基因型和環(huán)境對安徽小麥品質(zhì)性狀的影響

燕 麗，王志忠，鄭文寅，張文明，郭文善，姚大年,

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/安徽省糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/農(nóng)業(yè)部黃淮南片小麥生物學與遺傳育種重點實驗室，安徽合肥 230036； 2.揚州大學江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚州 225009)

基因型和環(huán)境對安徽小麥品質(zhì)性狀的影響

燕 麗1，王志忠1，鄭文寅1，張文明1，郭文善2，姚大年1,2

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/安徽省糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/農(nóng)業(yè)部黃淮南片小麥生物學與遺傳育種重點實驗室，安徽合肥 230036； 2.揚州大學江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚州 225009)

為了解基因型和環(huán)境對小麥面粉類胡蘿卜素含量、LOX活性、白度、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和總淀粉含量的影響，選用15個小麥品種連續(xù)2年在安徽省4個試點進行試驗，分析了15個小麥品種籽粒類胡蘿卜素含量和其他5個品質(zhì)性狀的異同。結(jié)果表明，供試材料的6個被測品質(zhì)性狀在基因型間的差異均達到極顯著水平；類胡蘿卜素含量和蛋白質(zhì)含量在環(huán)境間差異達到顯著或極顯著水平。被測品質(zhì)性狀在年份間差異均達顯著或極顯著水平(濕面筋含量除外)；環(huán)境×年份的互作對LOX活性、白度、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和總淀粉含量的效應極顯著；基因型×環(huán)境互作對類胡蘿卜素含量、LOX活性、白度的影響極顯著；基因型×年份、環(huán)境×年份、基因型×環(huán)境×年份互作對蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、總淀粉含量的效應極顯著。

小麥；類胡蘿卜素；基因型；環(huán)境；品質(zhì)性狀

類胡蘿卜素是自然界中廣泛存在的天然色素，具有多種生物功能，α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、葉黃素、八氫番茄紅素等都是類胡蘿卜素的成分[1]。類胡蘿卜素是維生素A的前體物質(zhì)，能夠提高人體免疫力，有抗癌活性，并對心血管疾病有預防作用，具有較高的營養(yǎng)保健價值[2-4]。類胡蘿卜素是由8個異戊二烯基本單位通過共軛雙鍵構(gòu)成的一類化合物或衍生物，具有抗氧化作用，可以延長籽粒的儲藏期[5]。近年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平的提高，人們對面粉品質(zhì)的要求也越來越高。小麥中類胡蘿卜素含量較少[2，6]，通過育種方式提高類胡蘿卜素含量有利于改善面制品的營養(yǎng)品質(zhì)。因此，研究小麥籽粒類胡蘿卜素含量的影響因素，能夠為選育優(yōu)質(zhì)小麥品種提供參考。

有研究表明小麥籽粒品質(zhì)性狀不僅受遺傳控制，而且受環(huán)境因素的影響[7-10]。為了解基因型和環(huán)境對小麥籽粒類胡蘿卜素含量以及LOX活性、白度、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和總淀粉含量等品質(zhì)性狀的影響，本試驗選用15個已在安徽省種植多年的小麥品種在本省4個試驗點連續(xù)種植兩年，分析供試品種類胡蘿卜素含量及其他品質(zhì)性狀在不同地點、不同年份間的變化，以期為針對類胡蘿卜素含量等品質(zhì)性狀篩選相應小麥品種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)計

供試材料為15個小麥品種：鎮(zhèn)麥168、泛麥5號、煙農(nóng)5158、西農(nóng)979、新麥26、周麥22、濟麥22、煙農(nóng)19、揚麥13、揚麥15、揚麥158、揚麥20、淮麥21、羅麥8號和皖麥48。近年來，這些品種均在安徽省廣泛種植。

于2013-2014、2014-2015年度連續(xù)兩年分別種植于安徽壽縣、阜陽、合肥和天長4個試驗點。每個點采用隨機區(qū)組排列，3次重復，5行區(qū)，行長2 m，行距25 cm,每行60株左右。田間管理及收獲按多點試驗要求進行，于成熟期收獲、晾曬，于缸內(nèi)儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 測定項目與方法

1.2.1 全麥粉的制備

將儲藏兩個月的小麥潤麥24 h，使水分達到14%左右，用SCINOCT-410型磨粉機(FOSS公司)粉碎，過直徑0.5 mm篩，樣品保存在牛皮紙袋中，放入冷藏柜保存，用于相關(guān)品質(zhì)性狀測定。

