抗白粉病小偃麦衍生品系高分子量麦谷蛋白亚基分析

张晓军，畅志坚，阎晓涛，李 欣，詹海仙

（山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030032）

小麦白粉病是小麦生产上严重发生的病害，几乎遍布世界各地的小麦产区，是我国麦区的主发病害之一。白粉病的发生会对小麦产量及品质造成严重影响[1]。目前，白粉病主要采用化学防治，而大量使用农药，不仅会提高生产成本、污染环境，还影响人体健康。作物病害防治最有效的手段是选育和推广抗病品种。

小麦品质主要包括营养品质和加工品质[2]。影响小麦加工品质的主要因素是小麦粉所含有的蛋白质，其中，影响最大的为麦谷蛋白和醇溶蛋白，醇溶蛋白（Gli）影响面团的延伸性，麦谷蛋白（Glu）决定小麦粉面团的弹性（即抗延伸性）。麦谷蛋白分为高分子量麦谷蛋白亚基（HMWGS）和低分子量麦谷蛋白亚基（LMW-GS）。高分子量麦谷蛋白由位于第1 部分同源群染色体1A，1B 和1D 长臂上的Glu-1 基因位点所编码，分别称为Glu-A1，Glu-B1，Glu-D1，到目前为止，已经发现并命名的亚基超过40 种[3-4]。Payne[5]对不同亚基进行了命名并根据这些亚基对面粉品质的影响制定了小麦品质评定标准，该标准已广泛用于小麦品质评定和育种实践。

八倍体小偃麦是利用中间偃麦草与普通小麦杂交创造的新物种，具有偃麦草的许多优良性状，是改良普通小麦产量、抗性、品质的重要种质资源。山西省农业科学院作物科学研究所作物分子育种实验室运用染色体工程等新方法，以八倍体小偃麦为桥梁，将中间偃麦草的优质抗病基因导入普通小麦，创制了大量免疫或高抗白粉病的小麦新品系。为了有效利用这些新的抗病种质资源，本试验对这些品系的高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）组成结构进行了分析，以便从这些抗病新品系中选出含有能够改良小麦加工品质优良亚基的材料，使抗病育种与品质育种有效结合。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料来源于八倍体小偃麦TAI7045 等与普通小麦的远缘杂交高代（F6以上）株系，选择其中高抗白粉病的稳定株系，共计64 个。

1.2 HMW-GS 的提取和电泳

用十二烷基磺酸钠- 聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）的方法对供试株系的高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）进行分离[6-7]，以中国春、中优9507 为对照，按Payne 等[8]的方法对HMWGS 进行命名。品质得分根据Payne 等[8]的计算方法得出。根据王瑞等[9]的研究，14＋15 亚基的作用明显大于7＋9 亚基，因此，本研究将14＋15与7＋8 相当，评为3 分（表1）。

表1 高分子量麦谷蛋白亚基品质得分

2 结果与分析

以中国春（null，7＋8，2＋12）、中优9507（1，7＋9，5＋10）为对照，对64 个高抗白粉病株系的高分子量麦谷蛋白亚基进行鉴定分析，各株系亚基组成及得分如表2 所示。

每份材料一般含有3～5 个高分子量麦谷蛋白亚基，其中，Glu-A1 控制1 个或缺失，Glu-B1控制2 个，Glu-D1 控制2 个。由表2 可知，在参加试验的64 个材料中，共出现14 种亚基类型，具有丰富的遗传变异性。其中，null，7＋8，2＋12出现频率最高，64 个材料中有27 个为该亚基组合，占总材料数的42%；其次是null，13＋16，2＋12，有10 个材料，占材料总数的16%；null，7＋9，2＋12 有7 个材料，占材料总数的11%；null，14＋15，2＋12 有6 个材料，占材料总数的9%；null，7＋8，5＋10 有3 个材料，占材料总数的5%；null，13＋16，5＋10 和1，7＋8，5＋10 各有2 个材料，占材料总数的3%；其他7 种类型仅有1 个材料。

根据公认的优质亚基类型[10]，在64 个供试材料中，7＋8 亚基比较丰富，而1，2*，14 ＋15，17＋18 亚基出现的比较少；含有5＋10 优质亚基的材料共有14 个，占到材料总数的22%。在小麦育种工作中，要优先导入5＋10 亚基，并重视14＋15，17＋18 等优质亚基的导入[11]。所有参试材料中评分最高的亚基组合类型（1，7＋8，5＋10），（2*，17＋18，5＋10） 共有3 份，分别为191-2，242-2，178-2，这3 份材料的农艺性状也比较优良，有望在生产中直接应用。

表2 64 个供试株系的高分子量麦谷蛋白亚基组成

续表2

3 讨论

小麦贮藏蛋白主要包括醇溶蛋白和麦谷蛋白，与小麦面粉的加工品质密切相关。研究麦谷蛋白的分子特征及其亚基功能，对优质亚基的利用与小麦品质改良具有重要意义。通过小麦近缘种属的麦谷蛋白，人们可以方便地得到丰富的亚基变异类型，筛选出更多的有益基因。

中间偃麦草（Thinopyron intermedium，2n＝6X＝42，E_1E_1E_2E_2XX）是小麦的一个近缘种，含有大量可用于小麦品种选育的有益性状。且中间偃麦草中存在不同于小麦的麦谷蛋白亚基，可以作为小麦品质育种的一个新的种质材料。以八倍体小偃麦为桥梁亲本，可以方便、有效地将中间偃麦草中可用于小麦品质改良的优质基因转移到普通小麦中，并有效避免了远缘杂交不亲和等育种难题，为在中间偃麦草中筛选、鉴定可用于小麦品质改良的优质基因奠定基础。

通过对64 个高抗或免疫白粉病的小偃麦衍生品系进行SDS-PAGE 分析，结果表现出丰富多样的遗传变异类型，其HMW-GS组合类型以null，7＋8，2＋12 为主，并出现了大量5＋10，13＋16，14＋15，17＋18 等对小麦面粉品质改良有重大作用的优质亚基类型。尤其是人们公认的与面包烘烤品质关系最密切的优质亚基5＋10，在64 个供试材料中有14 个材料出现该亚基，占参试材料总数的22%。从本试验供试材料中筛选出的含有HMW-GS 优质亚基的抗白粉病新品系可以为小麦优质专向育种研究提供大量有益的材料。

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