伴生麥與普通小麥的形態、產量和品質性狀差異分析

蘇旺蒼，袁明月，孫蘭蘭，徐洪樂，魯傳濤，薛 飛，吳仁海

(河南省農業科學院 植物保護研究所，河南省農作物病蟲害防治重點實驗室，河南 鄭州 450002)

小麥是我國最主要的糧食作物之一，在農業生產中占有極其重要的地位，其品質狀況好壞直接影響著全國商品小麥的品質。如何全面提高小麥品質，育種起著關鍵作用。但在小麥良種繁育過程中，均有不同程度的雜麥混入，并且日趨嚴重[1]。這些混雜了雜麥的小麥田，在小麥抽穗后，會出現高矮不齊的“二層樓”現象，高的雜麥基本表現為莖稈細軟、葉片窄長、分蘗性強、根系發達、籽粒小而千粒質量低。它的混入會與普通栽培小麥競爭光、水、肥，不僅影響大田的整體景觀，還易引起小麥倒伏，造成大田整體產量降低[2]。傅兆麟[3]將這種雜麥定義為伴生栽培小麥。樊翠芹等[4]在研究伴生栽培小麥生物學和遺傳學特性時也證明伴生栽培小麥植株高，分蘗數多且成穗率高，但千粒質量低。

截至目前，有關伴生麥品質的研究較少。孫麗娜等[2]雖然進行過相應研究，但未對環境因素進行分析。伴生麥的品質主要是指其籽粒品質，普通小麥籽粒品質的評價指標主要是蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值等[5-6]。已有研究發現，土壤中的水分含量及施氮量對普通小麥籽粒中的淀粉及面粉品質有較大影響[7]。在冬小麥的節水栽培研究中，不同水分及氮含量處理會改變普通小麥的耗水特性及產量，同時，氮含量的變化也因土壤中水分含量的不同而有所差異[8-9]。有效合理地增施氮肥有利于提高普通小麥的穗粒數，在同時進行水分及施氮處理后，普通小麥產量相關因素(穗數、穗粒數、千粒質量和籽粒產量)及普通小麥籽粒品質指標(籽粒容量、蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值)都發生了變化[10-11]。以上研究表明，土壤環境是限制普通小麥產量及品質的重要因素。然而，不同水氮處理對伴生麥的形態學、產量相關因素及籽粒品質的研究仍無詳細報道。

為了更系統地了解伴生麥和普通小麥品質性狀上的差異以及不同水氮處理對普通小麥和伴生麥形態學和籽粒品質的差異，筆者在前期大量試驗的基礎上篩選出3個伴生麥品種和1個普通栽培小麥品種作為試驗材料，在正常水、漬水、不施氮(N0)、正常施氮(225 kg/hm2，即N225)和過量施氮(300 kg/hm2，即N300)等處理條件下對普通小麥及伴生麥的產量及品質相關因素進行了研究，以期對伴生麥的開發利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與處理

于2015-2016年基于典型的生物學特性基礎，篩選出普通小麥百農矮抗58(W0，穩定、高產，適合大面積種植的品種)和3個伴生麥品種(W14、W15、W18)。伴生麥品種W14、W15取自河南省民權縣小麥田，W18取自河南省?？h小麥田。

試驗于2017，2018年在河南省農業科學院原陽基地進行，土壤質地為潮土，有機質含量5.5 g/kg，pH值8.4，地勢均勻。試驗田采用裂區試驗設計，主區為水分處理(正常水分和漬水)，漬水區處理是在小麥抽穗期、開花期、灌漿期3個階段大水漫灌3 d，水位到達小麥根部3 cm以上；副區為施氮肥量，包括追肥和基肥施用量，設置為不施氮(N0)、正常施氮(225 kg/hm2，即N225)和過量施氮(300 kg/hm2，即N300)3個水平。其中，基肥于播種前結合耕翻整地施入，將氮肥總量的60%進行基施，40%在小麥拔節期進行追施。播種普通小麥和伴生麥的行距分別為0.15，0.20 m。每個品種重復3次。施用基肥時，除氮肥外，磷肥(過磷酸鈣)和鉀肥(氯化鉀)的施用量為200 kg/hm2，田間管理一致。

