陇东旱塬冬小麦资源的HMW-GS组成及品质比较

张金乾，张　成，刘自成，施万喜，孟建军，杨　

(1.甘肃农业大学农学院， 甘肃 兰州 730070； 2．陇东学院农林科技学院， 甘肃 庆阳 745000)



陇东旱塬冬小麦资源的HMW-GS组成及品质比较

(1.甘肃农业大学农学院， 甘肃 兰州 730070； 2．陇东学院农林科技学院， 甘肃 庆阳 745000)

摘要：采用SDS-PAGE技术和近红外反射光谱法，对陇东地区382份冬小麦资源的HMW-GS组成和其中315份品种的沉淀值、蛋白质和湿面筋含量进行了检测。结果表明:陇东旱塬冬小麦资源存在16种亚基变异类型，35种组合形式；null，7+8，2+12为各自位点的主要亚基变异类型，其中 1，7+9，5+12亚基在育成和引进品种(系)中相对地方品种有明显提高，且5+10亚基在育成品种(系)中出现频率也较高(17.02%)；在地方品种中null、7+8、2+12为优势组合(占79.19%)，而育成和引进品种(系)中亚基主要以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%)三类组合形式存在；具有2*、7+8、5+12组合的小麦品种综合品质较优。从供试材料中筛选出8分以上的组合14类，89个品种，其中4类组合的23个品种得分10分。

关键词：小麦；高分子量麦谷蛋白亚基；育成品种；品质

食品工业的发展和人民生活水平的不断提高，对小麦的加工品质提出了更高要求，小麦品质育种也因此受到普遍重视。沉淀值、蛋白质和湿面筋含量等主要品质衡量指标，已在优质品种筛选中广泛应用，发挥了巨大作用。高分子量麦谷蛋白是小麦胚乳储藏蛋白的重要组成部分，籽粒中亚基的种类和组成对小麦品质有很大影响。已公认Glu-D1位点上的优质亚基5+10与烘烤品质呈正相关，而2+12亚基与烘烤品质呈负相关[1-2]。Payne等[3]将各亚基对小麦品质贡献大小进行了评分，其标准为：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)。也有国内学者研究认为[4-6]，14+15、5+12亚基也属优质亚基，其品质评分为3分和4分。选择利用具有优质亚基和优良品质特性的亲本材料，对小麦品质改善、优质品种的培育有很大帮助。冬小麦是陇东旱塬主栽优势粮食作物之一，目前生产上应用的小麦品种加工品质普遍较差，蛋白质和湿面筋等品质性状量高而质不优，无加工专用型新品种小麦，因此在育种中加强优质种质资源的研究、筛选和利用，提高新培育品种品质质量就显得尤为重要,本试验对陇东旱塬382份冬小麦品种的HMW-GS组成和其中315份品种的蛋白质品质做了简单效应比较，以期对该地区冬小麦种质资源HMW-GS的遗传基础及其品质信息有所了解，为冬小麦品种的品质改良提供参考依据。

1材料与方法

1.1材料

试验材料由陇东学院农林科技学院小麦育种组提供，共382份冬小麦品种(系)，其中当地育成品种(系)94份，引进品种91份，农家品种197份。所有供试材料于2012—2013年在陇东学院农林科技学院试验田繁殖，随机区组设计，3行区，行长1.5 m，区距20 cm，3次重复，人工条播，栽培管理同大田。部分品种活力较差，种子收获量少，只做HMW-GS分析，对种子量满足试验要求的品种同时检测了沉淀值、蛋白质和湿面筋含量。

1.2方法

1.2.1HMW-GS的提取及电泳试验在陇东学院农林科技学院育种实验室进行。参照张学勇的方法[7]，每份材料取一粒种子粉碎后装入离心管(1.5 mL)，加入异丙醇混匀，60℃热水中煮20～30 min，离心并弃上清液，重复以上步骤1次，除去醇溶蛋白等对试验结果的影响。按种子重量10倍体积向离心管中加入麦谷蛋白提取液混匀，60℃热水中煮2 h，离心取上清液备用。电泳采用不连续SDS-PAGE法，以浓度为10%的分离胶和4%的浓缩胶进行制胶。在电泳槽中加入适量甘氨酸电极缓冲液，依次上样10 μL，电泳8～10 h。用考马斯亮蓝染色液(0.05%)染色1～2 d，脱色液中脱色6～8 h，等谱带基本清晰，在凝胶成像系统中，拍照保存。谷蛋白亚基编码和命名按Payne1983年的标准[8]进行。电泳对照材料为中国春(null、7+8、2+12)和中优9507(1、7+9、5+10)。

