基因型和环境对安徽小麦品质性状的影响

燕 丽，王志忠，郑文寅，张文明，郭文善，姚大年,

(1.安徽农业大学农学院/安徽省粮食作物协同创新中心/农业部黄淮南片小麦生物学与遗传育种重点实验室，安徽合肥 230036； 2.扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏扬州 225009)

基因型和环境对安徽小麦品质性状的影响

燕 丽1，王志忠1，郑文寅1，张文明1，郭文善2，姚大年1,2

(1.安徽农业大学农学院/安徽省粮食作物协同创新中心/农业部黄淮南片小麦生物学与遗传育种重点实验室，安徽合肥 230036； 2.扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏扬州 225009)

为了解基因型和环境对小麦面粉类胡萝卜素含量、LOX活性、白度、蛋白质含量、湿面筋含量和总淀粉含量的影响，选用15个小麦品种连续2年在安徽省4个试点进行试验，分析了15个小麦品种籽粒类胡萝卜素含量和其他5个品质性状的异同。结果表明，供试材料的6个被测品质性状在基因型间的差异均达到极显著水平；类胡萝卜素含量和蛋白质含量在环境间差异达到显著或极显著水平。被测品质性状在年份间差异均达显著或极显著水平(湿面筋含量除外)；环境×年份的互作对LOX活性、白度、蛋白质含量、湿面筋含量和总淀粉含量的效应极显著；基因型×环境互作对类胡萝卜素含量、LOX活性、白度的影响极显著；基因型×年份、环境×年份、基因型×环境×年份互作对蛋白质含量、湿面筋含量、总淀粉含量的效应极显著。

小麦；类胡萝卜素；基因型；环境；品质性状

类胡萝卜素是自然界中广泛存在的天然色素，具有多种生物功能，α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、叶黄素、八氢番茄红素等都是类胡萝卜素的成分[1]。类胡萝卜素是维生素A的前体物质，能够提高人体免疫力，有抗癌活性，并对心血管疾病有预防作用，具有较高的营养保健价值[2-4]。类胡萝卜素是由8个异戊二烯基本单位通过共轭双键构成的一类化合物或衍生物，具有抗氧化作用，可以延长籽粒的储藏期[5]。近年来，随着经济发展和生活水平的提高，人们对面粉品质的要求也越来越高。小麦中类胡萝卜素含量较少[2，6]，通过育种方式提高类胡萝卜素含量有利于改善面制品的营养品质。因此，研究小麦籽粒类胡萝卜素含量的影响因素，能够为选育优质小麦品种提供参考。

有研究表明小麦籽粒品质性状不仅受遗传控制，而且受环境因素的影响[7-10]。为了解基因型和环境对小麦籽粒类胡萝卜素含量以及LOX活性、白度、蛋白质含量、湿面筋含量和总淀粉含量等品质性状的影响，本试验选用15个已在安徽省种植多年的小麦品种在本省4个试验点连续种植两年，分析供试品种类胡萝卜素含量及其他品质性状在不同地点、不同年份间的变化，以期为针对类胡萝卜素含量等品质性状筛选相应小麦品种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设计

供试材料为15个小麦品种：镇麦168、泛麦5号、烟农5158、西农979、新麦26、周麦22、济麦22、烟农19、扬麦13、扬麦15、扬麦158、扬麦20、淮麦21、罗麦8号和皖麦48。近年来，这些品种均在安徽省广泛种植。

于2013-2014、2014-2015年度连续两年分别种植于安徽寿县、阜阳、合肥和天长4个试验点。每个点采用随机区组排列，3次重复，5行区，行长2 m，行距25 cm,每行60株左右。田间管理及收获按多点试验要求进行，于成熟期收获、晾晒，于缸内储存备用。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 全麦粉的制备

