小麥耐熱性鑒定和熱處理對(duì)品質(zhì)的影響

131313 13 高振賢13 何明琦13

(1.石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院， 河北 石家莊 050041； 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 河北 保定 071001；3.河北省小麥工程技術(shù)研究中心， 石家莊 050041)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)的主要糧食作物之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。小麥生育期長(zhǎng)，經(jīng)常遭遇非生物脅迫，其中干熱風(fēng)是黃淮麥區(qū)經(jīng)常發(fā)生的災(zāi)害性天氣，其中>30 ℃的高溫條件是誘發(fā)干熱風(fēng)的主要因素，實(shí)質(zhì)上主要就是高溫脅迫[1]，干熱風(fēng)嚴(yán)重影響了小麥的正常灌漿，從而造成籽粒品質(zhì)變劣及產(chǎn)量降低[2]。肖世和[3]指出，用熱感指數(shù)反映品種對(duì)后期熱脅迫的敏感程度，利用千粒重?zé)岣兄笖?shù)可鑒定出后期耐熱性較好的基因型。高溫脅迫對(duì)小麥的危害主要表現(xiàn)在光合作用效率的降低，呼吸作用增強(qiáng)，干物質(zhì)積累減少，進(jìn)而影響到植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，生殖器官的建成和籽粒灌漿。促使小麥灌漿期縮短，千粒重下降，嚴(yán)重的地區(qū)和年份減產(chǎn)可達(dá)10%～20%[4-6]。小麥品質(zhì)主要受籽粒蛋白質(zhì)含量和淀粉含量的影響，高溫脅迫會(huì)影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)。因此研究高溫脅迫下小麥品種的耐熱性及小麥籽粒品質(zhì)的變化及其遺傳改良具有理論指導(dǎo)意義。 董建力等[7]認(rèn)為，在小麥灌漿后期采用人工升溫的方法鑒定小麥的耐熱性，操作簡(jiǎn)便易行、成本低，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，是選擇抗熱、高產(chǎn)小麥材料行之有效的方法。近年來，小麥灌漿中后期的熱害脅迫越來越嚴(yán)重。在熱逆境下千粒重較穩(wěn)定的品種可能具有較強(qiáng)的耐熱性，熱感指數(shù)反映作物性狀對(duì)熱逆境的敏感性[8-9]，傅曉藝[10]利用千粒重和產(chǎn)量熱感指數(shù)鑒定了北部冬麥區(qū)和黃淮冬麥區(qū)的部分品種。韓利明[11]在小麥開花后利用塑料棚熱脅迫和自然生長(zhǎng)處理鑒定小麥的抗熱性表明，千粒重可作為抗熱性篩選的簡(jiǎn)易指標(biāo)，熱處理下蛋白質(zhì)含量和籽粒硬度增加。 日趨變暖的氣候條件說明小麥耐熱育種的研究亟待加強(qiáng)[12]，本試驗(yàn)采用塑料大棚升溫方法模擬干熱風(fēng)條件，分析高溫脅迫和自然生長(zhǎng)環(huán)境下參試品種的產(chǎn)量、千粒重和主要品質(zhì)性狀的變化，為小麥耐熱性育種提供新種質(zhì)，為加快培育抗熱性品種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用河北、山東、山西省的13份代表性主栽品種(表1)，2013年10月10日在石家莊辛集市馬蘭農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行人工種植，基本苗300萬(wàn)·hm-2，6行區(qū)，行長(zhǎng)2.1 m，行距15 cm。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)處理與文獻(xiàn)[10]相同。

