云南省普通小麦育成品种(系)高分子量麦谷蛋白亚基组成分析

丁明亮，赵佳佳，周国雁，李宏生，崔永祯，赵 红，伍少云，杨木军，郑 军，李绍祥

(1.云南省农业科学院粮食作物研究所,云南昆明 650205；2.山西省农业科学院小麦研究所,山西临汾 041000；3.云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所，云南昆明 650205)

农业供给侧结构性改革要求小麦育种由追求产量为主转向兼顾品质、产量和抗逆性，尤其应选育优质专用强筋、弱筋型品种。小麦籽粒加工品质受品种的遗传特性、栽培技术、土壤、气候以及收获、干燥、储存方法与条件等因素的影响[1]，其中品种的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)的遗传组成与加工品质关系密切[2]。尽管HMW-GS的含量约为胚乳总蛋白含量的40%，且在小麦籽粒中含量较低，却影响着约2/3的面包烘烤参数变异[3]。小麦品种HMW-GS 受遗传控制，不受环境影响[4]；利用SDS-PAGE电泳技术可有效鉴定小麦品种的HMW-GS组成[5]，指导优质专用小麦育种的亲本选配[6-8]。

云南属低纬度高海拔地区，从南到北共有7个气候类型，从低海拔热区河谷、温凉坝区到丘陵及高寒山区海拔300～3 600 m的范围内均有普通小麦种植，包括滇北晚熟麦区、滇中中熟麦区和滇南早熟麦区，分属于我国西南冬麦区和华南冬麦区[9-10]。由于地方种质资源的局限和小麦生产的需要，自20世纪50年代以来，云南省先后从国内外引进了大量小麦品种(系)应用于小麦新品种选育和生产，其中以CIMMYT的材料最多，其次为四川、河南、贵州等省市[9]。利用这些国内外引进的种质资源开展育种工作，云南的小麦生产实现了5次品种更新，其中引进直接应用和杂交育成的品种(系)有150多个[9]，目前对这些品种(系)的HMW-GS组成还缺乏系统评价。本研究拟利用SDS-PAGE电泳技术对1950s以来的152份云南省普通小麦育成品种(系)的HMW-GS组成进行分析，以期为筛选和有针对性地引进含优质亚基的品种资源用于优质专用小麦育种提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为20世纪50年代以来云南省育成小麦品种(系)152个，其中140个品种(系)的种子由云南省农业科学生物技术与种质资源研究所云南省作物种质库提供，其余来自各育种单位，详见表1。

表1 152份云南育成小麦品种(系)的HMW-GS组成及品质评分Table 1 HMW-GS compositions and quality scores of 152 wheat varieties(lines) bred in Yunnan

(续表1 Continued table 1)

(续表1 Continued table 1)

1.2 方 法

样品提取参考赵 彬等[11]的方法进行。每份材料取1粒种子磨成粉后,加入1 mL离心管中，用适量提取液(0. 063 mol·L-1Tris-HCl，pH=6. 8,10% 甘油，5%疏基乙醇，2% SDS，0.002%溴酚兰)振荡，室温浸提2 h以上，然后在沸水中煮4 min后，保存于-20 ℃的冰箱中，用前取上清液点样。

采用SDS-PAGE方法[5]分析HMW-GS类型，所用仪器为北京六一仪器厂生产的DYCZ- 24D 型双垂直电泳槽。

以中国春(N，7+ 8，2+ 12)、师栾02-1(1，7+9，5+10)、烟农361(1，17+18，5+10)为对照，参照Payne等[12]的标准区分、命名高分子量麦谷蛋白亚基。鉴于实验中有11份材料含14+15亚基，Panye等[12]和毛 沛等[14]的评分系统均未对该亚基给出评分，故采用程爱华等[13]的评分系统计算各亚基的品质得分(表2)。

