二系雜交小麥HMW－GS組合與品質關系的研究

姚 瑋 龐斌雙 張立平 趙昌平蘇 青 劉建平 任立平 苑少華

(北京市農林科學院北京雜交小麥工程技術研究中心1，北京 100097)

(首都師范大學2，北京 100048)

二系雜交小麥HMW－GS組合與品質關系的研究

姚 瑋1，2龐斌雙1張立平1，2趙昌平1，2蘇 青1劉建平1任立平1苑少華1

(北京市農林科學院北京雜交小麥工程技術研究中心1，北京 100097)

(首都師范大學2，北京 100048)

高分子質量麥谷蛋白亞基(HMW－GS)的組成及含量是影響小麥加工品質的主要因素之一。以小麥光溫敏雄性不育系BS20、BS210和BS366與17個恢復系配制的86個正反交組合為試材，研究二系雜交小麥正反交組合HMW－GS組成與蛋白質含量、沉淀值、揉混儀曲線的和面時間、八分鐘帶寬和衰弱角斜率等品質性狀的關系。采用SDS－PAGE方法分析了雜交種的HMW－GS的組成，結果表明，正反交組合HMWGS組成相同，在所有參試材料中普遍存在劣質亞基N和2+12，其頻率分別是44.2%、67.4%，而優質亞基5+10所占比例僅為20.9%。HMW－GS對正交和反交組合的F1代品質性狀的影響研究結果表明，Glu－D1位點對正反交品質性狀的貢獻最大;正交和反交組合的亞基及組合對大多數品質性狀的影響無顯著差異，因此正交和反交組合間的品質性狀不具有明顯的母體效應;正交和反交的亞基及亞基組合對品質性狀的影響趨勢一致，其對小麥品質參數的影響力大小分別為:在Glu－A1位點，1/1＞N/1＞N/N;Glu－B1位點，7+8/7+8＞7+8/7+9≥7+9/7+9;Glu－D1位點，對蛋白質含量、八分鐘帶寬的影響力為2+12/5+10＞2+12/2+12＞2+12/4+12，對SDS沉降值、和面時間和衰弱角斜率的影響力為2+12/5+10＞2+12/4+12＞2+12/2+12;在所有參試的雜交組合中，組合1/1，7+8/7+8，2+12/5+10的品質最好。

二系雜交小麥 高分子量麥谷蛋白亞基 品質 正交組合 反交組合

高分子質量麥谷蛋白亞基(HMW－GS)是小麥面筋的重要組分，是面筋強度的主要貢獻者，對小麥加工品質具有重要的影響，HMW－GS構成已成為品質育種的主要依據之一。HMW－GS 3個位點(Glu－A1、Glu－B1和Glu－D1)對品質的貢獻存在加性效應，是影響小麥面筋品質的重要因素，聚合優質亞基是改良小麥品質的有效手段［1－2］。國內外學者對HMW－GS的組成與普通小麥面包加工品質的關系進行了大量研究［3－6］，HMW － GS 1，2* ，13+16，17+18，7+8，14+15，5+10 等是目前公認的優質亞基(對)［7－12］。

近十幾年來，利用小麥光溫敏雄性不育系生產雜交種的二系法已成為國內外小麥雜種優勢利用的主要方法。隨著二系法雜交小麥技術的發展，育種目標逐漸從單一的產量性狀轉變為“高產+優質”，雜交小麥品質改良亦成為當今研究的重點，但是目前關于雜交小麥品質的基礎研究很少。前人主要是利用常規小麥之間配制的雜交組合進行的小麥品質性狀的雜種優勢研究［13－15］，也有少量T型不育系的品質雜種優勢的研究報道［16－17］。前人的研究結果表明，利用雜種優勢改善蛋白質含量、面筋含量和沉淀值比改善農藝和產量性狀困難，但是也有一些優勢表現較強的組合，說明仍有可能通過適當選配親本獲得強優勢組合來達到改善小麥面筋品質的目的。張之為等［18］對二系雜交小麥HMW－GS組成與品質的關系進行了初步的研究，研究表明，利用小麥光溫敏不育系與恢復系間優質亞基的組配，可以有效提高二系雜交小麥的面筋品質。但是迄今為止，關于優質亞基與劣質亞基雜合后對品質的貢獻、正反交的3個位點(Glu－A1、Glu－B1和Glu－D1)雜合變異對品質的貢獻率大小、以及3個位點不同雜合亞基怎樣組合才更有利于雜交小麥品質的提升、是否存在顯著的母體效應等等還沒有明確的結論，雜合HMW－GS與品質的關系研究相對滯后的現狀已經限制了雜交小麥品質改良的進程。