将储藏两个月的小麦润麦24 h，使水分达到14%左右，用SCINOCT-410型磨粉机(FOSS公司)粉碎，过直径0.5 mm筛，样品保存在牛皮纸袋中，放入冷藏柜保存，用于相关品质性状测定。

1.2.2 类胡萝卜素含量的测定

参照AACC 14-50方法，根据其他植物类胡萝卜素测定方法，稍有改进。称取全麦粉2 g，于40 mL离心管中，加入水饱和正丁醇10 mL，振荡提取1 h，静置15 min，在室温下10 000 r·min-1离心10 min，取上清液，在440 nm处测定其吸光值。类胡萝卜素的计算公式:类胡萝卜素含量=C×V/m，C为吸光度对应的浓度(μg·mL-1)；V为提取类胡萝卜素溶液的量(mL)；m为全麦粉的质量(g)。

1.2.3 其他品质性状的测定

脂肪氧化酶活性测定参照Larisa Catod的分光光度计法[11]。采用CR410色差计(日本柯尼卡美能达公司)测定全麦粉的L、a、b值；根据亨特白度公式{Wht=100-[(100-L)2+a2+b2]1/2}计算白度。用1255型近红外光谱仪(美国FOSS公司)测定供试材料的蛋白质含量、湿面筋含量和淀粉含量。

1.3 试验数据处理

采用DPS统计软件进行方差分析、Duncan新复极差法进行多重比较，用Excel作图。

2 结果与分析

2.1 两年多点试验的方差分析

由表1可见，供试小麦的类胡萝卜素含量、脂肪氧化酶活性、白度、蛋白质含量、湿面筋含量、总淀粉含量在基因型间差异均达到极显著水平；类胡萝卜素含量和蛋白质含量的环境间差异达到极显著和显著水平。其中，被测的6个品质性状的环境间均方值均大于基因型间均方值。除湿面筋含量以外的5个品质性状的年份间差异达到显著或极显著水平。除类胡萝卜素含量以外的5个品质性状的环境×年份互作效应间差异达极显著水平；类胡萝卜素含量、脂肪氧化酶活性、白度的基因型×环境互作效应间差异达到极显著水平；蛋白质含量、湿面筋含量、淀粉含量的基因型 ×年份、环境×年份、基因型×环境×年份互作效应间差异均达极显著水平。可见年份、环境×年份、基因型×年份、基因型×环境、基因型×环境×年份对于小麦各被测品质性状均有显著或极显著影响，但是其影响均小于基因型和环境。因此，基因型和环境是决定小麦类胡萝卜素含量及其他被测品质性状的主要因素，另外年份以及基因型、环境和年份之间的互作效应也不可忽视。

表1 供试小麦品种6个品质性状多点试验的方差分析

Table 1 Variance analysis of grain quality traits of wheats tested in multi-point tests

变异来源Resourceofvariance自由度DF类胡萝卜素含量CARcontent脂肪氧化酶活性LOXactivity白度Whiteness蛋白质含量Proteincontent湿面筋含量Wetglutencontent淀粉含量Starchcontent区组间 Blocks160.07549.4813.5910.9975.5281.191基因型间 Genotypes(G)146.020**41389.90**60.242**21.560**89.890**29.300**环境间 Environments(E)316.930**65811.903177.24955.950*1227.80082.660年份间 Years(Y)122.680**53465.00**2047.523**1.435*0.1547.715**环境×年份 E×Y30.00619214.20**2778.702**5.138**477.210**25.290**环境×基因型 E×G420.383**1153.26**40.860**1.69814.7202.036基因型×年份 G×Y140.0023.2210.2230.940**21.130**1.478**环境×基因型×年份 E×G×Y420.0032.869.9032.614**15.420**4.185**误差 Error2240.03774.937.6290.3524.6260.496总变异 Totalvariance359

表格中数据为均方值。*和**分别代表F测验达到显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)水平。

Dates are mean squre value.* and ** mean significant difference at 0.05 and 0.01 levels withFtest,respectively.