1.2.2品质性状分析供试材料的品质性状采用丹麦福斯公司生产的Infratec TM 1241型近红外谷物品质分析仪(内置小麦标准曲线和校正模型软件)测定，包括沉淀值、蛋白质和湿面筋含量，结果由系统软件自动分析。

1.白川麦；2.中国春；3.白大麦；4.白葛条；5.白金麦；6.白老芒麦；7.白露仁；8.白马莲；9.白蚂蚱；10.白麦；11.白芒麦；12.白薯条；13.白秃蚂蚱；14.白玉麦；15.崇信二红麦；16.崇信缩条麦；17.崇信红疙瘩麦；18.中优9507；19.崇信白软秆

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

图1部分地方冬小麦品种的HMW-GS电泳图谱

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

2结果与分析

2.1陇东旱塬冬小麦资源HMW-GS等位变异分析

从表1看出，供试材料共存在16种HMW-GS变异类型，Glu-A1位点3种(null，1，2*)，Glu-B1位点7种(7+8，7+9，6+8，7，14+15，17+18，13+16)，Glu-D1位点6种(2+12，5+10，5+12，4+12，2，2+10)，其中地方品种出现15亚基，育成品种(系)出现10种亚基，引进品种出现14种亚基。3类不同类型品种均以null，7+8，2+12为Glu-1各自位点主要变异类型，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%)。然而对于不同位点，亚基等位变异出现频率有很大差别。其中Glu-A1位点，育成和引进品种(系)中亚基null较地方品种分别降低了32.15%和37.78%，而亚基1出现频率则明显提高，分别占到27.66%和39.56%，地方品种只占2.03%；Glu-B1位点，亚基7+9在育成和引进品种(系)中分别占到43.62%和45.05%，相对地方品种提高了38.54%和39.97%，而优质亚基14+15、17+18和13+16只在地方品种和育成品种中存在，且出现频率偏低，育成品种(系)在此位点的亚基变异类型相对单一；Glu-D1位点，育成和引进品种(系)中，亚基5+12高出地方品种13.00%和15.79%，而亚基5+10以育成品种(系)最高，比地方品种和引进品种分别提高14.99%和8.23%。5+10亚基出现频率的提高，说明近年来优质亚基的利用在育种上受到很大重视。

表1　冬小麦资源HMW-GS变异类型及频率

2.2陇东旱塬冬小麦资源HMW-GS组成及频率分析

从表2可以看出，供试材料的HMW-GS组合类型共有35种，其中引进品种出现26种亚基组合类型，育成品种(系)20种，地方品种19种。显然3类品种均有极为丰富的亚基组合类型，尤其是引进品种，但就不同类型的品种，优势组合存在很大差异，出现频率也各有不同。在地方品种中，null、7+8、2+12组合占到79.19%，具绝对优势。而在育成和引进品种(系)中，主要存在三种优势组合类型，以null、7+9、2+12出现频率最高(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%)，其它亚基组合类型频率较低，分布均匀。供试材料中检测出4类优质亚基组合，分别是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进品种(系)中，但频率普遍偏低。同时材料中具有优质亚基13+16、14+15和17+18的组合存在于地方和引进品种中，在育成品种中尚未出现。

2.3陇东旱塬冬小麦资源不同HMW-GS组成的主要品质性状

表3列出了315份材料中22种HMW-GS组成形式的沉淀值、蛋白质和湿面筋含量平均值，并对亚基组合进行了评分。依据蛋白质含量高低，排在前5位的亚基组合依次是：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)；依据湿面筋含量高低，排在前5位的亚基组合依次是：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)；依据沉淀值高低，排在前5位的亚基组合依次是：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组合得分最低，但蛋白质含量比较高，而得8分的1、7+8、2+12和null、7+8、5+12亚基组合类型沉淀值、蛋白质和湿面筋含量都较低，同时null、7+8、5+10(8分)的蛋白质和湿面筋含量也较低。各品质性状均有自己的优势组合，综合品质以2*、7+8、5+12最好，蛋白质含量、湿面筋含量和沉淀值均值分别达到17.76%、40.54%和44.41 mL。

