周元成 陳愛萍 曹永立 王 鎮(zhèn) 趙玉坤 侯東紅 解麗麗

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院）小麥研究所，041000，山西臨汾）

大麥營(yíng)養(yǎng)豐富，含有多種蛋白質(zhì)和氨基酸，應(yīng)用廣泛，是釀酒、飼料加工、糧食生產(chǎn)和醫(yī)藥生產(chǎn)等不可缺少的重要原材料。就啤酒大麥而言，限制我國(guó)啤酒大麥生產(chǎn)的主要因素之一是品質(zhì)較差，其中，糖化力較低是影響啤酒品質(zhì)和產(chǎn)率的關(guān)鍵所在[1]。有研究表明，β-淀粉酶是最重要的淀粉降解酶之一，與糖化力呈高度正相關(guān)[2-4]；β-淀粉酶在種子成熟期間合成，以無活性聚合體的形式積累并以貯藏蛋白形式儲(chǔ)存于種子的胚乳中[5]。成熟籽粒中的總β-淀粉酶含量可作為早期預(yù)判該品種釀造品質(zhì)的重要參數(shù)[6]。β-淀粉酶活性在不同地區(qū)間、不同棱型和不同品種間存在較大差異，不同大麥品種籽粒灌漿期間β-淀粉酶積累也存在一定變化[7-8]。已有研究表明，農(nóng)藝措施和環(huán)境對(duì)大麥β-淀粉酶活性有較大影響，但關(guān)于大麥籽粒灌漿期β-淀粉酶動(dòng)態(tài)與氣象因子的關(guān)系還未見報(bào)道。本研究分析了5個(gè)大麥品種兩年間灌漿期β-淀粉酶動(dòng)態(tài)與兩年間大麥灌漿期氣候因子的變化之間的關(guān)系，以期為啤酒大麥的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為生育期相近的3個(gè)引進(jìn)品種（系）（滬麥4號(hào)、浙農(nóng)7號(hào)和臨啤1號(hào)）和本課題組選育的2個(gè)高代品系（臨96-58和臨A9-W10）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2012年10月至2013年6月和2013年10月至2014年6月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院）小麥研究所試驗(yàn)田進(jìn)行，條播，小區(qū)寬2.8m，長(zhǎng)2m，每小區(qū)種10行，總用氮量為150kg/hm2，分2次施入，基肥在播種時(shí)施入，追肥在拔節(jié)時(shí)施用，基追比為7∶3，3次重復(fù)。

兩年試驗(yàn)中均在5月5日開始取穗，年度之間及所選5個(gè)大麥品種（系）的生育進(jìn)程基本一致，均處在生育期的灌漿初期，之后間隔10d取樣，至6月7日籽粒成熟，共取樣4次，每次隨機(jī)剪取主莖10穗，脫粒后用于測(cè)定β-淀粉酶活性（Y）。氣象因子數(shù)據(jù)由臨汾市氣象臺(tái)提供。計(jì)算兩年間籽粒灌漿期的總積溫（X1）、日均溫（X2）、總雨量（X3）、日均雨量（X4）、總?cè)照諘r(shí)數(shù)（X5）、日均日照時(shí)數(shù)（X6）、總積溫與日均溫互作（X7）、總雨量與日均日照時(shí)數(shù)互作（X8）、總?cè)照諘r(shí)數(shù)與日均日照時(shí)數(shù)互作（X9）。

1.3 淀粉酶活性測(cè)定

采用3，5-二硝基水楊酸法[9-10]測(cè)定淀粉酶活力，酶活力單位[(mg·g)/min]用1g種子1min水解產(chǎn)生的麥芽糖量表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 11.5和Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大麥籽粒灌漿期氣象因子的年度差異

由表1可以看出，兩年間氣象因子存在較大差異。2013年總積溫比2014年高40.3℃；2013年5月積溫變化比較平緩，中旬最高；2014年5月積溫上、中旬積溫較上年偏低，下旬積溫驟然升高，達(dá)到245.2℃，比上年同期高33℃。2013年5月降雨總量高于2014年同期水平，在不同旬間降雨量呈現(xiàn)出較大差異。2013年5月上、中旬降雨較少，僅5.7mm，降雨主要集中在5月下旬，達(dá)76.2mm。2014年5月降雨主要集中在上旬，達(dá)55.1mm，而在中、下旬降雨較少，為16.2mm。2013年總?cè)照諘r(shí)數(shù)和日均日照時(shí)數(shù)都少于2014年。

