隴東旱塬冬小麥資源的HMW-GS組成及品質比較

張金乾，張　成，劉自成，施萬喜，孟建軍，楊　

(1.甘肅農業大學農學院， 甘肅 蘭州 730070； 2．隴東學院農林科技學院， 甘肅 慶陽 745000)

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隴東旱塬冬小麥資源的HMW-GS組成及品質比較

(1.甘肅農業大學農學院， 甘肅 蘭州 730070； 2．隴東學院農林科技學院， 甘肅 慶陽 745000)

摘要：采用SDS-PAGE技術和近紅外反射光譜法，對隴東地區382份冬小麥資源的HMW-GS組成和其中315份品種的沉淀值、蛋白質和濕面筋含量進行了檢測。結果表明:隴東旱塬冬小麥資源存在16種亞基變異類型，35種組合形式；null，7+8，2+12為各自位點的主要亞基變異類型，其中 1，7+9，5+12亞基在育成和引進品種(系)中相對地方品種有明顯提高，且5+10亞基在育成品種(系)中出現頻率也較高(17.02%)；在地方品種中null、7+8、2+12為優勢組合(占79.19%)，而育成和引進品種(系)中亞基主要以null、7+9、2+12(23.40%和17.58%)，null、7+8、2+12(21.28%和16.48%)，1、7+8、2+12(10.60%和15.38%)三類組合形式存在；具有2*、7+8、5+12組合的小麥品種綜合品質較優。從供試材料中篩選出8分以上的組合14類，89個品種，其中4類組合的23個品種得分10分。

關鍵詞：小麥；高分子量麥谷蛋白亞基；育成品種；品質

食品工業的發展和人民生活水平的不斷提高，對小麥的加工品質提出了更高要求，小麥品質育種也因此受到普遍重視。沉淀值、蛋白質和濕面筋含量等主要品質衡量指標，已在優質品種篩選中廣泛應用，發揮了巨大作用。高分子量麥谷蛋白是小麥胚乳儲藏蛋白的重要組成部分，籽粒中亞基的種類和組成對小麥品質有很大影響。已公認Glu-D1位點上的優質亞基5+10與烘烤品質呈正相關，而2+12亞基與烘烤品質呈負相關[1-2]。Payne等[3]將各亞基對小麥品質貢獻大小進行了評分，其標準為：4分(5+10)，3分(1、2*、17+18、7+8、13+16)，2分(7+9、2+12、3+12)，1分(7、6+8、4+12、null)。也有國內學者研究認為[4-6]，14+15、5+12亞基也屬優質亞基，其品質評分為3分和4分。選擇利用具有優質亞基和優良品質特性的親本材料，對小麥品質改善、優質品種的培育有很大幫助。冬小麥是隴東旱塬主栽優勢糧食作物之一，目前生產上應用的小麥品種加工品質普遍較差，蛋白質和濕面筋等品質性狀量高而質不優，無加工專用型新品種小麥，因此在育種中加強優質種質資源的研究、篩選和利用，提高新培育品種品質質量就顯得尤為重要,本試驗對隴東旱塬382份冬小麥品種的HMW-GS組成和其中315份品種的蛋白質品質做了簡單效應比較，以期對該地區冬小麥種質資源HMW-GS的遺傳基礎及其品質信息有所了解，為冬小麥品種的品質改良提供參考依據。

1材料與方法

1.1材料

試驗材料由隴東學院農林科技學院小麥育種組提供，共382份冬小麥品種(系)，其中當地育成品種(系)94份，引進品種91份，農家品種197份。所有供試材料于2012—2013年在隴東學院農林科技學院試驗田繁殖，隨機區組設計，3行區，行長1.5 m，區距20 cm，3次重復，人工條播，栽培管理同大田。部分品種活力較差，種子收獲量少，只做HMW-GS分析，對種子量滿足試驗要求的品種同時檢測了沉淀值、蛋白質和濕面筋含量。