表2 15个小麦品种品质性状的比较

Table 2 Comparison of grain traits among fifteen wheat varieties

品种Variety类胡萝卜素含量CARcontent/(mg·kg-1)脂肪氧化酶活性LOXactivity/(AU·min-1·g-1)白度Whiteness蛋白质含量Proteincontent/%湿面筋含量Wetglutencontent/%淀粉含量Starchcontent/%镇麦168 Zhenmai1681.40l219.9b68.46f15.9c38.0bc64.9e泛麦5号 Fanmai52.54b105.6l70.97abcde14.5efg34.8d64.9e烟农5158 Yannong51581.77f160.0g72.53ab15.1de36.1bcd66.1abc西农979 Xinong9791.25m255.2a68.91ef14.7def36.1bcd65.5cde新麦26 Xinmai262.31d142.3i69.06def17.3a41.1a62.6f周麦22 Zhoumai222.92a105.9l70.46bcdef15.9c38.2abc65.1de济麦22 Jimai222.19e153.8h69.42def15.0de37.1bcd65.1de烟农19 Yannong191.75fg154.1h68.69f14.6defg36.5bcd65.1de扬麦13 Yangmai131.64i189.4d72.81a15.2d38.6ab66.8a扬麦15 Yangmai151.74g160.2g71.19abcd14.2fg34.3d66.4ab扬麦158 Yangmai1581.70h166.6f68.59f15.1de37.0bcd65.4cde扬麦20 Yangmai201.57j179.6e70.15cdef14.5defg35.3cd65.8bcd淮麦21 Huaimai212.53b122.2k72.40ab14.0g34.7d65.4cde罗麦8号 Luomai82.49c131.7j68.70f16.6b38.3abc63.3f皖麦48 Qanmai481.51k203.2c71.88abc14.1fg34.2d66.0abc平均值 Average1.95163.370.2815.136.765.2

同列数据后小写字母不同表示品种间差异在0.05水平显著。下同。

Different small letters following values at the same column mean significant difference at 0.05 level among different varieties,respectively. The same as in table 3 and table 4.

2.2 不同小麦品种品质性状的多重比较

由表2可见，15个供试小麦品种的类胡萝卜素含量介于1.25～2.92 mg·kg-1之间，平均值为1.95 mg·kg-1,含量最高的是周麦22，最低的是西农979；脂肪氧化酶活性介于105.6～255.2 AU·min-1·g-1之间，平均值为163.3 AU·min-1·g-1，活性最高的是西农979，最低的是泛麦5号；白度为68.46～72.81，平均值为70.28,最高的是扬麦13，最低的是镇麦168；蛋白质含量为14.0%～17.3%，平均值为15.1%,最高的是新麦26，最低的是淮麦21；湿面筋含量为34.2%～41.1%，平均值为36.7%,最高的是新麦26，最低的是皖麦48；淀粉含量为62.6%～66.8%，平均值为65.2%,最高的是扬麦13，最低的是新麦26。其中，周麦22的类胡萝卜素含量显著高于其他14个品种，西农979的脂肪氧化酶活性显著高于其他14个品种。

2.3 小麦品质性状的环境差异

由表3可见，不同试点供试小麦品种的类胡萝卜素含量为1.62～2.56 mg·kg-1，含量最高的是寿县点，最低的是阜阳点；脂肪氧化酶活性为129.5～189.5 AU·min-1·g-1，最高的是天长点，最低的是阜阳点；白度为61.40～73.91，最高的是阜阳点，最低的是天长点；蛋白质含量为14.2%～16.0%，最高的是寿县点，最低的是阜阳点；湿面筋含量33.3%～41.6%，最高的是寿县点，最低的是合肥点；淀粉含量为64.2%～66.4%，最高的是阜阳点，最低的是寿县点。其中，寿县点小麦类胡萝卜素含量显著高于其他三个试点，合肥点、天长点脂肪氧化酶活性显著高于阜阳点，寿县、天长点蛋白质含量显著高于其他2试点。说明环境对小麦类胡萝卜素含量及其他品质性状有一定影响。

