小麥品質(zhì)相關(guān)分析和聚類分析

夏利娟 蔡鯤鵬 馬莉娟 陳文強(qiáng) 王宇 丁晨露 冉強(qiáng) 蔡健

摘要：為了提高小麥的品質(zhì)，確定小麥品種的優(yōu)良品質(zhì)性狀，進(jìn)而選育出更為優(yōu)質(zhì)的小麥品種。本研究以35個(gè)小麥品種為試材，對(duì)蛋白質(zhì)含量、降落值、濕面筋含量等8個(gè)品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)分析和聚類分析。相關(guān)分析結(jié)果表明：降落值與蛋白質(zhì)，濕面筋與蛋白質(zhì)，降落值與濕面筋，穩(wěn)定性與降落值，弱化度與吸水率呈極顯著相關(guān)；穩(wěn)定性與蛋白質(zhì)，弱化度與降落值呈顯著負(fù)相關(guān)。聚類分析結(jié)果表明：供試35個(gè)小麥品種在遺傳距離3水平上可聚為4個(gè)大類。類群Ⅰ為‘中渦18’；‘遠(yuǎn)育17’、‘太麥2號(hào)’、‘樂麥Z0708’、‘淮師0812’和‘良源508’聚為類群Ⅱ：‘荃麥102099’、‘HS44’和‘安1211’聚為類群Ⅲ：類群Ⅳ共有26個(gè)小麥品種，其中包括?！S1269’、‘華成870’、‘皖科101547’、‘民得利2號(hào)’、‘龍麥一號(hào)’、‘鑒20651’、‘亳麥0610’、‘金丹6166’、‘安農(nóng)1203’、‘保豐2018’、‘JM-1’、‘王家壩1110’、‘安農(nóng)大0622’、‘GR123’、‘安1243’、‘綠雨9號(hào)’、‘皖麥4308’、‘阜0652’、‘皖麥52’、‘蜀鑫麥318’、‘宿11037’、‘豪麥56’、‘阜100’、‘中麥1023’、‘諾豐568’和‘奧特麥1號(hào)’。通過本次實(shí)驗(yàn)，為選育優(yōu)質(zhì)小麥品種和雜交組配提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：小麥；品質(zhì)性狀；相關(guān)性分析；聚類分析；選育品種

中圖分類號(hào)：S184文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號(hào)：cjas20200200033

Wheat Quality： Correlation Analysis and Cluster Analysis

Xia Lijuan1， Cai Kunpeng2， Ma Lijuan3， Chen Wenqiang4， Wang Yu4， Ding Chenlu4， Ran Qiang4， Cai Jian4

（1Linquan County Street Agricultural Comprehensive Service Station， Linquan 236400， Anhui， China； 2College of Information Engineering， Fuyang Normal University， Fuyang 236037， Anhui， China； 3Fuyang Normal University， College of History and Cultural Tourism， Fuyang 236037， Anhui， China； 4Fuyang Normal University， College of Biology and Food Engineering， Fuyang 236037， Anhui， China）

Abstract： The aims are to improve the quality of wheat， determine the excellent quality traits of wheat varieties， and select and breed high quality wheat varieties. In the study， 35 wheat varieties were used as materials. 8 quality traits such as protein content， falling value and wet gluten content were studied with correlation analysis and cluster analysis. Correlation analysis results showed that： the falling value and protein， wet gluten and protein， falling value and wet gluten， stability and falling value， the weakening degree and the water absorption rate were extremely and significantly related； stability and protein， weakening degree and falling value were significantly and negatively related. The results of cluster analysis showed that the 35 wheat varieties tested were clustered into 4 categories at the genetic distance of 3. Group I was‘Zhongwo 18’；‘Yuanyu 17’，‘Taimai 2’，‘Lemai Z0708’，‘Huaishi 0812’and‘Liangyuan 508’clustered into group II：‘Tuanmai 102099’，‘HS44’and‘An 1211’clustered into Group III. Group IV had 26 wheat varieties， including‘Baofeng 1269’，‘Huacheng 870’，‘Wanke 101547’，‘Mindeli 2’and‘Longmai 1’，‘Jian 20651’，‘Bomai 0610’，‘Jindan 6166’，’Annong 1203’，‘Baofeng 2018’，‘JM-1’，‘Wangjiaba 1110’，‘Annong 0622’，‘GR123’，‘An 1243’，‘Luyu No. 9’，‘Wanmai 4308’，‘Fu 0652’，‘Wanmai 52’，‘Shu Xinmai 318’，‘Su 11037’’，‘Haomai 56’，‘Fu 100’，‘Zhongmai 1023’，‘Nuofeng 568’and‘Aotemai No. 1’. This experiment could provide a theoretical basis for breeding high-quality wheat varieties and hybrid combinations.

