不同小麦品种面粉品质性状对花期高温响应及耐热性评价

刘怡辰，仵妮平，Токтаров Н.З.，贾姝萍，向雪纯，李卫华，张东海

(1.石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832000；2.九圣禾种业股份有限公司，新疆昌吉 831100；3.东哈州农科院农业试验场，哈萨克斯坦东哈州)

0 引 言

【研究意义】我国小麦产量约占全国粮食总产量的1/5[1]。1980～2008年，热胁迫分别使小麦和玉米的全球产量下降5.5%和3.8%[2]，高温也会对蛋白质合成以及组分构成造成影响，影响面粉加工品质[3]。研究高温热害对小麦面粉品质的影响，对培育高产优质耐热型小麦品种有重要意义。【前人研究进展】在小麦籽粒灌浆期间，若日平均温度每增加 1℃，籽粒的灌浆持续时间就会缩短 3.1 d，导致籽粒蛋白质合成持续时间减少，蛋白质含量下降[4]。在高温胁迫下醇溶蛋白合成速率比谷蛋白合成速率高，最终提高了它们之间的比率，造成面团品质降低。灌浆期温度高低的差异造成了蛋白质组分和沉降值较大差异，导致加工品质变劣[5]。高温对小麦品种的危害程度与胁迫温度和持续的时间明显相关[6-8]。研究表明，日平均温度升高至 30℃左右时，面团强度增加，当超过某一阈值后将导致面团强度降低。谷物形成期的高温对烘烤品质有关的特性如面团强度、面包评级及体积有显著影响[9]。而不同品种对高温胁迫的反应也存在明显差异,高温胁迫对耐热性强品种的峰值黏度、最低黏度、最终黏度、回生值及稀懈值等面粉相关指标影响较小[10]。【本研究切入点】前人研究多集中在籽粒灌浆期高温胁迫对小麦产量和品质的影响，但随着近年高温发生前移，而对抽穗-扬花期遭受高温胁迫的影响研究相对较少。热胁迫对植物生殖器官造成损害的温度阈值远低于其他器官。谷类作物开花时期对温度的耐受范围较小，超过这个范围就会受到损伤[11]。作物一旦遭受热胁迫，严重影响作物产量[12-13]。小麦是喜凉作物，在小麦重要阶段生育期遭遇高温会引起花粉败育率高，造成小麦产量及经济效益降低。小麦开花前1个月，平均气温每升高1℃，单位面积穗数减少4%[14]。小麦面筋由麦谷蛋白和醇溶蛋白交织而成，是小麦面粉中特有的一种网状结构，在籽粒发育中后期形成，受外界环境变化影响较大[15]。面筋指数的大小反映了面筋质量的高低[16]。沉降值是测定小麦品质的综合指标，其测定速度快、简单。沉降值的大小取决于品种，其遗传力大，遗传稳定性高[17]，受环境条件影响小[18]。面粉糊化特性对小麦的加工品质有重要影响[19]。蛋白质在小麦籽粒中约占10%～15%，是小麦籽粒中的重要贮藏物质之一，其含量和品质对小麦营养品质和加工特性都有非常重要的影响，是小麦国际贸易和品质评价中的基本指标[20]。新疆小麦生产中对于耐热品种的需求日益迫切。【拟解决的关键问题】选择来源不同但抽穗期较为接近的26份春小麦品种为材料，在小麦抽穗-扬花期进行高温胁迫处理，研究花期高温对小麦主要面粉品质性状的影响，筛选耐热性好的材料，分析高温胁迫对不同基因型小麦品种面粉品质性状的影响，为选育优质、耐热小麦新品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

选用26份来源于不同地区的品种为试验材料，其中，25份来自我国新疆、青海、黑龙江等地的春麦区品种，国外引进品种1个，材料均由石河子大学麦类作物研究所提供。表1

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验于2018年在石河子大学农学院试验站进行。试验设对照组(CK)和高温处理组(HT)，组内2次重复，小区面积共计3.0 m2，每个小区5行区，1.5 m行长，0.2 m 行距。稀条播，播种量40×104粒/667m2，灌水、施肥等管理措施同大田。于抽穗-扬花期在田间搭建塑料大棚(PVC棚)模拟人工增温，每日处理时间为 12:00～17:00。该时段平均温度记录为处理温度，棚下为高温处理(HT)，大田条件下的生长材料为对照处理(CK)。棚内外温度相差3.51℃，差异达极显著水平(P< 0.01)。表2

