弱筋小麦品质指标的相关性分析及筛选

杭雅文,武 威,张莀茜,范 婷，李春燕,2,周桂生,3,丁锦峰,2，朱 敏,2，郭文善,2,朱新开,2

(1.江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室/扬州大学小麦研究中心,江苏扬州 225009；2.江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，扬州大学，江苏扬州 225009；3.教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室，江苏扬州 225009)

中国是世界上最大的小麦生产国和消费国[1]，随着生活水平的不断提高，人们对饼干糕点类食品的需求量日益增加，生产出符合标准的优质弱筋小麦为大势所趋。然而，由于弱筋小麦品质要求的栽培措施存在特异性，造成各地生产中技术措施应用不规范，生产出的弱筋小麦品质变化较大，稳定性较差，如2006-2015年全国主要推广小麦品种中，弱筋小麦达标率仅为0.4%[2]，与进口小麦相比竞争力不强[3]。国际小麦分类标准中，对弱筋小麦的蛋白质、湿面筋含量等成分未做出规定[4]，国内外的标准中规定的品质指标要求也各不相同。我国于1998年制定了GB/T 17320-1998《专用小麦品种品质》标准，确定了弱筋小麦蛋白质含量<13%(干基)，湿面筋含量<28%(14%水分)，稳定时间<3 min；修订后的GB/T 17893-1999《优质小麦弱筋小麦》标准规定了粗蛋白质含量≤11.5%(干基)，湿面筋含量≤22%(14%水分)，稳定时间≤2.5 min；2013年发布了GB/T 17320-2013《小麦品种品质分类》新国标，规定了弱筋小麦蛋白质含量<12.5%(干基)，湿面筋含量<26%(14%水分)，稳定时间≤3.0 min等。此外，澳大利亚规定软质小麦的蛋白质含量低于10%(11%水分)[5]；加拿大规定饼干小麦的蛋白质含量为8%～10%(13%水分)[6]。弱筋小麦品质不达标加大了其大面积生产、销售、加工的难度。

有关弱筋小麦品质评价指标，传统多采用蛋白质和湿面筋含量、面团稳定时间等。近年来，为了提升弱筋小麦加工利用的专用性，国外部分学者提出了一些特异性的评价指标，如吹泡示功仪参数、溶剂保持力、饼干烘焙评分等[7-9]。Slade等[10]和Levine等[11]于1994年提出以溶剂保持力评价软质小麦品质的方法。研究认为，溶剂保持力与弱筋小麦各项品质指标间存在相关性[12-14]，国外已将其广泛用于饼干、蛋糕专用小麦的评价[12,15]。国内更注重弱筋小麦蛋白质、湿面筋含量，对粉质仪参数、溶剂保持力、烘焙品质等指标仍处于探索阶段[2]。本试验拟以弱筋小麦宁麦13为试验材料，以不同密度、施氮量和氮肥运筹处理的品质数据作为数据来源，通过主成分分析方法明确宁麦13的品质评价指标，以筛选出弱筋小麦综合品质稳定的关键栽培技术措施，为构建弱筋小麦品质评价指标模型提供依据。

1 材料与方法

试验于2017-2018年在江苏省海安县雅周镇试验点进行，试供材料为弱筋小麦品种宁麦13。前茬水稻秸秆全量还田，试验地土质砂壤。试验地0～20 cm土层中土壤全氮1.4 g·kg-1，有机质21.50 g·kg-1，碱解氮89.13 mg·kg-1，速效磷34.3 mg·kg-1，速效钾91.87 mg·kg-1。

1.1 试验设计

采用三因素裂区试验设计，以基本苗为主区，设150万·hm-2(M1)、225万·hm-2(M2)、300万·hm-2(M3)三个水平；以施氮量为裂区，设210 kg·hm-2(N1)、240 kg·hm-2(N2)、270 kg·hm-2(N3)三个水平；氮肥运筹为小裂区，设基肥：壮蘖肥：拔节肥：孕穗肥=50%∶10%∶20%∶20%(简记为5∶1∶2∶2，下同)(Y1)和 7∶1∶2∶0(Y2)二个水平。所有小区磷肥(P2O5)和钾肥(K2O)施用量均为105 kg·hm-2，基肥和拔节肥各50%。2017年11月6日播种，其他管理措施同当地大田生产。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 籽粒硬度、容重、出粉率测定

采用JYDB100X40硬度仪测定籽粒的硬度，采用上海东方衡器有限公司生产的HGT-1000型容重仪测定籽粒容重，用德国产Brabender 880101.003型试验磨磨制面粉，出粉率=面粉重量÷籽粒重量×100%。