1.2.2 類胡蘿卜素含量的測定

參照AACC 14-50方法，根據(jù)其他植物類胡蘿卜素測定方法，稍有改進。稱取全麥粉2 g，于40 mL離心管中，加入水飽和正丁醇10 mL，振蕩提取1 h，靜置15 min，在室溫下10 000 r·min-1離心10 min，取上清液，在440 nm處測定其吸光值。類胡蘿卜素的計算公式:類胡蘿卜素含量=C×V/m，C為吸光度對應的濃度(μg·mL-1)；V為提取類胡蘿卜素溶液的量(mL)；m為全麥粉的質(zhì)量(g)。

1.2.3 其他品質(zhì)性狀的測定

脂肪氧化酶活性測定參照Larisa Catod的分光光度計法[11]。采用CR410色差計(日本柯尼卡美能達公司)測定全麥粉的L、a、b值；根據(jù)亨特白度公式{Wht=100-[(100-L)2+a2+b2]1/2}計算白度。用1255型近紅外光譜儀(美國FOSS公司)測定供試材料的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和淀粉含量。

1.3 試驗數(shù)據(jù)處理

采用DPS統(tǒng)計軟件進行方差分析、Duncan新復極差法進行多重比較，用Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩年多點試驗的方差分析

由表1可見，供試小麥的類胡蘿卜素含量、脂肪氧化酶活性、白度、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、總淀粉含量在基因型間差異均達到極顯著水平；類胡蘿卜素含量和蛋白質(zhì)含量的環(huán)境間差異達到極顯著和顯著水平。其中，被測的6個品質(zhì)性狀的環(huán)境間均方值均大于基因型間均方值。除濕面筋含量以外的5個品質(zhì)性狀的年份間差異達到顯著或極顯著水平。除類胡蘿卜素含量以外的5個品質(zhì)性狀的環(huán)境×年份互作效應間差異達極顯著水平；類胡蘿卜素含量、脂肪氧化酶活性、白度的基因型×環(huán)境互作效應間差異達到極顯著水平；蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、淀粉含量的基因型 ×年份、環(huán)境×年份、基因型×環(huán)境×年份互作效應間差異均達極顯著水平。可見年份、環(huán)境×年份、基因型×年份、基因型×環(huán)境、基因型×環(huán)境×年份對于小麥各被測品質(zhì)性狀均有顯著或極顯著影響，但是其影響均小于基因型和環(huán)境。因此，基因型和環(huán)境是決定小麥類胡蘿卜素含量及其他被測品質(zhì)性狀的主要因素，另外年份以及基因型、環(huán)境和年份之間的互作效應也不可忽視。

表1 供試小麥品種6個品質(zhì)性狀多點試驗的方差分析

Table 1 Variance analysis of grain quality traits of wheats tested in multi-point tests

變異來源Resourceofvariance自由度DF類胡蘿卜素含量CARcontent脂肪氧化酶活性LOXactivity白度Whiteness蛋白質(zhì)含量Proteincontent濕面筋含量Wetglutencontent淀粉含量Starchcontent區(qū)組間 Blocks160.07549.4813.5910.9975.5281.191基因型間 Genotypes(G)146.020**41389.90**60.242**21.560**89.890**29.300**環(huán)境間 Environments(E)316.930**65811.903177.24955.950*1227.80082.660年份間 Years(Y)122.680**53465.00**2047.523**1.435*0.1547.715**環(huán)境×年份 E×Y30.00619214.20**2778.702**5.138**477.210**25.290**環(huán)境×基因型 E×G420.383**1153.26**40.860**1.69814.7202.036基因型×年份 G×Y140.0023.2210.2230.940**21.130**1.478**環(huán)境×基因型×年份 E×G×Y420.0032.869.9032.614**15.420**4.185**誤差 Error2240.03774.937.6290.3524.6260.496總變異 Totalvariance359

表格中數(shù)據(jù)為均方值。*和**分別代表F測驗達到顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平。

Dates are mean squre value.* and ** mean significant difference at 0.05 and 0.01 levels withFtest,respectively.

