān)性, 這無疑增加了育種早代選擇的難度。本研究選用九五以來江蘇淮南麥區(qū)選育的優(yōu)質(zhì)軟麥品種和高代品系, 以大面積生產(chǎn)的肥料管理方法種植, 對(duì)小麥樣本進(jìn)行多種微量品質(zhì)測(cè)試和粉質(zhì)儀測(cè)定, 同時(shí)進(jìn)行餅干加工評(píng)價(jià), 旨在了解這些軟麥品種(系)大田生產(chǎn)中的品質(zhì)特性, 篩選軟麥加工品質(zhì)預(yù)測(cè)指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用1995—2010年間的7份大面積推廣的優(yōu)質(zhì)軟麥品種, 8份高代優(yōu)質(zhì)軟麥品系[2](表1), 這些品系基本代表了江蘇淮南麥區(qū)軟麥的品質(zhì)狀況。

于2013—2014年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院南京基地, 2013—2015年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合基地進(jìn)行田間試驗(yàn), 試驗(yàn)地前茬分別為玉米和大豆, 共3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)次。3點(diǎn)次試驗(yàn)播前耕層土壤(0~20 cm)有機(jī)質(zhì)13.2~22.5 g kg–1、全氮0.86~1.23 g kg–1、速效磷18.1~25.3 mg kg–1、速效鉀65.4~88.6 mg kg–1。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 2次重復(fù), 5個(gè)行區(qū), 行長1.6 m, 行距26.7 cm。適期播種, 基本苗2.10×106株 hm–2, 每個(gè)生育期總施氮量為225 kg hm–2純氮, 設(shè)基肥∶苗肥∶拔節(jié)肥為5∶2∶3; 磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)總施用量均為105 kg hm–2, 設(shè)基肥∶拔節(jié)肥為7∶3。生育期田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn), 及時(shí)防治病蟲草害, 成熟期分區(qū)收獲并清理籽粒樣本, 無穗發(fā)芽發(fā)生。為了減少工作量及提高制粉量, 將經(jīng)清理的2個(gè)重復(fù)的種子等量混合作為最終試驗(yàn)籽粒樣本。

1.2 品質(zhì)性狀測(cè)定

按AACC 55-31[17]用單籽粒谷物測(cè)定儀(SKCS 4100, Single Kernel Characteristic System, Perten Instrument North America Inc., Reno, NV, USA)測(cè)定籽粒硬度值HI(Hardness Index), 數(shù)值越大硬度越高, <44均為軟麥, 其中35~44為中軟, 25~34為軟, 10~24為很軟, <10為超軟。因所有樣本均為軟質(zhì)麥(多數(shù)樣本<35), 將籽粒樣本調(diào)整至含水量13.5%, 潤麥18~22 h, 按AACC 26-50[17]用Branberder Quadrumat Jr.實(shí)驗(yàn)?zāi)ブ品? 出粉率為62%~67%。按NY/T 3-1982《谷物豆類作物種子粗蛋白質(zhì)測(cè)定法(半微量凱氏法)》測(cè)定籽粒蛋白質(zhì)含量。按GB/T 14608-1993《小麥粉濕面筋測(cè)定法(洗面筋儀洗滌法)》測(cè)定濕面筋含量。按GB/T 21119-2007《小麥沉淀指數(shù)測(cè)定Zeleny試驗(yàn)》測(cè)定沉淀值。用近紅外分析儀(DA7200, Perten Instrument North America Inc., Springfield, IL, USA)面粉灰分定標(biāo)模型測(cè)定灰分含量。按GB/T 35866- 2018微量法測(cè)定4種溶劑保持力(solvent retention capacity, SRC), 分別為水溶劑保持力(water SRC), 碳酸鈉溶劑保持力(sodium carbonate SRC), 乳酸溶劑保持力(lactic acid SRC)和蔗糖溶劑保持力(sucrose SRC)。按AACC 54-40[17]用10 g微量揉面儀(National Manufacturing, Lincoln, NE)測(cè)定面團(tuán)的揉面特性, 記錄峰值時(shí)間、峰值高度、衰落角和8分鐘帶寬。按GB/T 14614-2006《小麥粉面團(tuán)的物理特性吸水量和流變學(xué)特性的測(cè)定粉質(zhì)儀法》(東方孚德

JFZD, 北京)測(cè)定面團(tuán)揉混特性, 記錄形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、吸水率和弱化度。

表1 參試品種(系)及高分子量麥谷蛋白亞基組成

*寧0021、寧0076和寧麥13均為寧麥9號(hào)選系。

*Ning 0021, Ning 0076, and Ningmai 13 were bred by pedigree selection method from Ningmai 9.

