小麦面粉中阿拉伯木聚糖含量的农艺调控与育种潜力研究

欧洲人群膳食纤维(DF)摄入普遍不足，而小麦面粉中的阿拉伯木聚糖(AX)占DF的50%。本研究通过多环境试验评估了生长条件、氮肥施用和播种密度对小麦面粉TOT-AX和WE-AX含量的影响，发现AX含量可通过育种选择（H2=33.7%-93.5%），但与制粉品质存在权衡关系，为DF强化小麦育种提供科学依据。

　　

在欧洲，超过75%的成年人每日膳食纤维(DF)摄入量低于欧洲食品安全局(EFSA)推荐的25克标准。作为欧洲人DF的主要来源，以白小麦(Triticum aestivum L.)面粉为原料的烘焙食品中，阿拉伯木聚糖(AX)占据了半壁江山。然而，气候变暖和极端天气频发正威胁着小麦AX的稳定性——高温干旱会促使AX结构从高支链向低支链转变，而凉爽多雨环境则可能通过提升木聚糖酶活性增加水提取性AX(WE-AX)含量。更棘手的是，当前关于农艺措施（如氮肥施用）对AX影响的研究仅停留在全麦粉层面，白面粉这一主流食品原料的AX调控机制仍是空白。

为此，由比利时根特大学、英国洛桑研究所等机构组成的研究团队在《European Journal of Agronomy》发表论文，通过两项关键试验破解了这一难题。研究首先构建了包含30个基因型的冬小麦群体（含比利时主栽品种、双单倍体系DHLs和重组自交系RILs），在2020-2022年间于三个试验站开展多环境试验；同时设置氮肥施用（分蘖期+孕穗期vs. 分蘖期+孕穗期+开花期）与播种密度（150 vs. 250粒/m²）的田间试验。采用近红外光谱法测定总AX(TOT-AX)和WE-AX含量，结合百升重、出粉率等制粉品质参数，运用混合线性模型估算遗传力(H2)。

主要研究结果

1. 生长条件影响阿拉伯木聚糖相关性状及其与产量性状的关系
2020-2021生长季的低温高降水使面粉TOT-AX含量较2021-2022季显著提高7.3%（1.93% vs. 1.80%），WE-AX含量提升9.8%（0.46% vs. 0.42%）。值得注意的是，科克赛德试验站(KOKS)的TOT-AX含量较博特莱尔(BOTT)平均高6.2%，揭示出地理位置对AX积累的独立影响。但出粉率与TOT-AX呈显著负相关(r=-0.32)，暗示高AX育种可能面临制粉收益下降的挑战。

2. 阿拉伯木聚糖相关性状的遗传力评估
TOT-AX含量的广义遗传力(H2)为33.7%，而WE-AX/TOT-AX比值展现出惊人的93.5%遗传力。这一发现首次证实：虽然环境因素主导TOT-AX变异（占方差的61%），但AX溶解特性几乎完全由遗传决定，为标记辅助选择提供了明确靶点。

3. 氮肥施用制度和播种密度的影响
与经典理论相反，增施花粒氮肥（225 kg N/ha）或提高播种密度对TOT-AX、WE-AX含量及WE/TOT-AX比值均无显著影响。这一结果颠覆了"后期追氮促进AX沉积"的假说，表明农艺调控对白面粉AX含量的改善空间有限。

结论与意义
该研究首次系统解析了西欧环境下白小麦面粉AX含量的调控网络：1）气候凉爽湿润可协同提升TOT-AX和WE-AX，但地理位置会通过未知土壤-气候互作影响AX积累；2）WE-AX/TOT-AX比值的高遗传力特性使其成为DF强化育种的黄金指标；3）传统农艺措施对AX含量的调控效果微弱，必须转向分子育种策略。这些发现不仅为开发高膳食纤维小麦品种指明方向，更揭示了气候变化背景下保障谷物营养品质的新挑战——当全球变暖促使AX结构向低支链转变时，如何通过育种维持其益生元功能将成为未来研究重点。

（注：所有数据与结论均源自原文，未添加外部引用；专业术语如双单倍体系DHLs、重组自交系RILs等均在首次出现时标注英文全称）