表1 大麥籽粒灌漿期氣象因子年度差異Table 1 Variation of meteorological factors between years during barley grain grouting

2.2 大麥籽粒灌漿期β-淀粉酶活性動(dòng)態(tài)

從圖1中可以看出，大麥籽粒β-淀粉酶活性除2014年的臨啤1號(hào)和臨A9-W10外都呈升－降－升趨勢(shì)，均在成熟期達(dá)到最大值。2014年臨啤1號(hào)和臨A9-W10 β-淀粉酶活性先降后升，這可能是由于當(dāng)年兩個(gè)品種灌漿較早，降雨前β-淀粉酶已經(jīng)有一定積累，此后隨著降水被植株吸收并運(yùn)轉(zhuǎn)到籽粒后對(duì)其中的內(nèi)容物產(chǎn)生稀釋作用，導(dǎo)致β-淀粉酶活性測(cè)定時(shí)呈下降趨勢(shì)。所有品種的β-淀粉酶活性在臘熟后期達(dá)最高值，不同品種、同一品種不同年份間的β-淀粉酶活性有所不同；同一品種間，收獲后的大麥籽粒β-淀粉酶活性2014年高于2013年。整體而言，大麥β-淀粉酶活性在5月中旬和下旬出現(xiàn)一定程度的下降，不同品種、不同年份間下降幅度不同。

圖1 2013-2014年大麥β-淀粉酶活性Fig.1 β- amylase activity in 2013 and 2014

2.3 β-淀粉酶活性動(dòng)態(tài)與氣象因子的關(guān)系

2.3.1 β-淀粉酶活性與氣象因子間的相關(guān)性 根據(jù)兩年間氣象因子差異及β-淀粉酶活性的變化，得出各因子間相關(guān)系數(shù)（表2）。

表2數(shù)據(jù)顯示，β-淀粉酶活性與部分氣象因子呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為：總積溫（0.468）＞總?cè)照諘r(shí)數(shù)（0.418）＞日均溫（0.330），與總雨量、日均日照時(shí)數(shù)和日均雨量等因子無顯著相關(guān)性。各氣象因子間，日均日照時(shí)數(shù)（X6）除與日均溫相關(guān)極顯著外，與其他各氣象因子相關(guān)性均不顯著；日均溫（X2）與日均雨量（X4）、日均溫（X2）與總?cè)照諘r(shí)數(shù)與日均日照時(shí)數(shù)互作（X9）、總雨量（X3）與總?cè)照諘r(shí)數(shù)與日均日照時(shí)數(shù)互作（X9）之間相關(guān)性不顯著，除此以外，其他各氣象因子間相關(guān)性極顯著；從X7、X9與β-淀粉酶活性的相關(guān)性可以看出，各氣象因子的交互作用影響β-淀粉酶活性，即其中1個(gè)氣象因子的變化，必然導(dǎo)致其他若干個(gè)因子的相應(yīng)變化，如雨量與日照時(shí)數(shù)、溫度的變化往往是相關(guān)聯(lián)的，從而引起β-淀粉酶活性的變化。因此，簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)并不能完全反映β-淀粉酶活性與氣象因子間的客觀聯(lián)系，需要對(duì)各因子作偏相關(guān)分析。

表2 各因子間相關(guān)系數(shù)（n=40）Table 2 Correlation coefficients between the factors (n=40)

在偏相關(guān)分析中，依據(jù)所有因子間的簡(jiǎn)單相關(guān)性，并結(jié)合實(shí)際情況，通過數(shù)據(jù)優(yōu)化組合，排除總降雨量、日均降雨量和總?cè)照諘r(shí)數(shù)3個(gè)因子，β-淀粉酶活性與降雨之間的關(guān)系主要是通過降雨量與日均日照時(shí)數(shù)的互作來體現(xiàn)，β-淀粉酶活性與總?cè)照諘r(shí)數(shù)間的關(guān)系由總?cè)照諘r(shí)數(shù)與日均日照時(shí)數(shù)的互作來體現(xiàn)。結(jié)果（表3）顯示，β-淀粉酶活性與各氣象因子的偏相關(guān)性達(dá)顯著（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01），且β-淀粉酶活性與X1呈極顯著正相關(guān)，與X9呈顯著相關(guān)，與X2、X6呈顯著負(fù)相關(guān)，與X7、X8呈極顯著負(fù)相關(guān)，偏相關(guān)系數(shù)大小依次為X1＞X8＞X7＞X9＞X6＞X2。無論是簡(jiǎn)單相關(guān)分析還是偏相關(guān)分析，都只能對(duì)各氣象因子與β-淀粉酶活性之間的關(guān)系得出定性的結(jié)果，并不能定量明確β-淀粉酶活性受氣象因子的影響，尤其不能準(zhǔn)確地說明多個(gè)氣象因子同時(shí)對(duì)β-淀粉酶活性的影響，及各氣象因子互作對(duì)β-淀粉酶活性的影響。要明確β-淀粉酶活性與各氣象因子間的量化關(guān)系，還需引入多元回歸方程加以分析。

