安徽小麦品种醇溶蛋白遗传多样性及其与品质性状的相关性研究

侯丞志，汪 辉，吴 豪，钱 可，郑文寅，张文明，郭文善，姚大年

(1.安徽农业大学农学院，安徽合肥 230036；2.江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，扬州大学，江苏扬州 225009)

小麦是世界上最主要的三大粮食作物之一。麦醇溶蛋白存在于小麦的胚乳中，占胚乳蛋白的40%左右，与麦谷蛋白合称为小麦的贮藏蛋白;麦谷蛋白和醇溶蛋白共同形成面筋，两者的含量和比例直接影响面团的黏弹性与延展性[1]。麦醇溶蛋白在组成上的高度复杂性和对小麦品质性状的重要作用而受到广泛关注[2]。

通过酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)可以将醇溶蛋白分离出15～30个谱带，这些谱带根据其在电泳图谱上相对迁移率的大小可以分为α、β、γ、ω四种类型[3]；它们分别占醇溶蛋白总量的25%、30%、30%、15%[2]。不同小麦品种的醇溶蛋白谱带的组成存在高度多态性，可以作为遗传标记用来进行品种纯度鉴定以及后代选择等。醇溶蛋白主要受位于第1和第6同源染色体短臂上的多基因位点控制，分别被称为Gli-1位点和Gli-2位点[4]。γ、ω醇溶蛋白主要由Gli-1位点控制，α、β醇溶蛋白主要由Gli-2位点控制[5]。

有关麦谷蛋白与小麦品质间的研究已有较多报道，关于醇溶蛋白与小麦品质性状的关系研究较少[6]。阎旭东等[7]发现，谱带为Gli42.3、62.7、39.6(2)、11.4和23.0等的醇溶蛋白对以沉降值为代表的面包烘烤品质起正向作用。γ-44.5和γ-45.0对面条的加工品质具有正向效应，而γ-41.0对面条加工品质则有负向效应。Branlard等[8]发现，谱带为α-72.5、74.0、76.0、84.0的醇溶蛋白对小麦面筋的膨胀性、弹性、延展性以及黏性具有正向作用。

本研究利用A-PAGE技术对安徽省种植的137份小麦品种进行醇溶蛋白分离，通过不同品种、不同谱带数量以及组成分析研究其遗传多样性，构建小麦品种指纹图谱[9]，同时利用醇溶蛋白电泳谱带，研究蛋白质亚基与小麦品质之间的关系，以期为小麦品质育种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为安徽省种植的137份小麦品种(表1)，由安徽农业大学小麦品质育种实验室提供。以中国春、Marquis(加拿大)、Neepawa(加拿大)为醇溶蛋白对照品种。

1.2 试验方法

1.2.1 醇溶蛋白分离方法

在1986年国际种子检测协会(ISTA)颁布的小麦醇溶蛋白酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳标准程序的基础上，结合郝小燕等[10]的方法进行改进。

醇溶蛋白提取：取单粒种子用单粒磨粉机磨碎，放入1.5 mL离心管中，按1 mg加5 μL 的比例加入提取液，室温过夜；5 500 r·min-1离心15 min，取其上清液备用。

凝胶制备：取30 mL凝胶液加入3滴0.06%的过氧化氢制胶，静置30 min后点样。每个样品孔点样6 μL。20 ℃、500 V电泳1.5 h左右。5 mL 1%的考马斯亮蓝染液中加入100 mL 10%的三氯醋酸液配成染色液；染色过夜。纯水或7%的乙酸溶液漂洗脱色；拍照保存。

1.2.2 醇溶蛋白电泳谱带命名

利用中国春迁移率分别为24.0、50.0、79.0的三条谱带为对照，计算137个品种的相对迁移率。利用原中国农科院作物品种资源研究所计算机室与浙江大学合作编写的Gel 2.0软件进行谱带统计与分析。

1.2.3 小麦品质性状的测定

小麦面粉白度值使用日本R457型色差仪测定面粉的亮度L*值、红度a*值和黄度b*值，进而换算出白度值。

湿面筋含量使用瑞典Perten GM 2200参照AACC 38-12.02方法测定。

降落值使用瑞典Perten FN1900型降落数值仪参照AACC 56-81.03方法测定。

利用丹麦FOSS 1241型近红外分析仪测定小麦籽粒的蛋白质和淀粉含量。

利用德国Brabender Farinograph-E 型粉质仪测定面团流变学特性，包括面粉的吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度和粉质指数等。具体操作参照AACC 54-21.02。

