西南麦区小麦加工品质形成机理研究

The poor processing quality of wheat in Southwest China is critically determined by the special ecological and geographical environment of Southwest China and the limitations in the progress of wheat breeding to date, even though wheat is one of the major crops in Southwest China. The unique properties of wheat flour primarily depend on seed storage proteins, one of the most important sources of protein for human being, which mainly consist of glutenins and gliadins. This project aims to systematically investigate (1) the effect of interactions between wheat cultivars and environment (i.e. Gene x Environment, G x E), cultivation measures and plant growth regulators on endogenous phytohormone levels and signal transduction, and (2) how they, including G x E, cultivation measures, plant growth regulators and endogenous phytohormones, affecting the gene expression, accumulation and assembly of wheat seed storage proteins during the development of seeds, and (3) their general effect on wheat processing parameters, and noodle, steamed bread-making quality. Based on these findings, we can clarify the molecular mechanisms of the formation of wheat processing quality in Southwest China, optimize the wheat processing parameters in Southwest China, and provide foundation for further improvement of wheat processing quality by breeding and cultivation.

小麦是西南地区的主要粮食作物之一。由于西南特殊的生态地理环境和当下品质育种的局限性，导致西南小麦加工品质较差，这正严重影响西南麦区小麦生产。小麦种子储藏蛋白主要包括谷蛋白和醇溶蛋白，它们决定小麦独特的加工品质，且是人类日常摄取所需蛋白营养的主要来源之一。本项目在前期研究工作基础上，拟系统研究品种与环境互作、栽培措施、植物生长调节剂对植物内源激素含量及其信号转导的影响，以及这些因素如何影响种子储藏蛋白表达、积累和组装。在此基础上分析西南小麦加工品质形成的分子机理，建立西南麦区小麦加工品质评价参数，为通过品种育种和栽培措施改善西南小麦加工品质提供理论依据。

我国生产的小麦以中筋为主，缺乏强筋和弱筋类型。小麦是西南地区的主要粮食作物之一。由于西南特殊的生态地理环境和当下品质育种的局限性，导致西南小麦加工品质较差，这正严重影响西南麦区小麦生产。小麦种子储藏蛋白主要包括谷蛋白和醇溶蛋白，它们决定小麦独特的加工品质，且是人类日常摄取所需蛋白营养的主要来源之一。本项目在前期研究工作基础上，系统研究了品种与环境互作、栽培措施、植物生长调节剂和植物激素对小麦加工品质的影响，对种子储藏蛋白表达、积累和组装的影响。品种与环境互作实验结果表明，四川当下的小麦主产区，尤其成都平原地区是生产优质弱筋小麦的理想区域。四川小麦品种中含有适合培育弱筋小麦的遗传位点。西南麦区小麦的蛋白质量较低，导致面筋强度和流变学特性达不到蛋白含量处于同等水平的其他麦区小麦的加工品质水平。这提示西南麦区的小麦即使在粗蛋白含量偏高的情况下，也能满足饼干、糕点等用粉要求。这进一步表明西南麦区具有发展优质弱筋小麦生产的巨大潜力。栽培实验结果表明，增施75-225 kg纯N.hm-2范围内，粗蛋白含量、沉降值、湿面筋含量、面团形成时间、稳定时间、吸水率及粉质参数随施氮量的增加而增加，而面筋指数和面团弱化度呈略微递减趋势。氮肥后移会提高粗蛋白、沉降值和湿面筋含量，而面筋指数有所下降，且追施孕穗肥表现尤为显著。施氮量、施氮时期和基因型对面粉中谷蛋白及其组分和醇溶蛋白及其组分的影响均达显著或极显著水平。早播能显著降低粗蛋白、沉降值、湿面筋含量、面筋指数及谷蛋白大聚体含量。增施磷肥增加产量但不显著提高蛋白质含量和湿面筋含量，这对于在西南麦区发展优质弱筋小麦生产具有重要意义。开花后外施植物激素对加工品质影响较小，但增加响应激素的基因Q的表达水平可显著增加面包体积达37%。综上，本研究证明四川盆地是我国的优质弱筋小麦优势产区；合理施用氮肥、磷肥、适期播种能更好发挥这一区域在优质弱筋小麦生产上的生态优势；Q基因在强筋小麦育种上具有潜在价值。