本研究以二系雜交小麥光溫敏骨干不育系與不同恢復系的正交和反交組合 F1為試材，研究HMW－GS位點、雜合組合類型與雜交小麥品質的關系，以期發現正交和反交HMW－GS雜合位點、組合類型變異對雜交小麥品質的影響規律，尋找到對雜交小麥品質影響最大的HMW－GS組合類型，為雜交小麥品質改良提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與儀器

本研究選用具有自主知識產權的小麥光溫敏不育系BS20、BS210和 BS366量3個，恢復系有父3、Cr13、揚麥 13、白玉 149、西農 215、京冬 8、O201、李43、86E22、豫麥 34、周 18、煙幅 188、2000 組 －6、皖麥18、京旺10、Cr147、京花9號等共17個品種(系)，將3個不育系分別與17個恢復系配制86個正反交組合，分別于2008和2009年將上述86個組合重復種植在北京和安徽阜陽，每點設兩次重復，按當地大田常規管理。收獲后考察F1籽粒的蛋白質含量、沉降值、八分鐘帶寬、形成時間和衰弱角斜率等5個品質性狀與雜交種HMW－GS組成的關系。小麥光溫敏不育系HMW－GS組成分別為BS20(1，7+8，2+12)，BS210(N，7+9，2+12)，BS366(N，7+8，2+12)。

PROTEAN II Xi cell垂直板電泳曹:BIO－RAD公司;Mixograph揉混儀:美國National公司;Instalab 600近紅外儀:帝強公司;BAU－A沉淀值測定儀:中國農大;Cyclotee1093旋風磨:FOSS TECATOR公司。

1.2 SDS－PAGE測定HMW－GS組成

SDS－PAGE測定參考劉麗等［19］的方法。

1.3 品質分析

其二，對自由時間的認識。在馬克思那里，人的全面自由發展的基礎就在于對自由時間的充分享有。已有成果主要集中于對自由時間的內涵、存在空間和存在意義等維度的研究，充分肯定自由時間對人的全面自由發展的意義的同時，努力探尋自由時間實現的現實性路徑。

用近紅外儀測定全麥粉的蛋白質含量。

用旋風磨制全麥粉(0.5 mm篩孔)，用Quadrumat Junior磨磨制小麥粉，過60目篩，出粉率約58%。

用沉降實驗裝置采用 payne等［20］的方法測定SDS－微量沉淀值。

揉混儀參數用揉混儀，按AACC 54－40方法測定記錄和面時間、八分鐘帶寬和衰弱角斜率。

1.4 統計分析

用SAS9.0軟件對F1株系的品質性狀取兩次重復的平均值進行基本統計量分析、方差分析和差異顯著性比較。

2 結果與分析

2.1 雜交小麥正反交組合的HMW－GS組成分析

表1 小麥雜交種的組成及頻率

2.2 雜交小麥正反交組合的品質性狀比較

對二系雜交小麥的正交和反交組合品質性狀進行基本統計量分析的結果表明(表2)，雜交小麥的正交和反交組合在蛋白質含量、沉淀值、形成時間、八分鐘帶寬和衰弱角斜率等品質性狀差異不顯著。

2.3 HMW－GS組成與雜交小麥品質性狀的關系

2.3.1 Glu－1位點及其互作對雜交小麥品質性狀的影響

將Glu－A1、Glu－B1、Glu－D1 作為3個因素，對正交、反交小麥的蛋白質含量、SDS沉降值、和面時間、八分鐘帶寬和衰弱角斜率的平均值進行方差分析，結果列于表3和表4。結果表明，Glu－D1位點對正反交小麥的SDS沉降值、和面時間的加性效應較大，達到1%顯著水平，其中對正交、反交組合中SDS沉降值的貢獻率分別為20.1%和25.2%，對正交、反交組合中和面時間的貢獻率分別為10.5%和11.9%。正交八分鐘帶寬和反交衰弱角斜率的加性效應達到1%顯著水平，貢獻率分別為16.4%和16.0%。Glu－A1對正反交小麥的和面時間、八分鐘帶寬和衰弱角斜率的加性效應較小。就位點互作而言，Glu－B1 ×Glu－D1對正反交小麥蛋白質含量、SDS沉降值和面團的和面特性的影響較大。總之，HMW－GS位點對正交、反交組合中雜交小麥蛋白質、沉降值、和面時間、八分鐘帶寬和衰弱角斜率的貢獻大小均為Glu－D1 ＞Glu－B1 ×Glu－D1 ＞Glu－B1 ＞Glu－A1，可見Glu－D1位點對雜交小麥的加工品質有重要的貢獻，同時Glu－B1 ×Glu－D1位點互作也有重要的影響。