表3 4个试验点小麦品质性状的比较

Table 3 Comparison of grain traits among four locations

试点Location类胡萝卜素含量CARcontent/(mg·kg-1)脂肪氧化酶活性LOXactivity/(AU·min-1·g-1)白度Whiteness蛋白质含量Proteincontent/%湿面筋含量Wetglutencontent/%淀粉含量Starchcontent/%寿县Shouxian2.56a154.1ab72.59a16.0a41.6a64.2b阜阳Fuyang1.62d129.5b73.91a14.2b34.5b66.4a合肥Hefei1.96b180.2a73.21a14.8b33.3b65.4ab天长Tianchang1.68c189.5a61.40a15.5a37.3ab64.9ab平均值Average1.95163.370.2815.136.765.2

2.4 小麦品质性状的年际差异

由表4可见，除湿面筋含量外，其他5个品质性状的年份间差异均达显著水平。类胡萝卜素含量、蛋白质含量2013-2014年度比2014-2015年度分别高0.5 mg·kg-1和0.1%；脂肪氧化酶活性、白度、淀粉含量2013-2014年度比2014-2015年度分别低24.4 AU·min-1·g-1、4.77和0.3%；湿面筋含量两年间差异不显著。说明气象条件对于小麦不同品质性状有不同程度的影响。因此，在评定小麦品种类胡萝卜素含量等品质性状时，应对年份间的影响加以重视。

表4 2个年份小麦品质性状的比较

Table 4 Comparison of grain traits between two years

年份Year类胡萝卜素含量CARcontent/(mg·kg-1)脂肪氧化酶活性LOXactivity/(AU·min-1·g-1)白度Whiteness蛋白质含量Proteincontent/%湿面筋含量Wetglutencontent/%淀粉含量Starchcontent/%2013-20142.20a151.1b67.90b15.2a36.7a65.1b2014-20151.70b175.5a72.67a15.1b36.7a65.4a平均值Average1.95163.370.2815.136.765.2

3 讨 论

小麦类胡萝卜素含量是小麦重要的品质性状之一，培育和筛选高类胡萝卜素含量的小麦品种对于改善人们的膳食结构具有重要的意义[2]。普通小麦的类胡萝卜素含量具有较高的遗传力，并存在广泛的遗传变异，有利于筛选高、低类胡萝卜素的亲本资源[12-13]。有性杂交等常规育种方法是目前提高小麦籽粒类胡萝卜素含量比较适用的方法之一[14]。小麦类胡萝卜素含量等品质性状是由基因型和环境共同决定的[7-10,15]。有研究认为基因型效应大于环境效应，也有研究认为环境效应大于基因型效应[16-19]。

在本试验中，小麦类胡萝卜素含量等品质性状主要受到基因型和环境的影响，同时基因型和环境之间的互作也不可忽视，但是基因型效应和环境效应均大于两者的互作效应，这与胡瑞波等[20]的研究结果相符。被测的6个品质性状的环境间均方值均大于基因型间均方值。除湿面筋含量以外的其他5个被测品质性状的年份间差异均达显著水平；除类胡萝卜素含量以外的5个品质性状的地点×年份互作效应极显著，类胡萝卜素含量、脂肪氧化酶活性、白度的基因型×地点互作效应差异达到极显著水平；蛋白质含量、湿面筋含量、淀粉含量的基因型×年份、地点×年份、基因型×地点×年份互作效应差异均达极显著水平。不同因素对于不同品质性状的效应不同，在进行小麦生产中，应对品种、环境、年际间变化特点进行综合考虑。

[1]DI-MASCIO P,KAISER S,SIES H.Lycopene as the most efficient biological carotpnoid singlet oxygen guencher [J].ArchBiochemBiophys,1989,274:532.