表3 各因子間偏相關(guān)系數(shù)（n=40）Table 3 Partial correlation coefficients between each factors (n=40)

2.3.2 氣象因子對(duì)β-淀粉酶活性的多元回歸分析綜合考慮各氣象因子間的交互作用，并對(duì)共線性數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，舍去部分相關(guān)性和回歸系數(shù)不顯著的因子，得到最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)化回歸方程：

式中，總積溫（X1）、日均溫（X2）、日均日照時(shí)數(shù)（X6）、總積溫與日均溫互作（X7）、總雨量與日均日照時(shí)數(shù)互作（X8）、總?cè)照諘r(shí)數(shù)與日均日照時(shí)數(shù)互作（X9），各因子量均是每年5月份的計(jì)算值。

該回歸方程表明，這些氣象因子是影響大麥籽粒β-淀粉酶活性的主要因素，其中β-淀粉酶活性與X1（P=0.003）、X9（P=0.015）呈顯著正相關(guān)，即總積溫、總?cè)照諘r(shí)數(shù)與日均日照時(shí)數(shù)互作的增加有利于大麥β-淀粉酶的積累；β-淀粉酶活性與X2（P=0.02）、X6（P=0.016）、X7（P=0.009）和X8（P=0.005）呈顯著負(fù)相關(guān)，其中以總積溫與日均溫互作（X7）對(duì)大麥籽粒β-淀粉酶積累的影響最大，這說明式中氣象因子對(duì)大麥籽粒灌漿期間β-淀粉酶活性動(dòng)態(tài)有著直接或間接的影響。在不考慮品種差異、栽培措施及土壤環(huán)境的影響時(shí)，可以根據(jù)氣象因子，通過該方程預(yù)測(cè)當(dāng)年大麥籽粒的β-淀粉酶活性。

3 討論

β-淀粉酶（EC 3.2.1.2）催化水解淀粉鏈之非還原α-1，4糖苷鍵，釋放β-麥芽糖，其活性與淀粉糖化力緊密相關(guān)，因此被認(rèn)為是最關(guān)鍵的淀粉降解酶[11]。大麥β-淀粉酶活性除受基因型影響外，還受環(huán)境因素的影響[12]；Ahokas等[13]研究認(rèn)為，灌漿中期干旱有利于大麥籽粒β-淀粉酶活性的提高，年平均降水量、平均降水日數(shù)與β-淀粉酶活性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；而汪軍妹等[14]研究表明，大麥籽粒充實(shí)中期，水分脅迫有利于β-淀粉酶的積累，而熱脅迫對(duì)其無明顯影響。本試驗(yàn)中，簡(jiǎn)單相關(guān)分析與偏相關(guān)關(guān)系分析所得出結(jié)論并不一致。簡(jiǎn)單相關(guān)分析的結(jié)果是，除日均日照時(shí)數(shù)外（X6），β-淀粉酶活性與各氣象因子都是正相關(guān)，且與X3、X4、X6、X8各因子間的相關(guān)性未達(dá)顯著水平。究其原因，這很可能是因?yàn)楦鳉庀笠蜃娱g有較強(qiáng)的交互作用，從而干擾了簡(jiǎn)單相關(guān)的分析結(jié)果。偏相關(guān)關(guān)系分析僅考慮兩兩因素間的關(guān)系，排除了其他因素的影響，因此能更準(zhǔn)確地反映β-淀粉酶活性與其他各氣象因子間的關(guān)系。通過分析兩年間不同大麥品種籽粒灌漿期的積累情況，表明β-淀粉酶活性與氣象各因子間存在顯著相關(guān)性，其偏相關(guān)系數(shù)為X1＞X8＞X7＞X9＞X6＞X2，β-淀粉酶活性與X1呈極顯著正相關(guān)，與X9呈顯著正相關(guān)，與X2、X6呈顯著負(fù)相關(guān)，與X7、X8呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與本文得出的回歸方程分析結(jié)果相一致，也與Ahokas等[13]的研究基本一致。