表2 15個小麥品種品質(zhì)性狀的比較

Table 2 Comparison of grain traits among fifteen wheat varieties

品種Variety類胡蘿卜素含量CARcontent/(mg·kg-1)脂肪氧化酶活性LOXactivity/(AU·min-1·g-1)白度Whiteness蛋白質(zhì)含量Proteincontent/%濕面筋含量Wetglutencontent/%淀粉含量Starchcontent/%鎮(zhèn)麥168 Zhenmai1681.40l219.9b68.46f15.9c38.0bc64.9e泛麥5號 Fanmai52.54b105.6l70.97abcde14.5efg34.8d64.9e煙農(nóng)5158 Yannong51581.77f160.0g72.53ab15.1de36.1bcd66.1abc西農(nóng)979 Xinong9791.25m255.2a68.91ef14.7def36.1bcd65.5cde新麥26 Xinmai262.31d142.3i69.06def17.3a41.1a62.6f周麥22 Zhoumai222.92a105.9l70.46bcdef15.9c38.2abc65.1de濟麥22 Jimai222.19e153.8h69.42def15.0de37.1bcd65.1de煙農(nóng)19 Yannong191.75fg154.1h68.69f14.6defg36.5bcd65.1de揚麥13 Yangmai131.64i189.4d72.81a15.2d38.6ab66.8a揚麥15 Yangmai151.74g160.2g71.19abcd14.2fg34.3d66.4ab揚麥158 Yangmai1581.70h166.6f68.59f15.1de37.0bcd65.4cde揚麥20 Yangmai201.57j179.6e70.15cdef14.5defg35.3cd65.8bcd淮麥21 Huaimai212.53b122.2k72.40ab14.0g34.7d65.4cde羅麥8號 Luomai82.49c131.7j68.70f16.6b38.3abc63.3f皖麥48 Qanmai481.51k203.2c71.88abc14.1fg34.2d66.0abc平均值 Average1.95163.370.2815.136.765.2

同列數(shù)據(jù)后小寫字母不同表示品種間差異在0.05水平顯著。下同。

Different small letters following values at the same column mean significant difference at 0.05 level among different varieties,respectively. The same as in table 3 and table 4.

2.2 不同小麥品種品質(zhì)性狀的多重比較

由表2可見，15個供試小麥品種的類胡蘿卜素含量介于1.25～2.92 mg·kg-1之間，平均值為1.95 mg·kg-1,含量最高的是周麥22，最低的是西農(nóng)979；脂肪氧化酶活性介于105.6～255.2 AU·min-1·g-1之間，平均值為163.3 AU·min-1·g-1，活性最高的是西農(nóng)979，最低的是泛麥5號；白度為68.46～72.81，平均值為70.28,最高的是揚麥13，最低的是鎮(zhèn)麥168；蛋白質(zhì)含量為14.0%～17.3%，平均值為15.1%,最高的是新麥26，最低的是淮麥21；濕面筋含量為34.2%～41.1%，平均值為36.7%,最高的是新麥26，最低的是皖麥48；淀粉含量為62.6%～66.8%，平均值為65.2%,最高的是揚麥13，最低的是新麥26。其中，周麥22的類胡蘿卜素含量顯著高于其他14個品種，西農(nóng)979的脂肪氧化酶活性顯著高于其他14個品種。

2.3 小麥品質(zhì)性狀的環(huán)境差異

由表3可見，不同試點供試小麥品種的類胡蘿卜素含量為1.62～2.56 mg·kg-1，含量最高的是壽縣點，最低的是阜陽點；脂肪氧化酶活性為129.5～189.5 AU·min-1·g-1，最高的是天長點，最低的是阜陽點；白度為61.40～73.91，最高的是阜陽點，最低的是天長點；蛋白質(zhì)含量為14.2%～16.0%，最高的是壽縣點，最低的是阜陽點；濕面筋含量33.3%～41.6%，最高的是壽縣點，最低的是合肥點；淀粉含量為64.2%～66.4%，最高的是阜陽點，最低的是壽縣點。其中，壽縣點小麥類胡蘿卜素含量顯著高于其他三個試點，合肥點、天長點脂肪氧化酶活性顯著高于阜陽點，壽縣、天長點蛋白質(zhì)含量顯著高于其他2試點。說明環(huán)境對小麥類胡蘿卜素含量及其他品質(zhì)性狀有一定影響。

表3 4個試驗點小麥品質(zhì)性狀的比較

Table 3 Comparison of grain traits among four locations

試點Location類胡蘿卜素含量CARcontent/(mg·kg-1)脂肪氧化酶活性LOXactivity/(AU·min-1·g-1)白度Whiteness蛋白質(zhì)含量Proteincontent/%濕面筋含量Wetglutencontent/%淀粉含量Starchcontent/%壽縣Shouxian2.56a154.1ab72.59a16.0a41.6a64.2b阜陽Fuyang1.62d129.5b73.91a14.2b34.5b66.4a合肥Hefei1.96b180.2a73.21a14.8b33.3b65.4ab天長Tianchang1.68c189.5a61.40a15.5a37.3ab64.9ab平均值A(chǔ)verage1.95163.370.2815.136.765.2