表2 雜交小麥正反交組合的品質性狀差異顯著性比較

表3 Glu－1位點及其互作對正交組合品質影響的方差顯著性測驗

表4 Glu－1位點及其互作對反交組合品質影響的方差顯著性測驗

2.3.2 HMW－GS對雜交小麥品質性狀的影響

將不同HMW－GS對雜交小麥正反交組合的籽粒蛋白質含量、SDS沉降值、和面時間、八分鐘帶寬和衰弱角斜率平均值的影響列于表5。總體來看，正交和反交HMW－GS對品質性狀的影響差異不大，僅Glu－A1的1/1亞基對正交和反交組合的籽粒蛋白質含量的效應有顯著差異，Glu－D1的2+12/5+10亞基對正交和反交衰弱角斜率的效應有顯著差異。Glu－1位點含有1、7+8和5+10亞基的正反交組合的SDS－沉降值、和面時間和耐揉性顯著優于相應位點上含有其它亞基的雜交品種。單個亞基對品質性狀的影響在正交和反交組合中的趨勢一致。Glu－1位點對蛋白質含量、SDS沉降值、和面時間和八分鐘帶寬和衰弱角斜率的貢獻率大小分別為，Glu－A1位點為1/1≥1/N＞N/N;Glu－B1位點為7+8/7+8≥7+8/7+9≥7+9/7+9;而在 Glu－D1 位點，對蛋白質含量、八分鐘帶寬的貢獻為2+12/5+10＞2+12/2+12＞2+12/4+12，對SDS沉降值、和面時間和衰弱角斜率的貢獻為2+12/5+10＞2+12/4+12＞2+12/2+12。

2.3.3 HMW－GS組合對雜交小麥品質性狀的影響

不同HMW－GS組合的蛋白質含量、沉淀值、和面時間、八分鐘帶寬和衰弱角斜率的方差分析結果(表6)顯示，不同HMW－GS組合在正、反交雜交組合中的蛋白質含量和八分鐘帶寬中無明顯差異，但是個別亞基組合在正交、反交F1的SDS沉淀值、和面時間和衰落角斜率存在顯著差異，例如，N/1，7+8/7+8，2+12/5+10和N/N，7+9/7+9，2+12/2+12 在正交、反交的SDS沉降值存在顯著差異，N/1，7+9/7+9，2+12/5+10 和N/N，7+8/7+8，2+12/2+12 分別在和面時間和衰弱角斜率正交、反交組合中顯著差異。總體看，正交和反交HMW－GS組合對品質性狀的影響趨勢一致，亞基組合為1/1，7+8/7+8，2+12/5+10的品質最好，N/N，7+9/7+9，2+12/2+12 的品質最差。

表5 HMW－GS組成對雜交小麥正反交組合品質性狀的效應分析

表6 正反交HMW－GS組合對雜交小麥品質性狀的效應分析

3 討論與結論

普通小麥中HMW－GS的遺傳學、多態性及其對普通小麥食品加工品質的影響研究已經獲得比較清楚的結論，是從事雜交小麥品質研究的重要前提和基礎，但是由于小麥雜交種中HMW－GS表現形式要比普通小麥復雜，受到父本和母本基雙重因的共同影響，因此研究HMW－GS對雜交小麥品質的影響對于雜交小麥品質育種意義重大。本研究結果發現，小麥雜種F1代的正交和反交的HMW－GS組成均表現為雙親的雜合類型，這與張之為等［18］和李保云等［21］的研究結論一致。在所有參試的材料中，劣質亞基N和2+12所占比例較高，優質亞基1、5+10所占比例明顯偏低，這也從另一個角度體現出我國生產中使用的小麥品種攜帶優質亞基偏少、亞基類型較為單一［22－24］。品質試驗表明 Glu－D1位點對正反交F1品質的貢獻最大，這一結論與 Payne等［8，25］和 lawrrence 等［26］在普通小麥的研究結果一致，但是與張之為等［18］在二系雜交小麥方面的研究結果Glu－B1 ＞Glu－D1 ＞Glu－A1有所不同，推測可能與所使用材料的數量及材料的遺傳背景不同有關。本研究進一步證明了雜合位點的優質亞基對劣質亞基的品質具有一定的補償效應，如雜合亞基2+12/5+10和雜合N/1亞基的蛋白質含量、SDS沉淀值、形成時間、八分鐘帶寬和衰弱角斜率5個品質性狀都比2+12/2+12和N/N亞基顯著提高。HMW－GS的位點、類型和組合對大多數性狀的影響在正交和反交組合中的趨勢一致，在所有正交和反交組合中，攜帶1/1，7+8/7+8，2+12/5+10 組合的雜種F1代品質最好，可見對常規普通小麥品質貢獻大的優質HMW－GS類型同樣適合優質雜交小麥組合的配制，因此轉育和選擇優質高分子量麥谷蛋白亞基是雜交小麥品質改良的重要措施。

