25份澳大利亞小麥種質的性狀表現及利用

王美芳，雷振生，吳政卿，徐福新，楊 攀，常 陽，柳東陽，李 巍

(河南省農業科學院小麥研究所，河南鄭州 450002)

黃淮南片冬麥區是中國的第一大麥區，常年播種面積866.7×104hm2左右，該區小麥的產量和品質直接代表著我國小麥的整體水平，在保障我國糧食安全方面具有重要意義[1]。隨著人民生活水平及飲食習慣的提高和改善，制作優質面包、蛋糕、餅干、面條等食品所需的優質專用粉小麥原料的需求量也大幅增加。我國由于長期只重視產量、忽視品質改良的育種，使生產上可利用的優質專用型小麥品種少、品質不穩定、符合企業加工要求的優質商品小麥原糧嚴重短缺，嚴重制約了小麥產業的進一步發展。

國內外對小麥高分子量谷蛋白亞基(HMW-GS)構成及其與品質的關系進行了大量研究。在Glu-A1位點，亞基2*賦予面團很好的彈性和韌性及較大的面包體積；亞基為N的小麥品質較差[2-4]。在Glu-B1位點，亞基品質表現17+18 = 13+16 = 7+8 > 7+9 > 6+8 > 7，7+8*亞基(7OE，7超量表達亞基)對面筋強度有較大的正向影響，是Glu-B1位點中目前已知的對面筋強度貢獻最大的優質亞基，亞基17+18對面包烘烤體積遺傳效應最大[5-9]。在Glu-D1位點，5+10亞基具有較大的面團彈性和韌性[2,10-11]，與面包體積呈正相關[3,12-13]，是對烘烤品質貢獻最大的亞基[14]。綜上所述，含有2*、7+8、13+16、17+18、7OE、5+10等亞基的小麥品質表現優良。對烘烤品質有重要影響的優質亞基與籽粒產量等農藝性狀間無顯著相關性；在引入優質亞基的同時進行籽粒產量的改良，可選育出高產優質的小麥品種[15]。我國育成的優質小麥品種中，多數不含對小麥蛋白質具關鍵作用的5+10優質亞基，優質亞基2*、17+18、13+16、7OE等所占比例更低[16-17]。在品種選育中加強上述優質亞基的篩選和利用，對改善我國小麥品質尤為重要。

我國目前在小麥育種中所利用的親本趨于單一，育成品種的遺傳相似性增大[18]，如推廣品種的50%～70% 帶有1B/1R血緣[4]，種質資源匱乏成為品種選育中最突出的問題。國外小麥品種間的平均遺傳距離大于國內小麥品種[19]，是豐富和拓寬國內小麥遺傳基礎的重要種質。如自美國引進的澳大利亞碧玉麥(Quality)與地方品種螞炸麥雜交育成的碧螞1號是我國推廣面積最大的小麥品種，年種植面積曾達600萬hm2[20]。

本研究以從澳大利亞引進的小麥種質材料為研究對象，綜合調查和分析其部分農藝性狀、品質指標和HMW-GS亞基等的基因組成，并利用所選優質小麥種質為親本與黃淮麥區表現突出的小麥品種雜交，旨在篩選出適宜該區的優異種質，拓寬和豐富現有小麥種質資源，為黃淮南片冬麥區的小麥品質育種提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為澳大利亞默多克大學州立農業生物技術研究中心提供的25份澳大利亞小麥種質(具體見表1)，以黃淮南片冬麥區區試高產對照周麥18(ZM18)為半冬性對照品種(CK1)，鄭麥366(ZM366)為優質強筋對照品種(CK2)。

1.2 試驗設計

供試材料種植于河南省農業科學院小麥研究所在新鄉原陽的試驗基地(E113.7°，N35.0°)，田間種植2行區，行長2.0 m，行距0.3 m，試驗地肥力中等，田間管理不防病，僅施藥防治蚜蟲，其他管理措施同常規育種田。田間觀察和室內考種按NY/T1301-2007標準(小麥品種區域試驗記載標準)進行，適時按小區進行收獲。

以優質澳大利亞小麥種質為改良親本，黃淮麥區表現突出的小麥品種為農藝親本，配制三交或四交組合，按常規系譜方法定向選擇優良性狀，培育小麥新材料或新品種。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 品質參數測定