表2 Glu-1 品质评分系统Table 2 Glu-1 quality scores systems

2 结果与分析

2.1 云南小麦品种(系)的HMW-GS等位变异类型及频率

从SDS-PAGE 分析结果(表1、表3)可以看出，云南省育成的152份小麦品种(系)的HMW-GS在 Glu-A1>、 Glu-B1>、 Glu-D1> 位点上表现出丰富的多态性，共有 12种等位变异。其中， Glu-A1>位点上有2种等位变异(N和1)，出现频率分别为56.58%和43.42%； Glu-B1> 位点检测到的等位变异最多，共有7+8、7+9、6+8、14+15、17+18和13+16共6种亚基，其中含7+8、7+9的品种(系)较多，出现频率分别为42.11%和34.87%，优质亚基17+18出现频率较低，仅为13.61%，在3份材料中出现稀有亚基13+16； Glu-D1> 位点有 4 种等位变异，其中优质亚基5+10的出现频率为24.34%；2+12亚基的占比达54.61%，一般认为含该亚基的品种多为中间型或软质型；稀有亚基2+10和5+12分别占5.26%和15.79%。

总体上，云南省育成小麦品种(系)的HMW-GS亚基类型较丰富，且以 Glu-A1>和 Glu-D1>位点上的优质亚基1、5+10和5+12的出现频率较高，约为40%，但 Glu-B1>位点的优质亚基13+16和17+18的出现频率较低，只有15%，半数品种(系)都含对加工品质有负向作用的2+12亚基。此外，7亚基的频率高达76.98%，同时还检测到3个稀有亚基13+16、2+10和5+12。

表3 云南小麦育成品种(系)HMW-GS的等位变异及频率Table 3 Allelic variation of Glu-1 and their frequency in 152 wheat varieties(lines) bred in Yunnan

2.2 云南省小麦品种(系)HMW-GS亚基组合类型和品质评分

云南省小麦的HMW-GS亚基组合类型比较丰富,共出现27种亚基组合类型(表4)，其中以“N，7+8，2+12”、“N，7+9，2+12”、“1，7+8，2+12”和“1，7+9，5+10”4种亚基组合类型较多，出现频率分别为20.39%、9.87%、7.89%和7.89%,共计46.04%；10种HMW-GS亚基组合类型仅各有1个品种(系)。152份品种(系)的品质评分差异较大，变化范围为3.0～8.5分，除34份材料因含稀有亚基13+16、2+10、5+12而利用程爱华评分系统不能计算其品质评分外，其余118份材料的平均品质得分为4.40。如果把稀有优质亚基13+16的品质评分等同于17+18[15]，5+12等同于5+10[16]，则至少有2个位点均含优质亚基1、13+16或17+18、5+10或5+12且品质评分在7.0分以上的品种(系)有46个，占30.26%，其中3个位点均含优质亚基且品质评分在8.5分的品种(系)有9个，仅占5.92%，这些资源可用于中强筋小麦育种；3个位点均不含优质亚基且品质评分为3分的品种(系)有15个，占9.87%，这些材料可用于弱筋小麦育种。

表4 152份云南育成小麦品种(系)的HMW-GS组合类型Table 4 HMW-GS combinations of 152 wheat varieties(lines) bred in Yunnan

2.3 云南省不同时期小麦育成品种(系)的HMW-GS亚基品质评分及5+10 优质亚基分布频率

152 份云南省育成品种(系)按其育成时期划分为5组，1970s以前的品种(系)有5 份，1980s的品种(系)有65份，1990s的品种(系)有40份，2000s的品种(系)有29份，2010s的品种(系)有13份。参与评分的各个时期育成品种(系)的品质平均得分差异较小，均在4.50左右(图1)，其中1970s以前育成品种(系)的HMW-GS 品质平均得分最低，而1980s的HMW-GS 品质平均得分最高。不同时期育成品种(系)5+10 优质亚基的分布频率(图2)，在1990s之前差异不大，此后逐渐增加，2010s育成的品种(系)中优质亚基5+10分布频率最高，达到了30.77%，表明云南省各育种单位在品质育种中加强了含5+10优质亚基亲本的利用，但该时期育成品种(系)的品质平均评分并未得到明显提高，说明育种中改良单个高分子量麦谷蛋白优质亚基并不一定能改善品种的加工品质。

图1 不同时期云南小麦育成品种(系)的品质评分变化Fig.1 Quality score variation of HMW-GS among Yunnan wheat varieties(lines) bred in different periods

