甘肃省小麦品种(系)HMW-GS和1BL/1RS易位系测定及其对品质的影响

马小乐，陈倩，汪军成，姚立蓉，孟亚雄，李葆春，杨轲，司二静，刘露露，王化俊，尚勋武

(1.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学农学院，甘肃 兰州 730070)

小麦是最重要的粮食作物之一，其品质状况与食品加工息息相关.小麦中高分子麦谷蛋白亚基(high molecular weight glutenin subunits，HMW-GS)含量只占到贮藏蛋白的10%左右，却对面粉的加工品质起着决定性作用.其中5+10亚基对品质具有较大的正向贡献[1]，5+10亚基能够显著改善小麦面粉的烘烤品质[2]，并对小麦的高面筋强度、沉降值、蛋白质质量等性状呈显著正效应[3-4].5+10亚基对拉伸指标的改善作用最大，对遗传背景和环境因素反映相对最弱[5].含有5+10亚基的材料在面筋指数、Zeleny沉降值、SDS沉降值、形成时间、稳定时间、最大阻力、拉伸面积、Prmax值、W值、P值上，均有不同程度的提高，差异显著或极显著[6]；而在湿面筋、湿面筋/干面筋、软化度和延伸性上均有不同程度的降低，差异显著或极显著，在L值和吸水率上无差异显著性[7].

1BL/1RS易位系是小麦1B染色体的短臂被黑麦1R染色体短臂取代而形成[8]，具有矮秆、高抗、丰产等特征.但1BL/1RS易位系对小麦品质的负面效应较大，主要是由于原本在1BS上编码的LMW麦谷蛋白和醇溶蛋白缺失，而黑麦1RS上的黑麦碱蛋白表达所致.黑麦碱蛋白能使面团的吸水性和水溶性增大，造成面团发粘，致使1BL/1RS易位系品种的加工品质普遍较差[9-10].在小麦新品种培育中，谨慎选择易位系亲本对品质育种非常重要.

甘肃省是小麦的主产区，不仅担负着甘肃省商品小麦生产量70%的重任，而且对甘肃省及青藏高原的粮食安全具有举足轻重的作用.品质改良也是沿黄灌区小麦生产的重点.长期以来因为重视高产而忽视新育成品种的品质状况，从而使多数推广品种的加工品质不能达到特定面食品加工的要求，而面粉加工企业为了摆脱产品的单一性，不得不在面粉中添加面粉增强剂等，以此来提高面粉的市场竞争力.而添加食品添加剂虽然符合国家的相关规定，但长期食用对人体健康会有一定的影响，也有悖于人们对绿色食品回归的呼声.因此，培育适宜在河西地区大面积推广播种的优质专用型小麦品种对于减少乃至杜绝面粉添加剂的使用、提高该地区小麦面粉的市场竞争力、保证安全健康的绿色食品生产等均具有积极的意义.

鉴于上述原因，为了促进甘肃小麦品质育种工作，本研究以甘肃省春小麦品种(系)为试验材料，采用SDS-PAGE对已知HMW-GS组成的试验材料进行了1BL/1RS易位系的鉴定，并根据鉴定结果将材料分成3种类型并分别测定其品质状况，分析1BL/1RS易位系对小麦品种品质的影响，以便为品质育种工作、小麦生产和食品加工提供一定的科学依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选用63份主要小麦品种(系)作为试验材料，其中31个育成品种，4个地方品种，4个引进品种，24个高代品系(包括13个优良亲本，主要来源于CIMMYT优选高代材料，其余11个是在鉴定圃和品比圃表现良好的材料).

1.2 HMW-GS的测定

采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacry-lamide gel electrophoresis，SDS-PAGE)技术对HMW-GS的组成进行分析.电泳方法参考文献[12].Payne等[11]根据HMW麦谷蛋白亚基与沉降值的关系，建立了“Glu-1位点亚基的质量评分系统”.

表1 HMW-GSs的评分

1.3 1BL/1RS易位系的检测

采用Chai等[12]开发的黑麦碱ω-secalin基因的引物进行扩增.

1.4 小麦品质的测定

1.4.1 面粉制备 由法国肖邦公司生产CD-1型仿工业实验磨磨制，以14%湿基加水润麦，润麦时间因小麦质地而定，软麦24 h，硬麦40 h.按“二皮二心”方法磨制.“二皮二心”即该实验磨分两个进料口，一个是倒入整籽粒去掉大麸皮(小麦是颖果，种皮和果皮合二为一，因此一次可以去掉“二皮”)，共得到3部分—大麸皮、皮磨面粉、心粉；再将所得心粉在心磨中磨两次，因此称为“二心”，得到小麸皮、心磨面粉，心磨小麸皮.用来测定品质的面粉是将皮磨面粉和心磨面粉混合均匀后的面粉.