1.2.4 数据分析

供试材料间的遗传相似系数(GS)和遗传距离(GD)利用Nei[11]的方法计算。利用UPGMA统计和完成聚类分析。利用DPS软件对小麦醇溶蛋白条带与小麦品质性状进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 供试材料的醇溶蛋白

由表1可见，在137份安徽省种植小麦品种中，共分离出2 690条醇溶蛋白谱带，平均每个品种19.63条谱带，迁移率不同的谱带类型共96种。而条带最多的达到了28条，分别是恒进麦6号、良星77、良星99和淮麦22，条带最少的品种是豫农035，仅有12条谱带。由表2可见，在96种迁移率不同的条带中，出现频率最高的条带是ω-14.3，共出现了108次，出现频率为77.70%。出现频率最低的是α-81.7和α-89.3，均出现1次，频率为0.72%。说明不同小麦品种间醇溶蛋白的数量和组成具有丰富的多态性。

2.2 醇溶蛋白遗传距离分析以及聚类分析

137份供试材料共得出9 316个醇溶蛋白遗传相似系数(GS),据此来计算相应的遗传距离。

表1 137个品种醇溶蛋白条带数Table 1 Number of gliadin bands of 137 varieties

表2 不同醇溶蛋白电泳谱带在供试材料中出现的频率Table 2 Frequency of different gliadin electrophoresis bands in the tested materials

供试材料的遗传距离变异范围在0.13～0.81，平均值为0.70。遗传距离最大的是存麦8号与镇麦11，说明两个材料亲缘关系较远。遗传距离最小的是谷神6号与淮麦29，说明两个材料亲缘关系较近。而通过UPGMA法对供试品种间遗传距离进行聚类分析(图2)发现，137个品种在GD值为0.70时被分为7类。第一类共84个材料，分为5个亚类，第1亚类包含22个材料，第2亚类包含21个材料，第3亚类包含23个材料，第4亚类包含10个材料，第5亚类包含8个材料。第二类包含17个材料。第三类包含7个材料。第四类包含5个材料。第五类包含17个材料。第六类包含5个材料。第七类包含2个材料。

2.3 醇溶蛋白对小麦理化性状的影响

96种不同迁移率的醇溶蛋白中，有34种谱带与69项次小麦理化品质之间的相关性达到了显著或极显著水平。通过表3可以发现，迁移率为43.3和73.4的醇溶蛋白对小麦面粉色泽L*值和小麦面粉白度值具有显著正向的作用。迁移率为37.9的醇溶蛋白与小麦面粉色泽b*值呈显著正相关，与L*值和小麦面粉白度值呈显著负相关。迁移率为14.3、22.2和65.8的醇溶蛋白与小麦面粉色泽a*值呈显著负相关。迁移率为18.7、21.3、46.1、55.8的醇溶蛋白与小麦淀粉含量显著显著正相关。迁移率为14.3、18.0、18.7、22.2、55.8的醇溶蛋白与小麦蛋白质含量呈显著负相关。而迁移率为21.3、23.6、27.6和46.1的醇溶蛋白与小麦蛋白质含量呈显著正相关。

因此，在今后的小麦品质育种中可以加强对迁移率为21.3、23.6、27.6、46.1和73.4的醇溶蛋白的筛选，尽量避免迁移率为14.3、18.0、22.2的醇溶蛋白应用。

C:中国春；1：恒进麦6号；2：益科5号；3：恒进麦8号；4：淮麦24；5：红皖88；6：连麦6号；7：国盛麦1号；8：安农大1216；9：中育1123；10：新麦26；11：皖垦麦869；12：鑫麦8号；13：泛麦5号；14：徐麦33；15：濮兴5号。

C:Chinese Spring；1:Hengjinmai 6；2:Yike 5；3:Hengjinmai 8；4:Huaimai 24；5:Hongwan 88；6:Lianmai 6；7:Guoshengmai 1； 8:Anhongda 1216；9:Zhongyu 1123；10:Xinmai 26；11:Wankenmai 869；12:Xinmai 8；13:Fanmai 5；14:Xumai 33；15:Puxing 5.