1.3 糖酥餅干加工品質(zhì)分析

按AACC 10-52[17]糖酥餅干制作和評(píng)價(jià)方法, 記錄2塊餅干直徑和厚度, 其配方中的糖為廚歡牌烘焙用糖粉(C&H, USA)。

1.4 HMW-GS組成分析和貯藏蛋白組分定量分析

參考Liu等[18]的聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS- PAGE)方法鑒定HMW-GS組成, 參考Larroque等[19]的凝膠色譜(SE-HPLC)方法定量面粉的醇溶蛋白、谷蛋白和谷蛋白聚合體含量及比例。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

利用SAS軟件進(jìn)行方差分析、基本統(tǒng)計(jì)分析、性狀間相關(guān)性分析, 以及餅干直徑的回歸分析(逐步回歸法)。每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)次中用同一品種(系)的田間重復(fù)籽粒樣本混合, 因此方差分析中, 將試驗(yàn)點(diǎn)次作為重復(fù)(環(huán)境), 品種(系)作為基因型。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試品種(系)的HMW-GS分析

由表1可以看出, 參試品種(系)的HMW-GS亞基組成及類型較簡單,-、-和-位點(diǎn)各具有2種等位變異, 分別為1和null、7+8和7+9、2+12和5+10, 3個(gè)位點(diǎn)共5種組合方式。8份高代品系均為寧麥8號(hào)、寧麥9號(hào)和揚(yáng)麥9號(hào)的衍生系, 0865和08107的強(qiáng)面筋相關(guān)亞基5+10均來源于寧麥8號(hào)。

2.2 品質(zhì)性狀在基因型和環(huán)境間的變異分析

方差分析表明(附表1), 不同類型品質(zhì)性狀受基因型和環(huán)境的影響不同。籽粒硬度主要由基因型決定(<0.01), 受環(huán)境影響較小(>0.05)。籽粒和面粉蛋白含量同時(shí)受基因型和環(huán)境極顯著的影響(<0.01), 而濕面筋含量和沉淀值受基因型的影響(<0.01)大于受環(huán)境的影響(<0.05)。揉面儀特性中, 峰值時(shí)間同時(shí)受基因型和環(huán)境的顯著影響(<0.01), 8分鐘帶寬主要由基因型決定(<0.01), 其他參數(shù)在基因型和環(huán)境間均無顯著差異(>0.05)。4種溶劑保持力同時(shí)受基因型(<0.01)和環(huán)境(<0.01或<0.05)的顯著影響。粉質(zhì)儀特性中, 除穩(wěn)定時(shí)間受基因型(<0.01)和環(huán)境(<0.05)的共同影響外, 吸水率(<0.01)、形成時(shí)間(<0.05)和弱化度(<0.01)僅在基因型間呈顯著差異。面粉黏度特性中, 反彈值、峰值時(shí)間和糊化溫度僅受基因型的顯著影響, 其他參數(shù)同時(shí)受基因型和環(huán)境的顯著影響(<0.01或<0.05)?；蛐褪强扇苄怨鹊鞍拙酆象w含量、不溶性谷蛋白聚合體含量、醇溶蛋白總量、谷蛋白/醇溶蛋白比、不溶性谷蛋白百分比等的決定因素(<0.01), 環(huán)境亦顯著影響醇溶蛋白總量(<0.05)和谷蛋白/醇溶蛋白比(<0.01)。谷蛋白總量在基因型和環(huán)境間均無顯著差異。餅干加工品質(zhì)特性中, 餅干直徑、厚度和直徑/厚度比受基因型的極顯著影響(<0.01), 餅干直徑同時(shí)受環(huán)境的顯著影響(<0.05)。

2.3 品質(zhì)性狀表現(xiàn)

由表2可以看出, 各類品質(zhì)性狀的總體變幅>基因型間變幅>環(huán)境間變幅。國標(biāo)規(guī)定的幾類品質(zhì)性狀中[8-10], 籽粒硬度、沉淀值和粉質(zhì)儀特性參數(shù)的變異系數(shù)較大。品種間籽粒硬度變異系數(shù)雖較大, 但均為軟質(zhì)類型, 其中揚(yáng)麥9號(hào)、揚(yáng)麥13、0864、0865、0876、0894和08107的SKCS硬度值均低于24, 屬于很軟的類型, 僅寧麥9號(hào)屬于中軟類型, 硬度值略大于34。籽粒蛋白質(zhì)含量平均為13.6%, 大于國標(biāo)11.5%或12.5%的標(biāo)準(zhǔn), 15份品種(系)的平均值變幅為12.9%~14.7%, 所有45份籽粒樣本無一份達(dá)標(biāo)。濕面筋含量與蛋白質(zhì)含量的表現(xiàn)類似, 45份樣本均高于26%, 僅寧麥8號(hào)、生選6號(hào)、揚(yáng)麥9號(hào)和0893略低于30%。Zeleny沉淀值平均為26.7 mL, 多份品種(系)≤30 mL, 包括寧麥9號(hào)、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥20、0864、0873、0874、0876、0893和08107。粉質(zhì)儀吸水率表現(xiàn)較好, 基因型的平均值和不同試驗(yàn)點(diǎn)次測(cè)定值均<56%, 但穩(wěn)定時(shí)間偏高, 基因型平均值均大于3 min, 0865的穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到8.77 min, 僅揚(yáng)麥20和0864共計(jì)有3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)次的樣本低于3 min。揉面儀測(cè)試與粉質(zhì)儀測(cè)試類似, 亦反映面團(tuán)形成和耐揉特性, 除峰值高度外, 峰值時(shí)間、衰落角和8 min帶寬變幅和變異系數(shù)均較大, 能較好地區(qū)分基因型間的差異。除乳酸溶劑保持力外, 其他3種溶劑保持力的變異系數(shù)較小。醇溶蛋白總量較谷蛋白總量具有更大的變異系數(shù), 谷蛋白聚合體含量及比例相關(guān)參數(shù)變異系數(shù)也相對(duì)較大。面粉黏度參數(shù)在品種間變異系數(shù)均較小, 其中糊化時(shí)間和糊化溫度的變異系數(shù)分別僅為1.27%和3.75%。餅干加工方法簡單, 重復(fù)性好, 是軟麥加工品質(zhì)評(píng)價(jià)的常用方法。從表2可以看出, 參試品種(系)的平均餅干直徑較大, 為15.9 cm, 且變異系數(shù)較小, 僅為1.31%。7個(gè)品種(系) 0864、0874、0876、0893、0894、08107、寧麥8號(hào)、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥15的餅干直徑均≥16.0 cm, 揚(yáng)麥13和0876的餅干直徑最大, 均為16.3 cm, 其余品種(系)餅干直徑變異范圍為15.6~15.9 cm。

