錢小康，徐如宏，李魯華，何 方，任明見

(貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/國家小麥改良中心貴州分中心，貴州 貴陽 550025)

隨著生活水平的提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)小麥品質(zhì)的要求也越來越高，優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)、健康已成為當(dāng)前小麥育種研究的重要發(fā)展方向[1-3]。紫粒小麥因富含花青素及微量元素，具有抗氧化和抗衰老等功效，是生產(chǎn)保健功能面制食品的特殊種質(zhì)資源，在當(dāng)前的大環(huán)境下，具有較大的利用潛力[4-7]。小麥籽粒品質(zhì)是面粉加工品質(zhì)與營養(yǎng)品質(zhì)的核心，也是衡量一個(gè)品種市場潛力和商業(yè)價(jià)值高低的決定性因素之一[8]。蛋白質(zhì)和淀粉是小麥籽粒中含量最多的物質(zhì)，對(duì)小麥品質(zhì)具有較大的影響[9-10]。因此，對(duì)紫粒小麥品種(系)品質(zhì)性狀進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，從中篩選出優(yōu)良的品質(zhì)資源，可為紫粒小麥新品種的選育提供理論參考。近年來，國內(nèi)外對(duì)紫粒小麥的研究主要集中于紫粒性狀的遺傳多樣性及基因定位[11-18]，對(duì)紫粒小麥品質(zhì)性狀方面的研究相對(duì)較少[19-21]。程雪妮等[19]對(duì)紫粒小麥的麥谷蛋白、醇溶蛋白進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，漯珍1號(hào)具有1和5+10優(yōu)質(zhì)亞基。劉玉平等[20]對(duì)藍(lán)、紫粒小麥籽粒品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，紫粒小麥氨基酸組成平衡程度高，含量豐富，具有更高的營養(yǎng)價(jià)值。崔力勃等[21]對(duì)30個(gè)小麥品種(系)的蛋白質(zhì)及濕面筋含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，貴紫小麥面筋強(qiáng)度普遍較弱，蛋白質(zhì)含量較高，營養(yǎng)價(jià)值豐富，適合加工面條、饅頭以及八寶粥等產(chǎn)品。但對(duì)貴紫小麥其他品質(zhì)性狀的研究尚未見報(bào)道。為此，對(duì)貴紫麥品種(系)蛋白質(zhì)及淀粉品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，篩選出具有優(yōu)良品質(zhì)的紫粒小麥親本資源，為紫粒小麥新品種的選育提供優(yōu)異的種質(zhì)資源。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的31份小麥材料中，貴紫麥1—29號(hào)為貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院國家小麥改良中心貴州分中心近年選育出的紫粒小麥品種(系)，其中，貴紫麥1號(hào)是2015年通過貴州省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定的紫粒小麥新品種(編號(hào)：黔審麥2015003)；貴農(nóng)19號(hào)是白粒小麥對(duì)照品種，是貴州省品種審定區(qū)試對(duì)照品種，由貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院國家小麥改良中心貴州分中心選育，于2007年通過貴州省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定(編號(hào)：黔審麥2007004)；冀紫439是紫粒小麥對(duì)照品種，是河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所小麥品種資源室培育出的紫粒小麥新品種。詳見表1。

表1 供試小麥品種(系)的編號(hào)和名稱

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 花青素含量 樣品處理：使用超微粉碎機(jī)粉碎制備全麥粉樣品，采用Bradender小型實(shí)驗(yàn)?zāi)ブ苽涿娣邸?/p>

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：在弱光下精確稱取5 mg矢車菊標(biāo)準(zhǔn)品，加入75%酸化乙醇溶解后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用75%酸化乙醇定容，即為100 μg/mL的矢車菊標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別移取0、0.1、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0 mL矢車菊標(biāo)準(zhǔn)溶液置于10 mL比色管中，定容至刻度線，即配制成0、1、5、10、20、40、60 μg/mL的矢車菊標(biāo)準(zhǔn)溶液。使用分光光度計(jì)在波長527 nm處測定其吸光度值，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

花青素含量測定：稱取0.5 g全麥粉(面粉)樣品于10 mL試管中，加入75%酸化乙醇4 mL，放在搖床上振搖20 min，6 000 r/min離心6 min，取1 mL上清液稀釋至10 mL，用水作空白對(duì)照，使用分光光度計(jì)在波長527 nm處測定其吸光度值。

1.2.2 蛋白質(zhì)含量 蛋白質(zhì)含量參考國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 5009.5—2016)[22]，使用FOSS8400型全自動(dòng)定氮儀進(jìn)行測定，由氮計(jì)算蛋白質(zhì)的換算系數(shù)為6.25。