图1 部分供试品种醇溶蛋白电泳图

Fig.1 Picture of some tested varieties

2.4 醇溶蛋白对面粉粉质特性和面筋指标的影响

96种不同迁移率的醇溶蛋白中，有45种与79项次小麦面粉粉质特性和面筋指标之间的相关性达到了显著或极显著水平。通过表4可以发现，迁移率为9.7、37.1、57.3的醇溶蛋白与面团稳定时间呈显著正相关。迁移率为68的醇溶蛋白与粉质指数和面筋指数呈显著正相关。迁移率为57.3、62.4、67.3的醇溶蛋白与面团形成时间呈显著正相关。迁移率为21.3、23.6、42.7、43.3、80.1的醇溶蛋白与湿面筋含量呈显著正相关。迁移率为21.3、23.6、43.3、68.0、70.5的醇溶蛋白与面筋指数呈显著正相关。迁移率为76.8的醇溶蛋白与弱化度正相关。迁移率为16.3和58.5的醇溶蛋白与降落值呈显著正相关。迁移率为37.1和73.4的醇溶蛋白与吸水率呈显著负相关。迁移率为14.3、18.0、18.7、20.5、22.2的醇溶蛋白与湿面筋含量呈显著负相关。

推测迁移率为21.3、23.6、43.3的醇溶蛋白有利于增加面粉的湿面筋含量与面筋指数；迁移率为9.7、37.1、57.3、62.4、67.3的醇溶蛋白会提高面粉的面团稳定时间以及形成时间，对于强筋小麦品质育种具有帮助。而迁移率为14.3、18.0、18.7、20.5、22.2、43.8、69.4和76.8的醇溶蛋白有利于弱筋或中筋小麦品质育种。

3 讨 论

3.1 醇溶蛋白的多态性

通过对137个安徽省种植小麦品种的醇溶蛋白分离，发现在137个品种的醇溶蛋白图谱中，条带的组成和数量具有高度的多态性；供试材料的醇溶蛋白谱带为12～28。其中条带总数出现次数最多的是20条，占总体的13.8%。而在α区条带数量最多为6条，最少为1条。β区最多为7条，最少为3条。ω区最多为13条，最少为2条。γ区最多为7条，最少为1条。由此可见，安徽省种植小麦品种具有丰富的多态性，而利用这种多态性，可以将醇溶蛋白作为小麦种子纯度鉴定以及后代选择的依据之一。

3.2 醇溶蛋白的遗传多样性

通过对137个安徽省种植小麦品种的醇溶蛋白组分进行分析，供试材料的GD值变异范围为0.13～0.81，说明供试材料中存在着丰富的遗传多样性，可作为小麦遗传改良的重要资源。供试材料在GD=0.73时可分为7类，大部分亲缘关系较近的材料被分在一类，但也有个别亲缘关系较远的品种聚类较近，可能是因为在品种选育过程中，醇溶蛋白的编码基因发生了重组或者是育种家的选择倾向，导致了醇溶蛋白编码基因位点产生了遗传变异[12]。

表3 部分醇溶蛋白迁移率与小麦理化品质的相关系数Table 3 Correlation coefficients between the migration rate of some gliadin bands and the physicochemical quality of wheat

*：P<0.05；**：P<0.01.

