小麦品质相关分析和聚类分析

夏利娟 蔡鲲鹏 马莉娟 陈文强 王宇 丁晨露 冉强 蔡健

摘要：為了提高小麦的品质，确定小麦品种的优良品质性状，进而选育出更为优质的小麦品种。本研究以35个小麦品种为试材，对蛋白质含量、降落值、湿面筋含量等8个品质性状进行相关分析和聚类分析。相关分析结果表明：降落值与蛋白质，湿面筋与蛋白质，降落值与湿面筋，稳定性与降落值，弱化度与吸水率呈极显著相关；稳定性与蛋白质，弱化度与降落值呈显著负相关。聚类分析结果表明：供试35个小麦品种在遗传距离3水平上可聚为4个大类。类群Ⅰ为‘中涡18’；‘远育17’、‘太麦2号’、‘乐麦Z0708’、‘淮师0812’和‘良源508’聚为类群Ⅱ：‘荃麦102099’、‘HS44’和‘安1211’聚为类群Ⅲ：类群Ⅳ共有26个小麦品种，其中包括保‘丰1269’、‘华成870’、‘皖科101547’、‘民得利2号’、‘龙麦一号’、‘鉴20651’、‘亳麦0610’、‘金丹6166’、‘安农1203’、‘保丰2018’、‘JM-1’、‘王家坝1110’、‘安农大0622’、‘GR123’、‘安1243’、‘绿雨9号’、‘皖麦4308’、‘阜0652’、‘皖麦52’、‘蜀鑫麦318’、‘宿11037’、‘豪麦56’、‘阜100’、‘中麦1023’、‘诺丰568’和‘奥特麦1号’。通过本次实验，为选育优质小麦品种和杂交组配提供了理论依据。

关键词：小麦；品质性状；相关性分析；聚类分析；选育品种

中图分类号：S184文献标志码：A论文编号：cjas20200200033

Wheat Quality： Correlation Analysis and Cluster Analysis

Xia Lijuan1， Cai Kunpeng2， Ma Lijuan3， Chen Wenqiang4， Wang Yu4， Ding Chenlu4， Ran Qiang4， Cai Jian4

（1Linquan County Street Agricultural Comprehensive Service Station， Linquan 236400， Anhui， China； 2College of Information Engineering， Fuyang Normal University， Fuyang 236037， Anhui， China； 3Fuyang Normal University， College of History and Cultural Tourism， Fuyang 236037， Anhui， China； 4Fuyang Normal University， College of Biology and Food Engineering， Fuyang 236037， Anhui， China）

Abstract： The aims are to improve the quality of wheat， determine the excellent quality traits of wheat varieties， and select and breed high quality wheat varieties. In the study， 35 wheat varieties were used as materials. 8 quality traits such as protein content， falling value and wet gluten content were studied with correlation analysis and cluster analysis. Correlation analysis results showed that： the falling value and protein， wet gluten and protein， falling value and wet gluten， stability and falling value， the weakening degree and the water absorption rate were extremely and significantly related； stability and protein， weakening degree and falling value were significantly and negatively related. The results of cluster analysis showed that the 35 wheat varieties tested were clustered into 4 categories at the genetic distance of 3. Group I was‘Zhongwo 18’；‘Yuanyu 17’，‘Taimai 2’，‘Lemai Z0708’，‘Huaishi 0812’and‘Liangyuan 508’clustered into group II：‘Tuanmai 102099’，‘HS44’and‘An 1211’clustered into Group III. Group IV had 26 wheat varieties， including‘Baofeng 1269’，‘Huacheng 870’，‘Wanke 101547’，‘Mindeli 2’and‘Longmai 1’，‘Jian 20651’，‘Bomai 0610’，‘Jindan 6166’，’Annong 1203’，‘Baofeng 2018’，‘JM-1’，‘Wangjiaba 1110’，‘Annong 0622’，‘GR123’，‘An 1243’，‘Luyu No. 9’，‘Wanmai 4308’，‘Fu 0652’，‘Wanmai 52’，‘Shu Xinmai 318’，‘Su 11037’’，‘Haomai 56’，‘Fu 100’，‘Zhongmai 1023’，‘Nuofeng 568’and‘Aotemai No. 1’. This experiment could provide a theoretical basis for breeding high-quality wheat varieties and hybrid combinations.

