小麦籽粒硬度研究进展

籽粒硬度是小麦重要的品质性状之一,主要影响磨粉品质和食品加工品质。为了在生化和分子水平上进一步研究籽粒硬度,加快小麦品质改良进程,从籽粒硬度理论假说、硬度测定方法、遗传学基础、生化基础、硬度与品质的关系,以及主效基因等位变异和遗传转化等方面,介绍了国内外在籽粒硬度研究中的主要研究进展,并结合中国在相关领域的研究现状进行了评述。     

我国小麦品质改良的主攻目标及途径分析

根据国内外小麦品质改良的研究成果，结合我国小麦遗传资源的品质水平和目前推广品种的品质状况，提出我国小麦品质改良应以烘烤品质为主攻目标，兼顾籽粒蛋白质含量和籽粒硬度，而高赖氨酸育种潜力不大．并提出了相应的改良途径．     

我国小麦品质改良的主攻目标及途径分析

根据国内外小麦品质改良的研究成果结合我国小麦遗传资源的品种水平和目前推广品种的品质状况，提出我国小麦品质改良应以烘烤品质主主攻目标，兼顾籽粒蛋白含量和籽粒硬度，而高赖氨酸育种潜力不在。并提出了相应的改良途径。     

小麦三个品质性状微量检测方法的应用与评价

为探讨小麦育种中简单、可行和高效的品质选择指标,给小麦品质改良提供借鉴,对蛋白质含量、籽粒硬度和SDS沉淀值在本单位育种中的应用效果进行分析,结果表明籽粒硬度在不同基因型间的变异系数最大,在不同栽培条件和不同年份表现稳定,是有效、可靠的选择指标;SDS沉淀值与蛋白质含量、籽粒硬度均呈极显著正相关,在基因型间的变异较大,可作为一个能反映总体品质水平的选择指标;蛋白质含量在基因型间变异系数小,受环境影响大,用于早代选择效果不理想。品质育种中可根据籽粒硬度和SDS沉淀值进行初步选择。     

小麦品种选育早期品质选择指标的评价

对２３个小麦品种资源材料的品质分析结果表明,小麦育种早期品质选择指标,包括角质率、千粒重、硬度、籽粒形状和饱满度等籽粒品质性状、蛋白质含量、面筋含量、面筋质量指数及沉淀值等蛋白质品质性状、它们与高代品系品质的评价指标（容重、出粉率和粉质图评价值）有很密切的相关性。多数籽粒品质性状测定方法简单、实用;蛋白质品质性状能更确切地反映蛋白质的数量和质量特征,它们与食品加工品质和加工产品的类型关系密切。这些都可作为小麦育种中蛋白质品质改良的早期选择指标。     

新疆小麦品种籽粒性状、磨粉品质及其关系的研究

为给新疆冬、春小麦品种籽粒性状与磨粉品质改良提供参考依据,以30个新疆冬小麦品种和36个新疆春小麦品种为试验材料,研究了新疆小麦品种籽粒性状、磨粉品质特性及其两者的关系。结果表明,新疆冬、春小麦品种籽粒性状基本相近,各有优劣,主要差异表现在硬度大小不同,冬小麦品种的硬度（47.1）小于春小麦品种（61.8）;冬小麦品种的出粉率和黄度分别高于和低于春小麦品种,说明冬小麦品种的磨粉品质优于春小麦品种。新疆本地育成冬小麦品种的籽粒硬度（51.8）小于春小麦品种（62.9）,出粉率高于春小麦品种,灰分、红度和黄度也高于春小麦品种。综合来看,新疆本地育成春小麦品种的籽粒性状略优于冬小麦品种,磨粉品质优于冬小麦品种。相关分析表明,新疆冬、春小麦籽粒硬度与破损淀粉率呈极显著正相关,与L*值呈极显著负相关;籽粒蛋白含量与面粉灰分呈显著正相关。说明籽粒硬度和籽粒蛋白含量与新疆小麦磨粉品质关系最为密切。总之,在新疆小麦籽粒性状与磨粉品质改良中,应以籽粒硬度和面粉色泽改良为重点,同时也要提高新疆小麦籽粒蛋白含量和出粉率。     