2.4 品質(zhì)性狀與餅干加工品質(zhì)的相關(guān)性分析

從表3可以看出, 除籽粒硬度、灰分含量和面粉黏度特性外, 其他5類品質(zhì)性狀中均有參數(shù)與餅干加工品質(zhì)顯著相關(guān)。蛋白質(zhì)特性中, 籽粒蛋白和沉淀值分別與餅干直徑呈顯著的正向(<0.05)和負(fù)向相關(guān)性(<0.01)。粉質(zhì)儀特性中, 吸水率和穩(wěn)定時(shí)間均與餅干直徑呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05), 吸水率亦與餅干直徑/厚度比呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。揉面儀特性中, 峰值時(shí)間與餅干直徑呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01), 衰落角與餅干3個(gè)品質(zhì)指標(biāo)均呈極顯著相關(guān)(<0.01), 衰減越快則餅干直徑越大。蔗糖溶劑保持力與餅干加工品質(zhì)無顯著相關(guān)性, 而水、碳酸鈉和乳酸溶劑保持力與餅干直徑皆呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01), 相關(guān)系數(shù)分別為–0.857、–0.726和–0.616。谷蛋白/醇溶蛋白比、不溶性谷蛋白聚合體含量與餅干直徑呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。

表2 品質(zhì)性狀的平均值及變幅

SRC: solvent retention capacity; EPP: extractable polymeric protein; UPP: unextractable polymeric protein.

表3 品質(zhì)性狀與餅干加工品質(zhì)的相關(guān)系數(shù)

*、**和***分別表示相關(guān)性顯著水平為0.05、0.01和0.001。

*,**, and***indicated the significance at the 0.05, 0.01, and 0.001 probability levels, respectively. SRC: solvent retention capacity; EPP: extractable polymeric protein; UPP: unextractable polymeric protein.

2.5 品質(zhì)性狀間的相關(guān)性分析

國標(biāo)涉及的品質(zhì)參數(shù)[8-10], 以及與餅干加工品質(zhì)顯著相關(guān)的品質(zhì)參數(shù)(表4)進(jìn)行相關(guān)性分析(表5), 可以看出, 籽粒蛋白、粉質(zhì)儀吸水率與其他品質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性較弱, 籽粒蛋白僅與揉面儀峰值時(shí)間(<0.05)、不溶性谷蛋白聚合體百分含量和谷蛋白/醇溶蛋白比呈顯著相關(guān)(<0.01), 吸水率僅與水溶劑保持力呈顯著相關(guān)(<0.05)。除籽粒蛋白和粉質(zhì)儀吸水率外, 其他各類品質(zhì)參數(shù)間及參數(shù)內(nèi)高度相關(guān), 如沉淀值與乳酸溶劑保持力極顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為0.924 (<0.001), 兩者皆與其他各類品質(zhì)參數(shù)密切相關(guān), 其中與粉質(zhì)儀穩(wěn)定時(shí)間、揉面儀峰值時(shí)間、不溶性谷蛋白聚合體及百分含量的相關(guān)系數(shù)均大于0.800 (<0.001)。水、碳酸鈉和乳酸溶劑保持力之間呈顯著相關(guān)。除籽粒硬度、籽粒蛋白、濕面筋含量和部分谷蛋白組分定量參數(shù)外, 水和碳酸鈉溶劑保持力亦與其他各類品質(zhì)參數(shù)均呈顯著相關(guān)。揉面儀峰值時(shí)間與粉質(zhì)儀穩(wěn)定時(shí)間均反映面團(tuán)強(qiáng)度, 兩者呈高度正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為0.869 (<0.001)。

2.6 品質(zhì)性狀與餅干直徑的回歸分析

以餅干直徑(cm)為應(yīng)變量, 12個(gè)顯著影響餅干加工品質(zhì)的品質(zhì)性狀(表4)為自變量, 進(jìn)行線性回歸分析, 獲得2個(gè)達(dá)顯著水平的回歸模型。模型I為= 23.4592–0.12911, 其中1為水溶劑保持力, 模型、常數(shù)、1的值分別為36.55 (<0.001)、356.36 (<0.001)、36.55 (<0.001), 該模型利用水溶劑保持力可解釋餅干直徑變異的73.76%。模型II為= 20.4647–0.11691+0.16762, 其中1為水溶劑保持力,2為籽粒蛋白, 模型、常數(shù)、1、2的值分別為31.27 (<0.001)、189.23 (<0.001)、42.33 (<0.001)、7.56 (<0.05), 該模型利用水溶劑保持力和籽粒蛋白共同可解釋餅干直徑變異的83.90%。