1.2 調查項目和方法

普通小麥和伴生麥成熟時于不同處理的每個重復中隨機選取10個有代表性的單株，風干后室內考種。

小麥和伴生麥籽粒品質分析：水分含量(%)依據GB/T 5497-1985測定，蛋白質含量(%)依據GB/T 5511-2008測定，容重(g/L)依據GB/T 5498-2013測定，濕面筋含量(%)依據GB/T 5506.2-2008測定，降落值(s)依據GB/T 10361-2008測定，吸水量(mL/kg)、形成時間(min)、穩定時間(min)、弱化度(FU)均依據GB/T 14614-2006測定，出粉率(%)依據NY/T 1094.1-2006測定，硬度(HI)依據GB/T 21304-2007測定，沉淀指數(mL)依據GB/T 15685-2011測定，拉伸能量(cm2)、恒定變形拉伸阻力(EU)、延伸度(mm)和最大拉伸阻力(EU)均依據GB/T 14615-2006測定。

1.3 數據處理與統計

采用SPSS 19.5對不同氮素水平與水分條件下伴生麥與普通小麥形態指標(株高、穗長、分蘗數、穗粒數、千粒質量、莖粗和產量)進行Duncan′s新復極差法進行差異性分析。使用R 3.6.2(https：//cloud.r-project.org/)對不同年份和品種在不同氮素水平與水分條件下對伴生麥與普通小麥籽粒各品質(16個指標)的影響進行混合線性模型(Linear mixed model)分析。模型采用Satterthwaite法進行檢測，將試驗重復(Repeat)作為隨機變量，將品種(Variety)、氮素(Nitrogen)、水分(Water)、年份(Year)作為固定變量，對固定變量包括品種、氮素、水分、年份、固定變量之間的交互作用，即品種與氮素的交互(Variety×Nitrogen)、品種與水分的交互(Variety×Water)、氮素與水分的交互(Nitrogen×Water)及品種氮素水分三者之間的交互(Variety×Nitrogen×Water)對因變量伴生麥與普通小麥籽粒各品質(16個指標)的影響采用F測驗，如P值小于0.05，則代表在模型中該自變量顯著影響籽粒的品質，大于0.05則代表在模型中該自變量對籽粒的品質影響不顯著。

2 結果與分析

2.1 水氮處理對普通小麥及伴生麥的形態及產量相關因素的影響

由表1可見，在正常水和正常施氮條件下，3個伴生麥的株高是普通小麥株高的1.5～2.4倍；分蘗數與普通小麥相比顯著提高；莖粗是普通小麥的1/2左右，因此在田間極易區分。伴生麥W18與普通小麥的穗長無顯著差異，但W14和W15的穗長顯著小于普通小麥。3個伴生麥的千粒質量及產量均顯著低于普通小麥，其中3個伴生麥的產量不足普通小麥的1/2。

表1表明，在土壤水分含量正常的情況下，N0、N225、N300處理下普通小麥及伴生麥的株高、分蘗數及莖粗無顯著差異。與N225處理相比，N0和N300處理普通小麥及伴生麥的穗長短0.100～0.525 cm，千粒質量減少0.300～1.275 g，表明不施氮或者過量施氮使普通小麥及伴生麥的穗長及千粒質量減少。普通小麥及伴生麥的穗粒數隨著施氮量的增加而逐漸增加，說明施氮可以有效增加普通小麥的穗粒數。N225、N300處理下普通小麥及伴生麥的產量分別較N0處理增加9.62%～21.37%，3.16%～10.95%，施氮是增加普通小麥產量的重要因素。

表1 正常水分處理下不同氮處理對普通小麥與伴生麥的影響Tab.1 Effects of different nitrogen treatments on common wheat and volunteer wheat under normal water treatment

在漬水條件下(表2)，與N225處理相比，N0和N300處理普通小麥及伴生麥的株高、分蘗數及莖粗總體總體上無顯著差異，但穗長和千粒質量均有所減少；與N0處理相比，N225和N300處理均有效提高普通小麥及伴生麥的穗粒數與產量。因此，施用氮肥主要通過提高普通小麥穗粒數提高產量。

在正常施氮條件下對水分處理因素進行分析發現，正常水分處理與漬水處理相比，3個伴生麥和1個普通小麥的株高、穗長、穗粒數和分蘗數均變化不大，但正常水分處理下普通小麥和伴生麥的千粒質量、莖粗及產量均略微升高，說明在該試驗區，土壤水分含量對普通小麥及伴生麥形態及產量的影響較小，正常施氮對于普通小麥產量提高至關重要。

