不同颗粒结合型淀粉合成酶Ⅰ亚基组合对小麦淀粉含量及面条品质的影响分析

邓志英，李文淑，郭迎新，赵云哲，陈广凤，王德华，王冠颖，田纪春✉

（1.山东农业大学 农学院,作物生物学国家重点实验室，小麦品质育种研究室，山东 泰安 271018；2.德州学院 生态与资源环境学院，山东 德州 253000）

小麦是世界上广泛种植的禾本科植物，约为世界上40%的人口提供能量和营养。我国是小麦的生产和消费大国。小麦播种面积为24 507.99千公顷，约占全国的20.77%，产量为13 433.39万吨，约占全国粮食总产量的20.30%。小麦是我国第二大粮食作物，而且大部分人口都以小麦制品作为主食，其生产水平对保障国家粮食安全具有重要意义。随着我国人民饮食生活习惯和水平的不断提高，人们对小麦产品的营养成分和风味品质的要求也在不断提高。在保证产量的基础上，培育优质、广适的小麦新品种，是我国小麦品质育种的主要趋势之一[1]。

淀粉是组成小麦干物质的主要成分，约占小麦籽粒总重的75%，分为直链淀粉和支链淀粉。淀粉中直链淀粉含量是影响面条品质的重要因素，与面条的软度、粘性、光滑性、口感和综合评分等品质参数呈负相关关系[2]。小麦直链淀粉含量和支链淀粉支链长度分布对淀粉的糊化性有较大影响，对面包制作具有不可缺少的作用[3]。淀粉分支酶(SBE)[4]、可溶性淀粉合成酶(SSS)和淀粉去分支酶(DBE)负责支链淀粉的合成[5]；而颗粒结合型淀粉合成酶(GBSS)是与直链淀粉合成直接有关的酶[6-7]，颗粒结合型淀粉合成酶有两个同工酶，根据其发挥作用的场所划分为颗粒结合型淀粉合成酶Ⅰ和颗粒结合型淀粉合成酶Ⅱ，其中颗粒结合型淀粉合成酶Ⅰ(GBSSⅠ)也称为 Wx蛋白。而关于根茎叶和其它非贮藏器官的直链淀粉合成是颗粒结合型淀粉合成酶Ⅱ[8]。Wx蛋白由3种亚基组成，分别是Wx-A1、Wx-B1、Wx-D1。Wx-A1位于7A染色体上短臂上，Wx-B1位于4A染色体长臂上、Wx-D1位于7D染色体短臂上。Wx蛋白与直链淀粉的合成密切相关，其隐性突变体籽粒中直链淀粉含量下降[9]。研究表明：小麦直链淀粉含量与 Wx蛋白相对含量呈高度正相关。缺失Wx蛋白会引起直链淀粉含量的减少。Miura[10]的研究发现，Wx-B1蛋白对直链淀粉含量影响最大。降低直链淀粉含量，改善淀粉特性，可以使面粉拥有更好的面条品质参数。但是，前人对不同Wx蛋白亚基缺失对干面条品质质构参数及煮熟面条品质的拉伸参数研究较少。因此，本研究以含有不同 Wx蛋白亚基缺失类型的重组自交系(RIL)群体为材料，检测其Wx蛋白重组类型，并对不同重组类型的直、支链淀粉的含量进行分析；同时对干、湿面条品质进行了质构参数的分析；其研究结果对面条品质的改良具有较好的参考价值。

1 材料与方法

1.1 实验材料

小麦RIL群体是以藁城8901（父本）与糯麦1号（母本）杂交，通过单粒传法获得的纯合家系的RIL群体。糯麦1号是以“江苏白火麦”和“关东 107”杂交育成的全糯小麦品种；藁城 8901是以“77546-2”和“临漳”育成的优质强筋小麦品种。两亲本在淀粉品质和蛋白质品质方面存在显著差异。2017—2018年种植在山东农业大学试验基地，3行区，2次重复。收获的籽粒利用 Buhler磨进行磨粉，出粉率在70%左右。