小麦品种选育早期品质选择指标的评价

对２３个小麦品种资源材料的品质分析结果表明,小麦育种早期品质选择指标,包括角度率,千粒重,硬度,籽粒形状和饱满度等籽粒品质性状,蛋白质含量,面筋含量,面质量指数及沉淀值等蛋白质品质性状,它们与高代品系品质的评价指标有很密切的相关性。多数粒品质性状测定方法简单,实用;蛋白质品质性状能更确切地反映蛋白质的数量和质量特征。它们与食品加工品质和加工产品的类型关系密切。这些都可作为小麦种中蛋白质品质改良的早     

小麦单籽粒性状与品质的关系

目前测定小麦单籽粒品质的方法有单籽粒谷物品质测定法和谷蛋白溶涨指数法(SIG)。为了揭示单籽粒品质检测的作用,选用16个小麦品种(系)进行单籽粒性状的研究,结果表明,品种内单籽粒硬度、籽粒直径、单籽粒重量及SIG的变异较大,水分含量变异不大。单籽粒品质指标硬度、粒重、粒径及SIG与磨粉品质、面团流变学特性、蛋白质品质、籽粒品质部分指标呈显著或极显著相关,这些指标对于预测磨粉品质、早代株系品质筛选及食品品质具有快速、方法简单及预测能力强的优点。将单籽粒谷物品质测定参数及SIG相结合,可以有效地进行小麦育种后代筛选及品质预测。     

人工合成小麦与普通小麦的重组近交系主要品质性状的初步研究

为了解人工合成六倍体小麦(Synthetic hexapliod wheats,SHW)导入对普通小麦品质的影响及其潜在利用价值,2004～2005年,对重组近交系群体(人工合成六倍体小麦Syn-CD780×普通小麦品种CY12)的主要品质指标进行了检测.结果表明,籽粒硬度、籽粒蛋白质含量、降落值、湿面筋含量、吸水率、形成时间和稳定时间等7个品质参数的群体平均值都介于两个亲本之间,只有降落值和面团稳定时间2个参数的群体平均值高于Syn-CD780.在131个株系中,有15个株系的综合品质指标较为突出.非遮雨处理的籽粒硬度和吸水率显著低于遮雨处理,而籽粒蛋白质含量、降落值、湿面筋含量和稳定时间等4个品质指标则相反,表明遮雨与否对小麦品质参数的影响较大.Syn-CD780在小麦品质改良上有一定的潜在利用价值.     

陕西关中小麦品种(系)籽粒品质性状研究

为了给小麦品质评价、品质改良、育种目标制定、优质小麦区划和生产基地建设提供理论依据,对参加关中地区小麦品种区域试验的9年163个品种(系)的籽粒品质性状进行了研究。结果表明,关中地区小麦品种(系)籽粒的千粒重、容重、硬度、蛋白质含量、湿面筋含量均较高,但沉淀值较低,蛋白质的质量较差;面团的稳定时间短,软化度较高,评价值较低;关中地区能达到强筋小麦品种标准的品种(品系)仅占8．59％,中筋品种(系)占55．83％。关中地区的小麦品种选育工作还应在提高产量水平的同时,加强对沉淀值和面团稳定时间的选择,以满足优质小麦生产和食品加工对强筋小麦品种的需求。     