制粉：參照AACC 26-20方法，用Quadrumat Junior磨(Brabender，Germany)制粉，過100目篩(0.15 mm篩孔)，根據籽粒硬度確定潤麥加水量，硬麥為16.5%，中等類型為15.5%，軟質麥為14.0%，潤麥時間為16～18 h。面粉水分按AACC-4-15A測定。

面筋儀參數：用瑞典Perten公司的2200型面筋儀(Glutomatic)，按GB/T 14608-93測定小麥粉濕面筋含量及面筋指數。

粉質儀參數：用德國Brabender公司的810104型粉質儀(Farinograph)，按GB/T14614-93測定吸水率、形成時間、穩定時間、弱化度等面團流變學特性參數。

面包烘焙品質：按照GB/T 14611-93直接發酵法制作面包并進行面包評分。

饅頭蒸煮品質：按照GB/T 17320-1998制作饅頭并進行饅頭評分。

1.3.2 分子技術檢測

每份材料選取有代表性的植株，按單株收獲籽粒，參考Ma等[21]、Ishikawa等[22]、Masci等[23]、劉 麗等[24]方法，利用SDS-PAGE、RP-HPLC以及KASP(競爭性等位基因特異性PCR，Kompetitive Allele Specific PCR)等技術對供試材料籽粒進行分子檢測。

1.4 數據處理

試驗數據用Excel系統進行分析、處理。

2 結果與分析

2.1 千粒重及其他部分農藝性狀表現

由表1可知，澳大利亞小麥種質的千粒重普遍較低。25份材料中，千粒重平均為36.9 g，變化范圍31.4～43.1 g，均較周麥18(46.5 g)低，只有Kukri的千粒重較鄭麥366(46.5 g)略高。有4個材料表現為弱春性，其他均為春性。粒色性狀上，Calingiri表現為白色偏黃，Klein表現為紅色，其他均表現為白色。僅Eaglerock無芒，其他均有芒；Drysdale和RAC875的植株和葉表被覆較厚的蠟質。這些材料整體凍害不重，多數材料分蘗較少，葉型表現半披或披。

表1 參試材料的千粒重及其他主要農藝性狀Table 1 Thousand-kernel weight and main agronomic traits of tested materiales

W：白色；WY：白色偏黃色；R：紅色。

W:White; WY:White with yellow; R:Red.

2.2 品質性狀表現

由表2可知，澳大利亞小麥種質的多數品質指標分布寬，變異系數大。其中，形成時間、穩定時間和弱化度的變異系數較大，分別為 38.17%、84.23%、62.36%；面筋含量、濕面筋指數的變異系數中等，分別為8.28%、16.12%；白度、吸水率的變異系數較小，分別為2.90%、 4.02%；濕面筋含量、面筋指數、穩定時間和弱化度的最優值分別為39.1%、96.5%、25.0 min 和5 BU。說明澳大利亞小麥種質具有豐富多樣性，有品質性狀突出的強筋小麥材料。

綜合分析白度、面筋、粉質參數發現，有9份種質具有優良品質特性，其中Wyalkatchem、Gladus、Chara穩定時間長，分別為23.0 min、 25.0 min、17.0 min，濕面筋指數分別為 91.3%、 93.2%、96.5%，弱化度分別為5 BU、10 BU、10 BU，為品質表現突出的強筋小麥材料。Ega Jitarwing的面粉白度達80.1(表3)。

表2 澳大利亞小麥種質的品質指標分布Table 2 Distribution of quality parameters of Australian wheat germplasm

表3 9份優質澳大利亞小麥種質的品質表現Table 3 Quality expression of 9 outstanding Australian wheat germplasm

2.3 分子檢測分析

分子檢測結果表明，在澳大利亞小麥種質中，含有一些在我國稀有的優質亞基，例如亞基2*、7OE、17+18、13+16、5+10等。其中，CD87含有7+8*亞基(7OE亞基，7超量表達亞基)，Baxter和Calingiri含有13+16，Cadoux含有17+18。在進行KASP檢測的20份材料中(表4)，有10份材料含有2*，有7份材料含有5+10，有10份材料含有Ppo-D1a(低多酚氧化酶，PPO)主效基因，有11份材料為Wx-B1b(Wx-B1缺失)類型，表現部分糯性；有4份材料含有Rht-B1b矮稈基因，有14份材料含有Rht-D1b矮稈基因；有4份材料含有Lr34抗葉銹病的主效基因，有12份材料含有Lr46抗葉銹病的主效基因。