陳錦新等[8]通過測(cè)定β-淀粉酶活性，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)籽粒發(fā)育過程中β-淀粉酶活性呈升高趨勢(shì)，抽穗后25d內(nèi)和抽穗后40d至成熟期升高幅度明顯高于中期，并在成熟期達(dá)到最高值，這與本研究中以3，5-二硝基水楊酸法測(cè)定的β-淀粉酶活性呈升－降－升的積累過程，成熟期達(dá)到最大值的結(jié)論基本一致。本試驗(yàn)中，2014年β-淀粉酶活性在5月中旬和下旬下降幅度比較明顯，這可能是由于2014年5、6月份的降水主要集中在5月上旬，即在灌漿前期降水量大，水分的充足供應(yīng)使得籽粒內(nèi)其他內(nèi)容物加速積累，β-淀粉酶被稀釋，使β-淀粉酶活性總體上表現(xiàn)為下降的現(xiàn)象。2013年5月中、下旬的β-淀粉酶活性雖有一定下降，但下降幅度平緩，結(jié)合2013年5、6月降水主要集中在5月下旬，這一時(shí)期為大麥處于灌漿后期，說明灌漿后期降水量加大對(duì)于淀粉酶累積影響不大。因此，本研究認(rèn)為，降水時(shí)期對(duì)大麥籽粒β-淀粉酶積累有一定影響，如降水主要集中在灌漿前期則大麥籽粒β-淀粉酶積累影響較大，如降水集中在灌漿后期，則對(duì)β-淀粉酶積累影響不大。由于試驗(yàn)條件限制，本試驗(yàn)在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮了β-淀粉酶的積累情況，對(duì)于同一時(shí)期的大麥籽粒內(nèi)容物成分組成、籽粒干物質(zhì)積累等因素沒有測(cè)定，將在以后的研究工作中得到補(bǔ)充和完善。

當(dāng)然，氣象因子是一個(gè)比較復(fù)雜的因素，不同氣象因子彼此間存在較強(qiáng)的交互作用。就本試驗(yàn)而言，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，結(jié)合工作實(shí)際情況，對(duì)一些數(shù)據(jù)進(jìn)行了取舍，一定程度上排除了共線性數(shù)據(jù)干擾，但限于試驗(yàn)條件，本文中所得多元回歸方程的完善還需要多年多點(diǎn)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)大麥灌漿期的氣象因子，結(jié)合本文中多元回歸方程，可以在一定程度上預(yù)判不同地區(qū)當(dāng)年大麥β-淀粉酶的累積情況，從而為優(yōu)質(zhì)啤酒大麥的選擇和生產(chǎn)提供一定的參考。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)通過對(duì)兩年間5個(gè)大麥品種籽粒灌漿期β-淀粉酶活性動(dòng)態(tài)與氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，得出大麥籽粒灌漿期的β-淀粉酶活性呈升－降－升的動(dòng)態(tài)過程，在成熟期達(dá)到最大值；同時(shí)得出降水時(shí)期對(duì)大麥籽粒β-淀粉酶積累有一定影響，如降水主要集中在灌漿前期則大麥籽粒β-淀粉酶積累影響較大，如降水集中在灌漿后期，則對(duì)β-淀粉酶積累影響不大。通過與氣象因子的多元回歸分析和偏相關(guān)分析得出，大麥籽粒灌漿期β-淀粉酶活性與總積溫呈極顯著正相關(guān)，與總?cè)照諘r(shí)數(shù)和日均日照時(shí)數(shù)的互作顯著相關(guān)，與日均溫、日均日照時(shí)數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與總積溫和日均溫的互作、總雨量和日均日照時(shí)數(shù)互作呈極顯著負(fù)相關(guān)，偏相關(guān)系數(shù)從大到小依次為總積溫、總雨量和日均日照時(shí)數(shù)交互作用、總積溫和日均溫交互作用、總?cè)照諘r(shí)數(shù)和日均日照時(shí)數(shù)交互作用、日均日照時(shí)數(shù)、日均溫。