3 討論

3.1 軟麥品種(系)品質(zhì)狀況

從小麥品種品質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)看, GB/T 17320- 2013[8]與舊標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17320-1998[9]相比, 不再限定軟質(zhì)小麥品種的拉伸儀參數(shù)指標(biāo), 但將蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量由舊標(biāo)準(zhǔn)的<13.0%和<28.0%降低為新標(biāo)準(zhǔn)的<12.5%和<26%, 同時(shí)要求籽粒硬度應(yīng)小于50。從商品小麥流通領(lǐng)域看, GB/T 17893-1999[10]以滿足加工適用性為目標(biāo), 限定蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和粉質(zhì)儀穩(wěn)定時(shí)間分別為≤11.5%、≤22.0%和≤ 2.5 min。對(duì)照這些標(biāo)準(zhǔn), 在本研究條件下, 僅籽粒硬度和吸水率達(dá)標(biāo), 以及部分樣本的沉淀值達(dá)標(biāo), 表明當(dāng)前軟麥生產(chǎn)蛋白質(zhì)含量和面筋強(qiáng)度仍是主要限制因子。我們前期研究表明, 在低氮條件下(純氮120 kg hm–2), 本文中6個(gè)軟麥品種均可生產(chǎn)蛋白質(zhì)含量達(dá)標(biāo)(GB/T 17893-1999)的優(yōu)質(zhì)小麥[7], 現(xiàn)有的氮肥管理措施難以生產(chǎn)達(dá)標(biāo)優(yōu)質(zhì)小麥[20]。陸增根等[21]對(duì)寧麥9號(hào)和揚(yáng)麥9號(hào)的研究表明, 實(shí)現(xiàn)7000 kg hm–2的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn), 純氮施用量需減至200 kg hm–2, 并配合氮肥前移策略。吳宏亞等[6]和王曙光等[22]則表明, 210 kg hm–2和225 kg hm–2施氮水平下, 揚(yáng)麥15和寧麥9號(hào)可分別在江蘇揚(yáng)州地區(qū)和太湖地區(qū)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。這不僅與揚(yáng)麥15和寧麥9號(hào)不同的氮肥敏感性有關(guān)[7], 也與蛋白質(zhì)含量對(duì)環(huán)境條件的敏感性有關(guān), 如本研究所有與蛋白含量相關(guān)的品質(zhì)參數(shù)均受到環(huán)境的顯著影響。因此, 大面積軟麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)需要以減氮為基礎(chǔ), 發(fā)揮品種、區(qū)域生態(tài)和肥料管理的綜合作用。美國軟麥品質(zhì)實(shí)驗(yàn)室以及張岐軍等[1]都建議以≥16 cm (2塊餅干直徑之和)作為優(yōu)質(zhì)軟麥樣本的標(biāo)準(zhǔn), 本研究在蛋白質(zhì)含量超標(biāo)的情況下, 仍有多份品種(系)達(dá)到加工優(yōu)質(zhì)餅干的標(biāo)準(zhǔn), 其中揚(yáng)麥13和0876表現(xiàn)突出。這表明蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量等反映蛋白質(zhì)數(shù)量的指標(biāo)與加工品質(zhì)間沒有必然的聯(lián)系, 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以適當(dāng)放寬或者增加終端產(chǎn)品加工品質(zhì)作為參考。

