氣候因素對小麥品質(zhì)影響研究進展

張心如

小麥是我國第二大糧食作物，是重要的口糧作物之一。近年來，隨著經(jīng)濟社會水平的不斷發(fā)展，人民生活水平日益改善，對小麥品質(zhì)需求也逐步提高，優(yōu)質(zhì)化是未來小麥發(fā)展的必然趨勢，因此小麥品質(zhì)的研究顯得尤為重要。

小麥品質(zhì)受遺傳、氣候、土壤、耕作制度、栽培措施等因素影響。影響小麥品質(zhì)的因子之中，氣候的影響最大，尤以溫度和水分最為重要。光、溫、水等氣候因素有節(jié)律的變化，為小麥的光合作用提供能量源泉和必要條件，同時也影響和制約著小麥的品質(zhì)。氣候不同，導致同一品種在不同區(qū)域種植，產(chǎn)出的小麥品質(zhì)有很大差異。

一、小麥品質(zhì)的涵義

小麥品質(zhì)是眾多因素構成的綜合概念，也是依其用途而改變的相對概念。小麥品質(zhì)是指對特定用途產(chǎn)品的適宜程度，包括形態(tài)品質(zhì)、加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)等3個方面。我國小麥品質(zhì)研究從開始至今，研究方向從主要集中改進面筋質(zhì)量及面制品的色澤，逐步發(fā)展為集中于小麥營養(yǎng)品質(zhì)分析。小麥品質(zhì)的評價標準應以籽粒、面粉、面團以及最終制品的物理、化學和營養(yǎng)性質(zhì)的客觀測定結果為依據(jù)。

1、形態(tài)品質(zhì)

形態(tài)品質(zhì)主要包括籽粒形態(tài)、整齊度、飽滿度、粒色和胚乳質(zhì)地等。子粒形狀有長圓形、卵圓形、橢圓形和圓形等，其中圓形和卵圓形子粒的表面積小，容重高，出粉率高。整齊度是指小麥子粒大小和形狀的一致性，同樣形狀和大小的子粒占總量90%以上的為整齊，一般子粒整齊度好的出粉率較高。飽滿度一般用腹溝深淺、容重和千粒重來衡量，腹溝淺，容重和千粒重高的小麥籽粒飽滿，出粉率也較高。一般子粒的顏色主要分為紅、白兩種，還有琥珀色、黃色、紅黃色等過渡色。胚乳質(zhì)地決定角質(zhì)率，角質(zhì)率是區(qū)分硬質(zhì)小麥、硬粒小麥和軟質(zhì)小麥的重要指標。

2、加工品質(zhì)

加工品質(zhì)指的是小麥籽粒和面粉對制粉和不同面食制品的適合性，包括一次加工品質(zhì)和二次加工品質(zhì)。一次加工品質(zhì)是指小麥的磨粉品質(zhì)，如出粉率，灰分含量，面粉色澤等，這些性狀與小麥籽粒大小、飽滿度、顏色、角質(zhì)率和硬度等有關。二次加工品質(zhì)也稱食用品質(zhì)，指面粉加工各類面食的適應性，根據(jù)用途一般將小麥分成三種類型：第一類是用以制作面包或配粉用的強筋小麥;第二類是用以制作面條、餃子、饅頭等的中筋小麥，第三類是用以制作餅干、蛋糕等的弱筋小麥。

3、營養(yǎng)品質(zhì)

營養(yǎng)品質(zhì)指小麥籽粒中含有的人體所需要的各種營養(yǎng)成分，主要包括籽粒和面粉中蛋白質(zhì)含量、蛋白質(zhì)品質(zhì)、淀粉、淀粉酶活性、脂肪酸值、粗纖維和灰分等，其中干濕面筋含量的多少以及面筋的理化性質(zhì)等生物價值的高低是衡量營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標。小麥中的蛋白質(zhì)可分為清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麥谷蛋白，其中麥醇溶蛋白和麥谷蛋白是影響小麥加工品質(zhì)的最主要蛋白;淀粉又可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，兩者的比例是評斷小麥營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標。

