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我是“麦行天下”组成员马小飞，来自山西农业大学小麦研究所，今天由我代表小组值日。我组成员还有杨海川、宋建喜、张震、董普辉、崔法、阎俊、梁文化、陈三乐、刘秉华、李兴茂、孙连发、杨茂胜、汤鑫、魏亦勤、黄彦宗、刘勇、赵永英、李义文、许国震21位老师，杨海川老师是我们的组长。今天想给大家分享基于主成分分析的强筋小麦加工品质综合评价，不妥之处，敬请各位批评指正。
一、小麦加工品质
强筋小麦的品质优劣主要取决于其加工品质特性。小麦加工品质分为两个方面：（1）磨粉品质(一次加工品质)，以籽粒容重、硬度指数及出粉率为主要评价指标；（2）食品加工品质(二次加工品质)，以面粉的面筋含量与质量、面团流变学特性为主要评价指标。依据2017优质小麦品种审定标准，以65个强筋小麦材料为研究对象，对其籽粒、面粉和面团品质特性进行分析，在对其品质指标进行相关性分析的基础上，采用主成分分析、聚类分析等多元统计分析技术对其指标进行综合分析，探明影响小麦加工品质的主要指标，筛选出综合性状表现优良的品种。
二、供试材料的品质性状
品质性状综合分析是品质研究和品种改良的基础工作，本研究以65个强筋小麦材料为研究对象，对其20个品质性状的遗传多样性分析结果表明，籽粒品质参数和面团吸水率的变异系数较小，其余面粉及面团的变异系数和变幅等都存在较广泛的遗传多样性，变异系数依次为：形成时间>弱化度>稳定时间>粉质质量指数>拉伸比例>拉伸面积>最大拉伸比例>最大拉伸阻力>拉伸阻力>干面筋含量>沉降值>面筋指数>延伸度>湿面筋含量>千粒重>蛋白质含量>硬度指数>粒径>吸水率>容重。
三、不同品质性状间的相关性
相关性分析从各个品质指标数据出发，揭示数据内部相互关系，解释小麦品种间品质的复杂差异。本研究对20个品质性状的相关性分析表明，各品质参数间存在不同程度的相关性，且多数性状间存在显著或极显著相关性。千粒重与硬度指数、面筋指数、稳定时间、拉伸面积等参数极显著负相关，表明千粒重与小麦的加工品质存在一定的矛盾。湿面筋含量与籽粒蛋白含量、沉降值极显著正相关；与面筋指数极显著负相关，与稳定时间、拉伸面积等相关性不显著。面筋指数与稳定时间、粉质质量指数、拉伸面积、最大拉伸阻力等面团参数显著正相关，而与弱化度极显著负相关。进一步分析表明，当强筋小麦品种的湿面筋含量相近时，面团稳定时间高者，其面筋指数相对较高；当面团稳定时间相近时，湿面筋含量较高者，其面筋指数相对较低。因此，针对湿面筋含量≥30.5 mL的强筋小麦材料，湿面筋并不能真实反应二次加工品质好坏；与湿面筋含量相比，代表面筋质量的面筋指数更适合作为评价强筋小麦面粉品质状况的重要指标。
四、主成分分析
小麦加工品质性状较为复杂，是多个品质指标相互作用的综合结果。主成分分析采取一种降维的方法，把一些错综复杂的指标归结为少数综合因子来反映原来变量的信息。目前，对于小麦加工品质性状的主成分进行了大量研究，然而针对不同材料的品质性状的主成分分析，获得的主成分因子也不尽相同。本研究通过主成分分析将20个性状简化为5个主要成分，累计贡献率达到82.452%，反映了强筋小麦大部分的品质性状信息。其中，第1主成分的贡献率为33.072%，解释指标为8个面团品质参数，称为面团因子；第2主成分的贡献率为25.111%，主要反映蛋白质的含量和质量，称为蛋白质因子。依据各主成分因子的贡献率，通过品质性状综合得分Y值对供试材料进行综合评价，结果表明：师栾02-1、新麦26、藁优5766、科兴3302、鲁研1403、陕农33等小麦品种的综合得分较高。
五、聚类分析
本研究通过聚类分析将供试材料分为5个类群，结果可为小麦加工品质改良中的亲本选配及优质强筋小麦的高效栽培管理提供依据。第Ⅰ类的39个品种（系）主要特征为：与蛋白质特性相关的参数较低，如蛋白质含量（14.94 %）、沉降值（33.61 mL）与湿面筋含量（33.79 %）等，在生产中与高效的水肥管理措施相结合后可提高其蛋白水平，增强优质强筋小麦的品质稳定性。第Ⅱ类的9个品种（系），主要特征为：面团品质参数是5个类群中最差的。前人研究发现，麦谷蛋白和醇溶蛋白分别决定面团的粘弹性和延展性，对小麦加工特性具有决定作用；麦谷蛋白中的高、低分子量麦谷蛋白亚基（5 10/17 18、GluA3f/b/g）对面团形成时间和稳定时间具有显著的正向效应，可以导入优质亚基对该类群品种（系）的面团品质进行有效改良。第Ⅲ类的2个品种（师栾02-1与藁优9415）面团流变学特性最好，其稳定时间（42.95 min）、拉伸面积（285.5 cm2）及最大拉伸阻力（1097 E.U）等指标最高，可以作为亲本材料应用于小麦面团品质改良。第Ⅳ类包括12个品种（系），主要特征为：籽粒蛋白含量（15.33 %）、沉降值（37.78 mL）与湿面筋含量（33.17 %）在5个类群中较低，而籽粒硬度指数（82.63）、面筋指数（92.49）、稳定时间（27.24 min）与拉伸阻力（695.42 E.U）等面团品质参数优良，表明该类群总蛋白质含量较低，但面团品质较好，可能是因为该类群中醇溶蛋白和麦谷蛋白的构成比例和特性较好。第Ⅴ类的3个品种临优145、陕优225及鲁研1403，其籽粒蛋白含量（18.20%）、沉降值（53.17 mL）、湿面筋含量（44.78%）在5个类群中最高，表明该类群蛋白质含量高，营养品质好。5个类群的综合评价得分平均值依次为：-0.24(Ⅰ)、-0.22(Ⅱ)、1.07(Ⅲ)、0.59(Ⅳ)、0.75(Ⅴ)，与各类群品质性状结果一致。聚类分析结果表明，供试材料中约2/3的小麦籽粒蛋白含量相对较低，主要集中在第Ⅰ、Ⅳ类群，需要进一步提升该类品种的蛋白含量，以改良我国优质强筋小麦的营养品质。
六、结论
综上所述，面团因子和蛋白质因子是影响小麦加工品质的主要指标，可以作为强筋小麦品质鉴定与评价的重要参考标准。面筋指数可以作为快速检测小麦面粉品质状况的重要指标，在强筋小麦育种低世代选择中发挥重要作用。师栾02-1、新麦26、藁优5766、科兴3302、鲁研1403、陕农33等6个小麦品种的综合性状最佳，对小麦加工品质改良及种质资源创新具有参考意义。
作者简介：马小飞，2013年7月毕业于西北农林科技大学作物遗传育种专业，硕士学位。2014年6月入职山西农业大学小麦研究所，从事小麦品质遗传改良、分析及加工研究工作，现任副研究员。参加工作以来，主持和参与审定小麦品种6个，获山西省科技进步二等奖1项。 |
