新春系列不同小麦品种品质性状的分析与评价

雷建峰，苏丽丽，赫云建，周桂玲，代培红

（1新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052；2乌鲁木齐米东区三道坝镇产业发展服务中心，乌鲁木齐 831404）

0 引言

小麦(TriticumaestivumL.)是世界上最重要的粮食作物之一，在中国是第三大粮食作物[1]。近几年，中国小麦生产基本达到供需平衡，但是随着人民生活水平的日益提高、小麦收储企业、食品工业、国内外贸易的迅速发展，对小麦品质的要求越来越高[2-3]。2017年全国农业工作会议部署：关于深入推进农业供给侧结构性改革，切实做到稳定粮食生产，巩固提升粮食产能。这就要求对现有的栽培小麦品种进行合理规划，筛选出高产、优质且适宜当地生产的小麦主栽品种。

‘新春6号’于1993年通过新疆维吾尔自治区品种审定委员会审定，在新疆推广种植已达22年之久[4]。目前，由于该品种出现了黑胚率高、面筋含量低、面粉质量不高，无法制作高档食品、综合品质性状表现差的问题，导致出现农民交售小麦困难的局面。为此，筛选出适宜在新疆种植生长且综合品质性状能够更换‘新春6号’的小麦品种具有现实意义。

小麦品质是一个综合复杂的概念，评价某个小麦品种品质优劣的指标多达36项[5]。小麦品质受生长地理位置和环境影响差异较大。同时，小麦品质又受到基因型、环境的影响[6-7]。如果使用单一指标判断小麦的品质极易受到外界环境及自身基因型差异影响而导致结果不可靠。越来越多的学者在研究小麦的品质过程中采用了多指标综合评定的方法来判断品种品质的优劣，如相关性分析[8-10]、主成分分析[11-13]、隶属函数分析[14-16]、聚类分析[17-19]等，为小麦品质改良提供了重要的科学依据。孙彩玲等[5]利用主成分和聚类分析法对山东省参加区试的297个小麦品种的品质进行了分析和综合评价，统计分析显示：面筋指数、沉淀值、面团形成时间和面团稳定时间是影响山东小麦品质的主要原因。雷家容等[20]对24份绵阳系列小麦品种的品质进行了相关性和聚类分析，将供试材料按照品质性状分为3大类，综合评价出优良性状的小麦品种。要燕杰等[21]利用相关性分析和隶属函数分析法对96份不同小麦品种的性状组成进行了综合评价。虽然小麦的品质是一个复杂的综合性状，但是合理的评价体系可以准确的鉴定小麦品质的优劣。

本研究以9份新春系列的小麦品种为试验材料，利用相关性分析、主成分分析和聚类分析方法，研究粗蛋白质、湿面筋、面粉出粉率、降落数值、面团形成时间、面团稳定时间等14个品质性状指标，并基于各测定指标与品质的关系，建立可靠的小麦品质评价数学模型，为新疆春小麦品种的更换、选育及大规模的推广提供理论依据和方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小麦品种（表1）及抽样资料、样品信息均由巴州种子管理站提供，参试品种共计9个：‘新春6号’（对照）、‘新春26号’、‘新春29号’、‘新春31号’、‘新春35号’、‘新春37号’、‘新春38号’、‘新春39号’、‘新春41号’。试验地均采用随机区组排列，设3个重复，试验区四周设有保护行，大田管理按照当地常规高产小麦管理技术进行，机械收获晾晒后储藏作为品质测试材料。

表1 供试小麦品种

1.2 测定项目与方法

粗蛋白质（干基）：按照国标GB/T 5511—2008测定；籽粒水分：按照国标GB/T 5497—1985测定；湿面筋：按照国标GB/T 5506.2—2008测定；面粉出粉率：按照AACC 26-20方法测定；降落数值：按照国标GB/T 10361—2008测定；吸水量、面团形成时间、稳定时间、弱化度：按照国标GB/T 14614—2006测定；最大拉伸阻力Rm、恒定变形拉伸阻力R50、延伸性E、能量（面积）、Rm/E比值：按照国标GB/T 14615—2006测定。以上测定项目均委托农业部农产品质量监督检验测试中心（乌鲁木齐）测定。

