張素瑜，靳海洋，崔靜宇，秦 峰，李向東，岳俊芹，邵運輝，王漢芳，方保停，張德奇，楊 程

（1. 河南省農業(yè)科學院 小麥研究所/農業(yè)農村部中原地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站/河南省小麥產量-品質協同提升工程研究中心，河南 鄭州 450002；2. 商丘市農林科學院，河南 商丘 476000）

口糧消費是我國小麥消費的主要途徑，占消費總量的80%以上[1]。隨著生活水平的提高和飲食習慣的改變，人們對于優(yōu)質專用小麥的需求日益增加，優(yōu)質小麥訂單生產也日益被市場接受。然而我國優(yōu)質專用小麥進口依賴嚴重，國際競爭力弱[2?3]，“穩(wěn)定小麥面積，擴大專用小麥面積”是實現農業(yè)供給側結構性改革的必然要求。

河南省是我國小麥生產第一大省，其小麥種植面積和商品糧總量均居全國領先地位。雖然河南省小麥連年豐收，產量連攀新高，但真正做到“四?！钡膹娊詈腿踅钚←湽蛔?，造成“守著糧倉缺麥子”的現象時有發(fā)生[2]。小麥品質不僅是育種和栽培的重要目標，也是影響小麥產業(yè)競爭力的重要因素[4]。提升小麥品質，品種是基礎，環(huán)境是關鍵，栽培管理措施起重要作用[5]。在生產中，品質受栽培環(huán)境和管理措施影響較大，不合理的種植區(qū)劃和栽培管理可能導致優(yōu)質品種不能發(fā)揮其品種優(yōu)勢，致使“種同質不同，種優(yōu)質不優(yōu)”。因此，探究不同生態(tài)環(huán)境對小麥品質的影響，是實現優(yōu)質品種規(guī)模化種植和形成區(qū)域優(yōu)勢的關鍵。

小麥品質主要分為營養(yǎng)品質和加工品質，其受品種自身的遺傳因素及外部生態(tài)環(huán)境等因素共同影響，且品質性狀間相互作用[6?8]。小麥不同品質指標在環(huán)境中變異系數的大小能夠為品質改良提供方向，進而通過品種遺傳改良、高效栽培措施和品種區(qū)劃改善其品質性狀。喬玉強等[9]認為，小麥籽粒蛋白質含量、濕面筋含量等受生態(tài)環(huán)境因子影響較大，而與蛋白質質量相關的沉降值、膨脹勢等性狀主要受基因型影響；張媛菲等[7]研究認為，總濕面筋含量、總干面筋含量和穩(wěn)定時間在不同栽培環(huán)境下變異系數較大，栽培環(huán)境對其影響較大；趙鵬濤等[6]對小麥品質性狀的表型變異進行分析，發(fā)現穩(wěn)定時間變異系數達到41.85%，而容重、吸水率和最大拉伸阻力變異系數較小，主要由基因型決定。目前，關于生態(tài)環(huán)境對小麥品質影響的研究主要集中于緯度、海拔、溫度、光照、降雨等方面[10?15]，且主要是在當地習慣施肥管理下進行的，而施肥是影響小麥品質的主要田間管理措施[16?17]；在同一施肥管理措施下生態(tài)環(huán)境對小麥品質的影響研究報道較少[18?19]。王晨陽等[18]研究發(fā)現，在同一施肥水平下，環(huán)境因素對小麥面條品質的影響達到顯著水平；鄧志英等[19]研究發(fā)現，品種、環(huán)境及其互作均對面包體積有顯著影響。同一施肥條件下，河南省不同區(qū)域和年際間生態(tài)環(huán)境對強筋小麥面粉品質的影響研究尚未見報道。為此，從豫北到豫南選擇5 個試驗點，采用統一的施肥量和施肥模式，以強筋小麥品種鄭麥366為試驗材料，連續(xù)2 a測定不同環(huán)境下小麥產量和品質，分析品質指標的穩(wěn)定性和相關性，并通過主成分分析篩選評價強筋小麥品質的代表性指標，通過品質指標與生態(tài)環(huán)境因子的相關性分析確定影響強筋小麥品質的關鍵生態(tài)環(huán)境因子，以期為優(yōu)質強筋小麥的區(qū)域發(fā)展提供理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試小麥品種為河南省農業(yè)科學院小麥研究所選育的半冬性多穗型強筋小麥品種鄭麥366（國審麥2005003，豫審麥2005006）。供試氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O512%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗設計

