剪掉倒三葉對啤酒大麥產量和品質的影響

柳小寧，潘永東，包奇軍，張華瑜，趙 鋒

（甘肅省農業科學院 經濟作物與啤酒原料研究所，甘肅 蘭州 730070）

大麥作為四大糧食作物之一，栽培歷史悠久，適應性強，具有優良的食用、飼用和釀造價值，是我國西南與西北地區主要的種植作物。目前，我國啤酒行業發展迅速，是啤酒生產和消費第一大國，已成為世界上啤酒大麥的進口大國，每年啤酒大麥需求量的1/2以上需從國外購入，但近年來我國啤酒大麥產量逐年下降，且進口啤酒大麥價格持續上漲。因此，國產啤酒大麥成為大家關注的對象，高產、優質已成為啤酒大麥品種改良的主要目標[1-3]。

葉片、葉鞘、莖稈是禾本科作物重要的光合器官，抽穗期旗葉、倒一葉、倒二葉合成大量的光合產物，對籽粒產量影響重大[4-6]，尤其旗葉對后期籽粒灌漿的貢獻最大[4]。小麥灌漿期，剪去旗葉會降低籽粒千粒質量[4]。小麥倒二葉長、寬與株高、單穗質量呈正相關，倒三葉面積影響不孕小穗數[6]。減掉倒三葉會導致小麥葉片、葉鞘和莖稈中蔗糖和可溶性糖含量減少，并延緩旗葉衰老[7]。對于大麥來說，減掉旗葉后穗粒質量、篩選率、糖化時間、糖化力均有所降低，瘦秕率、麥芽黏度、粗細粉差顯著升高，表明旗葉對大麥品質和產量具有重要影響[8]。綜上，有關減葉對小麥影響的研究較多，對大麥影響的研究較少，關于倒三葉對啤酒大麥產量和品質的作用研究鮮有報道。為此，分析剪掉倒三葉對啤酒大麥產量和品質的影響，為啤酒大麥高產優質栽培提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2016—2017年在甘肅省武威市黃羊鎮麥類作物育種基地進行，海拔1 766 m，年日照時數2 640 h，年平均氣溫6.5℃，年降水量230 mm，無霜期142.5 d。試驗土壤為灌漠土，前茬作物為啤酒大麥，耕層(0～20 cm)土壤含有機質17.30 g/kg、全氮1.02 g/kg、全磷0.86 g/kg、全鉀38.45 g/kg、速效氮70.33 mg/kg、速效磷35.41 mg/kg，pH值8.29。

供試啤酒大麥品種為甘啤6號，由甘肅省農業科學院提供。

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，設2個處理，分別為植株抽穗后正常生長處理(對照，CK)、植株抽穗后剪去倒三葉處理(A)，3次重復，小區面積12 m2(3 m×4 m)，小區間隔30 cm，區組間隔50 cm，四周設3 m的保護行。人工手鋤開溝撒播，每小區播種8行，播種量375萬粒/hm2，全生育期共灌水2次。2016年3月15日播種，7月15日收獲。2017年3月15日播種，7月16日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 干質量 在啤酒大麥抽穗期，每個小區隨機選取株高相近、穗子大小基本相同且同一天抽穗的50個單穗掛牌，成熟后將50個單穗按穗、莖、葉、葉鞘分離，80℃烘干至恒質量，稱質量。

1.3.2 產量及其構成因素 收獲前，于各小區隨機取15株啤酒大麥，調查穗質量、穗粒數、穗粒質量、千粒質量。按小區單打單收，曬干后稱啤酒大麥籽粒質量，測得小區實際產量。

1.3.3 品質指標 將穗按基部、中部、頂部三部分進行脫粒，測定籽粒蛋白質含量、淀粉含量、篩選率和瘦秕率。其中，蛋白質、淀粉含量采用1241谷物分析儀(FOSS TECATOR)測定，篩選率采用分級篩(SORTIMAT PFEUFFER)按照GB/T 7416—2008方法測定，瘦秕率是通過分級篩篩選并計算小于2.2 mm籽粒所占的比例。籽粒釀造品質指標包括糖化時間、色度、糖化力、黏度、微粉浸出率、粗粉浸出率、粗細粉差、β-葡聚糖含量、可溶性氮含量、蛋白質含量、庫值，由甘肅省農科院檢測實驗室依據QB/T 1686—2008方法測定。

1.4 數據處理

采用Excel 2016和SPSS 24.0軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥地上部干質量的影響