Keywords： Wheat； Quality Traits； Correlation Analysis； Clustering Analysis； Variety Breeding

0引言

小麦作为重要的粮食作物，在世界范围内广泛种植，种植面积较大的国家主要是印度、俄罗斯、中国、美国、哈萨克斯坦、澳大利亚、加拿大、巴基斯坦和土耳其等国家，单产较高的主要分布在西欧地区（2016年）[1-3]。中国种植小麦历史悠久，最早可追溯到4000多年前，种植范围更是遍及全国，主要有河南、山东、安徽、河北、江苏五大主产区[4]。目前随着农业技术的提升，中国小麦总产量不断提高，但同时人们对于小麦品质的要求也在不断地提升，小麦生产也明显向着优质专用型方向发展[5]。发展优质小麦不仅能够满足人们的市场需求，对提高小麦产业的社会和经济效益，对确保粮食安全，促进农业产业结构调整，实现农业增效增收都具有重要意义[6-8]。

李桂萍等[9]研究认为，在品质育种过程中通过提高蛋白质含量和沉降值可以改良面团品质；雷加容等[10]在对绵阳系列小麦品种（系）产量和品质性状的分析和评价中指出聚类分析能粗略区分产量性状和品质性状的综合表现；孙彩玲等[11]研究认为面筋指数、沉降值、面团形成时间和稳定时间是影响小麦品质的主要因素，并指出面筋指数、沉降值和面团形成时间、稳定时间可构成第1主要成分，称第1主要成分为蛋白质质量因子，认为是决定小麦品质的首要因子；高欢欢等[12]在对新疆春小麦品种品质性状主要成分及聚类分析的研究中指出湿面筋含量与蛋白质含量的载荷值符号相同都为正号，说明这两个品种指标呈正相关关系；农业部行业标准[13]（NY/T 967—2006农作物品种（系）审定规范小麦）对强筋小麦的基本要求为：容重≥770 g/L，蛋白质含量≥14.0%，湿面筋含量≥30.0%，面团稳定时间≥7 min等；对弱筋小麦的基本要求为：容重≥770 g/ L，蛋白质含量<13%，湿面筋含量<28.0%，面团稳定时间<7 min等。本研究主要是对小麦品种（系）的蛋白质、湿面筋等品质进行相关分析以及各品种小麦进行聚类分析。相关分析旨在检测蛋白质、湿面筋、稳定时间等8个品质性状两两间的相关关系；通过聚类分析则将供试的35个品种（系）在遗传距离为3的水平上分为4个类群，为新品种的杂交提供了理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试小麦35个品种（系）均有安徽省新世纪农业有限公司提供，如表1所示。

1.2材料种植

供试的35个小麦品种（系）种植于安徽省新世纪农业有限公司试验田。各供试品种（系）分别种植于一x小区域（1 m×1 m），行距22 cm，株距11 cm，日常管理于大田种植一致。成熟后，各品种（系）随机抽取10株，进行各品质的鉴定。

1.3小麦籽粒品质的测量方法

弱化度、面团形成时间和稳定性的测定方法主要是利用粉质仪测定出的曲线进行分析得出的，弱化度是以面團到达形成时间点时曲线带宽的中间值和此点后12 min处曲线宽度的中间值之间的高度差为弱化度；面团形成时间是以加水点起，至粉质曲线到达最大稠度后开始下降的时刻点的时间间隔，表示面团形成时间；稳定性是以粉质曲线的上边缘首次与500 fu标线相交至下降离开500 fu标线两点之间的时间差值[14]。吸水率的测量方法如下，步骤1：使种子完全浸入水中一段时间，步骤2：去除种子表面的游离水，步骤3：称重并记录，重复步骤1～3，直至称重数值不变，步骤4：计算得出种子的吸水率[15]。降落值是指在粘度管中面粉与水的混合物加热得到糊化物，糊化物在α-淀粉酶作用下发生液化。使搅拌器通过该糊化物，测定其通过特定距离的时间[16]。蛋白质的含量测定是依据被检测样品中某一化学成分对近红外光谱的特定吸收而进行的定量分析[17]。湿面筋的测测定的标准是2008年国家发布实施的GB/T 5006《小麦和小麦粉面筋含量》系列标准的第1部分，GB/T 5006.1[18]。

