面包面条兼用型强筋小麦主要品质性状分析与评价

杨雪峰,宋维富,刘东军,赵丽娟,宋庆杰,张春利,辛文利,肖志敏,白光宇,孙雪松,仇 琳,王晓楠

(1.黑龙江省农业科学院作物资源研究所,黑龙江哈尔滨 150086;2.新疆生产建设兵团第十师农业科学研究所,新疆北屯 836000;3.黑龙江省农业科学院农业遥感与信息研究所,黑龙江哈尔滨 150086)

品质改良是强筋小麦育种重要发展方向之一,提高面筋质量和改良淀粉特性是强筋小麦品质提升的有效途径。研究表明,优质高分子量麦谷蛋白亚基(high molecular weight glutenin subunits,HMW-GS)主要影响面筋强度,对面团形成时间和稳定时间、沉淀值和面包烘烤品质具有显著影响[1]。控制HMW-GS的不同基因位点中,Glu-D1位点对小麦二次加工品质贡献高于Glu-A1和Glu-B1[2-3],而Ax2*、Bx7+By8或By9、Dx5+Dy10亚基对面筋强度、稳定时间等具有明显的正向效应[4-5]。Wx蛋白由wx-A1、wx-B1和wx-D1基因编码控制,wx基因缺失可降低直链淀粉含量,改善面条品质[6];含有wx-B1b基因的小麦品种(Wx-B1缺失)更适合制作面条[7],是优质面条小麦选育的重点[8]。通过分子标记辅助选择技术与常规育种的有机结合,可实现Glu-1位点优质亚基组合与wx-B1b基因的集聚,实现面筋质量和淀粉特性的同步遗传改良[6,9],加速强筋小麦加工品质的改良进程。目前,有关面包面条兼用型强筋小麦主要品质性状研究较少,因此,本研究对含有Ax2*/Bx7+By8或By9/Dx5+Dy10亚基组合和wx-B1b基因的稳定优异品种(系)主要品质指标、淀粉特性及面制品评分进行综合分析,以期为面包面条兼用型强筋小麦选育提供参考依据,为品质育种和加工企业提供优异种质和原料。

1.1 试验材料

试验材料来源于东北春麦区,共计32份(表1),均属于硬红春小麦,携带优质亚基Ax2*/Bx7+By8或By9/Dx5+Dy10和wx-B1b基因,由黑龙江省农业科学院作物资源研究所小麦研究室选育并提供试验用种。包括稳定品系25份,自育推广品种7份,对照龙麦35为面包面条兼用型强筋小麦品种,其HMW-GS组成为Ax2*/Bx7+By9/Dx5+Dy10,携带wx-B1b基因,现为东北春麦区第一主栽品种[10]。

表1 不同品种(系)的亚基类型和品质性状Table 1 Genotype and quality analysis of different spring wheat varieties(lines)

1.2 试验方法

1.2.1 田间栽培

全部材料于2021年度种植于黑龙江省农业科学院现代农业示范园区(哈尔滨市道外区民主乡)内,土壤类型为黑壤土,种植密度650×104株·hm-2,基施纯氮90 kg·hm-2、五氧化二磷75 kg·hm-2、氧化钾45 kg·hm-2。其他田间管理同当地生产田。

1.2.2 HMW-GS组成及wx-B1b基因检测

选取收获籽粒,按照张延滨[11]的方法分析HMW-GS组成,参照Payne等[12]的方法确定亚基类型。wx-B1b基因检测按照于春花[13]的方法进行。

1.2.3 品质检测

按照GB/T5506.2-2008标准,利用瑞典波通公司的Glutomatic 2200面筋仪测定湿面筋含量,计算面筋指数(未过筛网湿面筋质量/总湿面筋质量);按照GB/T 14615-2019标准,利用Brabender拉伸仪测定面团能量、延伸性及最大拉伸阻力等参数;按照GB/T 14490-2008标准,利用Brabender 803201型粘度仪测定淀粉糊化特性参数。

1.2.4 面制品评分

面包评分参考GB/T 35869-2018标准进行;面条评分参考GB/T 35875-2018标准进行;饺子评分参考LS/T 6123-2017标准进行。

1.3 数据处理

采用WPS 11.1.0进行数据整理分析和图表制作。

2.1 面筋质量分析

由于面筋指数、拉伸参数等与面筋质量显著相关,受面筋数量性状影响较小[14],并且面筋指数与面包体积和面包评分呈极显著正相关[15],因此本试验选取面筋指数、拉伸参数作为衡量面筋质量的主要指标。结果(表1)表明,供试材料面筋指数平均94.4%,较对照低0.2%,高于对照的材料有19份,占比为59.3%,最大值为98.8%(龙19-9859),最小值为84.3%(龙18-8267);能量平均为122 cm2,与对照相当,高于对照的材料有16份,占比为50.0%,最大值为216 cm2(龙19-9859),最小值为72 cm2(龙蒙麦7255);延伸性平均146 mm,较对照低16.6%,高于对照的材料仅有1份,占比为0.3%,最大值为176 mm(龙麦77),最小值为107 mm(龙蒙麦7255);最大拉伸阻力平均654 EU,较对照高23.4%,高于对照的材料有29份,占比为90.6%,最大值为1 078 EU(龙19-9859),最小值为472 EU(龙18-8267)。