二、氣候因素對小麥品質(zhì)的影響

1、溫度

溫度是通過影響小麥生化反應及對營養(yǎng)面積的吸收強度影響小麥籽粒品質(zhì)的。通過前人多年的研究表明溫度與蛋白質(zhì)之間存在一定的關聯(lián)性。研究發(fā)現(xiàn)在小麥不同生長階段，在適宜溫度范圍內(nèi)，溫度和蛋白質(zhì)之間有正相關性，但是溫度過高或過低對蛋白質(zhì)的含量和質(zhì)量均有不同影響。

小麥生長發(fā)育期間，溫度的變化會對籽粒的蛋白質(zhì)含量有不同的影響。小麥發(fā)育初期，閻潤濤發(fā)現(xiàn)，因為高溫有利于根系對氮素的吸收，春季地溫在8～20℃，每升高1℃，籽粒蛋白含量平均增加0.4個百分點。小麥開花、灌漿至成熟期間，是籽粒品質(zhì)形成的關鍵時期，也是溫度影響籽粒蛋白質(zhì)含量的重要階段。多數(shù)研究表明，特別是在小麥生育的中后期，隨著氣溫升高，籽粒中的蛋白質(zhì)含量明顯提高。田繼春發(fā)現(xiàn)高溫遞增，對籽粒碳水化合物積累的影響大于對蛋白質(zhì)積累的影響，因為開花至成熟期間晝夜溫差較大，有利于碳水化合物在籽粒中積累，相對地不利于蛋白質(zhì)提高，但是籽粒灌漿期間，在適宜的溫度范圍內(nèi)，高溫能促進含氮物質(zhì)的大量積累，因而蛋白質(zhì)的合成速度大于淀粉的合成速度，有利于蛋白質(zhì)積累，改善小麥品質(zhì)。加拿大Campbell發(fā)現(xiàn)，在控制環(huán)境的情況下，當溫度升高，蛋白質(zhì)含量提高了4%。英國的Blanche等綜合17年的資料認為在冬小麥灌漿的早期，17年中的氣溫平均上升1℃，籽粒的蛋白含量提高0.07%。崔讀昌和李宗智研究發(fā)現(xiàn)，年均氣溫較常年升高1℃，蛋白質(zhì)含量提高0.286%，沉降值增加0.55ml;抽穗至成熟期間，日平均氣溫每升高1℃，蛋白質(zhì)含量提高0.4352%。通過分析小麥生態(tài)試驗的籽粒樣品，發(fā)現(xiàn)抽穗至成熟期間的日均氣溫與賴氨酸及濕面筋的含量均呈現(xiàn)正相關。Taylor等研究表明，冬小麥灌漿早期的氣溫與蛋白質(zhì)含量呈正相關。Fowler和劉淑貞都得到了類似的結論。國外研究表明，在25～32℃范圍內(nèi)，增加溫度，小麥的蛋白質(zhì)含量提高。我國秦武發(fā)發(fā)現(xiàn)，小麥開花至成熟階段，在15～30℃內(nèi)，溫度和籽粒中氮、磷濃度以及蛋白質(zhì)含量成正比。趙輝等研究發(fā)現(xiàn)，日平均氣溫28℃的處理比日平均氣溫20℃的處理提高了地上部營養(yǎng)器官中游離氨基酸含量及籽粒清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量，降低了灌漿后期籽粒游離氨基酸含量和谷蛋白含量。Smika和Pruoar研究發(fā)現(xiàn)，直接影響蛋白質(zhì)含量的溫度是成熟前15～20天的土壤溫度和日最高氣溫，最高氣溫在32℃以下，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量與溫度呈正相關;當最高氣溫在32℃以上，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量與溫度呈負相關。Peltonen J等研究發(fā)現(xiàn)，最低氣溫與蛋白質(zhì)之間也存在關聯(lián)性，即最低氣溫越低，蛋白質(zhì)含量越高。汪永欽等研究表明，開花至成熟期間的氣溫日較差是影響小麥蛋白質(zhì)含量的重要因素，氣溫日較差大，有利于蛋白質(zhì)的合成和積累。

