灌漿期澇漬害對弱筋小麥籽粒產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

向永玲，方正武，趙記伍，高德榮，張 曉，王曉玲

(1.長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北荊州 434025；2.江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇揚州 225007)

長江中下游地區(qū)是我國主要的弱筋小麥產(chǎn)業(yè)帶[1-2]，該區(qū)梅雨季節(jié)降雨頻發(fā)，尤其在小麥生育中后期，雨水過多限制了小麥穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)[3]。小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵在于灌漿期，其中70%以上的小麥產(chǎn)量都來源于花后光合產(chǎn)物的積累[4-5]。灌漿過程和籽粒發(fā)育狀況決定小麥籽粒品質(zhì)的好壞[6]。前人關(guān)于小麥對澇漬害的響應(yīng)研究已有大量報道，不同生育期遭遇澇漬害和不同澇漬天數(shù)對小麥的影響差異較大。研究表明，長時間澇漬害會導(dǎo)致田間土壤缺氧，從而抑制植株對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與積累，使小麥生物量大幅降低[7]；于開花前進行澇漬害處理能夠提高小麥植株對開花后澇漬害的抗性，有效緩解開花后澇漬害對小麥的傷害，產(chǎn)量顯著增加[8]；孕穗期遭受澇漬害使小麥生育后期縮短，從而導(dǎo)致籽粒灌漿不飽滿，最終導(dǎo)致小麥減產(chǎn)[9-10]。小麥籽粒品質(zhì)受很多因素的制約，其中水分是影響主要因素之一，它通過影響小麥籽粒儲藏物質(zhì)及其組分的含量改變小麥籽粒品質(zhì)。研究表明，適宜的田間持水量有利于改善小麥產(chǎn)量和籽粒品質(zhì)[11]；澇漬害處理下不同小麥籽粒蛋白質(zhì)和谷蛋白含量均顯著降低[12]；直鏈淀粉含量和支鏈淀粉含量顯著增加[13]。前人關(guān)于澇漬脅迫與小麥產(chǎn)量和品質(zhì)關(guān)系的研究側(cè)重在生理機制方面[3,14]，關(guān)于澇漬害對弱筋小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響報道極少。本試驗擬通過灌漿期人工模擬澇漬害，研究澇漬害對不同弱筋小麥品種產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，為長江中下游地區(qū)弱筋小麥的優(yōu)化栽培與生產(chǎn)提供理論與技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

以揚麥13、揚麥15、揚麥22為試驗材料，由江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗采取裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為灌漿期人工模擬澇漬害(F)和正常水分管理(對照，CK)；副區(qū)為品種，分別為揚麥13、揚麥15、揚麥22。試驗設(shè)置3個重復(fù)，小區(qū)面積22.5 m2。于灌漿期(花后 10 d)進行人工模擬澇漬害，使小麥根系全部沒入水中，澇漬害處理7 d撤水。澇漬區(qū)與對照區(qū)之間留2 m隔離帶，試驗區(qū)域四周設(shè)置保護行。

試驗于2017-2018年在湖北省荊州市長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院實驗基地進行。試驗地有機質(zhì)含量22.3 g·kg-1，速效氮133.6 mg·kg-1，速效磷15.1 mg·kg-1，速效鉀153.6 mg·kg-1，pH 7.6，其他各項田間管理同當(dāng)?shù)匦←湼弋a(chǎn)田。

1.2.2 測定項目與方法

(1)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定：小麥成熟后，每個小區(qū)隨機選取連續(xù)10株進行室內(nèi)考種，考種項目包括有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等；成熟期測定田間實收產(chǎn)量。

(2)品質(zhì)性狀測定：采用瑞典Perten公司生產(chǎn)的DA7200固定光柵連續(xù)光譜近紅外品質(zhì)分析儀測定蛋白質(zhì)含量。

濕面筋含量測定：根據(jù)籽粒硬度將小麥籽粒含水量分別調(diào)整至14%～15%，潤麥18～20 h，參照AACC 26-20方法，用瑞典Buhler的MLU-202型實驗?zāi)シ蹤C磨粉。采用Perten2200型面筋洗滌儀，按GB/T14608-93測定濕面筋含量。

SDS沉淀值測定：SDS沉淀值參照GB/T15685-2011測定，結(jié)果換算成14%濕基條件下的沉淀值。

粉質(zhì)儀參數(shù)測定：用德國Brabender公司生產(chǎn)的電子型粉質(zhì)儀測定面團穩(wěn)定時間、面團形成時間、吸水率等。

吹泡儀參數(shù)測定：采用Chopin公司Alveograph型吹泡儀，按照AACC 54-30A(AACC，1995)方法測定吹泡儀參數(shù)(P值、L值、G值、W值、P/L值)。