[2] ATIENZA S G,MARTIN A,PECCHIONI N,etal.The nuclear-cyto-plasmic interaction controls carotenoid content in wheat [J].Euphytica,2008,159(3):325.

[3]LINTUE J V,WYSS A.Molecular analysis of vitamin A formation:cloning and haracterization of β-carotene 15,15-dioxygenase [J].ArchivesofBiochenistryandBiophyscics,2001,385:47.

[4] 吕俊丽.美国马里兰不同品种小麦抗氧化成分分析与功能性评价[D].杨凌:西北农林科技大学,2013:17.

LÜ J L.Antioxidant component analysis and functional evaluation of different genotype wheat in Maryland [D].Yangling:Northwest A&F University,2013:17.

[5] 陶 俊,张上隆,徐昌杰,等.类胡萝卜素合成的相关基因及其基因工程[J].生物工程学报,2002,18(3):276.

TAO J,ZHANG S L,XU C J,etal.Gene and gene engineering of carotenoid biosynthesis [J].ChineseJournalofBiotechnology,2002,18(3):276.

[6] 方 震,杨紫薇.硬粒小麦类胡萝卜素的研究[J].粮食与油脂,1996(3):14.

FANG Z,YANG Z W.The research of durum wheat carotenoids [J].CerealsandOils,1996(3):14.

[7] 孙彩玲,田纪春,彭 波.不同基因型和环境影响小麦主要品质的研究[J].中国粮油学报,2012(3):6.

SUN C L,TIAN J C,PENG B.Effects of different genotypes and environments to the main quality traits of wheat [J].JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociation,2012(3):6.

[8] 姚大年,刘广田,朱金宝,等.基因型和环境对小麦品种籽粒性状及馒头品质的影响[J].中国粮油学报,2000,15(2):1.

YAO D N,LIU G T,ZHU J B,etal.Effect of genotypes and environment to grain traits and steamed bread quality in wheat varieties [J].JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociation,2000,15(2):1.

[9] 邓志英,田纪春,胡瑞波,等.基因型和环境对小麦主要品质性状参数的影响[J].生态学报,2006,26(8):2757.

DENG Z Y,TIAN J C,HU R B,etal.Effect of genotypes and environment on main quality characteristics of wheat [J].ActaEcologicSinica,2006,26(8):2757.

[10] 马冬云,朱云集,郭天财,等.基因型和环境及其互作对河南省小麦品质的影响及品质稳定性分析[J].麦类作物学报,2002,22(4):13.

MA D Y,ZHU Y J,GUO T C,etal.Effect of genotypes,environment and G×E interaction on wheat quality of Henan province and the stability analysis [J].JournalofTriticeaeCrops,2002,22(4):13.

[11]CATO L,HALMOS A L,SMALL D M.Measurement of lipoxygenase in Australian white wheat flour:the effect of lipoxygenas on the quality properties of white salted noodles [J].JournaloftheScienceofFoodandAgriculture,2006,86:1670.

[12]CHANDER S,ROCHEFORD T R,LI J S.Using molecular markers to indentify two major loei controlling carotenoid contents in maize grain [J].TheoreticalandAppliedGenetics,2008,116:223.

[13] 郑文寅,汪 帆,司红起,等.普通小麦籽粒LOX、PPO活性和类胡萝卜素含量变异及对全麦粉色泽的影响[J].中国农业科学,2013,46(6):1087.

ZHENG W Y,WANG F,SI H Q,etal.Variations of LOX and PPO activities and carotenoid content as well as their influnce on whole flour color in commom wheat [J].ScientiaAgriculturaSinica,2013,46(6):1087.

[14]HUNG P V,HATCHER D W.Ultra-performance liquid chromatography(UPLC) quantification of carotenoids in durum wheat influence of genotype and environment in relation to the color of yellow alkaline noodles [J].FoodChemistry,2011,125(4):1510.