2.4 小麥品質(zhì)性狀的年際差異

由表4可見，除濕面筋含量外，其他5個品質(zhì)性狀的年份間差異均達顯著水平。類胡蘿卜素含量、蛋白質(zhì)含量2013-2014年度比2014-2015年度分別高0.5 mg·kg-1和0.1%；脂肪氧化酶活性、白度、淀粉含量2013-2014年度比2014-2015年度分別低24.4 AU·min-1·g-1、4.77和0.3%；濕面筋含量兩年間差異不顯著。說明氣象條件對于小麥不同品質(zhì)性狀有不同程度的影響。因此，在評定小麥品種類胡蘿卜素含量等品質(zhì)性狀時，應對年份間的影響加以重視。

表4 2個年份小麥品質(zhì)性狀的比較

Table 4 Comparison of grain traits between two years

年份Year類胡蘿卜素含量CARcontent/(mg·kg-1)脂肪氧化酶活性LOXactivity/(AU·min-1·g-1)白度Whiteness蛋白質(zhì)含量Proteincontent/%濕面筋含量Wetglutencontent/%淀粉含量Starchcontent/%2013-20142.20a151.1b67.90b15.2a36.7a65.1b2014-20151.70b175.5a72.67a15.1b36.7a65.4a平均值A(chǔ)verage1.95163.370.2815.136.765.2

3 討 論

小麥類胡蘿卜素含量是小麥重要的品質(zhì)性狀之一，培育和篩選高類胡蘿卜素含量的小麥品種對于改善人們的膳食結(jié)構(gòu)具有重要的意義[2]。普通小麥的類胡蘿卜素含量具有較高的遺傳力，并存在廣泛的遺傳變異，有利于篩選高、低類胡蘿卜素的親本資源[12-13]。有性雜交等常規(guī)育種方法是目前提高小麥籽粒類胡蘿卜素含量比較適用的方法之一[14]。小麥類胡蘿卜素含量等品質(zhì)性狀是由基因型和環(huán)境共同決定的[7-10,15]。有研究認為基因型效應大于環(huán)境效應，也有研究認為環(huán)境效應大于基因型效應[16-19]。

在本試驗中，小麥類胡蘿卜素含量等品質(zhì)性狀主要受到基因型和環(huán)境的影響，同時基因型和環(huán)境之間的互作也不可忽視，但是基因型效應和環(huán)境效應均大于兩者的互作效應，這與胡瑞波等[20]的研究結(jié)果相符。被測的6個品質(zhì)性狀的環(huán)境間均方值均大于基因型間均方值。除濕面筋含量以外的其他5個被測品質(zhì)性狀的年份間差異均達顯著水平；除類胡蘿卜素含量以外的5個品質(zhì)性狀的地點×年份互作效應極顯著，類胡蘿卜素含量、脂肪氧化酶活性、白度的基因型×地點互作效應差異達到極顯著水平；蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、淀粉含量的基因型×年份、地點×年份、基因型×地點×年份互作效應差異均達極顯著水平。不同因素對于不同品質(zhì)性狀的效應不同，在進行小麥生產(chǎn)中，應對品種、環(huán)境、年際間變化特點進行綜合考慮。

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Effect of Genotypes and Environments on Wheat Quality in Anhui Province

YAN Li1,WANG Zhizhong1,ZHENG Wenyin1,ZHANG Wenming1,GUO Wenshan2,YAO Danian1,2

(1.College of Agronomy,Anhui Agricultural University/Key Laboratory of Wheat Biology,Genetic and Breeding in Huang-huai Southern Areas,Ministry of Agriculture/Co-Innovation Center for Grain Crops of Anhui Province,Hefei,Anhui 230036,China; 2.Co-Innovation Center for Modern Production Technology in Grain Crops of Jiangsu Province,Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu 225009,China)

For the sake of comprehending the effects of genotypes(G) and environments(E) on cartenoid contents,LOX activity,whiteness,protein content,wet gluten content and starch content in wheat varieties,fifteen wheat varieties were selected as materials to analyze the similarities and differences of kernel carotenoid content and other five quality traits at four experimental sites in Anhui province in 2 consecutive years(Y).The results showed carotenoid content and other five quality traits were significantly different among genotypes based on variances analysis. The carotenoid and protein content were significantly different among environments. The variances of years are significant in tested quality traits(except wet gluten content). The effect of E×Y on LOX activity,whiteness,protein content,wet gluten content and starch content in wheat varieties was significantly different. The variances of G×E are highly significant in carotenoid contents,LOX activities and whiteness,and the effects of G×Y,E×Y,and G×E×Y on protein content,wet gluten content and starch content were all highly significant.

Wheat; Carotenoid; Genotype; Environment; Quality trait

時間：2016-11-04

2016-04-11

2016-05-14

國家自然科學基金項目(31371615);安徽省自然科學基金項目(1608085MC70)

E-mail：yanli7705@163.com

姚大年(E-mail：dnyao@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2016)11-1497-05

網(wǎng)絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161104.0926.026.html