溶劑保持力(SRC)測定：按照AACC 56-11(AACC，2000)方法測定4種溶劑保持力(水SRC、碳酸鈉SRC、乳酸SRC和蔗糖SRC)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2000整理數(shù)據(jù)，采用DPS對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌漿期澇漬害對弱筋小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

由表1可知，灌漿期澇漬害處理7 d，3個小麥品種的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均顯著降低(揚麥13的千粒重除外)。從產(chǎn)量構(gòu)成要素來看，揚麥13、揚麥15、揚麥22的有效穗數(shù)分別較對照降低了30.0%、16.5%、23.5%，穗粒數(shù)分別較對照下降了4.7、5.4、8.9粒；揚麥15、揚麥22千粒重分別較對照下降了2.1 g和3.0 g。從產(chǎn)量來看，揚麥22產(chǎn)量降幅最大，達(dá)到了 35.5%。

表1 澇漬害對弱筋小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素及產(chǎn)量的影響Table 1 Effect of waterlogging stress on yield components and yield of weak gluten wheat

2.2 灌漿期澇漬害對弱筋小麥加工品質(zhì)的影響

2.2.1 澇漬害對弱筋小麥蛋白質(zhì)及濕面筋含量的影響

由表2可知，澇漬害7 d后，3個品種的蛋白質(zhì)含量在處理間均無差異；揚麥13顯著高于其他兩個品種。澇漬處理7 d后3個品種的濕面筋含量均有所提高，揚麥13的上升幅度最大，達(dá) 16.25%，與對照差異顯著。揚麥13的面筋指數(shù)在受到澇漬害處理后較對照顯著下降(14.5%)，揚麥15和揚麥22的面筋指數(shù)在澇漬害后雖有下降，但未達(dá)到顯著水平。澇漬處理3個品種的SDS沉淀值較對照均無顯著差異，品種間差異顯著。表明生育后期澇漬害對弱筋小麥蛋白質(zhì)含量、SDS沉淀值影響不大。

表2 澇漬害對弱筋小麥蛋白質(zhì)及濕面筋含量等的影響Table 2 Effect of waterlogging stress on protein and wet gluten content of weak gluten wheat

2.2.2 澇漬害對弱筋小麥吹泡儀參數(shù)的影響

由表3可知，澇漬害處理7 d后，不同品種的吹泡儀參數(shù)表現(xiàn)不同。P值、L值、G值、W值分別代表面團的韌性、面團的延展性、充氣指數(shù)、面粉的烘焙能力或發(fā)酵能量[15]。3個弱筋小麥的P值在處理間均無顯著差異。澇漬害后，揚麥13和揚麥15的L值和W值顯著增加，而揚麥22 的L值和W值顯著下降，揚麥13的G值顯著上升。揚麥13和揚麥15的P/L值較對照顯著下降，揚麥22的顯著上升。整體上看，弱筋小麥面團的韌性P值受澇漬害影響較小，面團的延伸性L值、面團的烘焙能力或發(fā)酵能量W值受影響較大。澇漬害7 d后，揚麥22的吹泡儀參數(shù)整體表現(xiàn)最差。

表3 澇漬害對弱筋小麥吹泡儀參數(shù)的影響Table 3 Effect of waterlogging stress on alveograph parameter of weak gluten wheat

2.2.3 澇漬害對弱筋小麥溶劑保持力(SRC)的影響

由表4可知，3個小麥品種不同溶劑保持力對灌漿期澇漬害的響應(yīng)不同。SRC是評價弱筋小麥品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，這4種SRC(乳酸SRC、碳酸鈉SRC、蔗糖SRC和水SRC)分別反映面筋特性、損傷淀粉含量、戊聚糖含量和面粉的綜合特性[16]。揚麥13、揚麥15和揚麥22的水SRC、碳酸鈉SRC、蔗糖SRC受澇漬害影響均表現(xiàn)為下降趨勢，僅揚麥13的水SRC較對照呈顯著差異。澇漬害后小麥的乳酸SRC較對照無顯著差異，但揚麥13、揚麥15的乳酸SRC有所上升，揚麥22則表現(xiàn)相反。從整體看，澇漬害7 d對小麥的溶劑保持力影響較小。