表2 13份小麥材料依產(chǎn)量和千粒重?zé)岣兄笖?shù)、抗逆系數(shù)的分類

品種 TKW/g產(chǎn)量/(t·hm-2)熱處理對(duì)照熱處理對(duì)照STKWSyield分類STKW/SyieldACTKW/%AITKW/%分類堯麥1637.240.010.913.10.81.2R/S93.085.8LR滄麥02843.248.610.312.11.21.1S/S88.895.1MR衡13635.540.311.313.01.31.0S/S88.177.5S金禾912348.052.110.012.50.81.5R/S92.2109.8HR晉麥4743.246.611.612.10.80.3R/R92.799.4MR輪選10339.244.711.212.21.40.6S/R87.685.1LR石418535.838.810.111.11.10.7S/R92.382.0LR石麥1939.243.510.712.91.11.3S/S90.287.8LR石麥2239.343.011.212.91.31.0S/S91.489.1LR石優(yōu)2038.641.011.112.00.60.6R/R94.190.2MR泰山536645.748.611.412.60.60.7R/R94.1106.7HR邢麥6號(hào)40.643.09.612.61.11.8S/S94.495.1MR邢麥7號(hào)38.642.010.712.40.91.0R/S91.987.9LR

注：R為抗；S為感；LR為低抗；MR為中抗；HR為高抗；Syield為產(chǎn)量熱感指數(shù)；STKW為千粒重?zé)岣兄笖?shù)；ACTKW為千粒重抗逆系數(shù)；AITKW

為千粒重抗逆指數(shù)。

1.3 產(chǎn)量調(diào)查

全區(qū)收獲后晾干稱重、測(cè)定千粒重和容重。

1.4 品質(zhì)分析方法

利用近紅外儀(Perten DA 7200，瑞典)檢測(cè)籽粒蛋白質(zhì)含量、沉降值、延展性、吸水率、濕面筋含量和硬度指標(biāo)。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

熱感指數(shù)、抗逆系數(shù)和抗逆指數(shù)按照文獻(xiàn)[10]計(jì)算。品質(zhì)分析采用DPS V 7.05分析軟件(浙江)進(jìn)行。

表1 參試品種代號(hào)和系譜

編號(hào)品名 來源系譜 1堯麥16山西晉麥54/北農(nóng)8號(hào) 2滄麥028 河北98(083)/滄核030 3衡136 河北衡4119/石家莊1號(hào) 4金禾91233河北石4185/92R137 5晉麥47 山西12057×(旱522×K37-20)6輪選103河北石麥12/石家莊8號(hào) 7石4185河北太谷核不育聚合雜交 8石麥19 河北石4185//(煙輻188/臨8014)F2 9石麥22 河北臨8014/冀麥38//石4185 10石優(yōu)20 河北冀935-352/濟(jì)南17 11泰山5366 山東不詳12邢麥6號(hào) 河北冀麥36/邯617213邢麥7號(hào)河北邢935031/高優(yōu)503

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量和千粒重分析

對(duì)參試材料進(jìn)行產(chǎn)量熱感指數(shù)分析，晉麥47、輪選103、石4185、石優(yōu)20、泰山5366的熱感指數(shù)在0.3～0.7之間，其中晉麥47的熱感指數(shù)最低(為0.3，表2)，這些品種為產(chǎn)量抗熱性品種，正常環(huán)境下產(chǎn)量最高的是堯麥16(13.1 t·hm-2)，熱處理環(huán)境中產(chǎn)量最高的是晉麥47(11.6 t·hm-2)。堯麥16、滄麥028、衡136、金禾9123、石麥19、石麥22、邢麥6和邢麥7的熱感指數(shù)在1.0～1.8之間，這幾份材料為產(chǎn)量熱敏感性品種(表2)，其中邢麥6號(hào)的熱感指數(shù)最高(為1.8)。

對(duì)參試材料進(jìn)行千粒重?zé)岣兄笖?shù)分析，滄麥028、衡136、輪選103、石4185、石麥19、石麥22和邢麥6號(hào)的千粒重?zé)岣兄笖?shù)在1.1～1.4之間，這幾份材料為千粒重?zé)崦舾行云贩N(表2)。堯麥16、金禾9123、晉麥47、石優(yōu)20、泰山5366和邢麥7的千粒重?zé)岣兄笖?shù)在0.6～0.9之間，這幾份材料的抗熱性較好。