1.2.3 濕面筋含量及面筋指數(shù) 濕面筋含量的測定參考國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5506.2—2008)[23]，使用瑞典波通公司的面筋洗滌儀2200進(jìn)行測定。并計(jì)算面筋指數(shù)，面筋指數(shù)=(留存在篩板上的濕面筋質(zhì)量/全部濕面筋質(zhì)量)×100%。

1.2.4 沉降值 沉降值參考國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21119—2007)[24]，使用Bradender量筒振搖儀測定。

1.2.5 淀粉含量 參考劉襄河等[25]的雙波長法測定直鏈淀粉、支鏈淀粉及總淀粉含量。

1.2.6 淀粉糊化特性 淀粉糊化特性參考國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14490—2008)[26]，使用Bradender黏度儀進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理，采用SAS 9.4進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析、聚類分析，應(yīng)用RSR(Rank sum ratio)法對(duì)品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴紫麥品種(系)的花青素含量分析

由圖1可知，紫粒小麥品種(系)全麥粉及面粉中花青素含量均高于白粒對(duì)照品種貴農(nóng)19號(hào)，除貴紫麥19號(hào)外，其余貴紫麥品種(系)全麥粉及面粉花青素含量均高于紫粒對(duì)照品種冀紫439，貴紫麥18號(hào)全麥粉及面粉中花青素含量最高。貴紫麥品種(系)間全麥粉中花青素含量差異較明顯，變異豐富。同一小麥品種(系)全麥粉、面粉中花青素含量差異較大，全麥粉中花青素含量均高于面粉，表明紫粒小麥花青素主要存在于麩皮中。

圖1 貴紫麥品種(系)的花青素含量Fig.1 Anthocyanin contents of Guizhou purple wheat varieties(lines)

2.2 貴紫麥品種(系)的蛋白質(zhì)品質(zhì)分析

蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、面筋指數(shù)及沉降值可反映蛋白質(zhì)品質(zhì)狀況。由表2可知，貴紫麥品種(系)蛋白質(zhì)含量變異幅度為10.40%～15.54%，濕面筋含量變異幅度為22.43%～36.68%，面筋指數(shù)變異幅度為56～84，沉降值變異幅度為25.8～59.5 mL，表明貴紫麥品種(系)蛋白質(zhì)品質(zhì)存在較大的差異，表現(xiàn)出豐富的變異。運(yùn)用RSR綜合評(píng)價(jià)法對(duì)貴紫麥品種(系)蛋白質(zhì)品質(zhì)進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)，貴紫麥8號(hào)的蛋白質(zhì)品質(zhì)最優(yōu)，其蛋白質(zhì)含量為15.30%，濕面筋含量為36.68%，面筋指數(shù)為82,沉降值為59.5 mL；貴紫麥24號(hào)的蛋白質(zhì)品質(zhì)最差，其蛋白質(zhì)含量為10.40%，濕面筋含量為22.72%，面筋指數(shù)為72,沉降值為25.8 mL。參照《優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥(GB/T 17892—1999)》[27]和《優(yōu)質(zhì)弱筋小麥(GB/T 17893—1999)》[28]，達(dá)到優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥一等的有貴紫麥8號(hào)、貴紫麥3號(hào)和貴紫麥29號(hào)，其蛋白質(zhì)含量均高于15%,濕面筋含量均高于35%；達(dá)到優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥二等的有貴紫麥13號(hào)、貴紫麥18號(hào)和貴紫麥16號(hào)，其蛋白質(zhì)含量均高于14%,濕面筋含量均高于32%。綜上，貴紫麥品種(系)蛋白質(zhì)品質(zhì)優(yōu)良，可為選育紫色強(qiáng)筋小麥品種及蛋白質(zhì)品質(zhì)改良提供優(yōu)良親本資源。

表2 貴紫麥品種(系)的蛋白質(zhì)品質(zhì)綜合排名

對(duì)貴紫麥品種(系)蛋白質(zhì)品質(zhì)進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析(圖2)，并結(jié)合表2可知，貴紫麥3號(hào)、貴紫麥8號(hào)及貴農(nóng)19號(hào)的蛋白質(zhì)品質(zhì)較優(yōu)，主要表現(xiàn)在沉降值方面；貴紫麥4號(hào)、貴紫麥9號(hào)、貴紫麥22號(hào)、貴紫麥27號(hào)的面筋指數(shù)較高，適合用作面筋指數(shù)改良的親本。

圖2 貴紫麥品種(系)的蛋白質(zhì)品質(zhì)對(duì)應(yīng)分析Fig.2 Correspondence analysis of protein quality of Guizhou purple wheat varieties(lines)