小麥生長發(fā)育期間，溫度的變化會對籽粒的蛋白質(zhì)質(zhì)量有不同的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，小麥灌漿期面筋形成的最適宜日均溫度是15～17℃。Stone和Nicolas等的研究發(fā)現(xiàn)，開花后40℃高溫脅迫下3天，小麥品質(zhì)就會變劣。劉萍研究發(fā)現(xiàn)，40℃高溫脅迫下，會使弱筋小麥和中筋小麥的淀粉粒受到傷害，但對中筋小麥的影響更大。Irmak和Don 等大量研究發(fā)現(xiàn)，當灌漿期遇到大于30℃條件形成高溫脅迫時，醇溶蛋白和不溶性谷蛋白聚合體相對含量均增加，但增加幅度不同，導致2種蛋白比例變化，使面團強度大幅度下降。在高溫脅迫條件下高分子麥谷蛋白亞基5+10較2+12亞基耐熱性好，品質(zhì)較為穩(wěn)定。研究表明，高溫脅迫使小麥灌漿期縮短，籽粒干癟，降低了籽粒中淀粉和蛋白質(zhì)的總體產(chǎn)量，但對淀粉降低幅度大于蛋白質(zhì)，致使蛋白質(zhì)相對含量提高。高溫脅迫對小麥品質(zhì)的影響不僅取決于品種間的抗（耐）熱能力差異，很大程度上還取決于灌漿期不同階段所遇到的溫度條件。吳東兵等研究分析表明，因為西藏的日平均氣溫較低，導致西藏小麥品種的品質(zhì)性狀參數(shù)低于北京品種。Panozzo J、F等研究結果表明，開花后前14天溫度高于30℃，提高醇溶蛋白比例，麥谷蛋白有較小范圍的減少，面團最大阻力、形成時間等的提高與該溫度指標有關。Smika發(fā)現(xiàn)，面包烘烤品質(zhì)不良與收獲前15天32℃以上高溫有關，但揉面時間長的品種比短的品種對這種不良生態(tài)條件的抗性強，且通過育種可以提高這種抗性。抽穗至成熟期間日平均氣溫是影響小麥品質(zhì)的重要因素，灌漿期低溫有利于小麥品質(zhì)性狀的綜合提高。研究發(fā)現(xiàn)，籽粒形成期間的氣溫，顯著影響面包烘烤品質(zhì)，尤其是面團強度及面包體積和評分。

2、水分

水分是影響小麥品質(zhì)的重要因素。小麥的需水特性屬于中等水分偏多型，喜干燥忌過濕。國內(nèi)外研究一致認為降雨量與小麥品質(zhì)呈負相關，即隨著降水量增加，小麥蛋白質(zhì)含量有降低趨勢，而干旱的環(huán)境有利于土壤中氮素的積累，從而對于籽粒蛋白質(zhì)的形成有利。

Taylor、Hopkins等研究發(fā)現(xiàn)，過多的降水會使面筋的彈性降低，致使面包的烘烤品質(zhì)變劣，分析得到降水使有效分蘗率和產(chǎn)量提高，使植株體內(nèi)的氮能轉(zhuǎn)送到更多的穗中，因而產(chǎn)生了氮稀釋現(xiàn)象。加拿大Allan研究表明，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)含量剩余變異的34%是由于降雨的變化而引起的，主要原因是降雨使根系活力降低，對土壤有效氮的淋溶或反硝化作用，從而減少了籽粒蛋白質(zhì)的合成。Smika等研究指出，小麥成熟前40～55天的15天內(nèi)，降水量與蛋白質(zhì)含量呈顯著負相關;在干旱少雨的條件下，降水可增加小麥蛋白質(zhì)含量。Campbell、Bayfield、Hopkins等研究指出，降雨量及其分布和濕度對蛋白質(zhì)的影響更大些。國外的多數(shù)研究結果發(fā)現(xiàn)，在小麥開花、蠟熟階段，給予水分脅迫處理，可以明顯的提高小麥面粉的蛋白質(zhì)含量。Sosulsk研究發(fā)現(xiàn)，增加水分脅迫程度會顯著提高蛋白質(zhì)含量。Dubetz等認為，小麥抽穗時適當干旱可使蛋白質(zhì)含量增加。Oztuik等研究表明，持續(xù)水分脅迫的實驗組的冬小麥籽粒蛋白質(zhì)含量比完全灌溉的對照組增加18.1%，濕面筋含量增加21.9%。但是，Benzian、Partrig等發(fā)現(xiàn)水分脅迫對蛋白質(zhì)含量無顯著影響。