1.2方法

1.2.1HMW-GS的提取及電泳試驗在隴東學院農林科技學院育種實驗室進行。參照張學勇的方法[7]，每份材料取一粒種子粉碎后裝入離心管(1.5 mL)，加入異丙醇混勻，60℃熱水中煮20～30 min，離心并棄上清液，重復以上步驟1次，除去醇溶蛋白等對試驗結果的影響。按種子重量10倍體積向離心管中加入麥谷蛋白提取液混勻，60℃熱水中煮2 h，離心取上清液備用。電泳采用不連續SDS-PAGE法，以濃度為10%的分離膠和4%的濃縮膠進行制膠。在電泳槽中加入適量甘氨酸電極緩沖液，依次上樣10 μL，電泳8～10 h。用考馬斯亮藍染色液(0.05%)染色1～2 d，脫色液中脫色6～8 h，等譜帶基本清晰，在凝膠成像系統中，拍照保存。谷蛋白亞基編碼和命名按Payne1983年的標準[8]進行。電泳對照材料為中國春(null、7+8、2+12)和中優9507(1、7+9、5+10)。

1.2.2品質性狀分析供試材料的品質性狀采用丹麥福斯公司生產的Infratec TM 1241型近紅外谷物品質分析儀(內置小麥標準曲線和校正模型軟件)測定，包括沉淀值、蛋白質和濕面筋含量，結果由系統軟件自動分析。

1.白川麥；2.中國春；3.白大麥；4.白葛條；5.白金麥；6.白老芒麥；7.白露仁；8.白馬蓮；9.白螞蚱；10.白麥；11.白芒麥；12.白薯條；13.白禿螞蚱；14.白玉麥；15.崇信二紅麥；16.崇信縮條麥；17.崇信紅疙瘩麥；18.中優9507；19.崇信白軟稈

1. Baichuanmai; 2. Zhongguochun; 3. Baidamai; 4. Baigetiao; 5. Baijinmai; 6. Bailaomangmai; 7. Bailuren; 8. Baimalian; 9. Baimazha; 10. Baimai; 11. Baimangmai; 12. Baishutiao; 13. Baitumazha; 14. Baiyumai; 15. Chongxinerhongmai; 16. Chongxinsuotiaomai; 17. Chongxinhonggedamai; 18. Zhongyou9507; 19. Chongxinbairuangan

圖1部分地方冬小麥品種的HMW-GS電泳圖譜

Fig.1Electrophoresis result of HMW-GS patterns for partial local winter wheat varieties

2結果與分析

2.1隴東旱塬冬小麥資源HMW-GS等位變異分析

從表1看出，供試材料共存在16種HMW-GS變異類型，Glu-A1位點3種(null，1，2*)，Glu-B1位點7種(7+8，7+9，6+8，7，14+15，17+18，13+16)，Glu-D1位點6種(2+12，5+10，5+12，4+12，2，2+10)，其中地方品種出現15亞基，育成品種(系)出現10種亞基，引進品種出現14種亞基。3類不同類型品種均以null，7+8，2+12為Glu-1各自位點主要變異類型，依次占到：null(94.92%、62.77%、57.14%)，7+8(85.79%、56.38% 、51.65%)，2+12(91.37%、61.7%、64.84%)。然而對于不同位點，亞基等位變異出現頻率有很大差別。其中Glu-A1位點，育成和引進品種(系)中亞基null較地方品種分別降低了32.15%和37.78%，而亞基1出現頻率則明顯提高，分別占到27.66%和39.56%，地方品種只占2.03%；Glu-B1位點，亞基7+9在育成和引進品種(系)中分別占到43.62%和45.05%，相對地方品種提高了38.54%和39.97%，而優質亞基14+15、17+18和13+16只在地方品種和育成品種中存在，且出現頻率偏低，育成品種(系)在此位點的亞基變異類型相對單一；Glu-D1位點，育成和引進品種(系)中，亞基5+12高出地方品種13.00%和15.79%，而亞基5+10以育成品種(系)最高，比地方品種和引進品種分別提高14.99%和8.23%。5+10亞基出現頻率的提高，說明近年來優質亞基的利用在育種上受到很大重視。