1.3 数据统计与分析

数据整理与分析采用Microsoft Excel 2013软件，计算各品质性状的最大值、最小值、平均值、标准差及变异系数；采用DPS v7.05软件进行相关性分析、主成分分析及聚类分析。相关指标的计算参照文献[22]。

品质优劣系数(QC)的计算见公式(1)，不同小麦品种各综合指标的隶属函数值[u(Xj)]的计算见公式(2)，各综合指标的权重系数Wj的计算见公式(3)，各小麦品种的综合品质评价(D)的计算见公式(4)。

式中，Xj表示第j个综合指标；Xmin表示第j个综合指标的最小值；Xmax表示第j个综合指标的最大值。Wj表示第j个综合指标在所有综合指标中的重要程度即权重；Pj为各小麦品种第j个综合指标的贡献率。D值为各小麦品种由综合指标评价所得的品质优劣综合评价值。

2 结果与分析

2.1 不同小麦品种各单项指标的优劣系数及相关性分析

根据公式(1)计算各测试指标相对值即品质优劣系数(QC)。由表2可知，不同小麦品种单项测定指标的QC值不同，QC＞1的各项指标均较对照‘新春6号’有所增加，QC＜1的各项指标均较对照‘新春6号’有所下降，但不同小麦品种单项指标的变化幅度不尽相同。因此，用不同单项指标来评价不同品种小麦的品质，其结果均不相同，也很难真实的评价品质的优劣。

表2 各小麦品种单项指标的品质优劣系数

通过分析各测定指标间的相关性，可以揭示指标间是否存在依存关系[23]。本研究从各单项指标的相关系数矩阵（表3）可知，湿面筋与Rm/E比值呈显著负相关；面粉出粉率与弱化度呈显著负相关；面团形成时间与面团稳定时间呈极显著正相关，与弱化度呈显著负相关；面团稳定时间与弱化度呈极显著负相关；弱化度与最大拉伸阻力呈显著负相关；最大拉伸阻力与恒定变形拉伸阻力、能量（面积）、Rm/E比值呈极显著正相关；恒定变形拉伸阻力与能量（面积）、Rm/E比值呈极显著正相关；能量（面积）与Rm/E比值呈极显著正相关。

表3 各小麦品种单项指标的相关系数矩阵

分析结果显示，各测定指标间均存在或大或小的相关性，从而导致它们所提供的信息发生部分重叠。同时各单项指标在评价小麦品质优劣的体系中所起的作用也不相同，表明评价小麦品质优劣是一个复杂的综合性状，直接利用各单项指标不能准确、客观地进行小麦品质鉴定。为了弥补单项指标评价小麦品质优劣的不足，需在此基础上进一步利用多元统计方法进行分析。

2.2 主成分分析

主成分分析可将原来众多具有一定相关性的单个指标组合成一组新的相互独立的主成分单元，在损失较少原有信息的前提下，通过降维的方法浓缩数据和简化指标，揭示变量间的关系[24]。对14个单项指标的测定值进行主成分分析，由表4可知，前5个综合评价指标CI1-CI5的贡献率分别为43.23%、25.61%、12.52%、7.63%和5.47%，累计贡献率达94.46%，其余可忽略不计。这样就可以将原来14个单项指标转换为5个新的相互独立的综合指标，并代表了原始指标携带的绝大部分信息。

表4 各综合指标的系数及贡献率

2.3 品种综合评价

2.3.1 隶属函数分析 根据公式(2)计算每一品种（系）各综合指标的隶属函数值u(Xj)。由表5可以看出，对于同一综合指标如CI1而言，‘新春37号’的u(X1)最大，为1.000，表明此品种在CI1表现为品质最优，而‘新春29号’的u(X1)最小，为0.000，表明此品种在这一综合指标上表现为品质最差。