國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，小麥生育期間降水量少于300mm，蛋白質(zhì)含量一般在13%以上，降水量在600mm左右，蛋白質(zhì)含量一般在10%左右，有的地區(qū)降水量并不多，其蛋白質(zhì)含量卻較低，這和當?shù)氐耐寥蕾|(zhì)地，肥力水平有相當大的關系。陳光斗通過研究陜西省小麥品質(zhì)與生態(tài)條件的關系，當小麥生育期降水量超過400mm，小麥品質(zhì)趨于下降。降水對小麥品質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在籽粒灌漿期間，此時若降水過多，則使籽粒蛋白質(zhì)含量降低。冬前降水和開花期降水與小麥蛋白質(zhì)含量呈負相關，土壤質(zhì)地由砂變粘，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量先升后降。研究發(fā)現(xiàn)，小麥生長后期特別是拔節(jié)至成熟或抽穗至成熟或灌漿至乳熟期間的降雨量，與小麥籽粒蛋白質(zhì)含量呈負相關。也有研究發(fā)現(xiàn)，在小麥抽穗至乳熟開始期間，降水多，土壤濕度過大，會使蛋白質(zhì)、面筋含量、面筋的彈性降低，其主要原因是降水可使根系活力降低，造成土壤中NO-3下降，阻礙蛋白質(zhì)的合成;但降水水過少時，產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量同樣會降低。陳光斗、王紹中、靳華芬等也發(fā)現(xiàn)，小麥抽穗以后，降雨量增多，可降低籽粒蛋白質(zhì)含量;同時，還可降低面筋彈性，增加張力，影響烘烤品質(zhì)等。收獲前后，較多的降雨和較高的濕度對蛋白質(zhì)含量和硬度有較大的負向影響，降雨還可能引起穗發(fā)芽，導致品質(zhì)下降。在灌漿至成熟期間，若多陰雨天，則易染病，影響灌漿，從而影響品質(zhì)。

3、光照

在其它措施一定時，氣候條件特別是溫光條件對小麥品質(zhì)有重要影響。光照與小麥品質(zhì)方面研究報道甚多，而且結論不甚一致。

有研究表明，較充足的光照有利于蛋白質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量的提高。Kontturi研究發(fā)現(xiàn)，小麥從出苗到抽穗期，光輻射強度越大，蛋白含量增加越多。挪威Fredrik研究發(fā)現(xiàn)，延長抽穗至乳熟期的日照時數(shù)，長日照處理的小麥蛋白質(zhì)含量平均值明顯高于短日照處理。張增敏等研究發(fā)現(xiàn)，北方13個省區(qū)小麥全生育期平均日照總時數(shù)高于南部12省，北方比南方小麥蛋白質(zhì)含量高2.05%，由此說明長日照對小麥籽粒蛋白質(zhì)形成和積累是有利的。

有研究表明，光照強度與小麥籽粒蛋白質(zhì)含量呈負相關。前人研究發(fā)現(xiàn)，小麥生長期間低光照強度有增加蛋白質(zhì)含量的作用。我國的小麥生態(tài)研究認為，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量與日照時數(shù)之間表現(xiàn)負相關。曹廣才等研究表明，開花至成熟期總?cè)照諘r數(shù)與蛋白質(zhì)含量呈負相關。孫彥坤等研究表明，春小麥蛋白質(zhì)含量隨光照強度的增大而下降。張懷剛研究表明，青海高原比平原地區(qū)太陽輻射和日照時數(shù)高，但蛋白質(zhì)含量卻比平原地區(qū)低，這可能是由于小麥灌漿期間，光照充足，白天氣溫適中，促進光合作用;晝夜溫差大，有利于光合產(chǎn)物的積累，從而獲得高的籽粒產(chǎn)量，但卻造成籽粒蛋白質(zhì)含量與質(zhì)量降低，品質(zhì)較差。