表4 澳大利亞小麥種質的分子檢測Table 4 Molecular detection of Australian wheat germplasm

Rht-B1a和Rht-D1a代表高稈等位基因，Rht-B1b和Rht-D1b代表矮稈等位基因；Glu-A1位點為null和Glu-D1位點為2+12表現為弱筋，Glu-A1位點為1或2*和Glu-D1位點為5+10表現為強筋；Ppo-A1a和Ppo-D1b代表高多酚氧化酶等位基因，Ppo-A1b和Ppo-D1a代表低多酚氧化酶等位基因；Wx-B1a表現為非糯質，Wx-B1b表現為糯質；Lr34-、Lr46-、Lr37-、Lr68-均表現為感葉銹，Lr34+,Lr46+,Lr37+,Lr68+均表現為抗葉銹。

Rht-B1aandRht-D1arepresent high stem allele，Rht-B1bandRht-D1brepresent dwarfing allele；null atGlu-A1locus and/or 2+12 atGlu-D1locus indicate weak gluten，1 or 2*atGlu-A1locus and/or 5+10 atGlu-D1locus perform strong gluten；Ppo-A1aandPpo-D1brepresent high PPO alleles,Ppo-A1bandPpo-D1arepresent low PPO alleles；Wx-B1aindicates non-waxy,Wx-B1bindicates waxy；Lr34-,Lr46-,Lr37-andLr68-indicate susceptible to leaf rust，Lr34+,Lr46+,Lr37+andLr68+indicate resistant to leaf rust. The same in table 6.

2.4 優質供試種質后代的農藝性狀及品質表現

利用黃淮麥區表現突出的小麥品種與澳大利亞小麥優良種質配制三交或四交組合，按常規系譜方法進行選擇和收獲。田間調查顯示，低世代分離嚴重，隨著世代的增加，可以定向選擇出與當地農藝性狀相當的優良株系。經品質分析，品質指標出現超親的組合有鄭麥366/CD87//鄭麥366、藁9415/CD87//鄭麥366、矮抗58/kukri//鄭麥366/3/鄭麥366、遺4212/Kukri//鄭麥366、鄭麥366/Calingigri//鄭麥366等(表5)。在調查的15份株系中，13份株系的株高低于周麥18，11份株系的千粒重高于周麥18；單株穗數多，籽粒均白色，表現出較好的農藝性狀。

國標GB/T 14611-93面包評分顯示，體積不低于860 mL即為滿分。本研究的面包烘焙品質表明(表5)，品系33185、33352、33353的面包體積大、面包烘焙品質表現尤為突出，品系33180、33221、33428的面包體積均達到滿分的水平。結合其他品質性狀綜合分析，品系33178、33180、33185、33190、33221、33352、33353的穩定時間長、面包烘焙品質和饅頭蒸煮品質均優，品系33428、33432、33439、33452的濕面筋含量高、面包烘焙品質和饅頭蒸煮品質表現均較優；品系33537、33539、33545、33547的白度值高，饅頭顏色白、綜合品質表現較優。綜上所述，品系33185、33352、33353的烘焙、蒸煮指標及33537、33539、33545、33547的白度指標表現出了明顯的超親現象。分子檢測結果(表6)表明，在進行KASP檢測的9份后代材料中，均含有1亞基和5+10亞基，有6份材料為表現部分糯性的Wx-B1缺失類型。品系33185、33190和33221含有Lr68抗葉銹基因。

表5 澳大利亞小麥種質后代品系的株高和千粒重及品質性狀表現Table 5 Plant height and thousand-kernel weight and quality performance of Australian wheat germplasm offspring lines

“/”表示未檢測。

“/” represents not determined.

表6 澳大利亞小麥種質后代品系的分子檢測Table 6 Molecular detection of Australian wheat germplasm offspring lines

3 討 論

本研究中，供試澳大利亞小麥種質多白粒，多春性，晚熟，株高中至半高，千粒重普遍較低，均較黃淮南片冬麥區區試高產對照周麥18低，但抗病材料較多，特別是一些品種抗條銹病生理小種條中30號和31號，與前人研究結果一致[25]。本研究中，鄭麥366不含Lr68抗葉銹基因，而利用澳大利亞材料和鄭麥366組配，選擇出了含有Lr68抗葉銹基因的后代材料。因而，黃淮南片冬麥區可以選擇Wyalkatchem、Gregory、Eaglerock、Kauz等含有Lr34、Lr46抗葉銹基因的小麥種質進行利用。