Keywords： Wheat； Quality Traits； Correlation Analysis； Clustering Analysis； Variety Breeding

0引言

小麥作為重要的糧食作物，在世界范圍內(nèi)廣泛種植，種植面積較大的國(guó)家主要是印度、俄羅斯、中國(guó)、美國(guó)、哈薩克斯坦、澳大利亞、加拿大、巴基斯坦和土耳其等國(guó)家，單產(chǎn)較高的主要分布在西歐地區(qū)（2016年）[1-3]。中國(guó)種植小麥歷史悠久，最早可追溯到4000多年前，種植范圍更是遍及全國(guó)，主要有河南、山東、安徽、河北、江蘇五大主產(chǎn)區(qū)[4]。目前隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的提升，中國(guó)小麥總產(chǎn)量不斷提高，但同時(shí)人們對(duì)于小麥品質(zhì)的要求也在不斷地提升，小麥生產(chǎn)也明顯向著優(yōu)質(zhì)專用型方向發(fā)展[5]。發(fā)展優(yōu)質(zhì)小麥不僅能夠滿足人們的市場(chǎng)需求，對(duì)提高小麥產(chǎn)業(yè)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)確保糧食安全，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效增收都具有重要意義[6-8]。

李桂萍等[9]研究認(rèn)為，在品質(zhì)育種過程中通過提高蛋白質(zhì)含量和沉降值可以改良面團(tuán)品質(zhì)；雷加容等[10]在對(duì)綿陽(yáng)系列小麥品種（系）產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的分析和評(píng)價(jià)中指出聚類分析能粗略區(qū)分產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀的綜合表現(xiàn)；孫彩玲等[11]研究認(rèn)為面筋指數(shù)、沉降值、面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間是影響小麥品質(zhì)的主要因素，并指出面筋指數(shù)、沉降值和面團(tuán)形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間可構(gòu)成第1主要成分，稱第1主要成分為蛋白質(zhì)質(zhì)量因子，認(rèn)為是決定小麥品質(zhì)的首要因子；高歡歡等[12]在對(duì)新疆春小麥品種品質(zhì)性狀主要成分及聚類分析的研究中指出濕面筋含量與蛋白質(zhì)含量的載荷值符號(hào)相同都為正號(hào)，說明這兩個(gè)品種指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系；農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[13]（NY/T 967—2006農(nóng)作物品種（系）審定規(guī)范小麥）對(duì)強(qiáng)筋小麥的基本要求為：容重≥770 g/L，蛋白質(zhì)含量≥14.0%，濕面筋含量≥30.0%，面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間≥7 min等；對(duì)弱筋小麥的基本要求為：容重≥770 g/ L，蛋白質(zhì)含量<13%，濕面筋含量<28.0%，面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間<7 min等。本研究主要是對(duì)小麥品種（系）的蛋白質(zhì)、濕面筋等品質(zhì)進(jìn)行相關(guān)分析以及各品種小麥進(jìn)行聚類分析。相關(guān)分析旨在檢測(cè)蛋白質(zhì)、濕面筋、穩(wěn)定時(shí)間等8個(gè)品質(zhì)性狀兩兩間的相關(guān)關(guān)系；通過聚類分析則將供試的35個(gè)品種（系）在遺傳距離為3的水平上分為4個(gè)類群，為新品種的雜交提供了理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試小麥35個(gè)品種（系）均有安徽省新世紀(jì)農(nóng)業(yè)有限公司提供，如表1所示。