表1　冬小麥資源HMW-GS變異類型及頻率

2.2隴東旱塬冬小麥資源HMW-GS組成及頻率分析

從表2可以看出，供試材料的HMW-GS組合類型共有35種，其中引進品種出現26種亞基組合類型，育成品種(系)20種，地方品種19種。顯然3類品種均有極為豐富的亞基組合類型，尤其是引進品種，但就不同類型的品種，優勢組合存在很大差異，出現頻率也各有不同。在地方品種中，null、7+8、2+12組合占到79.19%，具絕對優勢。而在育成和引進品種(系)中，主要存在三種優勢組合類型，以null、7+9、2+12出現頻率最高(23.40%和17.58%)，其次是null、7+8、2+12(21.28%和16.48%)和1、7+8、2+12(10.64%和15.38%)，其它亞基組合類型頻率較低，分布均勻。供試材料中檢測出4類優質亞基組合，分別是1、7+8、5+12，1、7+8、5+10，2*、7+8、5+12和2*、7+8、5+10，主要存在于育成和引進品種(系)中，但頻率普遍偏低。同時材料中具有優質亞基13+16、14+15和17+18的組合存在于地方和引進品種中，在育成品種中尚未出現。

2.3隴東旱塬冬小麥資源不同HMW-GS組成的主要品質性狀

表3列出了315份材料中22種HMW-GS組成形式的沉淀值、蛋白質和濕面筋含量平均值，并對亞基組合進行了評分。依據蛋白質含量高低，排在前5位的亞基組合依次是：2*、7+8、5+12(10分)，2*、7+9、5+10(9分)，2*、7+9、5+12(9分)，null、7、2+12(4分)，1、7+8、5+12(10分)；依據濕面筋含量高低，排在前5位的亞基組合依次是：2*、7+8、5+12(10分)，1、7+8、5+12(10分)，2*、7+9、5+10(9分)，2*、7+9、5+12(9分)，1、7+9、5+12(9分)；依據沉淀值高低，排在前5位的亞基組合依次是：2*、7+8、5+12(10分)，1、7+9、5+10(9分)，1、14+15、2+12(8分)，2*、7+9、5+10(9分)，null、6+8、2+12(4分)。null、7、2+12和null、6+8、2+12組合得分最低，但蛋白質含量比較高，而得8分的1、7+8、2+12和null、7+8、5+12亞基組合類型沉淀值、蛋白質和濕面筋含量都較低，同時null、7+8、5+10(8分)的蛋白質和濕面筋含量也較低。各品質性狀均有自己的優勢組合，綜合品質以2*、7+8、5+12最好，蛋白質含量、濕面筋含量和沉淀值均值分別達到17.76%、40.54%和44.41 mL。

表2　冬小麥資源HMW-GS亞基組成及頻率

2.4隴東旱塬冬小麥資源品質得分8分以上的亞基組合類型及品種

國內外多數研究證明，HMW-GS對小麥品質的遺傳改良具有明顯的正向作用，依據亞基的優劣能在一定程度上推測小麥的品質狀況。由表3也可以看出，得分高的2*、7+8、5+12，1、7+8、5+12，2*、7+9、5+10，2*、7+9、5+12，1、7+9、5+10等亞基組合類型沉淀值、蛋白質和濕面筋含量均較高，綜合品質較好。依據亞基品質得分和本試驗結果，從供試材料中篩選出8分以上的組合14類( 89個品種)，其中10分以上的組合4類(23個品種)，結果見表4。

表3　冬小麥資源不同HMW-GS組成類型的主要品質性狀及評分

注：ND表示未評。Note: ND meant that the quality score had not been determined.

表4　冬小麥資源品質得分8分以上的亞基組合類型及品種

3結論

隴東旱塬冬小麥資源亞基變異類型豐富，存在多個優質亞基可供育種工作者開發利用。Glu-A1位點1和2*亞基以引進品種最高(42.86%)，育成品種(系)次之(37.23%)，地方品種最低(5.08%)；Glu-B1位點13+16,14+15和17+18亞基只存在于地方品種和引進品種中，應注重這些亞基的利用；Glu-D1位點5+10和5+12亞基在育成和引進品種(系)中分別占到35.11%和29.67%，地方品種7.12%。亞基組合類型地方品種中null、7+8、2+12占絕對優勢，育成品種(系)中亞基組合類型分布相對均勻，null、7+9、2+12所占頻率最大(23.40%)。這一結果與李興茂[9]和李望鴻[10-11]等人研究有所不同，甘肅小麥資源育成品種中null、7+9、2+12組合出現頻率相對較低(14.30%以下)。null、7+9、2+12組合在隴東冬小麥育成品種(系)中出現頻率高的原因除了所選試驗材料的不同外，也可能與引進的親本材料有關，因為本試驗中引進品種該組合類型出現頻率也最高(17.58%)。