2.1.1 葉片 由表1可知，剪掉倒三葉增加了啤酒大麥旗葉、倒二葉的干質量，降低了倒四葉的干質量，對倒五葉無顯著影響。2016年和2017年剪掉倒三葉處理的旗葉干質量分別較CK增加了12.1%和37.1%，倒二葉干質量分別較CK增加了5.6%和7.6%，倒四葉干質量分別較CK降低了12.1%和20.3%，上述5種葉片總干質量分別較CK顯著降低30.5%和30.9%?？梢?，在啤酒大麥抽穗期剪掉倒三葉有利于增加旗葉和倒二葉的干質量。這可能是因為在啤酒大麥抽穗期，倒三葉已進入生長周期的中后期，其光合活性降低，使其光合產物不足以彌補其呼吸消耗，進而呼吸消耗旗葉和倒二葉的光合產物，致使旗葉和倒二葉干質量下降。

表1 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥葉片干質量的影響 g/株Tab.1 Effect of cutting off the 3rd leaf from the top at heading stage on dry weight of leaves of malting barley g/plant

2.1.2 葉鞘 由表2可知，剪掉倒三葉增加了啤酒大麥旗葉和倒二葉葉鞘干質量。2016年和2017年剪掉倒三葉處理的旗葉葉鞘干質量分別較CK增加了6.2%和6.1%，但差異不顯著；2016年倒二葉葉鞘干質量較CK增加10.1%，2017年較CK增加2.9%，差異不顯著；2016年和2017年倒三葉葉鞘干質量分別較CK顯著降低了38.8%和36.0%；2017年倒四葉葉鞘干質量較CK降低了15.6%，2016年無差異；倒五葉葉鞘干質量與CK無較大差異；2016年和2017年上述5種葉鞘總干質量分別較CK降低了6.0%和8.7%。綜上所述，剪掉倒三葉增加了啤酒大麥旗葉和倒二葉葉鞘干質量，同時降低了倒三葉和倒四葉葉鞘干質量。

表2 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥葉鞘干質量的影響 g/株Tab.2 Effect of cutting off top 3rd leaf at heading stage on dry weight of leaf sheath of malting barley g/plant

2.1.3 莖節 由表3可知，剪掉倒三葉降低了啤酒大麥穗下莖節干質量，2016年和2017年剪掉倒三葉處理的穗下莖節干質量分別較CK降低了18.2%和16.3%。剪掉倒三葉對啤酒大麥第四莖節、第三莖節、第二莖節和第一莖節干質量均無顯著影響，但會降低上述5種莖節總干質量，2016年和2017年剪掉倒三葉處理的上述5種莖節總干質量分別較CK降低7.3%和6.5%。莖節在特定時間段作為啤酒大麥的庫器官，臨時儲存光合產物，籽?？焖俟酀{開始以后，光合產物便轉運至籽粒中，說明剪掉倒三葉能促進光合產物從莖節向穗的轉移，從而降低了啤酒大麥莖節干質量。

表3 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥莖節干質量的影響 g/株Tab.3 Effect of cutting off top 3rd leaf at heading stage on dry weight of stem section of malting barley g/plant

2.2 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥產量及其構成因素的影響

由表4可知，剪掉倒三葉增加了啤酒大麥穗質量、穗粒質量、千粒質量和產量，不同年際間變化趨勢一致。2016年和2017年剪掉倒三葉處理的穗質量分別較CK增加4.5%和9.9%，穗粒質量分別較CK增加5.5%和3.7%，千粒質量分別較CK增加4.1%和5.0%，產量分別較CK增加7.1%和10.7%（2017年達顯著水平），說明抽穗期剪掉倒三葉能夠增加穗粒質量和千粒質量，進而增加產量。

表4 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥產量及其構成因素的影響Tab.4 Effects of cutting off top 3rd leaf at heading stage on grain yield and its component of malting barley

2.3 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥品質的影響

2.3.1 籽粒品質 由表5可知，剪掉倒三葉提高了穗頂部蛋白質含量、中部和頂部淀粉含量（2017）、中部和頂部篩選率，降低了穗中部和頂部瘦秕率。其中，剪掉倒三葉對不同年份種植啤酒大麥穗頂部蛋白質含量、中部和頂部淀粉含量的影響程度不同，2017年剪掉倒三葉處理穗頂部蛋白質含量較CK顯著增加8.3%，中部和頂部淀粉含量分別較CK增加2.0%和7.9%。2016年和2017年穗中部篩選率分別較CK增加3.2%和5.5%，頂部篩選率分別較CK增加4.5%和9.2%；中部瘦秕率分別較CK顯著降低20.0%和25.0%，頂部瘦秕率分別較CK顯著降低37.5%和22.2%。綜上，剪掉倒三葉能夠改善穗中上部籽粒品質。

表5 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥穗不同部位籽粒品質的影響Tab.5 Effects of cutting off top 3rd leaf at heading stage on the grain quality of different parts of the same spike of malting barley %