1.4.2 指标测定 蛋白质含量、颗粒度、灰分采用瑞典Perton公司的inframatic8600近红外仪测定.

1.4.3 沉降值 参考刘广田等[13]的微量法.再根据AACC方法56-63“微量实验与改良的常量沉降值换算表”换算成改良常量值.

1.4.4 面团流变学特性 采用法国肖邦公司的吹泡-稠度示功仪NG型测定.吹泡稠度仪测定面团的弹性(P)、延伸性(L)、弹性指数(I.e.)、面团膨胀指数(G)、吸水率、面团形成时间、面团稳定时间等品质指标.

1.4.5 面筋含量和面筋指数 采用瑞典Perton公司的Gluten Index面筋指数仪测定.包括2200型面筋仪、2015型离心仪、2020型烤干仪.测定步骤为：称2份样→洗面筋→离心→称质量→烘干→称质量.

1.5 统计分析

用Excel 2010进行作图，利用SPASS 17.0软件进行相关性和显著性分析.

2 结果与分析

2.1 HMW-GS的测定

对参试品种采用SDS-PAGE检测了HMW-GS的组成(图1、图2、表2)，对表2进行分析，不同等位基因间亚基变异及其出现频率列于表3.由表3可知，在Glu-A1检测到3种亚基，分别为Null、l、2*，其中Null的频率最高，达到73.01%；其次为1亚基，占25.40%；Glu-B1有7种，分别为7+8、22、17+18、7+9、7、13+16，其中7+8亚基所占比率最高，占77.78%，其次为17+18亚基，占7.94%；Glu-Dl有8种，分别为2+12、2+11、5+10、2+10、10、11，所占比率最高的为2+12，占49.21%，其次为2+11和5+10，分别为20.63%、17.46%.具有优质亚基5+10的品种分别为‘甘春20号’‘永良4号’‘张春17’‘武春2号’‘甘春24号’‘甘春22号’等11个品种.

从左至右泳道分别为：对照‘CS-中国春’‘1-3和尚头’‘4-5武春121’‘6-7甘春20号’‘8-10紫麦子’.

从左至右泳道分别为：‘1-3六十黄’‘4-5武春4号’‘6-7甘春24号’‘8甘春8107’‘9甘春8106’‘M-Marquis’.

表2 春小麦品种的HMW-GS及1BL/1RS易位系组成

B：育成品种；I：引进品种；G：高代品系；L：地方品种；“+”代表为1BL/1RS易位系；“-”代表非1BL/1RS易位系.

B：Bred Varieties；I：Introduced Varieties；G：Generation of high strain；L：Local Varieties.“+”represents 1BL/1RS translocation line；“-”is not 1BL/1RS translocation line.

表3 小麦品种的高分子量麦谷蛋白亚基变异分析

亚基所占比率=出现该亚基的品种数/供试品种数.

Proportion of subunits is equal to the number of species/number of species tested.

表4 HMW-GS组成类型

HMW-GS的组成类型(表4)总共有17种，所占比例最多的为N/7+8/2+12，占总数的41.27%；优质亚基组合1/17+18/5+10、1/7+8/5+10所占比例仅为4.76%、3.17%.

2.2 HMW-GS评分与品质相关性的研究

根据Payne等[11]建立了“Glu-1位点亚基的质量评分系统”对供试材料的Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1及Glu-1位点进行评分，并对评分结果与品质性状进行相关性研究，结果见表5.由表5可知，Glu-A1亚基评分与沉淀值、W值以及面团形成时间呈极显著正相关，与蛋白质含量、面筋指数、面团弹性(P)以及面团稳定时间呈显著正相关；Glu-B1评分与面团弹性呈极显著负相关；Glu-D1亚基评分与沉淀值、W值、P值、面团形成时间、面团稳定时间呈极显著正相关，其中与W值和TPr的相关系数最高，分别为0.630、0.538，与面团衰落值D250呈极显著负相关，说明Glu-D1的亚基与面团品质状况的，对面团品质的贡献较大，该位点的评分对面团的品质性状影响较明显.Glu-1总评分中，与沉淀值和面团稳定时间呈极显著正相关，分别为0.489、0.371，说明Glu-1总评分可较好的衡量面粉品质和面团品质的状况.

表5 亚基评分与部分品质性状的相关性

2.3 1BL/1RS易位系的检测

根据Chai等[12]开发的黑麦碱ω-secalin基因的特异性引物，以各个供试品种的DNA为模板进行PCR扩增，供试品种中有26个品种扩增出了1 076 bp的目标谱带，占总数的41.27%.说明在小麦育成品种及亲本材料中1BL/1RS易位系所占比例较高.