2.2 淀粉特性分析

由表1可知,糊化温度平均63.7 ℃,较对照低 1.1%,高于对照的材料有2份,占比为6.3%,最大值为64.9 ℃(龙19H1128),最小值为62.5 ℃(龙19-9194);峰值粘度平均1 125 BU,较对照高 3.8%,高于对照的材料有25份,占比为78.1%,最大值为1 360 BU(龙18H2305),最小值为990 BU(龙19H2109);峰值温度平均87.4 ℃,较对照低1.4%,高于对照的材料有2份,占比为6.3%,最大值为89.2 ℃(龙18-8267、龙麦94),最小值为85.2 ℃(龙麦33)。

2.3 面制品评分

对4个近年审定优异品种及对照进行面制品评分,结果(表2)发现,面包评分平均84.3分,较对照低4.4%,最高为88.2分(龙麦86),最低为80.0分(龙麦87);面条评分平均86.2分,较对照低0.2%,最高为88.7分(龙麦92),最低为83.5分(龙麦87);饺子皮评分平均84.3分,较对照高1.3%,最高为87.0分(龙麦77),最低为83.0分(龙麦87)。综合分析发现,龙麦77面制品评分均超过87分,较对照龙麦35更均衡,是优异的兼用型强筋小麦品种。其它品种面制品评分也均超过80分,可作为面包面条兼用型品种在生产中应用。4个品种可以为兼用型强筋小麦品质改良优良亲本和原粮生产优良品种。

表2 4个小麦品种基因类型及面制品评分Table 2 Genotype and product score of 4 wheat cultivars

2.4 主要品质指标间相关性分析

从表3可以看出,供试品种(系)的面筋指数与能量、最大拉伸阻力呈极显著正相关,能量与延伸性、最大拉伸阻力呈极显著正相关,其他指标间相关性均不显著。衡量面筋质量的品质指标面筋指数、拉伸特性均与淀粉糊化特性相关性不显著,推测面筋质量和淀粉特性的遗传物质相对独立,二者之间相互影响较小。

表3 不同品质指标相关性分析Table 3 Correlation analysis of different quality indices

2.5 Glu-B1位点不同亚基组合对面筋指数和拉伸特性的影响

由表4可知,对面筋指数和最大拉伸阻力的影响为Bx7+By8>Bx7+By9,对能量和延伸性的影响为Bx7+By8最大拉伸阻力>延伸性>面筋指数。含有Bx7+By9的品种(系)除面筋指数外其它品质指标变异系数均要小于Bx7+By8,推测相对Bx7+By8而言,Bx7+By9更有利于小麦部分品质性状的稳定,或者是与其他位点优质亚基的互作效应优于Bx7+By8,其遗传效应对比还有待进一步明确。

表4 不同亚基组合的面筋指数和拉伸特性Table 4 Gluten index and extensograph parameters of different subunit compositions

为实现面包面条兼用型强筋小麦的品质改良,本研究在前期亲本选配过程中,重点进行了优质HMW-GS和wx-B1b基因同步集聚,并通过分子标记手段及人工定向选择,育成了以Ax2*/Bx7+By8或By9/Dx5+Dy10/wx-B1b组合为主的大量优良品系。通过对面筋质量和淀粉特性等品质相关性分析,明确了面筋指数、拉伸参数与淀粉糊化特性指标相关不显著,结合部分品种面制品的评分结果,进一步验证了蛋白质与淀粉可实现同步改良,这与潘秋晓等[16]结论一致。

有研究认为,Bx7+By9对面筋指数的贡献显著高于Bx7+By8[17],对拉伸特性的贡献则Bx7+By8大于Bx7+By9[18]。本研究结果表明,Bx7+By8对面筋指数的贡献高于Bx7+By9,但二者差异不显著;对能量和延伸性作用Bx7+By9大于Bx7+By8,二者间延伸性差异显著,对最大拉伸阻力作用Bx7+By8大于Bx7+By9,但差异不显著,这与上述研究结果不同,具体原因有待进一步研究。本研究发现,在其他位点相同的条件下,含有Bx7+By9的小麦品种间品质变异系数小,较Bx7+By8表现更稳定,但其遗传效应或互作效应对比还有待更多品种和试验进一步明确。

在面包面条兼用型强筋小麦品质改良过程中,优异蛋白质(面筋)质量与淀粉特性的遗传效应既独立存在又相辅相成,在满足优质基因集聚的前提下,必须与品质检测和面制品评分有机结合,才能实现面包面条兼用型的改良。本研究中,个别品种(系)虽然具有HMW-GS和wx-B1b基因,但品质并不突出,因此,对其进行面食制品烘焙和蒸煮品质评价不可或缺。

受样品数量及测定时间限制,本研究未对淀粉糊化特性中的回生值和崩解值进行测定,对于面筋质量和二者的关系,将继续在今后的品质分析中开展研究。

优质HMW-GS和wx-B1b基因集聚可加快强筋小麦品质改良进程,且对品质的作用互不干扰,可实现面筋质量和淀粉特性同步改良。Ax2*/Bx7+By8或By9/Dx5+Dy10/wx-B1b可作为面包面条兼用型强筋小麦优质基因集聚类型之一,在品质改良中加以利用。龙19-9859、龙19-9876、龙19-9878、龙18H2305、龙蒙麦9030、龙麦77、龙麦86及龙麦94等优异品种(系)既可作为兼用型强筋小麦生产原料,又能作为品质改良优异亲本。