2.3.2 釀造品質 由表6可知，剪掉倒三葉顯著降低啤酒大麥糖化時間（2017）、色度、β-葡聚糖含量，顯著增加糖化力、黏度、粗細粉差、可溶性氮含量、蛋白質含量和庫值。2016年和2017年剪掉倒三葉處理的糖化時間分別較CK降低4.9%和9.6%，色度分別較CK顯著降低11.8%和15.0%，粗粉浸出率分別較CK降低2.3%和3.5%，β-葡聚糖含量分別較CK顯著降低23.6%和32.6%，糖化力分別較CK顯著增加18.1%和16.3%，黏度分別較CK顯著增加11.4%和17.0%，粗細粉差分別較CK顯著增加41.0%和20.9%，可溶性氮含量分別較CK顯著增加22.0%和16.1%，蛋白質含量分別較CK顯著增加9.0%和14.9%，庫值分別較CK顯著增加13.6%和15.4%。綜上可見，剪掉啤酒大麥倒三葉可以有效改善啤酒大麥釀造品質。

表6 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥釀造品質的影響Tab.6 Effects of cutting off top 3rd leaf at heading stage on brewing quality of malting barley

3 結論與討論

3.1 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥干物質積累、籽粒產量和品質的影響

葉片是植物光合作用的主要場所，在生長后期麥類作物主要靠冠層葉片（旗葉、倒二葉）供給籽粒養分[8]。尤其旗葉對植物來說特別重要，轉運至籽粒中的灌漿物質主要是由旗葉提供的[9]。研究發現，小麥倒二葉的長寬、株高與單穗質量呈正相關，對產量也起重要作用[6]。減掉倒三葉會導致小麥葉片、葉鞘和莖稈中蔗糖和可溶性糖含量減少，并推遲旗葉衰老[7]。在灌漿期可通過減小倒三葉寬度、增加透光性提高光合速率，進而提高產量[10]。早期關于大麥的研究發現，抽穗期倒三葉的光合速率最低，衰老最快[11]。本研究發現，剪掉倒三葉增加了啤酒大麥旗葉、倒二葉、旗葉葉鞘的干質量，可能是因為倒三葉已進入生長周期的中后期，其光合活性降低，使其光合產物不足以彌補其呼吸消耗，進而呼吸消耗旗葉和倒二葉的光合產物，致使旗葉和倒二葉干質量下降，而剪掉倒三葉使得旗葉和倒二葉的光合產物免被消耗，且二者存留葉片的光合速率能得到部分補償，旗葉、倒二葉、旗葉葉鞘的干質量得以增加。

缺失功能葉后，葉片、葉鞘、莖稈中的大部分貯存物質會轉移至籽粒中，使葉片、葉鞘、莖稈中留存的光合產物減少，干質量降低[12-13]。本研究發現，剪掉倒三葉導致啤酒大麥的5種葉片、葉鞘、莖節的總干質量降低，穗粒數也有所降低。剪掉倒三葉增加啤酒大麥穗質量、穗粒質量、千粒質量和產量。前人研究發現，小麥倒二葉寬與單穗質量呈顯著正相關，倒三葉面積與產量呈負相關[14]。說明剪掉倒三葉通過延緩啤酒大麥旗葉的衰老，提高旗葉、倒二葉的光合效率，增加旗葉、倒二葉、旗葉葉鞘的干質量，以供應籽粒發育，促進穗質量、穗粒質量、千粒質量和產量的增加。對啤酒大麥穗不同部位籽粒品質進行分析發現,剪掉倒三葉提高了頂部蛋白質含量、中部和頂部淀粉含量、中部和頂部篩選率，降低了中部和頂部瘦秕率，說明剪掉倒三葉能夠改善啤酒大麥穗中上部籽粒品質。

3.2 抽穗期剪掉倒三葉對啤酒大麥釀造品質的影響

對于大麥的品質要求，除了籽粒品質，還包括釀造品質。啤酒大麥的蛋白質含量直接關乎啤酒的釀造品質，優質啤酒大麥的最適籽粒蛋白質含量為9%～12%[15-16]，此條件下出酒率高，且啤酒質量好。庫值是反映小麥、大麥麥芽溶解程度，評價麥芽質量的一項重要指標，優質大麥芽的庫值要求為40%～45%[17]。本研究發現，剪掉倒三葉提高了啤酒大麥可溶性氮含量、蛋白質含量和庫值，使籽粒蛋白質含量達到了最適值9.7%（2016年）、10.0%（2017年），庫值達到了最適值42.6%（2016年）、44.1%（2017年）。β-葡聚糖是大麥籽粒胚乳細胞壁的主要成分，影響啤酒的過濾效果，其含量過高會導致啤酒渾濁。因此，在啤酒大麥生產上力求降低β-葡聚糖含量[18]。糖化力與淀粉分解酶活力呈正相關，大麥高糖化力和低麥芽色度成為啤酒大麥品質改良的目標[19]。本研究發現，剪掉倒三葉能夠顯著降低啤酒大麥β-葡聚糖含量、糖化時間（2016年除外）、色度，顯著增加糖化力，說明在啤酒大麥栽培過程中，可以通過剪掉倒三葉改善啤酒大麥釀造品質。