針對國內不同地區小麥資源HMW-GS與小麥品質關系的研究，多數學者認為1、2*、7+8、13+16、14+15、17+18、5+10、5+12亞基在各自位點上品質效應較高，其組合綜合品質較優[12-17]。本試驗發現隴東地區冬小麥資源以2*、7+8、5+12亞基組合類型綜合品質最好，null、6+8、5+12組合品質最差，基本符合總評分高的亞基組合品質較優這一規律。其中也有一些品質得分高的亞基組合null、7+8、5+12，1、7+8、2+12綜合品質較差，而null、7、2+12的蛋白質含量和null、17+18、2+12的濕面筋含量較高。這種差異的存在可能是由選用的材料、分析方法和各亞基組合間樣本量的不同造成，其次也無法排除LMW-GS和醇溶蛋白對小麥品質的影響[10,18]，其他原因還有待進一步研究。隴東旱塬冬小麥育種中，優質、抗逆品種的培育，應在本地優質資源充分開發利用的基礎上，注意引入外部優良品種血緣來拓寬本地小麥的遺傳基礎，在導入優質亞基提高新品種亞基質量的同時，也注重品質特性的改善，加快解決隴東冬小麥加工品質差的問題。并通過小麥亞基與品質間關系的綜合研究，全面優化種質資源，提高親本材料選配的科學性。

參 考 文 獻：

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Compositions of HMW-GS and quality properties of winter wheat varieties in Longdong drought area

ZHANG Jin-qian1, ZHANG Cheng2, LIU Zi-cheng2, SHI Wan-xi2, MENG Jian-jun2, YANG Xiao2

(1.AgronomyCollege,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China;2.DepartmentofAgronomyandForestryScience,LongdongUniversity,QingYang,Gansu745000,China)

Abstract：The compositions of high molecular weight glutenin subunits were investigated through SDS-PAGE analyses using 382 winter wheat varieties from Longdong, and sedimentation value, protein and wet gluten contents of 315 cultivars were deciphered with a near infrared analyzer. The results showed that there were 16 types of subunits and 35 subunit compositions in these materials. Among them, the null, 7+8, and 2+12 subunits were the major types for their respective loci. The subunits of 1, 7+9, and 5+12 were increased obviously in bred and introduced varieties from those in local varieties, and the frequency (17.02%) of subunit 5+10 was high in bred varieties. The subunit composition with null, 7+8, and 2+12 was the major type in local varieties. However, in bred and introduced varieties, subunit compositions with null, 7+9 and 2+12 (23.40% and 17.58% respectively), null, 7+8 and 2+12 (21.28% and 16.48% respectively), and 1, 7+8 and 2+12 (10.60% and 15.38% respectively) were the dominant combinations. Varieties with the composition of 2*, 7+8, and 5+12 had relatively superior quality. According to the subunit combinations, qualities of 89 winter wheat varieties scored above 8, and 23 varieties even had a score of 10 in this experiment.

Keywords:Wheat; HMW-GS; Bred varieties; Quality

中圖分類號：S326

文獻標志碼：A

作者簡介：張金乾(1988—)，男，甘肅白銀人，在讀碩士，研究方向為小麥遺傳育種。E-mail：jinqian126@126.com通信作者：張成(1960—)，男，甘肅鎮原人，教授，主要從事作物遺傳育種教學和科研工作。E-mail：ldxyzc@126.com

基金項目：高產優質多抗小麥新品種示范與推廣(GB2B02011100007)

收稿日期：2015-01-09

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.24

文章編號：1000-7601(2016)02-0146-06