1.2.2 籽粒蛋白质含量测定

采用H2SO4-H2O2靛酚蓝比色法测定籽粒含氮率(N%)，蛋白质含量=N%×5.7[16]。

1.2.3 面粉湿面筋含量测定

按照GB/T 5506.2-2008方法，采用瑞典Perten公司生产的2200型面筋洗涤仪，以含水率14%的小麦粉含有湿面筋的百分数表示。

1.2.4 面粉溶剂保持力(SRC)测定

按照AACC 56-11方法测定4种SRC指标。准确称取5.000 ± 0.050 g小麦粉放入50 mL离心管中，加入不同溶剂[蒸馏水，5%(W/W)乳酸，50%(W/W)蔗糖，5%(W/W)碳酸钠]25.00 ± 0.05 g，室温溶涨，溶涨期间每隔5 min震荡约5 s，待溶涨20 min后于1 000 r·min-1离心15 min，离心后弃上清液，倒扣在吸水纸上，沥干后称重。SRC的计算公式为：

SRC=[沉淀物重量÷面粉重量-1]×[86÷(100-面粉含水量)]×100%

1.2.5 面团粉质参数测定

按照GB/T 14614-1993方法，使用Brabender粉质仪测定粉质参数。

1.2.6 饼干延展系数测定

饼干制作和烘焙品质评价按照AACC 10-50.05方法，每处理测定6块酥性饼干的直径和厚度。

饼干直径：饼干出炉冷却到室温，各饼干皆按一个方向转动90°，重复4次，计算平均值。

饼干厚度：将饼干叠起，测量其高度，重复两次，计算平均值。

饼干延展系数=饼干直径÷饼干厚度。

1.3 数据分析

数据采用SPSS 19.0、Excel 2003进行数据计算及统计分析。

2 结果与分析

2.1 宁麦13品质指标分析

宁麦13品质指标如表1所示，溶剂保持力(SRC)中，水SRC值变异系数最大，蔗糖SRC值变异系数最小。蛋白质含量变化范围为 10.82%～13.72%，变异系数达5.79%。共有11个栽培组合的籽粒蛋白质含量符合国标(<12.5%)要求，3个满足优质弱筋小麦标准(≤11.5%)，湿面筋含量均高于弱筋小麦标准要求，变化范围为27.09%～30.65%，变异系数为2.95%。一次加工品质变异系数均为1%左右，遗传性状稳定。粉质参数中，弱化度、稳定时间和粉质质量指数变异系数分别为22.13%、20.19%和15.94%，说明受栽培措施影响较大，稳定性较差。饼干厚度和直径变化范围分别为72.06～80.55 mm和 64.13～68.89 mm；饼干延展系数最大值为 0.91，变异系数为2.77%。

表1 品质指标的变异分析

2.2 宁麦13品质指标间相关性分析

由表2可以看出，水SRC与其他三个SRC之间均呈显著正相关，水SRC与饼干直径呈显著负相关；水SRC、碳酸钠SRC与蛋白质含量显著正相关；蔗糖SRC与出粉率和硬度间均极显著正相关。形成时间和稳定时间与粉质质量指数间显著正相关，与弱化度呈显著负相关。

2.3 宁麦13品质指标主成分分析

将17个被测指标进行主成分分析，由表3可知，有6个主成分特征值大于1，第1主成分的贡献率最大，可解释原变量的27.24%，至第6个主成分，累计贡献率是85.47%，表明这6个因子能够反映宁麦13的17个籽粒品质性状的主要信息，可对这6个因子进行继续讨论。

表3 宁麦13品质指标主成分统计

由主成分载荷矩阵(表4)可以看出，第1主成分中，蔗糖SRC值、出粉率、硬度等指标的矩阵值较大，第2主成分包含了稳定时间、弱化度和粉质质量指数等指标，第3主成分包含了饼干厚度和延展系数，第4和5主成分对品质指标的贡献率较小，第6主成分包含了饼干直径等指标。将主成分载荷矩阵绝对值≥0.66作为选择标准，筛选出水SRC值、蔗糖SRC值、出粉率、稳定时间、硬度、弱化度、粉质质量指数、饼干厚度、饼干延展系数共9个贡献率较大的指标，可作为弱筋小麦品质的综合评价指标。

表4 宁麦13籽粒品质主成分载荷矩阵

2.4 宁麦13品质指标聚类分析

对主成分分析筛选出的9个品质指标进行聚类分析，结果如图1所示，在距离为15处将栽培处理分为3类，其9个品质指标的平均值见表5。其中，第一类包括13个栽培处理，其饼干厚度最小，饼干延展系数最大，水SRC、蔗糖SRC值、出粉率、硬度、稳定时间、弱化度和粉质质量指数处于中等水平；第二类和第三类综合品质表现较差。第一类中，M2N2Y2和M3N2Y2两处理综合品质指标最好，且蛋白质含量和面团稳定时间均达到弱筋小麦品种品质标准(GB/T 17320-2013)要求，为本试验条件下宁麦13的适宜栽培技术。