3.2 軟麥品種品質(zhì)特性與加工品質(zhì)的關(guān)系

本研究籽粒蛋白、面粉蛋白、濕面筋含量與餅干直徑呈弱相關(guān)或無顯著關(guān)聯(lián), 而面筋強(qiáng)度相關(guān)指標(biāo)均與餅干加工品質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān), 表明在較高蛋白質(zhì)含量水平下, 通過降低面筋強(qiáng)度, 如粉質(zhì)儀穩(wěn)定時(shí)間、揉面儀峰值時(shí)間等, 可顯著提高餅干的加工品質(zhì)。一般認(rèn)為, 優(yōu)化HMW-GS組成對(duì)提高中強(qiáng)筋和強(qiáng)筋小麥加工品質(zhì)效果顯著[23], 而對(duì)蛋白質(zhì)含量較低的軟質(zhì)小麥加工品質(zhì)影響較小[24]。但最近的研究表明, HMW-GS對(duì)軟麥面筋質(zhì)量和加工品質(zhì)也具有重要的作用, 如美東軟麥中的Glu-B1(13+16)、Glu-B1(7OE+8)和Glu-D1(5+10)可顯著提高軟麥的面筋強(qiáng)度[14], 阿根廷中部軟麥餅干加工品質(zhì)的最優(yōu)組合為Glu-A1(null)/Glu-B1(7+8)/Glu-D1(2+12)。本研究中亞基組成與面筋強(qiáng)度無明顯關(guān)聯(lián), 寧麥8號(hào)、0865和08107均具有Glu-D1(5+10)強(qiáng)面筋亞基, 但面筋強(qiáng)度品質(zhì)指標(biāo)和餅干直徑在3個(gè)品種(系)間差異較大, 其余相同亞基組成的品種(系)也具有類似的表現(xiàn)。貯藏蛋白組分含量特征、溶劑保持力等性狀與餅干直徑的顯著相關(guān)性進(jìn)一步表明, 除HMW-GS外多種因素對(duì)餅干加工品質(zhì)均有重要影響。從15份參試材料的系譜看, 除揚(yáng)麥13和揚(yáng)麥15外, 均為揚(yáng)麥5號(hào)、揚(yáng)麥6號(hào)和揚(yáng)麥9號(hào)的衍生系, 可見當(dāng)前該麥區(qū)軟麥育種的遺傳基礎(chǔ)狹窄, 制約了品質(zhì)的進(jìn)一步提高, 急需創(chuàng)制和引入新的種質(zhì)資源。最近報(bào)道通過HMW-GS缺失可能是改善面筋強(qiáng)度、提高軟麥加工品質(zhì)的途徑之一。張平平等[25]和Zhang等[26]分別利用單個(gè)HMW-GS或位點(diǎn)缺失可顯著降低面團(tuán)彈性, 提高餅干加工品質(zhì)。Zhang等[27]和Tuncil等[28]利用特定HMW-GS組成的個(gè)別亞基缺失可同時(shí)改善面團(tuán)彈性和延展性。結(jié)合HMW-GS組成和亞基缺失可能是提高軟麥加工品質(zhì)的途徑之一。

3.3 軟麥加工品質(zhì)預(yù)測(cè)指標(biāo)的利用

本研究試驗(yàn)材料蛋白含量差異較小, 所有樣本的籽粒硬度均達(dá)標(biāo), 兩者都與其他類型的品質(zhì)性狀和餅干加工品質(zhì)均無顯著關(guān)聯(lián), 與前期對(duì)軟麥育種群體的研究結(jié)果一致[3], 表明蛋白質(zhì)含量和硬度只是優(yōu)質(zhì)軟麥的必要條件, 僅可作為育種材料最基本的分類篩選標(biāo)準(zhǔn)。揉面儀測(cè)試以往多在中強(qiáng)筋小麥育種應(yīng)用[29-30], 本研究中的揉面儀參數(shù)在基因型間變異系數(shù)大, 峰值時(shí)間與粉質(zhì)儀穩(wěn)定時(shí)間、Zeleny沉淀值, 以及餅干直徑均呈極顯著正相關(guān), 表明其在軟麥選育中亦具有實(shí)用性。除蔗糖溶劑保持力外, 其他3種溶劑保持力均與餅干加工品質(zhì)顯著相關(guān), 這與國內(nèi)外學(xué)者研究結(jié)果基本一致[11,16,31-32]。本研究中水溶劑保持力對(duì)餅干直徑具有很好的預(yù)測(cè)效果, 利用其建立的回歸方程可解釋餅干直徑變異的73.76%, 配合籽粒蛋白共同可解釋餅干直徑變異的83.90%, 而Zhang等[16]的餅干直徑預(yù)測(cè)模型, 突出了蔗糖溶劑保持力的重要性, 這與試驗(yàn)材料有關(guān), 本研究中蔗糖溶劑保持力與餅干加工無顯著相關(guān)性。另外, 本研究顯示沉淀值和乳酸溶劑保持力高度正相關(guān), 均與面筋強(qiáng)度和餅干直徑密切相關(guān), 與前人研究結(jié)果基本一致[33-34]。乳酸溶劑保持力與面筋特性關(guān)聯(lián), 較沉淀值測(cè)定方法簡單、通量高, 對(duì)測(cè)試環(huán)境、試劑要求較低, 穩(wěn)定性好, 可作為面筋強(qiáng)度選擇的重要方法。因此, 在軟麥育種群體F2~F3代可利用近紅外方法對(duì)硬度和籽粒蛋白初步篩選, F4增加水和乳酸溶劑保持力對(duì)綜合吸水特性和面筋質(zhì)量的篩選, F5~F6增加揉面儀測(cè)定面團(tuán)揉混特性, 對(duì)產(chǎn)量圃中選品系可進(jìn)行粉質(zhì)儀測(cè)試和微量餅干加工測(cè)試。

4 結(jié)論

江蘇淮南麥區(qū)軟麥品種(系)在一般大田管理?xiàng)l件下, 僅籽粒硬度和粉質(zhì)儀吸水率符合國標(biāo)要求, 蛋白質(zhì)含量和面筋強(qiáng)度相關(guān)指標(biāo)較難符合國標(biāo)規(guī)定。籽粒硬度、面筋強(qiáng)度和溶劑保持力等品質(zhì)性狀仍有較大改良空間。在籽粒硬度和蛋白含量選擇的基礎(chǔ)上, 降低面筋強(qiáng)度和面粉綜合吸水特性是軟麥育種的主要目標(biāo), 水溶劑保持力、乳酸溶劑保持力和揉面儀參數(shù)是重要的篩選指標(biāo)。

附表1 籽粒硬度、灰分含量和蛋白質(zhì)特性相關(guān)性狀方差分析(均方值)

*和**分別表示顯著水平為0.05和0.01。

*and**indicated the significance at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

[1] 張岐軍, 張艷, 何中虎, Pe?a R J. 軟質(zhì)小麥品質(zhì)性狀與酥性餅干品質(zhì)參數(shù)的關(guān)系研究. 作物學(xué)報(bào), 2005, 31: 1125–1131. Zhang Q J, Zhang Y, He Z H, Pe?a R J. Relationship between soft wheat quality traits and cookie quality parameters., 2005, 31: 1125–1131 (in Chinese with English abstract).