1.2材料種植

供試的35個(gè)小麥品種（系）種植于安徽省新世紀(jì)農(nóng)業(yè)有限公司試驗(yàn)田。各供試品種（系）分別種植于一x小區(qū)域（1 m×1 m），行距22 cm，株距11 cm，日常管理于大田種植一致。成熟后，各品種（系）隨機(jī)抽取10株，進(jìn)行各品質(zhì)的鑒定。

1.3小麥籽粒品質(zhì)的測(cè)量方法

弱化度、面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定性的測(cè)定方法主要是利用粉質(zhì)儀測(cè)定出的曲線進(jìn)行分析得出的，弱化度是以面團(tuán)到達(dá)形成時(shí)間點(diǎn)時(shí)曲線帶寬的中間值和此點(diǎn)后12 min處曲線寬度的中間值之間的高度差為弱化度；面團(tuán)形成時(shí)間是以加水點(diǎn)起，至粉質(zhì)曲線到達(dá)最大稠度后開始下降的時(shí)刻點(diǎn)的時(shí)間間隔，表示面團(tuán)形成時(shí)間；穩(wěn)定性是以粉質(zhì)曲線的上邊緣首次與500 fu標(biāo)線相交至下降離開500 fu標(biāo)線兩點(diǎn)之間的時(shí)間差值[14]。吸水率的測(cè)量方法如下，步驟1：使種子完全浸入水中一段時(shí)間，步驟2：去除種子表面的游離水，步驟3：稱重并記錄，重復(fù)步驟1～3，直至稱重?cái)?shù)值不變，步驟4：計(jì)算得出種子的吸水率[15]。降落值是指在粘度管中面粉與水的混合物加熱得到糊化物，糊化物在α-淀粉酶作用下發(fā)生液化。使攪拌器通過該糊化物，測(cè)定其通過特定距離的時(shí)間[16]。蛋白質(zhì)的含量測(cè)定是依據(jù)被檢測(cè)樣品中某一化學(xué)成分對(duì)近紅外光譜的特定吸收而進(jìn)行的定量分析[17]。濕面筋的測(cè)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)是2008年國(guó)家發(fā)布實(shí)施的GB/T 5006《小麥和小麥粉面筋含量》系列標(biāo)準(zhǔn)的第1部分，GB/T 5006.1[18]。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel和SPSS 2.0軟件對(duì)供試的35個(gè)小麥品種的水分、蛋白質(zhì)、沉降值和濕面筋等8個(gè)品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)分析和聚類分析。

2結(jié)果與分析

2.1小麥的品種品質(zhì)分析

供試的35個(gè)小麥品種（系）的水分含量、蛋白質(zhì)含量、濕面筋、硬度、降落值和吸水率等8個(gè)性狀的品質(zhì)測(cè)量結(jié)果如表3所示。

從表中可以看出35個(gè)小麥品種（系）的平均含水量為11.5%，含水量最低的小麥品種（系）為‘綠雨9號(hào)’，含水量為11.2%；含水量最高的小麥品種（系）為‘良源508’、‘皖麥4308’、‘遠(yuǎn)育17’和‘宿11037’三個(gè)品種（系），含水量為11.8%。供試小麥品種（系）水分含量的變異系數(shù)較小，僅為0.014。

平均蛋白質(zhì)含量為14.6%，其中蛋白質(zhì)含量最高的品種（系）為‘綠雨9號(hào)’，蛋白質(zhì)含量高達(dá)17.4%。蛋白質(zhì)含量最低的品種（系）為‘王家壩1110’，蛋白質(zhì)含量為13.3%。各小麥品種（系）蛋白質(zhì)含量的變異系數(shù)較小，為0.061。說明本研究所用小麥品種（系）中有21個(gè)品種（系）蛋白質(zhì)含量達(dá)到國(guó)家優(yōu)質(zhì)專用強(qiáng)筋小麥的標(biāo)準(zhǔn)（≥14.0%），有9個(gè)品種（系）達(dá)到國(guó)家優(yōu)質(zhì)專用中筋小麥的標(biāo)準(zhǔn)（≥13.0%）；在供試的品質(zhì)性狀中，小麥品種（系）的蛋白質(zhì)含量是一個(gè)可穩(wěn)定遺傳的性狀。