田間試驗于2018 年10 月—2020 年6 月在河南省淇縣（QX，35°60′N、114°17′E，地處豫北地區(qū)，年平均氣溫14.4 ℃，年平均降水量594 mm，年平均無霜期209 d）、原陽（YY，35°00′N、113°41′E，地處豫北地區(qū)，年平均氣溫14.4 ℃，年平均降水量566 mm，年平均無霜期205 d）、長葛（CG，34°14′N、113°50′E，地處豫中地區(qū)，年平均氣溫15.2 ℃，年平均降水量675 mm，年平均無霜期217 d）、鄲城（DC，33°64′N、115°18′E，地處豫東地區(qū)，年平均氣溫15 ℃，年平均降水量778 mm，年平均無霜期223 d）、南陽（NY，32°54′N、112°25′E，地處豫西南地區(qū)，年平均氣溫15 ℃，平均年降水量806 mm，年平均無霜期229 d）5個試驗點開展，各試驗點土壤基礎肥力情況見表1。每個試驗點設置3 個重復，小區(qū)面積為15 m2。小麥季整地前基施N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2，拔節(jié)期隨降雨或灌溉追施N 120 kg/hm2。除施肥外，耕作、灌溉、病蟲草害防治等田間管理按照當地種植習慣進行。

表1 試驗點土壤基礎肥力狀況Tab.1 Soil basic fertility of experimental sites

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產量 在成熟期，收獲小區(qū)中所有小麥測算產量。

1.3.2 品質指標 小麥籽粒曬干存放3 個月后，各小區(qū)取2 kg 樣品，在農業(yè)部農產品質量監(jiān)督檢驗測試中心（鄭州）測定小麥籽粒品質指標。其中，蛋白質含量參照GB 5009.5—2016 方法測定；出粉率參照NY/T 1094.2—2006 方法進行計算；小麥磨粉熟化14 d 后，小麥粉濕面筋含量參照GB/T 5506.2—2008方法測定，沉淀指數參照GB/T 15685—2011方法測定，吸水量、面團粉質特性（形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度）參照GB/T 14614—2006 方法測定，面團拉伸特性（能量、恒定變形拉伸阻力、延伸性、最大拉伸阻力）參照GB/T 14615—2006方法測定。

1.3.3 生態(tài)環(huán)境因子 根據河南省氣象局相關站點的日平均氣溫和日照時間數據，計算小麥播種—越冬期、越冬期—拔節(jié)期、拔節(jié)期—開花期、開花期—成熟期的積溫和日照時間。

1.4 數據分析

數據經過Excel 2020 初步處理后，采用SPSS 19.0 進行差異顯著性分析（Duncan’s 新復極差法）、相關性分析和主成分分析（PCA）。

2 結果與分析

2.1 2018—2020年不同試驗點小麥產量、品質分析

由表2 可知，不同試驗點和年際間小麥產量和品質均有不同程度的差異。2018—2019 年度，原陽和南陽試驗點的小麥產量顯著高于淇縣、長葛和鄲城試驗點；2019—2020 年度，淇縣、原陽和長葛試驗點的小麥產量無顯著差異，均顯著高于鄲城和南陽試驗點。2018—2019 年度，原陽、長葛、南陽試驗點的小麥籽粒蛋白質含量和濕面筋含量較高，均顯著高于淇縣和鄲城試驗點；2019—2020 年度，蛋白質含量和濕面筋含量均表現為南陽>長葛>鄲城>原陽>淇縣。沉淀指數在2018—2019年度的原陽和長葛試驗點較低、2019—2020 年度的淇縣試驗點最低，顯著低于同年度的其他試驗點。吸水量在不同試驗點和年際間較穩(wěn)定，僅2019—2020年度的淇縣試驗點較低。2018—2019 年度，形成時間和穩(wěn)定時間均表現為原陽>長葛>南陽>淇縣>鄲城；2019—2020 年度，形成時間在各試驗點間差異未達到顯著水平，穩(wěn)定時間以長葛試驗點最短，顯著短于其他試驗點，南陽試驗點最長。2018—2019 年度，弱化度表現為鄲城試驗點顯著高于其他試驗點，而2019—2020 年度以淇縣和長葛試驗點較高，顯著高于其他試驗點。2018—2019 年度，能量、恒定變形拉伸阻力和最大拉伸阻力均以長葛和南陽試驗點較高，顯著高于淇縣和鄲城試驗點；2019—2020 年度，能量、恒定變形拉伸阻力和最大拉伸阻力均表現為原陽>淇縣>南陽>鄲城>長葛。2018—2019 年度，延伸性表現為鄲城試驗點顯著高于原陽和長葛試驗點；2019—2020 年度，延伸性在原陽、長葛、鄲城和南陽試驗點間差異未達到顯著水平，均顯著高于淇縣試驗點。小麥出粉率在2018—2019 年度各試驗點間差異未達到顯著水平，2019—2020 年度表現為淇縣顯著高于長葛、鄲城和南陽試驗點。根據GB/T 17320—2013《小麥品種品質分類》，強筋小麥蛋白質含量≥14%、濕面筋含量≥30%、沉淀指數≥40 mL、吸水量≥600 mL/kg、穩(wěn)定時間≥8 min、能量≥90 cm2、最大拉伸阻力≥350 EU。2018—2019 年度，鄲城試驗點小麥蛋白質含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時間、能量和最大拉伸阻力5 個指標均未達到強筋小麥標準，淇縣試驗點小麥的濕面筋含量、穩(wěn)定時間未達到強筋小麥標準，除此之外均達到強筋小麥標準；2019—2020 年度，僅淇縣試驗點小麥的濕面筋含量、長葛試驗點的穩(wěn)定時間未達到強筋小麥標準，除此之外均達到強筋小麥標準。