表4 澇漬害對弱筋小麥溶劑保持力的影響Table 4 Effect of waterlogging stress on SRC of weak gluten wheat %

2.2.4 澇漬害對弱筋小麥粉質(zhì)儀參數(shù)的影響

澇漬害后，3個小麥品種的吸水率、面團形成時間、面團穩(wěn)定時間、粉質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對照之間均無顯著差異(表5)。3個品種的吸水率在澇漬處理后有所下降，但差異不顯著。綜合來看，澇漬害7 d對弱筋小麥粉質(zhì)儀參數(shù)影響不顯著。

表5 澇漬害對弱筋小麥粉質(zhì)儀參數(shù)的影響Table 5 Effect of waterlogging stress on farinograph parameters of weak gluten wheat

3 討 論

3.1 澇漬害對弱筋小麥產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

澇漬害是制約小麥高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的主要自然災(zāi)害之一[17]。前人研究表明，小麥生育中后期澇漬害導(dǎo)致土壤缺氧，首先影響的是小麥根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和運輸，從而使產(chǎn)量構(gòu)成要素千粒重和穗粒數(shù)顯著降低，最終導(dǎo)致減產(chǎn)[18-19]。灌漿期澇漬害降低葉片光合能力，導(dǎo)致冠層葉片光合產(chǎn)物的積累量減少，直接導(dǎo)致籽粒灌漿不足，有效穗數(shù)顯著降低，無效穗數(shù)顯著上升[20-22]。本試驗發(fā)現(xiàn)，在灌漿期重度澇漬害7 d后，3個弱筋小麥品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成要素均顯著或不顯著下降，與前人研究結(jié)果基本一致。

3.2 澇漬害對弱筋小麥主要品質(zhì)指標(biāo)的影響

小麥籽粒軟質(zhì)、延伸性好、蛋白質(zhì)含量低、面筋強度弱是優(yōu)質(zhì)弱筋小麥的主要特點[23]。目前，我國弱筋小麥由于受到多因素的限制，弱筋品質(zhì)逐年下降[24]。姜東燕等研究表明，重度水分脅迫導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量增加[25]。本試驗人工模擬澇漬害處理7 d，發(fā)現(xiàn)3個弱筋小麥品種的蛋白質(zhì)含量在處理間無顯著差異，說明澇漬害處理7 d對弱筋小麥的蛋白質(zhì)含量影響較小。前人對小麥品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析表明，在所有品質(zhì)性狀中，吸水率受環(huán)境因素影響最小[26]，也有研究表明，田間持水量過多會降低小麥吸水率，同時縮短面團形成時間和穩(wěn)定時間[27]。本試驗澇漬害7 d后3個弱筋小麥品種的吸水率、面團形成時間和穩(wěn)定時間在處理間均無顯著差異，這些結(jié)果的不同可能是生態(tài)條件和供試品種不同所致。灌漿期澇漬害7 d對3個弱筋小麥品種粉質(zhì)儀參數(shù)無顯著影響，其面團形成時間和面團穩(wěn)定時間均達(dá)到國家弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)(≤2.0 min，≤2.5 min)。澇漬害7 d對面團的吹泡儀參數(shù)P值影響較小，揚麥13和揚麥15的面團延伸性L值和面團的烘焙能力W值在澇漬害7 d后均顯著提升，揚麥22的變化趨勢與之相反，由此可見，同是弱筋小麥品種，品種本身的遺傳特性不同，不同小麥品種的品質(zhì)性狀差異較大[28-29]。溶劑保持力SRC是評價弱筋小麥最理想的品質(zhì)指標(biāo)之一，其能反映更多的面粉理化特性[30]。本研究結(jié)果表明，揚麥13的水SRC受澇漬害后顯著下降，4種溶劑保持力中僅乳酸SRC達(dá)到國家弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)(≥87%)。

綜上，澇漬害對弱筋小麥產(chǎn)量有顯著影響，對品質(zhì)的影響因品種和被測指標(biāo)而異，3個弱筋小麥品種籽粒品質(zhì)受基因型的影響大于澇漬害。小麥品質(zhì)指標(biāo)較多，且受到環(huán)境因素、基因型、耕作制度等不同因素的影響。本試驗僅設(shè)置一個長達(dá)7 d的重度澇漬害處理，后期將用更多的小麥品種進行不同澇漬害時長處理，并從基因型、耕作制度方面著手，更系統(tǒng)地研究澇漬害對小麥品質(zhì)指標(biāo)等的影響。