濕面筋含量平均值為30.17%，其中濕面筋含量最高小麥品種（系）為‘綠雨9號(hào)’，濕面筋含量為36.3%；濕面筋含量最低小麥品種（系）為‘安1211’，濕面筋含量為27.6%。各小麥品種（系）濕面筋含量的變異系數(shù)較小，為0.061。本次試種小麥品種（系）中共有6個(gè)品種（系）的濕面筋含量達(dá)到國(guó)家優(yōu)質(zhì)專用強(qiáng)筋小麥的標(biāo)準(zhǔn)（≥32.0%），僅占供試材料的17%。因此要想獲得優(yōu)質(zhì)小麥粉，小麥濕面筋含量有待提高。

吸水率的變幅為47.6% ～56%；平均值為 52.68%。而中國(guó)優(yōu)質(zhì)小麥品質(zhì)指標(biāo)中指出強(qiáng)勁小麥的吸水率≥60.0%；中筋小麥的吸水率≥56.0%；弱筋小麥的吸水率<56.0%。因此供試小麥吸水率都處于弱筋小麥的范圍內(nèi)。硬度方面35個(gè)小麥品種（系）平均值為63.6；最大值為70；最小值為55；變異系數(shù)為0.060。降落值的平均值為31.73；變幅為24.7～42.7；變異系數(shù)為0.121，可見此性狀可穩(wěn)定遺傳。穩(wěn)定性最高的小麥品種（系）是‘荃麥102099’，穩(wěn)定值為14.8 min；穩(wěn)定性最低的小麥品種（系）是‘中渦18’和‘淮師0812’，穩(wěn)定值為1.7 min；供試材料的平均穩(wěn)定值為4.74 min；而35個(gè)小麥品種（系）中共有6個(gè)品種（系）的穩(wěn)定性達(dá)到國(guó)家優(yōu)質(zhì)專用強(qiáng)筋小麥的標(biāo)準(zhǔn)（≥7.0 min），僅占供試材料的17%。供試材料弱化度的平均值為70.91 fu；最大值為182 fu最小值為14 fu；變異系數(shù)為0.443?？梢?，此性狀變異系數(shù)較大，為不穩(wěn)定遺傳的性狀。面團(tuán)形成時(shí)間的變幅為1.5～15.5 min，平均值3.49 min，變異系數(shù)較大，為0.630，所以此性狀屬于不穩(wěn)定遺傳的性狀。

2.2供試品種（系）品質(zhì)的相關(guān)分析

供試的35個(gè)品種（系）的小麥在品質(zhì)的相關(guān)分析結(jié)果中（表4），有12對(duì)性狀存在顯著或極顯著相關(guān)性。弱化度與降落值、吸水率呈顯著相關(guān)；穩(wěn)定性與蛋白質(zhì)和降落值呈顯著或極顯著相關(guān)；面團(tuán)形成時(shí)間與濕面筋和降落值；吸水率與硬度和降落值呈顯著或極顯著相關(guān)；降落值與蛋白質(zhì)、濕面筋和硬度呈顯著或極顯著相關(guān)；硬度與降落值和吸水率呈極顯著相關(guān)；濕面筋與蛋白質(zhì)呈極顯著相關(guān)。由此可見，供試35個(gè)小麥品種（系）的各品質(zhì)性狀間存在著復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系。