[2] 姚金保, Souza E, 馬鴻翔, 張平平, 姚國才, 楊學(xué)明, 任麗娟, 張鵬. 軟紅冬小麥品質(zhì)性狀與餅干直徑的關(guān)系. 作物學(xué)報(bào), 2010, 36: 695–700. Yao J B, Souza E, Ma H X, Zhang P P, Yao G C, Yang X M, Ren L J, Zhang P. Relationship between quality traits of soft red winter wheat and cookie diameter., 2010, 36: 695–700 (in Chinese with English abstract).

[3] 張平平, 姚金保, 馬鴻翔, 楊學(xué)明, 張鵬, 姚國才, 張旭, 楊丹. 寧麥9號(hào)衍生系及酥性餅干直徑的關(guān)系. 麥類作物學(xué)報(bào), 2013, 33: 1156–1161. Zhang P P, Yao J B, Ma H X, Yang X M, Zhang P, Yao G C, Zhang X, Yang D. Quality traits of Ningmai 9 and its derivate lines and their relationship with cookie diameter., 2013, 33: 1156–1161 (in Chinese with English abstract).

[4] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司. 2014中國小麥質(zhì)量報(bào)告. 北京, 2014. pp 69–83. Department of Planting Management, Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China. 2014 Wheat Quality Report in China. Beijing, 2014. pp 69–83 (in Chinese).

[5] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司. 2015中國小麥質(zhì)量報(bào)告. 北京, 2015. pp 70–85. Department of Planting Management, Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China. 2014 Wheat Quality Report in China. Beijing, 2015. pp 70–85 (in Chinese).

[6] 吳宏亞, 汪尊杰, 張伯橋, 程順和. 氮肥追施比例對(duì)弱筋小麥揚(yáng)麥15籽粒產(chǎn)量及品質(zhì)的影響. 麥類作物學(xué)報(bào), 2015, 35: 258–262. Wu H Y, Wang Z J, Zhang B Q, Cheng S H. Effect of nitrogen application ratio on grain yield and quality of weak gluten wheat cultivar Yangmai 15., 2015, 35: 258–262 (in Chinese with English abstract).

[7] 王化敦, 史高玲, 張平平, 張鵬, 高春蕾, 姚金保, 馬鴻翔. 長江中下游小麥品種籽粒品質(zhì)對(duì)氮素的敏感性分析. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2017,48: 1568–1573. Wang H D, Shi G L, Zhang P P, Zhang P, Gao C L, Yao J B, Ma H X. Sensitivity of wheat grain quality to nitrogen application in middle and lower reaches of Yangtze River., 2017, 48: 1568–1573 (in Chinese with English abstract).

[8] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局/中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 17320-2013小麥品種品質(zhì)分類. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社. 2013. General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of PRC/China National Standardization Management Committee. GB/T 17320-2013 Quality Classification of Wheat Varieties. Beijing: Standards Press of China. 2013.

[9] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局/中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 17320-1998小麥品種品質(zhì)分類. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社. 1998. General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of PRC/China National Standardization Management Committee. GB/T 17320-1998 Quality Classification of Wheat Varieties. Beijing: Standards Press of China, 1998.

[10] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. GB/T 17893-1999優(yōu)質(zhì)小麥弱筋小麥. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1999. The Quality and Technology Supervision Bureau. GB/T 17893-1999 High Quality Wheat-Weak gluten wheat. Beijing: Standards Press of China. 1999.

[11] Geng Z M, Zhang P P, Yao J B, Yang D, Ma H X, Rayas-Duarte P. Physicochemical and rheological properties of Chinese soft wheat flours and their relationship with cookie-making quality., 2012, 89: 237–241

[12] 李碩碧, 裴阿衛(wèi), 李必運(yùn). 小麥品質(zhì)性狀的遺傳及選擇方法研究. 作物學(xué)報(bào), 2002, 28: 816–820. Li S B, Pei A W, Li B Y. Study on inheritance and selection method of wheat qualities., 2002, 28: 816–820 (in Chinese with English abstract).

[13] 韓玉林, 鄧志英, 鄭天存, 陳廣鳳, 田紀(jì)春. 相同HMW-GS組合小麥品種的主要品質(zhì)指標(biāo)分析. 麥類作物學(xué)報(bào), 2008, 28: 51–55. Han Y L, Deng Z Y, Zheng T C, Chen G F, Tian J C. Analysis on main quality index of wheat cultivars with the same HMW-GS combination, 2008, 28: 51–55 (in Chinese with English abstract).