2.3.2 权重确定 根据各综合指标贡献率的大小，可用公式(3)计算其权重。经过统计分析，5个综合指标的权重分别为：0.458、0.271、0.132、0.081和0.058（表5）。

表5 各品种的综合指标值、权重、D值及综合评价

2.3.3 综合评价 采用公式(4)计算不同品种小麦的综合品质得分，并根据D值大小对其品质优劣评价得分进行排序。由表5可知，‘新春35号’D值最小，表明在参试的9个新春系列的不同品种小麦中其品质最差；‘新春37号’D值最大，表明其品质最优。D值变化范围在0.074～0.694之间，均值为0.487，变异系数为0.932。采用最长距离法对D值进行聚类分析（图1），可将新春系列9个不同品种的小麦划分为Ⅲ类：‘新春35号’为第Ⅰ类，属于品质一般类型；‘新春29号’、‘新春26号’、‘新春39号’、‘新春31号’为第Ⅱ类，属于品质良好类型；‘新春6号’、‘新春38号’、‘新春41号’和‘新春37号’为第Ⅲ类，属于品质优类型。

图1 小麦9个品种聚类树状图

3 讨论与结论

新疆麦区是中国优质小麦的主要供应基地之一。该地区选育的春小麦‘新春6号’一直是当地常年大面积推广种植的小麦品种，对整个新疆地区的小麦生产、产量水平的提高做出了巨大贡献。近年来，该品种出现了品质性状表现差的问题，导致了市场价格走低的局面，严重打击了农民对小麦种植的积极性。因此，迫切需要育种家发展和培育优质小麦来满足市场需求。

本研究主要针对新春系列的9份春小麦的品质性状包括粗蛋白质、籽粒水分、湿面筋、面粉出粉率、降落数值、吸水量、面团形成时间、稳定时间、弱化度、最大拉伸阻力Rm、恒定变形拉伸阻力R50、延伸性E、能量（面积）、Rm/E比值进行评价。已有多项研究结果表明：小麦品质是一个综合性状，不同品种的小麦品质也不相同[3,19]。传统的小麦品质评价只是单个性状的逐一比较，在国家小麦品种（系）审定规范中，虽然小麦品质以蛋白质含量，湿面筋含量，面团稳定时间等作为强、中、弱筋的分类标准，但仍然是单个指标的比较[5]。因此，孤立地使用某一单项指标很难反映小麦的品质特性；同时，在众多评价指标间存在一定的相关性，导致它们所提供的信息发生部分重叠，而且每一指标的重要程度也不相同。因此，有必要运用多元分析方法对小麦的品质进行综合评价，建立可靠的评价体系。

相关性分析可以揭示指标间是否存在依存关系及变化趋势，本研究利用相关性分析能比较客观地反映各测定指标间的变化趋势；主成分分析可将原来具有相关性的多项指标转化成新的个数较少且彼此独立的综合指标[25-26]，通过对小麦品质性状的主成分分析，在小麦品质性状育种过程中可以优先考虑影响品质主要性状作为品质评价的重点指标，针对性对小麦品质进行高效选择和有效改良。目前，对于小麦品质性状的主成分进行了大量研究，然而对于不同小麦品系的品质性状的主成分分析，获得的主成分因子也不尽相同。本研究利用主成分分析法将小麦品质相关的14个测定指标转化成5个相互的独立的综合指标，进一步通过隶属函数分析法结合权重系数法计算出各综合指标得分值（D值）。从而得出不同小麦品种的品质综合得分。通过聚类分析，将9个小麦品种划分为3大类型：品质一般、品质良好、品质优，其中‘新春37号’、‘新春41号’品质综合表现较为突出（品质优类型）。

通过对9份新春系列小麦品种的主要品质性状进行相关性分析、主成分分析及聚类分析，基本反映了9分小麦品质性状的全面信息。本研究结果为新疆优质春小麦品中的选育、推广及种质资源的鉴定与筛选提供理论依据。