Breeding Wheat for Improved Milling and Baking Quality

Abstract

The molecular determinants of flour functionality and the targeted end-uses for flour define the methods used for improving wheat (Triticum aestivum L.) quality. We review major biochemical systems (gluten, grain hardness, starch, pentosans, lipids, and pigments) affecting wheat milling and baking quality. In early segregating generations (Fj to F₄), breeding programs select for the basic criteria that define a market class (e.g., grain hardness, color, kernel shape, and gluten strength). When desired and possible, improvement of highly heritable traits (e.g., PPO, GBSS mutations, and glutenin sub-units) in early generations is practiced through selection for desired seed or molecular phenotype. In advanced generations (F₅ to cultivar release), bake tests and rheological measures identify breeding lines fitting the subtle characteristics of a market class. Breeding programs favor rapid measures of end-use quality to rank breeding lines for relative end-use quality rather than time consuming protocols that would precisely measure the rheology of flour. Integration of genetic, biochemical, and rheological factors with breeding goals and realistic selection protocols results in the improvement of end-use quality for new cultivars of wheat.     

Genetical,Biochemical and Technological Parameters Associated with Biscuit Quality. I. Prediction Using Grain Hardness and Water Extractable Arabinoxylans

The aim of this work was to identify the main biochemical and technological parameters that could be efficient in wheat breeding programs for biscuit-making quality. A semi-sweet biscuit was chosen as the standard biscuit for this study. Evaluation of biscuit-making quality was carried out with a set of 39 French cultivars. Thirty-six biochemical and technological characteristics were determined on this plant material. Variables obtained from the biscuit test were closely associated with grain hardness (GHa) and (to a lesser extent) with the viscosity (Visc) of water extractable arabinoxylans in flour. High molecular weight glutenin subunits (HMW-GS) and total proteins were also found to be linked to biscuit quality but had less effect than grain hardness and viscosity. Multiple regression analyses revealed that starch damage was highly correlated with grain hardness and explained 60·1% of variations in consistence, 70·5% in thickness, 76·6% in density and 51·9% of the rupture force of the biscuits. The heritability of ten biscuit-test parameters and ten flour characteristics was evaluated using a set of 19 cultivars grown in three different locations. All the parameters analysed (except surface appearance) were significantly influenced by the genotype, whereas location did not significantly affect machinability, thickness or surface appearance. Starch damage, laser granulometry, grain hardness, density and thickness of the biscuit displayed the highest heritability coefficients, 0·95, 0·94, 0·92, 0·92 and 0·90, respectively. Our results provide reliable information for designing wheat breeding programs to improve biscuit quality. Results also indicate that the creation of wheat cultivars to improve the quality of semi-sweet biscuits can be achieved through breeding programmes.     

面粉高白度小麦种质资源筛选及其品质分析

为了挖掘面粉白度高、品质优的小麦种质,对1 248份小麦种质资源进行了面粉白度测定,并对面粉白度值超过80的小麦种质的籽粒硬度、淀粉RVA糊化特性以及面团揉混特性等有关品质性状进行了分析。筛选出面粉白度值≥80的小麦种质195个,其籽粒硬度指数分布范围为15～77;淀粉RVA糊化特性参数峰值黏度范围为1 030～3 407cP,稀懈值范围为629～1 522cP,回生值范围为5～1 546cP,糊化温度范围为65.3～88.2℃,最终黏度范围为755～3 870cP;面团形成时间范围为1.3～4.2min,衰落角范围为3～35度,沉降值范围为21～58.7mL。研究结果还表明,面粉中类胡萝卜素含量低,则面粉白度就高,仅靠延长面粉储存时间不会大幅度提高面粉白度。筛选出的14个高白度优异小麦种质可用于培育中强筋面粉高白度小麦新品种。     

河北省主要推广强筋小麦的面包加工品质

为了解河北省主推强筋小麦品种的籽粒品质和面包加工品质,评选优质面包小麦品种,对河北省9个强筋小麦品种的31个籽粒品质和8个面包加工品质指标进行了测定。结果表明,除千粒重、容重、籽粒硬度、出粉率、面粉色泽L*值、面粉色泽b*值、面粉白度、籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、糊化温度、吸水率外,其余被测指标的变异系数均大于10%,说明河北省强筋小麦品种多数品质性状的遗传多样性比较丰富。藁优9415、冀师02-1、藁优2018和金麦1号4个小麦品种制作的面包达到国家优质面包标准。面包评分与面团拉伸曲线面积和最大拉伸阻力极显著正相关,与形成时间、稳定时间、粉质质量指数、延伸度和拉伸阻力显著正相关,与面包质构的粘聚性极显著正相关,与面包质构的硬度、胶着性、咀嚼度、坚实度均极显著负相关。     