1.4数据处理

利用Microsoft Excel和SPSS 2.0软件对供试的35个小麦品种的水分、蛋白质、沉降值和湿面筋等8个品质性状进行相关分析和聚类分析。

2结果与分析

2.1小麦的品种品质分析

供试的35个小麦品种（系）的水分含量、蛋白质含量、湿面筋、硬度、降落值和吸水率等8个性状的品质测量结果如表3所示。

从表中可以看出35个小麦品种（系）的平均含水量为11.5%，含水量最低的小麦品种（系）为‘绿雨9号’，含水量为11.2%；含水量最高的小麦品种（系）为‘良源508’、‘皖麦4308’、‘远育17’和‘宿11037’三个品种（系），含水量为11.8%。供试小麦品种（系）水分含量的变异系数较小，仅为0.014。

平均蛋白质含量为14.6%，其中蛋白质含量最高的品种（系）为‘绿雨9号’，蛋白质含量高达17.4%。蛋白质含量最低的品种（系）为‘王家坝1110’，蛋白质含量为13.3%。各小麦品种（系）蛋白质含量的变异系数较小，为0.061。说明本研究所用小麦品种（系）中有21个品种（系）蛋白质含量达到国家优质专用强筋小麦的标准（≥14.0%），有9个品种（系）达到国家优质专用中筋小麦的标准（≥13.0%）；在供试的品质性状中，小麦品种（系）的蛋白质含量是一个可稳定遗传的性状。

湿面筋含量平均值为30.17%，其中湿面筋含量最高小麦品种（系）为‘绿雨9号’，湿面筋含量为36.3%；湿面筋含量最低小麦品种（系）为‘安1211’，湿面筋含量为27.6%。各小麦品种（系）湿面筋含量的变异系数较小，为0.061。本次试种小麦品种（系）中共有6个品种（系）的湿面筋含量达到国家优质专用强筋小麦的标准（≥32.0%），仅占供试材料的17%。因此要想获得优质小麦粉，小麦湿面筋含量有待提高。

吸水率的变幅为47.6% ～56%；平均值为 52.68%。而中国优质小麦品质指标中指出强劲小麦的吸水率≥60.0%；中筋小麦的吸水率≥56.0%；弱筋小麦的吸水率<56.0%。因此供试小麦吸水率都处于弱筋小麦的范围内。硬度方面35个小麦品种（系）平均值为63.6；最大值为70；最小值为55；变异系数为0.060。降落值的平均值为31.73；变幅为24.7～42.7；变异系数为0.121，可见此性状可稳定遗传。稳定性最高的小麦品种（系）是‘荃麦102099’，稳定值为14.8 min；稳定性最低的小麦品种（系）是‘中涡18’和‘淮师0812’，稳定值为1.7 min；供试材料的平均稳定值为4.74 min；而35个小麦品种（系）中共有6个品种（系）的稳定性达到国家优质专用强筋小麦的标准（≥7.0 min），仅占供试材料的17%。供试材料弱化度的平均值为70.91 fu；最大值为182 fu最小值为14 fu；变异系数为0.443。可见，此性状变异系数较大，为不稳定遗传的性状。面团形成时间的变幅为1.5～15.5 min，平均值3.49 min，变异系数较大，为0.630，所以此性状属于不稳定遗传的性状。