表2 处理期间棚内外温度

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 小麦蛋白质含量及籽粒硬度

采用瑞典 Perten 公司生产的近红外谷物成分快速分析仪(1241型)测定籽粒蛋白质含量和籽粒硬度指标。每材料重复测定2次，取其平均值。

1.2.2.2 小麦面粉品质

(1)制粉

将小麦籽粒中的杂质(石子、土块、颖壳)清除，按照瑞典Perten公司近红外谷物成分快速分析仪(1241型)测定的小麦籽粒含水量和硬度，结合测定的小麦籽粒原始水分计算出润麦所需加水量，将软麦的水分调节至 14%，硬麦的水分调节至15.5%，混合麦的水分调节至15%。润麦12 h。

加水量 =[(100-原始水分)/(100-欲达水分)-1]×样品重量。

按照德国布拉本德 Quadrumat Junior 操作规程磨粉。

(2)面筋含量

干、湿面筋含量测定参考 GB/T 14608-93 标准，使用瑞典 Perten 公司生产的 2200 型面筋仪。

W湿=W上+W下。

湿面筋含量(%)=W湿/10×(100-14)/(100-M)]×100=8.6/(100-M)×W湿×100。

面筋指数(%)=W上/W湿×100。

W上表示筛上面筋称得的重量；W下表示筛下面筋称得的重量；W湿表示湿面筋的重量；M表示每百克样品含水分克数；样品质量为10 g。

(3)沉降值

Zeleny 沉降值的测定采用 AACC56-61A 方法，使用小麦面粉沉降值测定仪(CAU-B 型)测定。

(4)面粉糊化特性

面粉糊化特性的测定参考 GB/T 14490-2008，使用德国 Brabender 公司生产的微型黏度糊化仪测定。

1.3 数据处理

使用 Microsoft Excel 2016 软件分析数据，方差分析及聚类分析等使用 SPSS 19.0 软件。

2 结果与分析

2.1 花期高温对小麦面粉品质的影响

2.1.1 对湿面筋含量和面筋指数的影响

研究表明，高温处理下，品种间湿面筋含量变幅为24.00%～48.15%，而对照品种间变幅为 20.90%～42.00%，高温处理后湿面筋含量整体呈现上升趋势。不同品种湿面筋含量在高温处理和对照下表现不一。高原338、高原448、克春4号、龙麦26、新春35号、新春40号、新春41号和新春6号等8个品种的湿面筋含量经在高温处理后呈现降低表现，其中，高原448、克春4号、新春35号、新春40号和新春41号的湿面筋含量和面筋指数均下降，高温胁迫不利于这些品种面筋数量和质量的提高。其余18个品种湿面筋含量在高温处理下呈现上升趋势，占供试材料的69.2%，对大多数品种而言，花期高温有利于面粉中湿面筋含量的提高。

与对照相比，高温处理后品种间面筋指数的变幅不明显，但多数品种(14个，占53.8%)面筋指数降低，尤其是克春4号和新春41号的面筋指数与CK相比分别降低了15.3%和14%。表3

表3 不同处理间小麦品种湿面筋含量及面筋指数

2.1.2 对面粉沉降值的影响

研究表明，沉降值在正常生长条件下，变幅21.50～29.45 mL，平均为24.72 mL，而高温处理后沉降值平均为23.82 mL，花期高温引起供试品种沉降值的下降，但对不同品种的沉降值影响不尽相同。高温处理下克春4号、阿勃、龙麦30、龙麦35、龙麦37、宁春16号、新春31号和新春40号这8个品种的沉降值受花期高温处理后升高显著；而新春22号、克春11号、龙麦 26、宁春53 号和新春11号等12个品种沉降值的降低达显著水平。图1