2.2 普通小麥及伴生麥的主要品質性狀的分析

2.2.1 正常水氮處理下普通小麥與伴生麥的主要品質性狀的差異 普通小麥品質直接影響著面粉加工產品的質量和經濟效益[12-14]。在正常水分和正常施氮(N225)條件下，對普通小麥品種W0和伴生麥品種W14、W15和W18的品質特性進行分析，結果(圖1-4)顯示，伴生麥的容重、降落值、形成時間、穩定時間、出粉率、硬度、拉伸能量、恒定變形拉伸阻力和最大拉伸阻力均低于普通小麥，其中普通小麥的穩定時間、拉伸能量、恒定變形拉伸阻力和最大拉伸阻力分別比伴生麥高60.0%,53.5%,55.0%,60.0%，說明伴生麥的籽粒較輕、不飽滿、出粉率低，面團彈性、韌性和強度均較差，這是伴生麥的劣勢，但伴生麥的水分含量、蛋白質含量、濕面筋含量、吸水量，弱化度和延伸度均高于普通小麥，分別提高4.9%，7.8%，13.8%，1.3%，34.7%，10.8%。

對于品種這一因素進行數據分析表明(表3)，普通小麥和伴生麥不同品種間的品質指標具有顯著差異。同時分別對2018年及2019年收獲的普通小麥及伴生麥的種子在正常水氮處理下進行品質測定，結果發現，普通小麥和伴生麥不同年份的品質指標無顯著差異，品質性狀較穩定。

表2 漬水處理下不同氮處理對普通小麥與伴生麥的影響Tab.2 Effects of different nitrogen treatments on common wheat and volunteer wheat under waterlogging treatment

表3 不同因素處理對普通小麥及伴生麥籽粒品質指標的影響Tab.3 Effects of different factors on grain quality indexes of common wheat and associated wheat

2.2.2 正常水分和漬水處理對普通小麥及伴生麥的主要品質性狀的影響 圖1-4表明，在正常施氮(N225)的條件下，正常水分下普通小麥及伴生麥籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量、吸水量、延伸度、容重、形成時間、穩定時間、出粉率、硬度、拉伸能量、恒定變形拉伸阻力和最大拉伸阻力比漬水處理均有所升高。其中，正常水分下普通小麥品種W0的蛋白質含量為133.6 g/kg，漬水處理下為122.6 g/kg；伴生麥品種W14、W15和W18在正常水分下的蛋白質含量為144.9，135.7，136.8 g/kg，漬水處理下分別為131.5，134.5，135.3 g/kg。N225條件下，正常水分處理普通小麥及伴生麥籽粒的水分含量、降落值和弱化度較漬水處理有所降低。通過對水分這一主效應因子分析發現，水分對普通小麥及伴生麥籽粒的主要品質具有顯著影響，因此可根據面粉質量的需求來調整水分含量(表3)。

2.2.3 施氮水平對普通小麥及伴生麥的主要品質性狀的影響 由圖1-4可見，在正常水分處理下，普通小麥和伴生麥籽粒中的水分含量隨施氮量的增加而逐漸減少，N300處理的普通小麥和伴生麥籽粒的水分含量較N0處理減少為8.70%～13.0%。普通小麥與伴生麥籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量、吸水量、形成時間、穩定時間、出粉率、拉伸能量、恒定變形拉伸阻力、延伸度和最大拉伸阻力隨著施氮量增加而增加，N0、N225和N300處理普通小麥的蛋白質含量分別為92.5，133.6，142.2 g/kg，N300處理伴生麥籽粒的蛋白質含量較N0處理增加33.0%～34.50%。N225處理普通小麥和伴生麥的容重和硬度高于N0和N300處理，其中N225處理普通小麥和伴生麥的容重較N0和N300處理增加5.9%～6.5%；但N225處理普通小麥和伴生麥的弱化度和降落值均低于N0和N300處理，其中，降落值降低4.8%～6.7%。