高溫脅迫使千粒重降低。鑒定的品種(系)中，金禾9123和泰山5366的耐熱性最高，抗逆指數(shù)分別為109.38%和106.7%，抗逆系數(shù)也較高，均達(dá)到92%以上，2個(gè)品種在高溫處理和正常環(huán)境中的千粒重都很高(>45.0 g)；滄麥028、晉麥47、石優(yōu)20和邢麥6號(hào)共4個(gè)品種中等耐高溫，抗逆指數(shù)在90.2%～99.4%之間，抗逆系數(shù)均在88%以上，其中晉麥47的抗熱指數(shù)為99.4%，屬中高抗熱性的小麥品種。堯麥16、輪選103、石4185、石麥19、石麥22和邢麥7號(hào)干熱風(fēng)抗性較低，抗逆指數(shù)在82.0～89.1%之間，石麥22的抗逆系數(shù)達(dá)91.4%，但抗逆指數(shù)稍低；衡136對(duì)高溫反應(yīng)敏感，抗逆指數(shù)為77.5%(表2)。

綜合產(chǎn)量和千粒重分析可知，晉麥47、石優(yōu)20、泰山5366和金禾9123抗熱性好；石麥22和石4185的產(chǎn)量在正常和熱處理環(huán)境中差異不大，抗熱性較好；衡136的產(chǎn)量和千粒重在正常環(huán)境下較高，但在熱處理下產(chǎn)量和千粒重較低，抗熱性較差。

表3 13個(gè)品種在2種處理環(huán)境中品質(zhì)性狀比較結(jié)果

性狀處理堯麥16石麥19邢麥6石4185邢麥7衡136滄麥028石麥22泰山5366晉麥47石優(yōu)20輪選103金禾9123濕面筋熱處理28.9A30.2a32.7A32.7A31.8a29.1a31.3A30.1A30.8A33.4a30.3a31.2a30.8a自然生長(zhǎng)26.0B29.0b30.9B31.2B31.6a27.9a29.4B28.4B29.3B32.6a29.2b30.8a29.4b蛋白質(zhì)熱處理12.7A13.2a14.3A14.4a13.9a12.5a13.4A13.1a13.2a14.4a13.1a13.5a13.7a自然生長(zhǎng)11.5B12.5b13.4B13.9a13.8a11.9b12.6B12.5b12.8a14.1a12.7a13.3a13.1b硬度熱處理71.2a73.7a71.1a70.0a72.7a85.8a73.0a76.8a80.0a74.3a77.3a76.0a71.8a自然生長(zhǎng)63.2a72.5a68.7a67.2a69.3a75.5b72.6a71.7a76.5a72.2a76.5a75.2a67.3a沉降值熱處理33.1a38.8a32.5a47.4a37.1a46.2a31.2a46.1a38.4a41.3a42.3a38.1a45.2a自然生長(zhǎng)24.8a34.2a31.9a38.2a33.8a30.3a29.4a40.1a36.8a36.9a34.2a36.8a32.5a吸水率熱處理62.3A63.4a62.6a61.4a64.1a66.3a63.3a63.3a65.2a63.6a63.9a64.6a62.2a自然生長(zhǎng)58.1B62.8a62.2a60.5a63.8a64.6a62.6a60.7a63.9a63.3a63.3a64.1a60.3a延展性熱處理144.0A136.5a148.0a158.5a151.5a140.5a141.0a152.5a146.0a164.5a135.5a152.5a155.0a自然生長(zhǎng)135.0B135.0a145.5a155.0a147.5a137.5a138.5a147.5a144.5a164.5a132.5a150.0a149.0b

注：品種編號(hào)與表1相同；同列內(nèi)標(biāo)以不同字母(小寫、大寫)的值表示(5%、1%)水平上差異顯著。

2.2 品質(zhì)分析

將兩種環(huán)境處理下的13個(gè)品種用DA 7200近紅外分析儀進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)(表4)，結(jié)果表明，灌漿期高溫處理下大部分品種的硬度增加，但差異不顯著，只有衡136的硬度差異顯著，堯麥16的濕面筋、蛋白質(zhì)、吸水率和延展性的差異極顯著。堯麥16、石麥19、邢麥6、滄麥028、石麥22和金禾9123的濕面筋和蛋白質(zhì)差異顯著。邢麥7、晉麥47和輪選103的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)均沒有顯著性差異。