山西小麦品种籽粒硬度与主要品质性状研究

为明确山西省近十年育成小麦新品种的籽粒硬度和品质状况,利用单籽粒谷物特性测定仪(SKCS)、DA7200多功能近红外分析仪,对来自山西省近十年审定的56个小麦新品种的籽粒硬度、蛋白质含量、出粉率等指标进行了检测和分析。结果发现,山西省近十年审定的小麦品种中,硬质麦比例较高,为78%,混合型麦和软质麦比例较低,分别为12%和8%;硬度指数范围较宽,为16.33～78.93。经相关分析,小麦籽粒硬度指数与被测品质性状均呈正相关关系,其中,与出粉率、吸水率、最大拉伸阻力均呈极显著正相关(P0.01)。硬质麦的蛋白质含量、湿面筋含量、出粉率、沉降值等品质参数均显著高于混合型麦和软质麦。混合型麦的蛋白质含量、湿面筋含量、出粉率、沉降值等品质参数略高于软质麦。     

小麦籽粒脂肪氧化酶研究进展

小麦面粉或面制品的色泽是评价小麦品质性状的主要指标。小麦籽粒脂肪氧化酶(LOX)是影响面粉及面制品颜色发生褐变的主要因素之一,且与小麦加工品质、储藏品质密切相关。目前,分光光度法和氧化电极法是测定小麦籽粒LOX活性最为常用的方法。小麦籽粒LOX活性是一个受多基因控制的复杂数量性状,基因型和环境对其均有显著影响,但基因型是最为主要的决定因素。控制小麦籽粒LOX活性的主效基因被定位在4A、4B、4D和5D染色体上,目前已有多个控制LOX活性的分子标记被开发,可直接用于小麦脂肪氧化酶活性的分子标记辅助选择。本文综述了小麦籽粒脂肪氧化酶测定方法及其影响因素,阐述了小麦籽粒脂肪氧化酶的基因定位、克隆、等位变异类型以及功能标记的开发和利用情况,并系统地阐明了脂肪氧化酶与小麦品质性状的关系。     

Pins基因等位变异对磨粉品质和新疆拉面加工品质的影响

为了探讨新疆冬小麦品种Pins基因等位变异对小麦磨粉品质和新疆拉面加工品质的影响,对109份新疆冬小麦品种的籽粒硬度及其Pins基因等位变异、磨粉品质和新疆拉面加工品质进行测定,初步分析了新疆冬小麦品种资源籽粒硬度Pins基因的分布规律以及不同 Pins基因等位变异对籽粒硬度、磨粉品质和新疆拉面加工品质的影响。结果表明,新疆冬小麦品种属硬质麦类型,Pins基因型以 Pina-D1a、 Pinb-D1b和 Pina-D1a/ Pinb-D1b为主, Pins突变类型及Pins突变基因型组合类型小麦的籽粒硬度均显著高于野生型, Pinb-D1a基因型小麦的籽粒硬度最低,L^*值和a^*值最高,b^*值最低; Pinb-D1ab基因型小麦的吸水率最高。不同Pins基因型组合中,野生型小麦的籽粒硬度、b^*值和吸水率最低; Pina-D1a/ Pinb-D1aa的出粉率最高, Pina-D1a/ Pinb-D1ab的灰分含量最低,吸水率最高。Pins基因及其基因型组合对新疆拉面加工品质无直接影响,主要通过对灰分、面粉色泽和吸水率等磨粉品质的作用对新疆拉面产生间接影响。优质新疆拉面品种中,Pinb基因突变对新疆拉面加工品质的影响大于Pina基因突变,育种中应优先选择Pinb 基因突变型材料,其中 Pina-D1a/ Pinb-D1b可以作为重点选择的基因型组合。     