表2　冬小麦资源HMW-GS亚基组成及频率

2.4陇东旱塬冬小麦资源品质得分8分以上的亚基组合类型及品种

国内外多数研究证明，HMW-GS对小麦品质的遗传改良具有明显的正向作用，依据亚基的优劣能在一定程度上推测小麦的品质状况。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等亚基组合类型沉淀值、蛋白质和湿面筋含量均较高，综合品质较好。依据亚基品质得分和本试验结果，从供试材料中筛选出8分以上的组合14类( 89个品种)，其中10分以上的组合4类(23个品种)，结果见表4。

表3　冬小麦资源不同HMW-GS组成类型的主要品质性状及评分

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

表4　冬小麦资源品质得分8分以上的亚基组合类型及品种

3结论

陇东旱塬冬小麦资源亚基变异类型丰富，存在多个优质亚基可供育种工作者开发利用。Glu-A1位点1和2*亚基以引进品种最高(42.86%)，育成品种(系)次之(37.23%)，地方品种最低(5.08%)；Glu-B1位点13+16,14+15和17+18亚基只存在于地方品种和引进品种中，应注重这些亚基的利用；Glu-D1位点5+10和5+12亚基在育成和引进品种(系)中分别占到35.11%和29.67%，地方品种7.12%。亚基组合类型地方品种中null、7+8、2+12占绝对优势，育成品种(系)中亚基组合类型分布相对均匀，null、7+9、2+12所占频率最大(23.40%)。这一结果与李兴茂[9]和李望鸿[10-11]等人研究有所不同，甘肃小麦资源育成品种中null、7+9、2+12组合出现频率相对较低(14.30%以下)。null、7+9、2+12组合在陇东冬小麦育成品种(系)中出现频率高的原因除了所选试验材料的不同外，也可能与引进的亲本材料有关，因为本试验中引进品种该组合类型出现频率也最高(17.58%)。

针对国内不同地区小麦资源HMW-GS与小麦品质关系的研究，多数学者认为1、2*、7+8、13+16、14+15、17+18、5+10、5+12亚基在各自位点上品质效应较高，其组合综合品质较优[12-17]。本试验发现陇东地区冬小麦资源以2*、7+8、5+12亚基组合类型综合品质最好，null、6+8、5+12组合品质最差，基本符合总评分高的亚基组合品质较优这一规律。其中也有一些品质得分高的亚基组合null、7+8、5+12，1、7+8、2+12综合品质较差，而null、7、2+12的蛋白质含量和null、17+18、2+12的湿面筋含量较高。这种差异的存在可能是由选用的材料、分析方法和各亚基组合间样本量的不同造成，其次也无法排除LMW-GS和醇溶蛋白对小麦品质的影响[10,18]，其他原因还有待进一步研究。陇东旱塬冬小麦育种中，优质、抗逆品种的培育，应在本地优质资源充分开发利用的基础上，注意引入外部优良品种血缘来拓宽本地小麦的遗传基础，在导入优质亚基提高新品种亚基质量的同时，也注重品质特性的改善，加快解决陇东冬小麦加工品质差的问题。并通过小麦亚基与品质间关系的综合研究，全面优化种质资源，提高亲本材料选配的科学性。

参 考 文 献：

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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

中图分类号：S326

文献标志码：A

作者简介：张金乾(1988—)，男，甘肃白银人，在读硕士，研究方向为小麦遗传育种。E-mail：jinqian126@126.com通信作者：张成(1960—)，男，甘肃镇原人，教授，主要从事作物遗传育种教学和科研工作。E-mail：ldxyzc@126.com

基金项目：高产优质多抗小麦新品种示范与推广(GB2B02011100007)

收稿日期：2015-01-09

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.24

文章编号：1000-7601(2016)02-0146-06