有研究發(fā)現(xiàn)，在小麥的整個生育期中，在不同時期的光照對籽粒蛋白質(zhì)形成的影響不同。小麥抽穗到成熟期總?cè)照諘r數(shù)與籽粒蛋白質(zhì)、賴氨酸及面筋含量均呈負相關，日照減少有利于提高其籽粒蛋白質(zhì)含量;在灌漿中后期，光輻射強度與籽粒含氮量呈負相關;在小麥播種至生理拔節(jié)期，長日照有利于籽粒蛋白質(zhì)含量的提高;而在開花至成熟期，則隨著日照時數(shù)的減少，蛋白質(zhì)含量增加。英國Blanche和Benzian等研究發(fā)現(xiàn)，出苗至抽穗期間提高輻射強度能提高蛋白質(zhì)含量，延長抽穗光周期可明顯提高籽粒蛋白質(zhì)含量;在灌漿期8周內(nèi)的第3～6周或第4～7周，光輻射強度與籽粒的含氮量呈負相關，但是當光照不足時，光合速率降低，光合產(chǎn)量下降，籽粒中碳水化合物積累減少、灌漿不充分，籽粒中氮積累增加，蛋白質(zhì)含量也增加。Partridge、Spiertz和Sofield等也都得到類似的結論。崔讀昌等研究發(fā)現(xiàn)，CO2的濃度對凈光合速率Pn和蒸騰系數(shù)Ek的影響程度隨生育階段而有不同，光合速率在抽穗期增長最大，而蒸騰系數(shù)在開花期減小最甚，從而影響了蛋白質(zhì)的合成和水分的傳遞。

有研究發(fā)現(xiàn)，光質(zhì)對小麥蛋白質(zhì)及氨基酸的合成也有影響。白寶璋認為，藍光下碳水化合物合成少，而蛋白質(zhì)合成較多;紅光下碳水化合物合成多，而蛋白質(zhì)合成較少。

三、研究前景與展望

目前，國內(nèi)外在氣候因素對小麥品質(zhì)的影響方面做了大量的試驗探究，得到了許多有意義的試驗結論，取得了較大的研究進展，揭示了兩者相互作用的原理與機制，為小麥品質(zhì)的改善提供了理論方向，對小麥品質(zhì)提高具有很強的現(xiàn)實指導意義。但是，前人對氣候與小麥品質(zhì)的研究多集中在光、溫、水等3個方面，其它的氣候要素的研究較為缺乏，且多以蛋白質(zhì)為判定標準。對于以后的研究，筆者認為，應兼顧以下幾個方面：

1、不單單局限于光、溫、水這些氣候要素，要更為廣泛地開展其它氣候要素對小麥品質(zhì)影響的研究，不斷探究氣候因素對小麥品質(zhì)的影響，進而發(fā)現(xiàn)兩者的內(nèi)在聯(lián)系，找出相互作用的機理，為小麥品質(zhì)改善提供依據(jù)。

2、蛋白質(zhì)的含量和質(zhì)量是小麥品質(zhì)判定的重要指標，隨著人們生活品質(zhì)的提高，小麥品質(zhì)的判定標準越來越廣泛，所以在研究氣候?qū)Φ鞍踪|(zhì)影響的同時，也要深入探究其對小麥籽粒中微量元素等其它品質(zhì)判定因素的影響。

3、要將前人得到的結論落實到實際、落實到小麥品種改良中，在小麥品質(zhì)提高方面進行突破，不斷滿人們對高品質(zhì)小麥的需求。

4、學校和社會應著力培養(yǎng)專業(yè)人才，在小麥品質(zhì)研究領域不斷注入新鮮的血液，實現(xiàn)新的突破，更加深入地開展氣象要素與小麥品質(zhì)的研究，進而獲得更加具有理論和現(xiàn)實指導意義的研究成果。

綜上所述，小麥是我國重要口糧作物，隨著人們生活水平的提升，對小麥品質(zhì)的要求越來越高。小麥品質(zhì)影響因素中，氣候因素是非常重要的一環(huán)。氣候因素不僅對小麥的產(chǎn)量有影響，同時對小麥籽粒品質(zhì)也有很大的影響。因此，在實際生產(chǎn)中，要合理利用氣候規(guī)律，把控氣候因素的影響，通過多種途徑，不斷提高小麥品質(zhì)，滿足人民對美好生活的需要。

（作者單位：053900 河北省衡水市饒陽縣氣象局）