[15] 庄巧生.中国小麦品种改良及系谱分析[M].北京:中国农业出版社,2003:519.

ZHUANG Q S.Chinese Wheat Improvement and Pedigree Analysis [M].Beijing:China Agriculture Press,2003:519.

[16] 王 慧,郑文寅,樊 宏,等.不同小麦品种籽粒中LOX活性及基因型和环境互作分析[J].中国粮油学报,2011,26(1):11.

WANG H,ZHENG W Y,FAN H,etal.Lipoxygenase activity and its genotype and environment interactions for different wheat varieties [J].JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociation,2011,26(1):11.

[17] 张 明.基因型和环境对小麦品质性状的影响[J].菏泽大学学报,2008,30(5):74.

ZHANG M.Effect of genotypes and environment on the quality of wheat [J].JournalofHezeUniversity,2008,30(5):74.

[18] 郭世华,王洪刚.基因型和环境及其互作对我国冬小麦部分品质性状的影响[J].麦类作物学报,2006,26(1):45.

GUO S H,WANG H G.Effect of genotypes,environment and G×E interaction on partial quality characteristics of Chinese winter wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2006,26(1):45.

[19] 赵 春,宁堂原,焦念元,等.基因型与环境对小麦籽粒蛋白质和淀粉品质的影响[J].应用生态学报,2005,16(7):1257.

ZHAO C,NING T Y,JIAO N Y,etal.Effect of genotypes and environment on protein and starch quality of wheat grain [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2005,16(7):1257.

[20] 胡瑞波,田纪春,吕建华.小麦类胡萝卜素含量的稳定性及其与黄碱面条色泽性状的相关性分析[J].作物学报,2004,30(6):597.

HU R B,TIAN J C,LÜ J H.Stability and analysis of carotenoid content and its cocfficient corrclation with yellow alkakine noodle color characteristics in commom wheat(TriticunaestivumL.) [J].ActaAgronomicaSinica,2004,30(6):597.

Effect of Genotypes and Environments on Wheat Quality in Anhui Province

YAN Li1,WANG Zhizhong1,ZHENG Wenyin1,ZHANG Wenming1,GUO Wenshan2,YAO Danian1,2

(1.College of Agronomy,Anhui Agricultural University/Key Laboratory of Wheat Biology,Genetic and Breeding in Huang-huai Southern Areas,Ministry of Agriculture/Co-Innovation Center for Grain Crops of Anhui Province,Hefei,Anhui 230036,China; 2.Co-Innovation Center for Modern Production Technology in Grain Crops of Jiangsu Province,Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu 225009,China)

For the sake of comprehending the effects of genotypes(G) and environments(E) on cartenoid contents,LOX activity,whiteness,protein content,wet gluten content and starch content in wheat varieties,fifteen wheat varieties were selected as materials to analyze the similarities and differences of kernel carotenoid content and other five quality traits at four experimental sites in Anhui province in 2 consecutive years(Y).The results showed carotenoid content and other five quality traits were significantly different among genotypes based on variances analysis. The carotenoid and protein content were significantly different among environments. The variances of years are significant in tested quality traits(except wet gluten content). The effect of E×Y on LOX activity,whiteness,protein content,wet gluten content and starch content in wheat varieties was significantly different. The variances of G×E are highly significant in carotenoid contents,LOX activities and whiteness,and the effects of G×Y,E×Y,and G×E×Y on protein content,wet gluten content and starch content were all highly significant.

Wheat; Carotenoid; Genotype; Environment; Quality trait

时间：2016-11-04

2016-04-11

2016-05-14

国家自然科学基金项目(31371615);安徽省自然科学基金项目(1608085MC70)

E-mail：yanli7705@163.com

姚大年(E-mail：dnyao@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2016)11-1497-05

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161104.0926.026.html