M-DNA maker；1-‘和尚头’；2-‘武春121’；3-‘甘春22号’；4-‘武春4号’；5-‘永良4号’；6-‘甘春20号’；7-‘甘春23号’；8-‘甘春24号’；9-‘甘春26号’；10-‘张春11号’；11-‘中梁21’；12-‘K206’；13-‘P17-7011’；14-‘15-3129’；15-‘I126-110’；16-‘阿勃’；17-‘J90-9’.

2.4 1BL/1RS易位系对品质性状的影响

为了研究测定1BL/1RS易位系对小麦品质的影响，同时消除不同HMW-GS组成本身对小麦品质的影响，将供试材料的HMW-GS组成和1BL/1RS易位系测定后，根据含有5+10亚基及1BL/1RS易位系，将供试材料分为3种类型(表6)：Ⅰ类：含有5+10亚基但非1BL/1RS易位系；Ⅱ类：既有5+10亚基又有1BL/1RS易位系的品种；Ⅲ类：为1BL/1RS易位系但无5+10亚基.

对这三种类型材料的品质性状进行统计分析，结果表明，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类材料中，沉降值、弹性指数、面团弹性、面筋指数、面团形成时间、面团稳定时间等品质指标依次呈直线下降，并达到差异显著水平，说明5+10亚基对这些品质指标的正向贡献较大，而1BL/1RS易位系对这些品质性状有明显的消减效应.

而品质指标蛋白质含量、吸水率等，在三类材料中呈“凸”状，即II类材料最高，Ⅰ、Ⅲ类材料均低于Ⅱ类材料，说明5+10亚基以及1BL/1RS易位系均对这两个品质指标没有决定性的影响，也说明这两个品质指标的大小主要由基因型中的综合因素决定.

面筋含量、面团膨胀指数、延展性等品质指标在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类材料中，呈“凹”状，即II类材料最低，且I类材料最高，均达到显著差异水平，说明5+10亚基及1BL/1RS易位系对这些品质指标影响较小.

综上所述，说明1BL/1RS易位系品种在影响小麦品质性状时，主要影响与小麦品种蛋白质质量有关的品质性状，而对蛋白数量的影响相对较小.

3 讨论

3.1 Glu-1位点对品质的影响

许多研究者发现，Glu-1位点对品质的贡献存在着加性效应，以Glu-D1位点的作用最大，其次为Glu-B1和Glu-A1[11]，与本研究结果一致.3个位点中单个亚基对加工品质的贡献差异较大，但大部分学者认为l和2*>N；G1u-D1位点5+10优于其他所有亚基，就Glu-D1位点编码的两个等位变异5+10、2+12而言，对面包烘烤品质的贡献5+10远远大于2+12[14].研究发现Glu-D1位点的亚基组成对小麦烘烤特性影响最大，其次是1A位点，1B的最小[15-16].本研究中，Glu-D1位点的总评分与品质性状的相关性最高.亚基1A2*和1D5+10对优良的面包品质贡献较大，而Null和2+12则与较差的烘烤品质相关[17]，本研究中的供试材料含有优质亚基的比率较低，因此，在未来的品质育种工作中，要继续有目的的引进含有5+10亚基、1、17+18等优质亚基.

甘肃省小麦品种HMW-GS亚基组成及品质状况已经有不少研究[19-21]，在小麦品质育种工作中，对亲本材料的品质状况、HMW-GS的掌握、Glu-1位点HMW-GS的组成及评分均有助于小麦品质育种工作的开展.因此，对近年来甘肃省育成品种的HMW-GS亚基组成及品质状况的研究，不仅有助于推动小麦优质育种工作的进行，还有助于其食品加工的确定，这也是我们亟待解决的问题.

3.2 1BL/1RS易位系对品质的影响

Payne等[11]认为Glu-D1编码的5+10亚基与面包加工品质存在正相关关系.而含有1BL/1RS易位系会对小麦加工品质产生负面影响[18]，具体表现为，使面团的吸水性和水溶性增大，造成面团发粘.本研究结果表明，含有1BL/1RS易位系对含有5+10亚基品种的降落值、沉降值、面团膨胀指数、面团形成时间、面团稳定时间等均产生显著的消减效应.但是也分析出在蛋白含量、吸水率、湿面筋含量等性状上，1BL/1RS易位系并未产生有规律的影响.即易位系在影响蛋白质数量的指标中差异并不显著，但在反映面筋质量的品质性状中，如面筋指数、沉淀值、面团稳定时间等指标中，具有显著影响，这一点与陈加江等[10]的研究结果一致.

不同字母表示3种类型间经新复极差法有显著差异(P<0.05).