表5 宁麦13品质指标统计值

图1 聚类分析群集图

3 讨 论

有关小麦品质指标的稳定性，前人研究因材料和数量不同结果并不一致。利用多个弱筋小麦品种为材料分析得出，面团稳定时间变异系数最大，一次加工品质变异系数较小[17-18]。本试验仅用一个弱筋小麦品种，通过密肥调控创建不同的处理，发现品质指标中，稳定时间、弱化度、粉质质量指数的变异系数较大，说明宁麦13粉质指标受栽培措施影响较大；出粉率、容重和硬度的变异系数较小，均为1%左右，表明其一次加工品质稳定性较好。前人对宁麦9号及其衍生系研究发现，籽粒蛋白质含量和湿面筋含量的变异系数较大[19-20]，但本试验中，湿面筋含量和籽粒蛋白质含量的变异系数均较小，推测其主要与材料有关。

前人研究认为，水SRC、碳酸钠SRC、蔗糖SRC均与饼干直径呈显著负相关，与硬度存在极显著正相关[17,21-22]。本试验中，只有水SRC与饼干直径显著负相关，蔗糖SRC与硬度极显著正相关。张 勇等[23]研究认为，蛋白质含量与乳酸SRC、蔗糖SRC、碳酸钠SRC极显著相关；本研究表明，籽粒蛋白质含量与水SRC、碳酸钠SRC之间显著正相关。王化敦等[22]和朱明哲等[24]研究表明，籽粒蛋白质含量与湿面筋含量和稳定时间显著正相关；也有研究认为，谷蛋白含量与粉质仪参数间相关性较弱，籽粒蛋白质含量与湿面筋含量极显著正相关[25]。本试验中，蛋白质含量与湿面筋含量显著正相关，但与稳定时间无显著相关性；湿面筋含量与吸水率显著正相关；稳定时间和形成时间与粉质质量指数显著正相关，与弱化度显著负相关。究其原因，可能与不同品种对栽培措施的响应不同有关。

前人对小麦品质指标的筛选结果各异，实现不同类型优质专用小麦的栽培措施组合也不相同。孙彩玲等[26]认为，面筋指数、形成时间和稳定时间是小麦品质形成的主要因素。杨忠强[27]研究强筋和弱筋的杂交组合结果表明，蛋白质、湿面筋含量在小麦品质性状中起支配作用。而软质小麦应注重磨粉特征和蔗糖SRC的值[28]。本研究筛选出水SRC、蔗糖SRC、出粉率、稳定时间、硬度、弱化度、粉质质量指数、饼干厚度和饼干延展系数共9个反映弱筋小麦宁麦13品质的评价指标，为全面评价弱筋小麦品质优劣提供依据。

针对弱筋小麦品质的特异性，前人提出了弱筋小麦实现优质高产的栽培措施组合。如宁麦9号宜采用基本苗240万·hm-2、施氮量240 kg·hm-2、基肥∶平衡肥∶倒2叶肥比例为 7∶1∶2的组合；扬麦9号在基本苗240 万·hm-2,施氮量240 kg·hm-2、氮肥运筹 7∶1∶2∶0和施氮量180 kg·hm-2、氮肥运筹 5∶1∶2∶2时为优质高产的最佳栽培措施[29-30]。胡文静等[31]研究认为，扬麦22以密度225 万·hm-2，施氮量180 kg·hm-2为最佳栽培措施。综合前人研究可知，适当增加种植密度，降低施氮量和氮肥前移，可实现弱筋小麦优质高产。本试验以主成分分析筛选出的重要品质指标进行聚类分析发现，适期播种条件下，密度225 万·hm-2或300 万·hm-2、施氮量240 kg·hm-2、氮肥运筹 7∶1∶2∶0可以实现宁麦13籽粒综合品质较优。由于本试验是同一品种不同栽培措施分析得出的结果，还需对其他弱筋小麦品种进行研究以进一步验证结论。

4 结 论

本试验条件下，稳定时间、弱化度、粉质质量指数的变异系数较大，说明其稳定性较差，易受栽培措施影响。利用主成分分析筛选出弱筋小麦品质主要评价指标分别为水SRC、蔗糖SRC值、出粉率、稳定时间、硬度、弱化度、粉质质量指数、饼干厚度和饼干延展系数。通过聚类分析得出，适期播种条件下，弱筋小麦宁麦13优质栽培措施为：密度225万·hm-2或300万·hm-2，施氮量240 kg·hm-2，氮肥运筹7∶1∶2∶0，磷钾肥施用量105 kg·hm-2，基肥和拔节肥各占50%。