2.3供試品種（系）品質(zhì)的聚類分析

對(duì)供試的35個(gè)小麥品種（系）采用系統(tǒng)統(tǒng)聚類法進(jìn)行聚類分析結(jié)果表明（圖1），以小麥的8個(gè)品質(zhì)性狀為依據(jù)在遺傳距離3水平上，取一結(jié)合線，可將供試的35個(gè)品種（系）聚為4個(gè)類群。類群Ⅰ為‘中渦18’；‘遠(yuǎn)育17’、‘太麥2號(hào)’、‘樂麥Z0708’、‘淮師0812’和‘良源508’聚為類群Ⅱ：‘荃麥102099’、‘HS44’和‘安1211’聚為類群Ⅲ：類群Ⅳ共有26個(gè)小麥品種，其中包括?！S1269’、‘華成870’‘、皖科101547’‘、民得利2號(hào)’‘、龍麥一號(hào)’‘、鑒20651’‘、亳麥0610’‘、金丹6166’、‘安農(nóng)1203’‘、保豐2018’‘、JM-1’‘、王家壩1110’、‘安農(nóng)大0622’、‘GR123’、‘安1243’、‘綠雨9號(hào)’、‘皖麥4308’‘、阜0652’‘、皖麥52’‘、蜀鑫麥318’‘、宿11037’、‘豪麥56’‘、阜100’‘、中麥1023’‘、諾豐568’和‘奧特麥1號(hào)’。聚類分析結(jié)果為不同品種（系）間的雜交和優(yōu)質(zhì)品種的選育提供了理論依據(jù)。

3討論與結(jié)論

小麥品質(zhì)是在小麥的生產(chǎn)過程中具有重要的作用，小麥品質(zhì)的保障也成為重要的工作。本實(shí)驗(yàn)對(duì)8種品質(zhì)性狀進(jìn)行分析，相關(guān)性分析結(jié)果表明，蛋白質(zhì)和濕面筋呈極顯著相關(guān)，蛋白質(zhì)和穩(wěn)定時(shí)間呈顯著負(fù)相關(guān)，濕面筋和降落值呈顯著相關(guān)，降落值和吸水率呈顯著相關(guān)。說明各性狀間存在著復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系。牛清國(guó)等[19]研究認(rèn)為小麥籽粒蛋白質(zhì)與濕面筋和沉降值呈顯著或極顯著相關(guān)，沉降值與穩(wěn)定時(shí)間呈顯著相關(guān)，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。李珊珊等[20]對(duì)石家莊地區(qū)種植的11個(gè)谷子品種進(jìn)行了檢測(cè)和系統(tǒng)分析說明農(nóng)藝性質(zhì)與蛋白質(zhì)含量無顯著相關(guān)關(guān)系。陳華萍等[21]以67份四川小麥地方品種為供試材料，認(rèn)為面筋含量與面團(tuán)性質(zhì)均成正相關(guān)，與吸水率呈正相關(guān)，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

聚類分析能粗略區(qū)分品質(zhì)性狀的綜合表現(xiàn)，如朱明哲等[22]對(duì)河南省2006—2007年小麥區(qū)試高肥水組19個(gè)供試小麥品種從產(chǎn)量和品質(zhì)的差異上聚為6大類。同理張從宇等[23]對(duì)102個(gè)小麥品種（系）進(jìn)行了一系列評(píng)價(jià)，并用最長(zhǎng)距離法進(jìn)行聚類分析，當(dāng)遺傳距離為28.42時(shí)，可將102個(gè)小麥品種聚為6群。王曉婧等[24]以氮肥水平為主因素，研究了不同小麥品種的產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和品質(zhì)等指標(biāo)的差異，并對(duì)供試小麥品種進(jìn)行類型劃分。本試驗(yàn)的聚類分析在遺傳距離為3的水平上，將小麥品種分為4個(gè)類群，也為選育優(yōu)質(zhì)小麥品種和雜交組配提供了理論依據(jù)。在今后的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，以得到更為準(zhǔn)確的小麥品質(zhì)數(shù)據(jù)，從而選育出更為優(yōu)質(zhì)的小麥品種。

通過實(shí)驗(yàn)，35個(gè)小麥品種（系）共有21個(gè)品種（系）的蛋白質(zhì)含量達(dá)到國(guó)家優(yōu)質(zhì)專用強(qiáng)筋小麥的標(biāo)準(zhǔn)（≥14.0%），如‘綠雨9號(hào)’的蛋白質(zhì)含量高達(dá)17.4%，‘荃麥102099’的蛋白質(zhì)含量為16.4%；在35個(gè)小麥品種（系）中共有6個(gè)品種（系）的穩(wěn)定性達(dá)到國(guó)家優(yōu)質(zhì)專用強(qiáng)筋小麥的標(biāo)準(zhǔn)（≥7.0 min），僅占供試材料的17%；由分析可知本次試驗(yàn)材料大部分屬于中筋小麥。

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