本研究表明，通過現有的小麥光溫敏不育系與不同恢復系配制的雜交組合，其亞基來源于母本或父本對F1品質的效應無顯著性差異，即HMW－GS雜合亞基對品質的影響無明顯的母體效應。由于本研究正反交材料所包含的亞基類型不夠全面，本試驗僅研究了我國最常見的HMW－GS雜合位點、類型及組合與品質的關系，其他亞基的雜合組合類型對品質的影響仍有待于深入研究。

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The Studies on Relationship between the Combination of High Molecular Weight Glutenin Subunits and their Effects on Quality in Two－Line System Hybrid Wheat

Yao Wei1，2Pang Binshuang1Zhang Liping1，2Zhao Changping1，2Su Qing1Liu Jianping1Ren Liping1Yuan Shaohua1
(Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing Hybrid Wheat Engineering and Technology Research Center1，Beijing 100097)
(Capital Normal University2，Beijing 100048)

High molecular weight glutenin subunits(HMW －GS)，which are endosperm storage proteins in wheat，play an important role in determining the viscoelastic properties of wheat flour quality，the evaluation of HMW － GS contribution to conventional wheat variety has achieved great progress in recent years，but it is still a little knowledge about hybrid wheat.In order to decrease the blindness of hybrid wheat quality breeding，it is very necessary to objectively evaluate the contribution of HMW －GS alleles to hybrid.A total of 86 original cross and reciprocal cross groups wheat based on BS20，BS210 and BS366 in photoperiod －temperature sensitive genic male sterile wheat line and seventeen restorers were used to establish the relationships between HMW－GS type and the flour quality parameters of protein content，sedimentation volume，mixing time，eight－ min curve and feeble angle slope.The SDS － PAGE was used to analyze the compositions of HMW －GS of hybrid wheat seeds.The result indicated that the HMW －GS in original cross wheat is the same as the reciprocal cross wheat.The inferior subunits N and 2+12 existed universally in tested materials，and their frequency were 44.2%and 67.4% ，respectively，but the superior 5+10 subunit pair was only 20.9%.Among the Glu －1loci，Glu － D1plays the greatest contribution to wheat quality.As a whole，individual glutenin subunit and subunit combination have the same influence on flour quality parameters in the original cross and reciprocal cross.At Glu － A1 ，the order in protein content，sedimentation volume，dough development time，Eightmin curve and feeble angle slope was 1/1＞N/1＞N/N;at Glu－B1 ，it was 7+8/7+8＞7+8/7+9≥7+9/7+9;at Glu－D1 ，in protein content and Eight min curve，2+12/5+10＞2+12/2+12＞2+12/4+12;in sedimentation volume，dough development time and feeble angle slope，2+12/5+10 ＞2+12/4+12 ＞2+12/2+12.The HMW －GS combination“1/1，7+8/7+8，2+12/5+10”was the best quality in all of the original cross and reciprocal cross hybrid wheat.Most flour quality parameters did not differ significantly between the original cross and reciprocal cross，so HMW － GSs have not obvious maternal effect in original cross and reciprocal cross wheat.

two － lines system hybrid wheat，quality，SDS － PAGE，HMW － GS，original cross，reciprocal cross

S512.1+1

A

1003－0174(2012)04－0009－07

國家自然科學基金(30871517)，北京市自然科學基金(5082005)，863 計劃(2011AA10A106)，平臺三期(D111100001311002)，科技部國際合作項目(2010 DFB33740)，現代農業產業技術體系(ARS－3－1－4)，科技部成果轉化資金(2009GB2A000006)，院創新能力建設專項(KJCX201101007)，北京市農業育種基礎研究創新平臺項目(D08070500690801)

2011－03－14

姚瑋，女，1983年出生，碩士，小麥品質遺傳學

張立平，女，1969年出生，副研究員，碩士生導師，小麥光溫敏雄性不育機理和品質遺傳改良趙昌平，男，1962年出生，研究員，碩士生導師，雜交小麥育種和機理研究