52份波兰小麦种子性状分析

沈吉成，李亚鑫，赵彩霞,3，叶发慧,3，刘德梅，刘瑞娟，张怀刚,3，陈文杰

(1.中国科学院高原生物适应与进化重点实验室/中国科学院西北高原生物研究所/中国科学院种子创新研究院，青海西宁 810008；2.青海省作物分子育种重点实验室，青海西宁 810008；3.中国科学院大学，北京 100049；4.青海大学，青海西宁 810016)

小麦是我国三大粮食作物之一，其可持续发展对保障国内粮食安全具有重要意义[1]。但是由于对小麦长期驯化过程中的定向选择，导致我国小麦遗传多样性逐渐降低，遗传背景越来越狭窄，高产、优质的育种目标受到阻碍[2]。合理利用小麦近缘物种的优良基因是增加其遗传多样性、扩宽其遗传基础、实现普通小麦高产、优质的重要方法[3-4]。

波兰小麦(TriticumpolonicumL，2n =28,AABB) 作为典型的四倍体裸粒栽培小麦，具有粒大、品质好等特点[5]。研究表明，波兰小麦千粒重可达60.00 g，蛋白质含量高达26.90%[6-7]；CIMMYT通过波兰小麦分蘖强的特点选育出的小麦新品种产量高达18.00×103kg·hm-2[8]。通过远缘杂交或转基因工程，将波兰小麦的抗纹枯病基因导入普通小麦中可以培育出纹枯病抗性较强的小麦品种[9]。另外，波兰小麦直链淀粉的含量较高，可作为改良普通小麦淀粉特性的优良亲本[5]。

本研究拟对52份不同品种的波兰小麦籽粒性状进行系统分析，发掘其性状优异的材料，以期用于我国小麦遗传基础的拓展和品质改良。

1 材料与方法

1.1 供试材料

52份供试波兰小麦品种来源于20多个国家(地区)，均保存于青海省作物分子育种重点实验室；以青海省主栽普通小麦品种高原448作为对照。选用2020年收获的籽粒测定相关指标。

1.2 测定指标及方法

随机取每个品种的籽粒30粒，用游标卡尺测定其长度和宽度，取平均为单籽粒长度、宽度；随机取200粒称重，换算成千粒重。3次重复。

参照GB/T5497-85使用便携式快速水分测定仪测定样品籽粒含水率；参照GB/T5498-85使用HGT-100型容重器测定样品容重；籽粒经由0.50 mm 孔筛旋风磨(瑞典Tecator公司109型)直接磨粉，采用上海JJJ-54面筋洗涤系统测定籽粒面筋含量；使用瑞典Tacator公司生产的自动分析仪测定籽粒蛋白质含量；利用德国Brabender公司制造的粉质仪测定面粉形成时间、稳定时间和吸水率。利用主成分分析法计算各品质指标的权重[10]。每个样品均重复3次。

1.3 数据分析

采用Excel绘制表，用SPSS 19.0对数据进行显著性检验及相关分析。不同处理间的比较采用Duncan’s新复极差法(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 籽粒表型性状分析

如表1所示，供试波兰小麦品种的籽粒长度、宽度及千粒重存在不同程度差异。其籽粒长度的平均值为8.65 mm，供试品种只有1号和25号籽粒长度小于高原448，51号的籽粒长度最大，为10.54 mm，显著大于高原448，增幅为70.00%。籽粒宽度为1.45～3.50 mm，平均值为2.84 mm，均小于高原448，以4号最大，为3.50 mm，与高原448差异不显著。籽粒千粒重的平均值为44.01 g，大于高原448的品种有26个，以10号的千粒重最高，为71.80 g，较高原448增加了46.95%，二者间差异显著(P<0.05)。

表1 供试材料籽粒长度、宽度和千粒重Table 1 Grain length,width and thousand-grain weight of the tested materials

2.2 籽粒品质性状分析

由表2可知，供试波兰小麦籽粒含水率变化范围为9.08%～12.41%，大于高原448的品种有5个，以22号最高，为12.41%，显著高于高原448，增幅为20.72%；粗蛋白含量变化范围为 18.32%～29.66%，均高于高原448，以20号最高，为29.66%，较高原448高105.83%，二者间差异显著(P<0.05)；湿面筋含量变化范围为 32.85%～58.02%，均大于高原448，以2号最高，为58.02%，较高原448显著增加，增幅为 94.31%；籽粒吸水率的平均值为 55.61%，大于高原448的品种有27个，以2号最高，为 78.67%，显著高于高原448，增幅为31.90%。

表2 供试材料籽粒含水率、粗蛋白、湿面筋和吸水率Table 2 Grain moisture,crude protein,wet gluten and water absorption of the tested materials %

如表3，供试波兰小麦籽粒千粒重平均值为44.01 g，变异系数最大，为42.27%，吸水率平均56.04%，变异系数为20.25%；籽粒长度、宽度变异系数分别为14.68%和 18.58%；籽粒粗蛋白含量平均值为22.41%，变异系数为11.47%；湿面筋含量平均值为43.75%，变异系数为11.74%，籽粒含水率平均为9.86%，变异系数最小，为 6.48%。供试波兰小麦品种籽粒千粒重离散度最大，性状最不稳定，作为育种材料时可选择范围较广；而籽粒含水率离散度较小，性状相对稳定，选择范围相对 较窄。