小麥的適應性主要受春化、光周期和早熟性基因控制，澳大利亞小麥種質中具有高頻率與適應性相關的光照不敏感等位基因[26-27]，澳大利亞小麥種質的抽穗期和成熟期與河南中部地區小麥材料較接近[25]。本研究中，供試澳大利亞小麥種質在黃淮南片冬麥區種植可以正常抽穗，其抽穗期與該區品種的抽穗期基本一致，這有利于澳大利亞小麥種質在該區作為雜交親本。

面筋強度參數如沉降值和穩定時間等與面包評分呈顯著正相關，是影響面包品質重要因素[28]，面筋指數、弱化度和麥谷蛋白、穩定時間是反映面包烘焙品質的重要指標[29]，篩選優良的高低分子量谷蛋白亞基(1，7+8或14+15或13+16，5+10，Glu-A3d和Glu-B3d)是提高面筋強度和面包品質的關鍵[30,18]。多數對烘烤品質的研究結果認為，在Glu-A1位點1與2*優于null，Glu-B1位點7+8、17+18、13+16、14+15優于其它亞基，Glu-D1位點5+10優于2+12，以5+10亞基對烘烤品質貢獻最大[16]。本研究表明，澳大利亞小麥種質中富含濕面筋含量高、濕面筋指數高、穩定時間長、面粉粉色白的優良種質，而且，含有優質亞基2*、7OE、17+18、13+16、5+10等，可以利用這些優質亞基改良我國小麥品質。由于Bx7OE(7超量表達亞基)對面筋強度和加工品質有較大的正向影響[31,7]，在Dx5+Dy10基因(5+10亞基)的遺傳背景下，Glu-B1位點中的7+8*亞基(7OE，7超量表達亞基)是對面筋強度貢獻大的優質亞基[7]。在小麥育種中，宜加強Bx7OE與Dx5+Dy10基因的聚合來提高黃淮麥區小麥的面筋強度、改善面包烘焙品質。本研究中，一些品系材料表現出了明顯的超親現象，其優良性狀對應的亞基或基因，有待于進一步的研究。

Wx-B1b為缺失Wx-B1蛋白亞基，表現部分糯性；缺失Wx-B1蛋白亞基的小麥品種具有較高的淀粉糊化粘度和較好面條品質，可作為優質面條小麥品種選育的生化指標[32]。多酚氧化酶(PPO)活性高易引起褐變，PPO是引起面條(團)顏色褐變的主要原因，通過遺傳途徑降低PPO活性有助于改善面條的顏色[33]。同時具有多酚氧化酶活性低及部分糯性的小麥適宜加工優質面條，其中，Wyalkatchem、Gregory、Eaglerock、Mace等材料聚合矮稈、低多酚氧化酶、部分糯性及抗葉銹等多個優良性狀，可作為培育優質面條小麥的資源材料。

本研究中，種質33428、33432、33439、33452的穩定時間僅為中強筋水平，烘焙品質指標卻表現較好；而種質33178及33192的穩定時間達到了強筋水平，然而其烘焙品質指標卻表現中等。這些現象說明，衡量小麥品質的優劣需要用最終的烘焙、蒸煮品質指標來評價。美國提出的面包用粉、糕點用粉的質量標準中，烘焙評分占50～70分，而其他多項理化指標僅占30～50分，把烘焙評分作為評價小麥專用粉最重要的指標[34]。在今后育種過程中，應重視面筋、粉質等相關指標，更應重視烘焙、蒸煮等品質指標。

4 結 論

本研究表明，供試澳大利亞小麥種質在黃淮南片冬麥區千粒重普遍較低，綜合抗病性較好，綜合農藝性狀較差，冬季雖有凍害但均能夠正常越冬，抽穗期與當地品種基本一致；具有濕面筋含量高、面筋指數高、穩定時間長、面粉粉色白等品質特點，含有5+10亞基、2*亞基、7+8*亞基、17+18亞基、13+16亞基、低PPO活性基因及Wx-B1缺失等，還含有矮稈Rht-D1b基因及抗葉銹Lr34基因和Lr46基因等。利用澳大利亞小麥種質為改良親本，可培育出綜合農藝性狀較好、品質較突出的小麥新品系。