漬水處理中不同施氮處理普通小麥和伴生麥籽粒的主要品質與正常水分處理趨勢一致，但與正常水分處理相比，漬水處理改變了不同施氮量處理普通小麥及伴生麥籽粒沉淀指數的變化趨勢，N300處理增加了漬水條件下的沉淀指數。以施氮量作為主效應因子進行分析，不同施氮量處理普通小麥及伴生麥的品質具有顯著差異。對水分、氮含量、品種3個因素進行交互分析，結果表明，任意兩因素的交互作用及三因素的交互作用對部分籽粒品質具有顯著影響，這將有助于對普通小麥及伴生麥優良品質的篩選。

3 結論與討論

伴生麥親緣關系與普通小麥相近，形態與普通小麥相似但具有很大差異[4，15]。本研究測定的3個伴生麥品種的株高高于普通小麥、分蘗數較多、莖粗較小，在田間極易區分，這些形態學性狀導致伴生麥更易倒伏。伴生麥W14和W15的穗長均小于普通小麥，W18的穗長與普通小麥相似，但穗粒數均高于普通小麥，說明伴生麥麥穗籽粒密度較高。W14、W15和W18的千粒質量和產量與普通小麥相比均明顯減少，其產量不足普通小麥1/2，這是伴生麥的劣勢，但探索伴生麥在品質性狀上的優勢，也可為豐富小麥品質資源提供參考。通過對普通小麥及伴生麥的16個主要品質性狀進行分析，結果表明，伴生麥籽粒水分含量、蛋白質含量、濕面筋含量、吸水量、弱化度和延伸度等指標均高于普通小麥，但容重、降落值、形成時間、穩定時間、出粉率、硬度、拉伸能量、恒定變形拉伸阻力和最大拉伸阻力等指標低于普通小麥，且拉伸能量、恒定變形拉伸阻力和最大拉伸阻力明顯低于普通小麥，沉淀指數方面沒有明顯差異。按照小麥品種的品質分類[16]，3個伴生麥品種中W14在硬度、蛋白質含量、濕面筋含量、沉淀值、吸水量方面均達到強筋小麥標準，W15和W18達到中強筋小麥標準，普通小麥W0達到中筋小麥標準。

水分和氮素兩因素會對小麥品質及產量造成影響，適量的土壤水分可以提高小麥產量和品質[17-18]。與漬水處理相比，正常水分條件下普通小麥和伴生麥的千粒質量、莖粗及產量均有略微升高，籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、吸水量等品質指標顯著升高，但水分含量、降落值和弱化度有略微降低。有效施用氮肥對提高小麥蛋白質及籽粒品質具有重要意義。氮肥是影響小麥穗粒數形成的主要因素[19]，氮肥通過影響葉片光合作用速率影響小麥生產[20]。低施氮水平下，增加施氮量使葉片光合作用速率升高；過量施氮反而導致光合作用速率減少[21-23]，有效施用氮肥對提高小麥蛋白質及籽粒品質具有重要意義。近年來，為追求小麥高產，過量施氮現象在小麥主產區普遍存在[24]，過量施氮會降低氮肥的農學利用效率以及籽粒產量[25-26]，本研究表明，不施氮或者過量施氮會降低伴生麥及普通小麥的穗長、千粒質量和產量，與前人研究一致。普通小麥品質性狀是由品種遺傳特性、環境因素和栽培措施共同作用產生的復雜性狀[27-28]?；蛐驮谌舾善焚|性狀中的作用比環境更重要[29-30]，對品種這一主效應因子進行分析，小麥品種W0和伴生麥品種W14、W15和W18在品質性狀上具有顯著差異。氮肥中的氮素是影響小麥籽粒蛋白質含量、面筋含量和面團的吸水性等最主要的因素[31]。本研究結果表明，在正常水分下，普通小麥和伴生麥籽粒中的蛋白質含量、濕面筋含量、吸水量等品質指標隨施氮量增加而增加，其中N225和N300處理下普通小麥和伴生麥籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量和形成時間與N0處理相比明顯提高，N225處理普通小麥和伴生麥籽粒的容重和硬度高于N0和N300處理，正常施氮有助于普通小麥和伴生麥籽粒品質的提高，也可根據不同面點的需求適當調節施氮量。另外，合理灌溉有助于提高冬小麥氮素積累，從而提高面團形成時間和穩定時間等加工品質[32]，本研究中，品種、水分和氮素均能影響普通小麥及伴生麥的產量和籽粒品質指標，可為選取普通小麥或伴生麥的優良品質提供參考。