表2 2018—2020年不同試驗點小麥產量和品質Tab.2 Yield and quality of wheat in different experimental sites from 2018 to 2020

小麥產量在2 個年度5 個試驗點間的的變異系數為8.70%～9.05%。在小麥品質指標中，弱化度的變異系數最大，為20.79%～26.77%；吸水量和出粉率的變異系數較小，分別為2.25%～3.74%和2.93%～3.32%。2 個年度5 個試驗點間小麥品質指標的變異系數基本表現為弱化度>穩(wěn)定時間>最大拉伸阻力>形成時間>恒定變形拉伸阻力>能量>濕面筋含量>蛋白質含量>延伸性>沉淀指數>吸水量、出粉率。

2.2 小麥品質指標間的相關性分析

由表3 可知，小麥蛋白質含量、濕面筋含量、形成時間、穩(wěn)定時間之間呈極顯著或顯著正相關；形成時間、穩(wěn)定時間、能量、恒定變形拉伸阻力、最大拉伸阻力之間均呈極顯著正相關；沉淀指數與延伸性呈極顯著正相關；弱化度與出粉率呈顯著正相關。弱化度與籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、形成時間、穩(wěn)定時間、能量、恒定變形拉伸阻力、最大拉伸阻力均呈極顯著或顯著負相關；延伸性與恒定變形拉伸阻力、最大拉伸阻力分別呈極顯著、顯著負相關；出粉率與籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時間均呈極顯著或顯著負相關。

表3 小麥品質指標間的相關系數Tab.3 Correlation coefficients among quality indices of wheat

2.3 小麥品質指標的主成分分析

對小麥所有品質指標標準化之后進行主成分分析，由表4可知，前3個主成分的特征值均大于1，累積貢獻率達77.311%，表明這3 個主成分能夠反映小麥品質性狀的主要信息。第1主成分主要包括形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度、能量、恒定變形拉伸阻力和最大拉伸阻力，貢獻率為40.971%；第2 主成分主要包括濕面筋含量、延伸性和出粉率，貢獻率為25.148%；第3 主成分主要為吸水量，貢獻率為11.192%。將主成分載荷絕對值≥0.66 作為選擇標準[20]，可以篩選出濕面筋含量、形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度、能量、恒定變形拉伸阻力、最大拉伸阻力、延伸性、出粉率、吸水量共10個指標，可作為評價強筋小麥品質的指標。

表4 小麥品質指標的主成分分析Tab.4 Principal component analysis of quality indices of wheat

2.4 小麥品質指標與生態(tài)環(huán)境因子的相關性分析

由表5 可知，小麥各品質指標與播種—越冬期的積溫和日照時間的相關性均未達到顯著水平。小麥籽粒蛋白質含量與拔節(jié)期—開花期日照時間呈顯著負相關，濕面筋含量與越冬期—拔節(jié)期積溫呈顯著正相關，而與拔節(jié)期—開花期日照時間呈極顯著負相關。吸水量與拔節(jié)期—開花期積溫呈極顯著正相關，而與開花期—成熟期日照時間呈極顯著負相關。另外，延伸性與越冬期—拔節(jié)期積溫、出粉率與拔節(jié)期—開花期日照時間均呈顯著正相關。

表5 小麥品質指標與各生育階段生態(tài)環(huán)境因子間的相關系數Tab.5 Correlation coefficients between quality indices of wheat and ecological environmental factors in each growth periods