2.3 貴紫麥品種(系)的淀粉品質(zhì)分析

2.3.1 淀粉糊化特性 對(duì)貴紫麥品種(系)的淀粉糊化特性進(jìn)行分析(表3)發(fā)現(xiàn)，平均糊化溫度為59.3 ℃，變異幅度為57.6～60.6 ℃，變異系數(shù)為2%；平均峰值溫度為68.8 ℃，變異幅度為65.2～85.4 ℃，變異系數(shù)為7%；平均峰值黏度為88 BU，變異幅度為25～361 BU，變異系數(shù)為72%；平均最終黏度為53 BU，變異幅度為1～512 BU，變異系數(shù)為203%；平均稀懈值為68 BU，變異幅度為24～246 BU，變異系數(shù)為62%；平均回升值為21 BU，變異幅度為1～244 BU，變異系數(shù)為241%。綜上可見，貴紫麥品種(系)間淀粉糊化特性存在較大的差異，表現(xiàn)出豐富的變異。另外，與對(duì)照品種貴農(nóng)19號(hào)和冀紫439相比，貴紫麥品種(系)淀粉糊化特性中峰值黏度、最終黏度、稀懈值、回升值均較低，使其面制品的黏彈性、柔軟度和光滑度較差，造成其面制品應(yīng)用范圍窄，急需進(jìn)行遺傳改良。峰值溫度影響面制品的韌性，峰值溫度高的面粉面制品韌性強(qiáng)，峰值溫度低的面粉面制品韌性弱。糊化溫度影響面條、面包和饅頭的食用品質(zhì)，糊化溫度高，其食用品質(zhì)較差。貴紫麥品種(系)的峰值溫度變化范圍較大，能滿足面制品對(duì)韌性的要求。

表3 貴紫麥品種(系)的淀粉糊化特性

2.3.2 直鏈淀粉含量 對(duì)貴紫麥品種(系)的直鏈淀粉含量進(jìn)行分析(圖3)發(fā)現(xiàn)，對(duì)照品種的直鏈淀粉含量接近貴紫麥品種(系)的平均值；紫麥品種(系)中以貴紫麥25號(hào)的直鏈淀粉含量最高，為24.73%，貴紫麥17號(hào)的直鏈淀粉含量最低，為18.15%，貴紫麥品種(系)的直鏈淀粉含量的變異系數(shù)為8.6%，表明貴紫麥品種(系)的直鏈淀粉含量變異豐富。

圖3 貴紫麥品種(系)直鏈淀粉含量

2.3.3 總淀粉含量 對(duì)貴紫麥品種(系)的總淀粉含量進(jìn)行分析(圖4)發(fā)現(xiàn)，紫粒對(duì)照品種冀紫439的總淀粉含量最高，紫麥品種(系)中以貴紫麥23號(hào)的總淀粉含量最高，為72.33%，貴紫麥17號(hào)的總淀粉含量最低，為58.72%。貴紫麥品種(系)的總淀粉含量差異較大。結(jié)合直鏈淀粉含量(圖3)分析發(fā)現(xiàn)，總淀粉含量偏高的貴紫麥品種(系)的直鏈淀粉含量偏低。

2.4 貴紫麥品種(系)的綜合品質(zhì)性狀聚類分析

以花青素含量、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、面筋指數(shù)、沉降值、總淀粉含量、直鏈淀粉含量及淀粉糊化特性為指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，在離差平方和為0.1時(shí)，將供試品種劃分為3類(圖5)。第Ⅰ類包括貴紫麥19號(hào)和對(duì)照品種冀紫439、貴農(nóng)19號(hào)；第Ⅱ類包括貴紫麥29號(hào)、貴紫麥13號(hào)、貴紫麥8號(hào)和貴紫麥3號(hào)；剩余24個(gè)小麥品種(系)分為第Ⅲ類。

圖4 貴紫麥品種(系)總淀粉含量Fig.4 Total starch contents of Guizhou purple wheat varieties(lines)

圖5 貴紫麥品種(系)的綜合品質(zhì)性狀聚類分析Fig.5 Cluster analysis of comprehensive quality characters of Guizhou purple wheat varieties(lines)

從3個(gè)類群的平均表現(xiàn)(表4)來看，第Ⅰ類群材料的花青素含量、蛋白質(zhì)含量偏低，淀粉糊化特性優(yōu)于其他2個(gè)類群，是淀粉品質(zhì)性狀改良的優(yōu)勢親本資源；第Ⅱ類群材料的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量及沉降值較高，蛋白質(zhì)品質(zhì)好，是強(qiáng)筋小麥類群，然而其花青素含量適中，淀粉品質(zhì)較差，是選育優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥的優(yōu)勢親本資源；第Ⅲ類群材料的花青素含量優(yōu)于其他2個(gè)類群，淀粉品質(zhì)和蛋白質(zhì)品質(zhì)適中。