注：*表示P<0.05，下同

2.1.3 对面粉糊化特性的影响

研究表明，在高温处理下峰值黏度差异较大，变幅在307～913 BU，平均为682 BU，较对照均有不同程度的降低。花期高温引起供试品种的峰值黏度下降，但对不同品种的影响不尽相同。高温处理下巴春6号、克春4号、龙麦35、龙麦37、宁春16号、宁春53号、新春11号、新春31号、新春35号、新春37号和新春44号 等11个品种峰值黏度显著下降；但龙麦30、新春38号和新春41号3个品种在高温处理下峰值黏度显著升高。与对照相比，高温处理后的糊化温度变化不明显。多数品种在高温处理后，糊化温度上升，其中龙麦37、宁春16号、宁春53号3个品种在高温处理下糊化温度显著上升；新春38号和新春41号2个品种在高温处理下糊化温度显著降低。图2

图2 供试小麦品种面粉糊化温度和峰值黏度变化

2.1.4 对籽粒蛋白质含量及硬度的影响

研究表明，高温处理下籽粒蛋白质含量平均为15.2%，较对照提高了0.2%，差异不显著。品种间的表现略有不同，克春4号、宁春16号和宁春53号等3个品种在高温处理下蛋白质含量显著升高，而高原 448 在高温处理下蛋白质含量显著降低。高温处理下籽粒硬度的变幅与对照组差异不大，2处理的平均值均为48，花期高温对籽粒硬度几乎没有影响。个别品种存在差异变化，如高原448的籽粒硬度指标在高温处理下显著高于对照处理，而新春 38 号籽粒硬度显著低于对照处理。图3

图3 供试小麦品种蛋白质含量和籽粒硬度变化

2.2 基于小麦品质性状聚类

研究表明，可将26个品种聚为3类，其中阿勃、高原448、宁春53号、新春44号、新春40号等5个品种聚为一类，耐热性强。这类品种在高温胁迫下，湿面筋含量和蛋白质含量显著提高，面筋指数和籽粒硬度显著降低；龙麦30、龙麦37、藏春11号、克春4号、龙麦26、龙麦35、高原506、克春11号、宁春16号、新春31号等 10个品种聚为一类，耐热性中等。这类品种在高温胁迫下湿面筋含量和蛋白质含量均有所增加，其中糊化温度显著升高，峰值黏度显著降低。这些品种大多来自黑龙江省的春麦品种(占60%)，而新疆自育品种仅占10%；新春11号、新春37号、新春22号、巴春6号、新春39号、新春41号、新春6号、新春35号、新春38号、新春51号、高原338等11个品种聚为一类，该类品种耐热性弱，主要以新疆自育品种为主(占82%)。这类品种在高温胁迫下湿面筋含量提高不明显，沉降值显著下降，蛋白质含量降低。图4

图4 供试小麦品种聚类树状图

3 讨 论

3.1 高温胁迫对小麦品质的影响

3.1.1 高温胁迫对面粉面筋含量的影响

面筋是一种小麦面粉中独有的具有黏、弹性的物质，是一种以特殊形式存在的植物性蛋白质。面筋的主要成分是麦谷蛋白和醇溶蛋白，面筋含量的高低决定着小麦面粉加工品质的优劣程度。小麦在形成与积累蛋白的过程中，籽粒灌浆速率与持续时间共同决定蛋白质含量的高低。面筋数量和质量都具有非常重要的意义，在对小麦面粉品质进行评价时具有互补性[21]。当高温胁迫时，一些品种籽粒蛋白质含量随温度升高而降低，另一些品种则升高。花后早期高温处理对面筋含量较低的中筋品种具有明显的正向作用，而对于强筋品种，花后中期高温处理更有利于面筋含量的提高[22]。高原448、新春35号、新春41号、新春40号和克春4号在高温胁迫下湿面筋含量和面筋指数均下降，高温胁迫下不利于该类品种籽粒中面筋含量的提高，其余18个品种湿面筋含量在高温处理下呈现上升趋势，高温胁迫下有利于该类品种的被测量指标的提高。