2.2供试品种（系）品质的相关分析

供试的35个品种（系）的小麦在品质的相关分析结果中（表4），有12对性状存在显著或极显著相关性。弱化度与降落值、吸水率呈显著相关；稳定性与蛋白质和降落值呈显著或极显著相关；面团形成时间与湿面筋和降落值；吸水率与硬度和降落值呈显著或极显著相关；降落值与蛋白质、湿面筋和硬度呈显著或极显著相关；硬度与降落值和吸水率呈极显著相关；湿面筋与蛋白质呈极显著相关。由此可见，供试35个小麦品种（系）的各品质性状间存在着复杂的相关关系。

2.3供试品种（系）品质的聚类分析

对供试的35个小麦品种（系）采用系统统聚类法进行聚类分析结果表明（图1），以小麦的8个品质性状为依据在遗传距离3水平上，取一结合线，可将供试的35个品种（系）聚为4个类群。类群Ⅰ为‘中涡18’；‘远育17’、‘太麦2号’、‘乐麦Z0708’、‘淮师0812’和‘良源508’聚为类群Ⅱ：‘荃麦102099’、‘HS44’和‘安1211’聚为类群Ⅲ：类群Ⅳ共有26个小麦品种，其中包括保‘丰1269’、‘华成870’‘、皖科101547’‘、民得利2号’‘、龙麦一号’‘、鉴20651’‘、亳麦0610’‘、金丹6166’、‘安农1203’‘、保丰2018’‘、JM-1’‘、王家坝1110’、‘安农大0622’、‘GR123’、‘安1243’、‘绿雨9号’、‘皖麦4308’‘、阜0652’‘、皖麦52’‘、蜀鑫麦318’‘、宿11037’、‘豪麦56’‘、阜100’‘、中麦1023’‘、诺丰568’和‘奥特麦1号’。聚类分析结果为不同品种（系）间的杂交和优质品种的选育提供了理论依据。

3讨论与结论

小麦品质是在小麦的生产过程中具有重要的作用，小麦品质的保障也成为重要的工作。本实验对8种品质性状进行分析，相关性分析结果表明，蛋白质和湿面筋呈极显著相关，蛋白质和稳定时间呈显著负相关，湿面筋和降落值呈显著相关，降落值和吸水率呈显著相关。说明各性状间存在着复杂的相关关系。牛清国等[19]研究认为小麦籽粒蛋白质与湿面筋和沉降值呈显著或极显著相关，沉降值与稳定时间呈显著相关，与本试验结果一致。李珊珊等[20]对石家庄地区种植的11个谷子品种进行了检测和系统分析说明农艺性质与蛋白质含量无显著相关关系。陈华萍等[21]以67份四川小麦地方品种为供试材料，认为面筋含量与面团性质均成正相关，与吸水率呈正相关，与本实验结果一致。

聚类分析能粗略区分品质性状的综合表现，如朱明哲等[22]对河南省2006—2007年小麦区试高肥水组19个供试小麦品种从产量和品质的差异上聚为6大类。同理张从宇等[23]对102个小麦品种（系）进行了一系列评价，并用最长距离法进行聚类分析，当遗传距离为28.42时，可将102个小麦品种聚为6群。王晓婧等[24]以氮肥水平为主因素，研究了不同小麦品种的产量、蛋白质含量和品质等指标的差异，并对供试小麦品种进行类型划分。本试验的聚类分析在遗传距离为3的水平上，将小麦品种分为4个类群，也为选育优质小麦品种和杂交组配提供了理论依据。在今后的实验中应当延长实验的时间，以得到更为准确的小麦品质数据，从而选育出更为优质的小麦品种。

通过实验，35个小麦品种（系）共有21个品种（系）的蛋白质含量达到国家优质专用强筋小麦的标准（≥14.0%），如‘綠雨9号’的蛋白质含量高达17.4%，‘荃麦102099’的蛋白质含量为16.4%；在35个小麦品种（系）中共有6个品种（系）的稳定性达到国家优质专用强筋小麦的标准（≥7.0 min），仅占供试材料的17%；由分析可知本次试验材料大部分属于中筋小麦。

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