表3 各指标变异情况Table 3 Variation of each index

由表4可知，波兰小麦面粉的稳定时间较高，为9.57～21.19 min，平均为16.01 min，且均大于高原448，以17号最高，为21.19 min，较高原448增加显著，增幅为167.21%；面粉的形成时间为1.70～7.27 min，平均值为 5.61 min，仅1号、22号和23号的形成时间小于高原448，以7号的形成时间最长，为7.27 min，较高原448显著提高，增加129.34%；籽粒硬度指数范围为 22.35%～82.26%，平均值为64.12%，大于高原448的品种有14个，34号籽粒硬度指数最高，为 82.26%，较高原448提高显著，增幅为19.12%；籽粒容重的变化范围为739.33～925.00 g·L-1，容重大于高原448的品种有29个，2号的籽粒容重最高，为925.00 g·L-1，较高原448显著增加，增幅为16.77%。

表4 供试材料籽粒面粉稳定时间、形成时间、硬度指数和容重Table 4 Dough stability and development time,grain hardness index and bulk density of the tested materials

2.3 籽粒性状相关性分析

如表5所示，供试波兰小麦品种面粉的稳定时间与籽粒长度、含水率、粗蛋白含量、容重呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)负相关关系，与籽粒千粒重、种子宽度、吸水率及硬度指数呈显著或极显著正相关关系；面粉的形成时间与含水率、粗蛋白含量及容重呈显著或极显著负相关关系，与籽粒千粒重、籽粒长度和宽度、湿面筋含量、吸水率、千粒重及硬度指数呈显著或极显著正相关关系；籽粒千粒重与籽粒长度、宽度呈极显著正相关关系，与含水率、粗蛋白含量和容重呈显著或极显著负相关关系。

表5 供试材料籽粒大小、籽粒品质相关性分析Table 5 Correlation analysis of grain agronomic traits and grain quality of the test materials

2.4 籽粒性状主成分分析及权重变化

由于影响波兰小麦品质的各个指标之间存在相关性，通过主成分分析，对表征影响籽粒品质的各指标给以一定的权重，用以表示各指标影响程度。由表6和表7可知，形成时间对波兰小麦品质影响的权重最高(W=0.24)，其次为面粉的稳定时间、粗蛋白含量、湿面筋含量，含水率对籽粒品质影响的权重最低。

表6 供试材料籽粒品质指标主成分分析Table 6 Cumulative percentage of the grain quality index

表7 供试材料籽粒品质指标权重变化Table 7 Weight change of the grain quality index

3 讨 论

相关研究表明，粒重是决定作物产量的重要因素[11]，其受环境条件的影响相对较小，对籽粒产量的直接贡献最大，通过对籽粒千粒重的选择可以提高产量[12-13]；表征小麦籽粒品质指标的蛋白质、淀粉和面筋含量等直接影响小麦品质及加工品质，粗蛋白、面筋的含量和质量是小麦品质的重要评价指标[14-15]；波兰小麦是选育高产、优质小麦新品种的重要遗传资源，其具有千粒重及籽粒品质高的特点，是我国小麦品种改良较好材料之一[16-17]。本研究结果表明，供试波兰小麦品种籽粒千粒重、粗蛋白和湿面筋含量均较高，这与上述研究结果基本一致。较高原448，10号的千粒重提高46.95%，20号粗蛋白含量提高105.83%，2号湿面筋含量提高 94.31%，可作为遗传改良种质。变异系数表示性状离散程度，变异系数越大则表明离散程度越高[18]。本研究中，波兰小麦籽粒千粒重变异系数最高，为42.27%，粗蛋白、湿面筋含量变异系数较高，分别为11.47%和11.74%，因此这些品种相对性状不稳定、遗传变异较大，可以作为较高千粒重和籽粒品质的重要种质资源。

研究表明，小麦籽粒长度、宽度与千粒重的相关系数均较高，小麦籽粒宽度与千粒重呈高度正相关，而长度与千粒重相关性较小[19-20]。本研究中，供试波兰小麦籽粒长度、宽度与千粒重呈极显著正相关性关系，其相关系数分别为0.77和 0.84。因此籽粒大小可以作为千粒重选择的 指标。

主成分分析表明，波兰小麦籽粒面粉的形成时间对籽粒品质影响的权重最高(W=0.24)，其次是稳定时间(W=0.23)，这与孙丽红[21]、李永强[22]等研究结果基本一致。小麦面粉的稳定时间和形成时间与籽粒千粒重、湿面筋含量呈显著或极显著正相关，这与赵鹏涛等[23]研究结果一致。本研究结果表明，供试波兰小麦籽粒面粉的稳定时间和形成时间与籽粒粗蛋白含量呈极显著负相关，这可能是由于蛋白质的质量及各组分蛋白质含量不同引起的[14-24]，因此在选择用于改良普通小麦的亲本材料时，可以以千粒重较大、籽粒含水率较低，同时兼顾籽粒中适宜粗蛋白含量的波兰小麦作为小麦遗传基础拓展和品种改良的优选材料。