图2 137个品种醇溶蛋白聚类图

迁移率Rf粉质参数 Farinograph characteristic吸水率WA形成时间DT稳定时间ST粉质指数FQN弱化度SD面筋指数GI降落值FN湿面筋WG9.7-0.540.850.96∗∗0.95∗-0.820.820.70-0.5614.3-0.20∗0.010.090.010.010.130.10-0.36∗∗16.3-0.110.150.23∗0.210.010.140.31∗∗-0.1917.0-0.130.010.100.07-0.120.35∗-0.42∗-0.2918.0-0.320.170.280.09-0.13-0.55∗∗0.19-0.1118.7-0.280.140.17-0.12-0.18-0.76∗∗0.440.0420.5-0.230.110.150.03-0.14-0.38∗∗0.240.1021.3-0.150.080.210.220.140.45∗∗-0.39∗0.44∗∗22.2-0.10-0.09-0.22-0.120.070.26-0.24-0.40∗∗22.8-0.290.060.18-0.06-0.040.41∗0.04-0.48∗∗23.6-0.240.040.110.13-0.040.34∗-0.140.35∗24.8-0.18-0.34-0.20-0.41∗0.24-0.13-0.12-0.3625.6-0.200.120.34∗0.15-0.30∗0.08-0.12-0.33∗27.6-0.29∗-0.040.160.16-0.15-0.200.16-0.1228.5-0.040.040.090.030.040.20-0.150.34∗29.3-0.210.010.04-0.07-0.02-0.36∗0.130.0231.4-0.34∗0.140.030.020.05-0.180.18-0.1732.20.160.200.100.160.09-0.090.15-0.56∗32.7-0.02-0.210.10-0.59∗0.03-0.23-0.06-0.1936.10.030.680.500.55-0.29-0.240.600.80∗37.1-0.67∗∗-0.130.62∗∗0.53∗-0.110.50∗-0.50∗-0.51∗38.50.180.080.120.05-0.16-0.280.37∗0.0842.7-0.380.470.64∗0.60-0.480.400.220.74∗∗43.3-0.330.010.42∗0.16-0.300.41∗-0.100.61∗∗43.80.29-0.21-0.15-0.300.210.18-0.63∗-0.5144.4-0.210.070.170.08-0.12-0.29∗0.02-0.2346.1-0.230.21-0.04-0.090.01-0.29∗0.12-0.2051.50.110.280.38∗0.33∗-0.20-0.010.15-0.1154.1-0.41∗0.150.150.16-0.23-0.42∗0.040.1654.9-0.37-0.15-0.02-0.180.09-0.46∗0.40-0.3857.30.010.32∗0.40∗∗0.32∗-0.260.060.24-0.1258.5-0.130.090.130.13-0.070.070.36∗∗-0.0759.2-0.51-0.43-0.18-0.220.230.43-0.71∗-0.5362.4-0.190.39∗0.41∗0.39∗-0.260.180.09-0.3363.2-0.39∗-0.34-0.16-0.220.15-0.24-0.10-0.0566.5-0.58∗0.020.05-0.09-0.04-0.210.260.0368.00.010.48∗0.46∗0.53∗∗-0.100.58∗∗-0.16-0.3568.7-0.27-0.010.19-0.27-0.27-0.55∗-0.07-0.2669.4-0.34-0.20-0.11-0.220.360.06-0.45∗0.0870.5-0.300.170.44∗0.44∗-0.350.52∗∗0.16-0.44∗73.4-0.60∗∗-0.020.220.19-0.010.230.12-0.43∗76.00.53-0.32-0.36-0.250.180.28-0.47-0.69∗76.8-0.10-0.36-0.47-0.48∗0.65∗∗-0.52∗0.20-0.1180.10.42-0.08-0.13-0.170.21-0.110.370.73∗∗86.1-0.96∗-0.370.810.850.21-0.680.99∗0.57

*：P<0.05；**：P<0.01.WA:Water absorption；DT:Development time；ST:Stability time；FQN:Farinograph quality number；SD:Degree of softening；GI:Gluten index；FN:Falling number；WG:Wet gluten.

3.3 醇溶蛋白与品质性状的相关性

本研究中，迁移率为21.3和23.6的醇溶蛋白与小麦蛋白质含量、小麦湿面筋含量和面筋指数具有一定的正相关关系。迁移率为43.3的醇溶蛋白与小麦面粉色泽L*值和白度值呈显著的正相关，而且能提高小麦面团湿面筋含量和面筋指数。

F.G.Kosmolak 等[13]发现，硬粒小麦中醇溶蛋白γ-45和γ-42与面筋品质显著相关，含有γ-45的品种具有较好的面筋品质，但含有γ-42的品种面筋品质较差。王曙光等[14]研究表明，Gli19.1与蛋白质和湿面筋含量呈显著正相关，Gli16.5、Gli58.6、Gli69.4与降落值呈显著或极显著正相关。本研究供试品种中并未出现上述醇溶蛋白，说明不同品种间醇溶蛋白亚基的组成存在着巨大差异。

研究表明，醇溶蛋白与小麦的品质性状具有一定的关系[15]，但是具体的醇溶蛋白与小麦的品质性状的关系还缺乏一致性的结论。有可能是因为麦醇溶蛋白是由多个基因位点控制的单体蛋白。有研究得出，醇溶蛋白在Gli-1的等位基因变异对面团品质的影响应归结为Gli-1位点和低分子量谷蛋白Glu-3位点的紧密连锁，而Glu-3位点对于小麦面团品质的影响已经得到证实[16]。建议在研究醇溶蛋白与品质性状之间的关系时，要考虑到醇溶蛋白与麦谷蛋白之间的相互作用，这样可以更快的筛选出醇溶蛋白的优质基因，有利于加快小麦品质育种进程。