图2 不同时期云南小麦育成品种(系)的5+10优质亚基分布频率的变化规律Fig.2 Frequency variation of 5+10 subunits among Yunnan wheat varieties(lines) bred in different periods

2.4 云南省不同小麦种植区育成品种(系)的HMW-GS亚基组成

《云南省小麦种植区划》将云南小麦划分为三个种植区，即滇北晚熟麦区(海拔2 000～3 480 m，生育期200～250 d)、滇中中熟麦区(海拔1 500～2 000 m，生育期175～200 d)和滇南早熟麦区(海拔1 500 m以下，生育期130～160 d)。在152个育种品种(系)中，139个为上述三个麦区选育(表5)，以滇中麦区育成的品种(系)最多(99个)，其次为滇南麦区(28个)和滇北麦区(12个)。滇北麦区的品种(系)均为2000年之前选育，此后其品种(系)完全来自滇中麦区或四川、贵州等省；同时滇中麦区的品种(系)也大量应用于滇南麦区。从HMW-GS亚基分布数量上看，以滇中麦区育成的品种(系)最多(12种)，其次为滇南麦区(9种)和滇北麦区(8种)。在 Glu-A1>位点，滇北麦区育成的品种(系)含优质亚基1的占比(8/12)高于滇南(16/28)和滇中麦区(38/99)；在 Glu-B1>和 Glu-D1>位点，滇南和滇中麦区育成的品种(系)含优质亚基13+16或17+18、5+10或5+12的占比相近，滇北麦区的极低。这种差异主要与3个麦区育种上可供利用的亲本资源多少有关。

3 讨 论

丰富多样的优质亲本资源是开展优质专用小麦育种的基础，从现有品种(系)中筛选含HMW-GS优质亚基的育种材料，是获得优质亲本的一个有效途径。本研究结果表明，云南省普通小麦育成品种(系)在 Glu-A1>、 Glu-B1>、 Glu-D1> 位点的HMW-GS亚基表现出较丰富的多态性，共有 12 种等位变异，27种亚基组合类型；在 Glu-B1>和 Glu-D1>位点还检测到13+16、2+10和5+12三种稀有亚基类型，其中13+16和5+12均为对加工品质有正向作用的优质亚基[17-18]。云南小麦育成品种(系)HMW-GS的等位变异比湖北[19]、青海[20]和四川[21]略丰富，但不及山西[6]、宁夏[22]、甘肃[23]、河南[24]、河北[25]、陕西[26]、新疆[27-28]与重庆[29]，和贵州[30]相近。与国内其他省市相比，云南省的小麦品种(系)在HMW-GS亚基组成上较差,尤其在 Glu-A1>位点缺2*优质亚基，而且在 Glu-A1>、 Glu-B1>、 Glu-D1> 位点上均含优质亚基的品种(系)极少，仅占5.92%。因此，今后应加强引进利用这类优质资源。同时，有46个品种(系)至少在2个位点均含优质亚基1、13+16或17+18、5+10或5+12，可用作品质育种的优良亲本。

表5 云南不同麦区小麦育成品种(系)的HMW-GS亚基类型Table 5 HMW-GS subunits in varieties(lines) bred by different wheat area of Yunnan

此外，在152份云南省普通小麦育成品种(系)中有117份材料在 Glu-B1>位点含7亚基，占76.98%，由于SDS-PAGE电泳技术难以准确鉴定7*、7OE与7亚基，其中含7OE亚基的小麦材料被认为是培育超强筋小麦品种的重要资源之一[22]。因此，下一步需在本研究基础上，利用Ragupathy等[31]开发的STS标记对这117份品种(系)作深入分析，以期能发掘出含7OE亚基的优质资源供育种利用。

小麦的加工品质不仅与HMW-GS亚基及其组合密切相关，还受LMW-GS、醇溶蛋白的组成和含量、 Glu-1>位点间的互作、品种的遗传背景等多种因素的影响，某些含优质亚基的品种不一定具有良好的加工品质，反之亦然[15]。如本研究中亚基组成为N、7+9、2+12的云麦33号曾在1992年被评为全国18个优质面包小麦品种之一[32]，因此，在品质育种中，需要把育种材料的亚基组成与面团流变学特性等品质分析结果相结合。