[14] Ma F Y, Kim J, Cho E, Brown-Guedira G, Park C S, Baik B K. HMW-GS composition and rye translocations of U.S. eastern soft winter wheat and their associations with protein strength., 2019, https://doi.org/10.1016/j.jcs.2019.102799.

[15] 張伯橋, 張曉, 高德榮, 呂國鋒, 朱冬梅, 馬談斌. 吹泡儀參數(shù)作為弱筋小麥品質(zhì)育種選擇指標(biāo)的評(píng)價(jià). 麥類作物學(xué)報(bào), 2010, 30: 29–33. Zhang B Q, Zhang X, Gao D R, Lyu G F, Zhu D M, Ma T B. The value of alveograph parameters used as selection index in weak gluten wheat breeding., 2010, 30: 29–33 (in Chinese with English abstract).

[16] Zhang Q J, Zhang Y, Zhang Y, He Z H, Pe?a R J. Effects of solvent retention capacities, pentosan content, and dough rheological properties on sugar snap cookie quality in Chinese soft wheat genotypes., 2007, 47: 656–664.

[17] AACC International. Approved Methods of Analysis (11th edn). AACCI, St Paul, MN. 2002

[18] Liu L, He Z H, Yan J, Zhang Y, Xia X C, Pe?a R J. Allelic variation at theandloci, presence of 1B·1R translocation, and their effects on mixographic properties in Chinese bread wheats., 2005, 142: 197–204.

[19] Larroque O R, Gianibelli M C, Gomez Sanchez M, MacRitchie F. Procedure for obtaining stable protein extracts of cereal flour and whole meal for size-exclusion HPLC analysis., 2000, 77: 448–450.

[20] 張平平, 劉婷婷, 姚金保, 馬鴻翔, 張鵬, 楊學(xué)明, 周淼平. 栽培措施對(duì)軟紅冬小麥加工品質(zhì)的效應(yīng). 麥類作物學(xué)報(bào), 2016, 36: 789–794. Zhang P P, Liu T T, Yao J B, Ma H X, Zhang P, Yang X M, Zhou M P. Effect of cultivation strategies on processing quality of soft red winter wheat., 2016, 36: 789–794 (in Chinese with English abstract).

[21] 陸增根, 戴廷波, 姜東, 荊奇, 吳正貴, 周培南, 曹衛(wèi)星. 氮肥運(yùn)籌對(duì)弱筋小麥群體指標(biāo)與產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響. 作物學(xué)報(bào), 2007, 33: 590–597. Lu Z G, Dai T B, Jiang D, Jing Q, Wu Z G, Zhou P N, Cao W X. Effects of nitrogen strategies on population quality index and grain yield and quality in weak-gluten wheat., 2007, 33: 590–597 (in Chinese with English abstract).

[22] 王曙光, 許軻, 戴其根, 張洪程, 霍中洋, 黃萍霞. 氮肥運(yùn)籌對(duì)太湖麥區(qū)弱筋小麥寧麥9號(hào)產(chǎn)量與品質(zhì)的影響. 麥類作物學(xué)報(bào), 2005, 25: 65–68. Wang S G, Xu K, Dai Q G, Zhang H C, Huo Z Y, Huang P X. Effect of nitrogen applying methods on yield and quality of Ningmai 9 in Taihu region., 2005, 25: 65–68 (in Chinese with English abstract).

[23] 張勇, 申小勇, 張文祥, 陳新民, 閻俊, 張艷, 王德森, 王忠偉, 劉悅芳, 田宇兵, 夏先春, 何中虎. 高分子量谷蛋白5+10亞基和1B/1R易位分子標(biāo)記輔助選擇在小麥品質(zhì)育種中的應(yīng)用. 作物學(xué)報(bào), 2012, 38: 1743–1751. Zhang Y, Sheng X Y, Zhang W X, Chen X M, Yan J, Zhang Y, Wang D S, Wang Z W, Liu Y F, Tian Y B, Xia X C. Marker-assisted selection of HMW-gluteningene and 1B/1R translocation for improving industry quality in common wheat., 2012, 38: 1743–1751 (in Chinese with English abstract).

[24] Moiraghi M, Vanzetti L, Pflüger L, Helguera M, Pérez G T. Effect of high molecular weight glutenins and rye translocations on soft wheat flour cookie quality., 2013, 58: 424–430.

[25] 張平平, 馬鴻翔, 姚金保, 周淼平, 張鵬. 高分子量谷蛋白單亞基缺失對(duì)軟質(zhì)小麥寧麥9號(hào)加工品質(zhì)的影響. 作物學(xué)報(bào), 2016, 42: 633–640. Zhang P P, Ma H X, Yao J B, Zhou M P, Zhang P. Effect of HMW-GS deletion on processing quality of soft wheat Ningmai 9., 2016, 42: 633–640 (in Chinese with English abstract).

[26] Zhang X, Zhang B Q, Wu H Y, Lu C B, Lü G F, Li D T, Li M, Jiang W, Song G H, Gao D R. Effect of high-molecular-weight glutenin subunit deletion on soft wheat quality properties and sugar-snap cookie quality estimated through near-isogenic lines., 2018, 17: 1066–1073.