Use of a global wheat core collection for association analysis of flour and dough quality traits

Flour and dough quality are very important breeding traits for wheat (Triticum aestivum L.) the selection of which would benefit from linked molecular markers. Association analysis allows the identification of genes or quantitative trait loci (QTL) related to target traits. The effectiveness of this approach depends on the availability of a densely genotyped population with large genetic variability for the traits of interest. Our objective was to identify chromosomal regions associated with flour and dough quality traits using a core collection built by maximizing the genetic diversity and phenotypic variability. We investigated the association of DArT, SSR and SNP markers with grain protein content, grain hardness, water-extractable arabinoxylan (WEAX) viscosity, wholemeal flour color and dough rheology.Out of 803 markers tested, 130 markers spread over the genome were associated with at least one trait, varying from 20 associated with WEAX viscosity to 60 associated with dough quality. Most chromosome regions known to determine wheat quality from the study of several bi-parental recombinant inbred lines were confirmed here and some new regions were identified. Associations were found for each trait studied, demonstrating that the core collection is a useful tool for QTL association mapping of these and other traits of interest.     

小麦不同阶段产品品质性状的变异及其关系

为给小麦籽粒、面粉和面团三个不同阶段产品品质性状的改良提供依据以来源于同一组合的48个小麦稳定品系为试验材料,2014-2015年分别在关中东部川道高肥区、关中西部塬区中肥区条件下,研究了小麦籽粒、面粉和面团的12个品质性状在品系间和环境间的变异及其性状间的关系。结果表明,在品系间,籽粒、面粉和面团分别以蛋白质含量、沉降值和最大抗延伸阻力的变异系数最大;在环境间,籽粒、面粉和面团性状则分别以硬度、沉降值和拉伸面积变异系数最大。性状变异在不同产品阶段和条件下表现为：面团>面粉>籽粒,品系间>环境间,品系和环境对大部分性状有极显著影响。籽粒含水量与面粉和面团的大部分性状呈负相关;籽粒硬度与面粉性状指标呈正相关,与面团性状指标相关不显著;籽粒容重对面粉和面团性状影响较小;籽粒蛋白质含量与面粉和面团的多个指标呈正相关。面粉湿面筋含量和面粉沉降值与面团延展性、抗延伸阻力、稳定时间、形成时间和拉伸面积均呈显著正相关;面粉吸水率与面团延展性呈显著正相关。籽粒对面团品质指标的决定系数为0.108 5~0.517 9,面粉对面团品质指标的决定系数为0.618 4~0.873 0。面粉品质较籽粒品质对面团品质影响更大。     

软质小麦品质的辅助选择

为建立软质小麦品质的筛选和评价体系,对黄淮麦区和长江下游麦区20个不同硬度小麦品种的Puroindoline基因型以及全麦粉和面粉的部分相关品质性状进行了检测.结果表明,20个品种中,2个品种为Pina-D1b硬质突变型,6个品种为Pinb-D1b硬质突变型,其余12个品种为软质小麦;硬、软质小麦的全麦粉硬度和SDS沉淀值的差异均达到极显著水平,但碱水保持力差异不显著;硬、软质小麦面粉的碱水保持力和溶剂保持力均达到极显著差异.性状间的相关分析表明,全麦粉硬度与SDS沉淀值、面粉的碱水保持力、水溶剂保持力、碳酸钠溶剂保持力、蔗糖溶剂保持力均呈极显著相关,相关系数分别为0.64、0.94、0.94、0.91和0.81,SDS沉淀值与乳酸溶剂保持力相关也极显著,相关系数0.80.这些结果说明Puroindoline基因型检测、全麦粉硬度和SDS沉淀值检测可以作为软质小麦的早代筛选方法.