表4 3類聚類品種(系)各性狀指標(biāo)的平均值Tab.4 Mean value of each trait index of 3 groups of varieties(lines)

3 結(jié)論與討論

前人研究表明，不同來源紫粒小麥的遺傳差異大、種質(zhì)資源類型豐富[29-33]。本研究對(duì)貴紫麥品種(系)的品質(zhì)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，貴紫麥品種(系)間花青素含量、蛋白質(zhì)品質(zhì)和淀粉品質(zhì)指標(biāo)均具有明顯的差異，遺傳多樣性豐富。第Ⅲ類群材料花青素含量的平均值比第Ⅰ和第Ⅱ類群材料高，然而其蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值的平均值均不同程度低于第Ⅱ類群材料；第Ⅲ和第Ⅱ類群材料淀粉糊化特性指標(biāo)的平均值均比第Ⅰ類群材料低(糊化溫度除外)。推測小麥花青素合成途徑與蛋白質(zhì)及淀粉合成途徑相互抑制，有待于下一步研究證實(shí)。這與李杏普等[34]的研究結(jié)果基本一致，即花青素含量高的紫粒小麥，其品質(zhì)性狀較差。張寧等[35]發(fā)現(xiàn)，花青素合成途徑與其他物質(zhì)合成途徑具有相關(guān)性，其具體的聯(lián)系還有待進(jìn)一步研究。

本研究發(fā)現(xiàn)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥一等的有貴紫麥8號(hào)、貴紫麥3號(hào)和貴紫麥29號(hào)，其蛋白質(zhì)含量均高于15%,濕面筋含量均高于35%；達(dá)到優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥二等的有貴紫麥13號(hào)、貴紫麥18號(hào)和貴紫麥16號(hào)，其蛋白質(zhì)含量均高于14%,濕面筋含量均高于32%。表明貴紫麥品種(系)蛋白質(zhì)品質(zhì)優(yōu)良，可為選育紫色強(qiáng)筋小麥品種及蛋白質(zhì)品質(zhì)改良提供優(yōu)良親本資源。大量研究發(fā)現(xiàn)，與白粒小麥相比，紫粒小麥籽粒中蛋白質(zhì)含量較高,其蛋白質(zhì)中各種氨基酸含量豐富[36-37]。鄒紅梅[38]對(duì)彩色小麥材料籽粒中的蛋白質(zhì)含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，紫粒小麥蛋白質(zhì)含量較高，這與本研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，貴紫麥品種(系)的淀粉品質(zhì)與對(duì)照品種貴農(nóng)19號(hào)和冀紫439相比較差，其淀粉糊化特性有待進(jìn)一步改良。貴紫麥品種(系)直鏈淀粉含量變異豐富，從而影響了其淀粉品質(zhì)及加工特性。雷宏等[39]研究小麥粉中淀粉組分對(duì)糊化特性的影響發(fā)現(xiàn)，小麥直鏈淀粉含量越高，淀粉糊化特性及淀粉品質(zhì)越差。大量研究結(jié)果表明，小麥直鏈淀粉含量過高或過低，其淀粉糊化特性均較差[40-42]。因此，應(yīng)充分利用貴紫麥品種(系)的優(yōu)良蛋白質(zhì)資源，著重對(duì)其淀粉品質(zhì)進(jìn)行改良，以提高貴紫麥品種(系)的綜合品質(zhì)及加工適應(yīng)性。

本研究將31份小麥資源聚為3個(gè)類群，第Ⅰ類包括貴紫麥19號(hào)、冀紫439、貴農(nóng)19號(hào)，其花青素含量低，蛋白質(zhì)品質(zhì)較差，但淀粉品質(zhì)較好；第Ⅱ類包括貴紫麥29號(hào)、貴紫麥13號(hào)、貴紫麥8號(hào)和貴紫麥3號(hào)，其花青素含量適中，蛋白質(zhì)品質(zhì)優(yōu)良，但淀粉品質(zhì)差；剩余24個(gè)小麥品種(系)為第Ⅲ類，其花青素含量高，蛋白質(zhì)品質(zhì)和淀粉品質(zhì)適中。因此，在今后紫粒小麥的選育中，可以根據(jù)育種目標(biāo)選用不同品質(zhì)類型作為培育優(yōu)質(zhì)紫粒小麥的親本資源。