3 討 論

利用千粒重和產(chǎn)量熱感指數(shù)鑒定了河北、山東和山西省的13個(gè)小麥品種，鑒定結(jié)果為晉麥47、輪選103、石4185、石優(yōu)20、泰山5366的熱感指數(shù)在0.3～0.7之間，其中晉麥47的熱感指數(shù)最低(為0.3，表2)，這些品種為產(chǎn)量抗熱性品種；石麥22和石4185的產(chǎn)量在正常和熱處理環(huán)境中差異不大，抗熱性較好；衡136的產(chǎn)量和千粒重在正常環(huán)境下較高，但在熱處理下產(chǎn)量和千粒重較低，抗熱性較差。堯麥16、金禾9123、晉麥47、石優(yōu)20、泰山5366和邢麥7的千粒重?zé)岣兄笖?shù)在0.6～0.9之間，這幾份材料屬于千粒重抗熱性較好品種。

不同品種的產(chǎn)量和千粒重?zé)崦舾行悦黠@不同，這與前人研究結(jié)果一致[14-17]。在抗熱性品種選育中，千粒重可以作為鑒定小麥抗熱性強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)，此方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性高?？梢员苊庖蚱渌藶橐蛩卦斐傻漠a(chǎn)量結(jié)果不可靠，從而給試驗(yàn)結(jié)果造成誤差。灌漿期高溫處理使小麥生理活動(dòng)受到抑制，主要通過影響粒重即籽粒灌漿速率來影響產(chǎn)量。金禾9123的千粒重在2種環(huán)境下相對(duì)穩(wěn)定，而產(chǎn)量差異較大，但綜合考慮其應(yīng)是一個(gè)抗干熱風(fēng)品種，因?yàn)榇似贩N千粒重高，庫(kù)容量大，黃淮南片麥區(qū)灌漿時(shí)間長(zhǎng)，金禾9123在南片發(fā)揮了千粒重高的優(yōu)勢(shì)，這也是金禾9123已通過黃淮南片審定并在黃淮南片大面積推廣的主要原因。堯麥16在常規(guī)處理下產(chǎn)量較高，而在高溫處理下產(chǎn)量有所下降，鑒定為抗熱性稍差品種，所以堯麥16適宜在氣候條件適宜，干熱風(fēng)很少發(fā)生的地區(qū)種植。石麥22是河北省主推的一個(gè)節(jié)水、抗旱性小麥品種，現(xiàn)作為河北省小麥節(jié)水區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種，旗葉較短小，根系發(fā)達(dá)，它特有的與節(jié)水相關(guān)的農(nóng)藝性狀與耐熱性也有一定的關(guān)聯(lián)，這可能也是石麥22在熱處理下產(chǎn)量相對(duì)較高的原因。

邢麥7、晉麥47和輪選103的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)均沒有顯著性差異，這可能是這幾個(gè)品種在高溫脅迫下，生理生化變化過程與其它品種不同，要想深入挖掘所研究對(duì)象的高溫脅迫機(jī)理，應(yīng)運(yùn)用生理、生化及分子機(jī)制對(duì)其品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。高溫脅迫處理下，籽粒硬度增加，并能顯著增加大部分小麥品種的蛋白質(zhì)相對(duì)含量，這與前人[18-19]研究結(jié)果一致。目前，小麥耐熱性的機(jī)理已經(jīng)取得一定進(jìn)展，但還不是很明晰，目前利用生產(chǎn)上經(jīng)過鑒定的耐熱種質(zhì)資源培育耐熱性小麥新品種和通過栽培管理措施躲避干熱風(fēng)的危害是最有效的措施。