3.1.2 高温胁迫对面粉沉降值和面粉糊化特性的影响

淀粉特性对面条等最终产品品质均有不同程度的影响[23-25]。花后高温胁迫造成郑麦004的黏度参数显著降低，且花后短期高温胁迫会显著影响淀粉的黏度特性，但在不同时期、不同胁迫水平和不同品种间差异显著[26-27]。克春4号、阿勃、龙麦30、龙麦35、龙麦37、宁春16、新春31号、新春40号在高温处理下沉降值显著高于对照，高温处理会提升面粉的沉降值。龙麦30、新春38号和新春41号3个品种峰值黏度指标在高温胁迫下与对照相比，呈显著增加趋势，但新春38号和新春41号2个品种糊化温度显著降低。

3.1.3 高温胁迫对籽粒蛋白质含量及硬度影响

籽粒硬度衡量小麦市场定级和定价的重要依据，其指标影响小麦的出粉率、出粉粒的大小，最终影响小麦的磨粉品质和加工品质[28]。在高温胁迫下多数小麦品种的籽粒硬度差异不显著，表明小麦的籽粒硬度主要受基因型影响，外界环境的影响需进一步研究[29]，与试验结果较为一致。花后早期高温处理对籽粒蛋白质含量影响更大。春小麦籽粒蛋白质、湿面筋含量与高温胁强度有关，较高强度的高温胁迫可能有利于籽粒中蛋白质的形成和累积[30]。前人研究认为，花前进行适当的热锻炼可以提高小麦对高温胁迫的抗性，缓解籽粒灌浆期间发生严重高温胁迫的影响[31]。在开花期进行短期高温胁迫(30～34℃，3 d)可以提高小麦品种的耐热性，有利于缓解灌浆中、后期高温胁迫对籽粒蛋白质含量的影响[32]。在25～32℃范围内，随着温度的提高，小麦籽粒中蛋白质含量也随之提高。在高温30～35℃时蛋白含量会增加，高于35℃或者低于30℃时，蛋白含量变化差异不显著或有所减少。这也与试验结果相似，在高温处理下，大多数品种蛋白含量差异不显著，而克春4号、宁春16号和宁春53号在高温胁迫下蛋白质含量显著高于对照处理，高原448在高温胁迫下蛋白质含量显著低于对照处理，可能是由于花前高温胁处理不同程度的提高了小麦品种的耐热性。研究中大多数品种在高温处理下其籽粒中蛋白质含量变化，差异未达显著水平，可能是处理期间的温度未达到其高温耐性的阈值所致，不同品种的高温耐性阈值也存在差异，有待于进一步研究。

3.2 品种耐热性

采用单个指标评价小麦的耐热性存在很大的局限性，应在生产实际应用中综合不同指标对小麦品种的耐热性进行综合评价[32]，研究选择了7个与小麦的面粉品质相关的指标进行综合性分析，并采用系统聚类对关键指标信息进行聚类分析，筛选出耐热性小麦品种。耐热性强的品种大多是来自黑龙江、宁夏、青海等地区，或亲本来源这些地方，这可能与当地生态环境有关，并且这些材料的适应性很好，可以通过选择这些品种作为亲本与新疆本地品种进行杂交，改变本地品种的耐热性。李召锋等[33]对新疆春小麦开展耐热性评价，从千粒重、容重和产量这些方面出发，其中新春6号、新春22号为耐热性良好的品种，与研究结果不一致，可能是由于评价采用的指标不一样。研究中新春31号、新春40号和新春44号都是耐热性强的新疆自育品种，这与前人研究一致。

4 结 论

抽穗扬花期高温处理能使小麦湿面筋含量和糊化温度升高，面筋指数、沉降值和峰值黏度下降，对蛋白质含量和籽粒硬度没有显著影响；面粉品质指标耐热性品种间反应不同，来自黑龙江的品种总体耐热性较好。阿勃、高原448、宁春53号、新春44号、新春40号等5个品种耐热性强；龙麦30、龙麦37、藏春11号、克春4号、龙麦26、龙麦35、高原506、克春11号、宁春16号、新春31号等 10个品种耐热性中等。