[27] Zhang P P, Jondiko T O, Tilley M, Awika J M. Effect of high molecular weight glutenin subunit composition in common wheat on dough properties and steamed bread quality., 2014, 94: 2801–2806.

[28] Tuncil Y E, Jondiko T, Tilley M, Hays D B, Awika J M. Combination of null alleles with 7+9 allelic pair atlocus on the long arm of group 1 chromosome improves wheat dough functionality for tortillas., 2016, 65: 683–688.

[29] 申小勇, 閻俊, 陳新民, 張艷, 李慧玲, 王德森, 何中虎, 張勇. 和面儀參數(shù)與粉質(zhì)儀、拉伸儀及面包成品加工品質(zhì)主要參數(shù)的關(guān)系. 作物學(xué)報(bào), 2010, 36: 1037–1043.Shen X Y, Yan J, Chen X M, Zhang Y, Li H L, Wang D S, He Z H, Zhang Y. Relationship of mixograph parameters with farinograph and extensograph parameters, and bread-making quality traits., 2010, 36: 1037–1043 (in Chinese with English abstract).

[30] 張勇, 張立平, 閻俊, 張艷, 王德森, 劉建軍, 何中虎. 普通小麥面筋強(qiáng)度早代選擇研究. 作物學(xué)報(bào), 2006, 32: 1663–1670. Zhang Y, Zhang L P, Yan J, Wang D S, Liu J J, He Z H. Early ge-neration selection of gluten strength in common wheat., 2006, 32: 1663–1670 (in Chinese with English abstract).

[31] Guttieri M J, Souza E. Sources of variation in the solvent retention capacity test of wheat flour., 2003, 43: 1628–1633.

[32] Ram S, Singh R P. Solvent retention capacities of Indian wheats and their relationship with biscuit making quality., 2004, 81: 128–133.

[33] Ram S, Dawar V, Singh R P, Shoran J. Application of solvent retention capacity tests for the prediction of mixing properties of wheat flour., 2005, 42: 261–266.

[34] Xiao Z S, Park S H, Chung O K, Caley M S, Seib P A. Solvent retention capacity values in relation to hard winter wheat and flour properties and straight-dough bread making quality., 2006, 83: 465–471.

Soft wheat quality traits in Jiangsu province and their relationship with cookie making quality

ZHANG Ping-Ping, YAO Jin-Bao, WANG Hua-Dun, SONG Gui-Cheng, JIANG Peng, ZHANG Peng, and MA Hong-Xiang*

Institute of Food Crops, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences / Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production, Nanjing 210014, Jiangsu, China

The objectives of this study were to investigate soft wheat quality traits with fertilizer management practice in southern region of the Huaihe river in Jiangsu province, and to suggest quality selection parameters in soft wheat breeding. Fifteen high quality soft wheat varieties or advanced lines were grown at three environments with the combination of location and year. High-molecular-weight glutenin subunits (HWM-GS) of tested genotypes were identified. Kernel hardness, grain and flour protein content, wet gluten content, ash content, Zeleny sedimentation value, parameters of farinograph, mixograph, and rapid viscocity analysis (RVA), solvent retention capacity (SRC), gluten protein quantification, and cookie quality were investigated. No sample met the national soft wheat quality standard (GB/T 17320-2013, GB/T 17893-1999) for protein content, wet gluten content, and farinograph stability, few samples met the standard for sedimentation value, and all samples exceeded the standard for kernel hardness and farinograph absorption. Kernel hardness, ash content, and RVA parameters were not significantly associated with cookie quality parameters. Zeleny sedimentation value, absorption and stability of farinograph, peak time and right of peak slope of mixograph, water SRC, sodium carbonate SRC, lactic acid SRC, glutenin/gliadin ratio, unextractable polymeric protein (UPP), and %UPP were significantly correlated with cookie diameter, with= –0.657, –0.601, –0.617, –0.659, –0.676, –0.857, –0.726, –0.616, –0.546, –0.541, and –0.637, respectively (≤ –0.520,< 0.05;≤ –0.652,< 0.01). One multiple regression model only with water SRC as a variable could explain 73.76% of the total variation of cookie diameter, and the other regression model with both water SRC and kernel protein content as variables could explain 83.90% of the total variation. Based on the selection of grain hardness and protein content, reducing gluten strength and general water holding capacity is the main targets in soft wheat breeding program, and water SRC, lactic acid SRC and mixograph parameters are the most important selection parameters.

common wheat; Jiangsu province; high quality soft wheat; quality traits; cookie quality

2019-08-07;

2019-12-26;

2020-01-15.

10.3724/SP.J.1006.2020.91050

馬鴻翔, E-mail: hxma@jaas.ac.cn

E-mail: pp_zh@126.com

本研究由江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(現(xiàn)代農(nóng)業(yè))子項(xiàng)目(BE2018399-1), 江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20161375), 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31671690), 江蘇省自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目(CX(18)1001)和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-03)資助。

This study was supported bythe Key Project for the Research and Development of Jiangsu Province (BE2018399-1), the Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20161375), the National Natural Science Foundation of China (31671690), the Indigenous Innovation Foundation of Jiangsu Provincial Agricultural Science and Technology (CX(18)1001), and the China Agriculture Research System (CARS-03).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20200115.0940.006.html