3 結論與討論

小麥籽粒品質受遺傳特性和栽培環(huán)境共同影響[6?8]。變異系數是衡量作物遺傳多樣性及不同栽培環(huán)境下遺傳穩(wěn)定性的重要指標[21?22]。趙鵬濤等[6]對219 份小麥品系的品質進行研究，發(fā)現籽粒容重和最大拉伸阻力具有較大的變異幅度，穩(wěn)定時間變異系數最大（41.85%），而濕面筋含量和吸水量變異幅度較??；尹豪等[23]對313 份小麥樣品進行研究，發(fā)現面團形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度、質量指數、50 mm 拉伸阻力、最大拉伸阻力和拉伸面積的變異系數較大，均在30%以上，濕面筋含量、沉淀指數變異系數較小，蛋白質含量和吸水率相對穩(wěn)定。本研究發(fā)現，同一品種在不同試驗點和年際間，弱化度變異系數最大，面團形成時間、穩(wěn)定時間、最大拉伸阻力和恒定變形拉伸阻力變異幅度較大，與前人[6，23]的研究結果一致；小麥出粉率、吸水量和沉淀指數的變異系數較小，表明這些品質指標穩(wěn)定，受環(huán)境影響較小。

研究發(fā)現，小麥粉質特性、拉伸特性、面筋特性等品質性狀之間存在顯著或極顯著相關關系[24?26]；蛋白質含量與面團粉質、拉伸特性參數的相關性均達到極顯著水平，與弱化度呈極顯著負相關，與其他指標均呈極顯著正相關[23]；濕面筋含量與弱化度無顯著相關性[23，27]；面團形成時間與穩(wěn)定時間呈極顯著正相關，最大拉伸阻力與形成時間、穩(wěn)定時間均呈顯著正相關，拉伸面積與形成時間、穩(wěn)定時間、最大拉伸阻力呈極顯著正相關，但拉伸特性參數中拉伸長度、拉伸阻力、最大拉伸阻力以及拉伸面積與蛋白質含量、濕面筋含量的相關性不顯著[28]。本研究發(fā)現，弱化度與蛋白質含量、濕面筋含量、形成時間、穩(wěn)定時間、能量、恒定變形拉伸阻力、最大拉伸阻力均呈極顯著或顯著負相關，這與前人[23，27]研究結果不一致，這可能與弱化度的變異系數較大有關。本研究中弱化度的變異系數較大，在2 個試驗年度5 個試驗點的變異系數為20.79%～26.77%，較大的變異系數可能影響相關性分析結果。本研究還發(fā)現，小麥蛋白質含量、濕面筋含量、形成時間、穩(wěn)定時間之間呈極顯著或顯著正相關，進一步證實蛋白質含量和濕面筋含量對面團流變學特性具有很好的預測性。

由于供試材料、試驗方法及測定指標等的不同，研究者對小麥品質指標的篩選結果各異。孫彩玲等[29]對參加山東省區(qū)試的297 個小麥品種（系）品質進行分析，認為小麥品質指標的第1 主成分是蛋白質質量因子，包含面筋指數、沉淀值、形成時間、穩(wěn)定時間，是影響小麥品質的主要因素；杭雅文等[20]以單一弱筋小麥品種寧麥13為試驗材料，篩選出水SRC（Solvent retention capacity）值、蔗糖SRC 值、出粉率、穩(wěn)定時間、硬度、弱化度、粉質質量指數、餅干厚度、餅干延展系數共9 個貢獻率較大的指標作為弱筋小麥品質的綜合評價指標。本研究發(fā)現，小麥品質指標的第1 主成分主要包括形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度、能量、恒定變形拉伸阻力和最大拉伸阻力，說明變異系數較大的品質指標對綜合品質影響較大，對小麥品質的穩(wěn)定性、專用性具有重大意義。氣候生態(tài)因素是非可控因素，對小麥品質的影響是多因素的綜合作用，日照時長和灌漿期積溫均是影響籽粒品質的關鍵因素[30]。吳東兵等[31]研究發(fā)現，濕面筋含量與總日照時間呈極顯著正相關。本研究中小麥蛋白質含量和濕面筋含量與拔節(jié)期—開花期日照時間分別呈顯著和極顯著負相關，與上述研究結果[31]不一致，可能是由于不同基因型小麥、不同區(qū)域小麥對氣候因素的響應不完全一致，有待進一步深入研究。根據GB/T 17320—2013《小麥品種品質分類》，本研究中，淇縣和原陽試驗點小麥產量較高，但淇縣試驗點小麥的濕面筋含量未達到強筋小麥標準（濕面筋含量≥30%），均達到中強筋小麥標準（濕面筋含量≥28%）；綜合各品質指標，僅原陽和南陽試驗點在2個年度內各項指標均達到強筋小麥標準，但南陽試驗點2 個年度產量差異較大。可見，在相同的田間管理條件下，生態(tài)環(huán)境對小麥產量和品質有很大影響，結合本研究結果，進一步深入分析生態(tài)環(huán)境因子對小麥產量和品質的影響，對優(yōu)質專用小麥的區(qū)域發(fā)展具有指導意義。