1.2 实验方法

1.2.1 Wx蛋白亚基的鉴定

Wx蛋白提取方法及电泳步骤参考潘志芬[11]方法；电泳结果采用银染[12]。

1.2.2 双波长法测定直链淀粉和支链淀粉含量

配制淀粉标准溶液：分别称取马铃薯直链淀粉纯品（Sigma公司）和马铃薯支链淀粉纯品（Sigma公司）0.100 0 g至100 mL烧杯中，加入0.5 mol/L KOH 10 mL，75 ℃水浴10 min，转移至 100 mL容量瓶中，定容至 100 mL，即为1 mg/mL直、支链淀粉标准溶液。

用等吸收点作图法选择直、支链淀粉的测定的波长和参比波长，得出支链淀粉测定波长为553 nm、参比波长为740 nm，直链淀粉测定波长为790 nm，参比波长为820 nm。

制作双波长支链淀粉标准曲线，用 UV-Vis Analyst软件建立标准曲线，线性相关系数 r =0.996 2，支链淀粉含量 C(mg/mL) = -0.002 7+0.367 9*ΔA。制作双波长直链淀粉标准曲线，用UV-Vis Analyst软件建立标准曲线，线性相关系数r = 0.999 6，直链淀粉含量C(mg/mL) = 0.000 0+0.220 5*ΔA。

1.2.3 面条制作

面粉用量为 100 g（14%湿基），加水量为吸水率的50%。采用美国KitchenAid和面仪一档边加水边搅拌30 s，加水后一档搅拌30 s，然后4档搅拌2 min，最后2档搅拌2 min。室温（25 ℃）熟化 30 min，采用 JMTZ-14型面条机压辊间距2 mm处轧面，再三折合片两次、两折合片各一次，然后将面片逐渐压薄至1.0 mm（压距分别为3.5、3.0、2.5、2、1.5、1 mm 各一次）。面片切成 2.0 mm宽的细长面条，将切出的面条一部分挂在圆木棍上，放入恒温（约40 ℃）恒湿（75%）箱内，干燥10 h，然后再室温干燥10 h，另一部分置于塑料封袋口中备用。

1.2.4 干面条断裂参数测定

利用TA.XT.plus型质构仪进行测定，承重平台HDP/90，附件A/SFR：包括上下两个支撑槽。将干面条放置在探头的上下两个支槽之间，支撑槽以0.5 mm/s的速度缓慢向下移动挤压样品，当达到力量感应元应受到的最小的力(15 g)后，开始记录数据，然后支撑槽以2.5 mm/s的速度继续下移，面条逐渐被压制弯曲直至断裂，面条断裂后，探头以10.0 mm/s的速度返回起始位置。

1.2.5 湿面条拉伸参数测定

将待测面条用蒸馏水煮至白芯刚好消失；取出煮熟至白芯刚好消失的面条置于凉水中冲洗；然后利用TA.XT.plus型质构仪进行测定，承重平台HDP/90，附件A/SPR：上下两个相互平行的摩擦轮。测试臂以1.0 mm/s的速度缓慢上升，力量感应元在感受到5 g的力后，测试臂以3.0 mm/s的速度移动，同时传感器开始记录数据，当面条受到的拉力超过它能承受的极限时，面条断裂。探头以10.0 s的速度自动返回起始位置。

1.3 数据处理

数据分析应用DPS v7.05及SPSS11.5数据统计软件。

2 结果与分析

2.1 Wx蛋白亚基组合类型分析

由图1和表1可知，群体中共鉴定出8种Wx蛋白亚基组成类型，且8种类型分布比较均匀。其中野生型即 Wx蛋白亚基正常所占比例最多为13.94%。Wx蛋白亚基全缺失突变型即全糯比例最少，共 23个，占 11.06%。三种单缺失类型共77个，分别占 11.54%、12.02%、13.46%。三种双缺失性与单缺失型比例相近，共79个，比例分别是13.46%、12.50%、12.02%。由此可知，群体中涵盖了所有不同Wx蛋白亚基缺失组合类型。

表1 Wx蛋白亚基组合类型及比例Table 1 Combination types and proportions of Wx protein subunits

图1 群体中不同Wx蛋白亚基缺失组合SDS-PAGE电泳图Fig.1 SDS-PAGE electrophoretogram of different waxy protein subunits deletion combinations in RIL population

2.2 不同Wx蛋白亚基组合类型对小麦淀粉含量的影响

由表2可知，不同Wx蛋白亚基位点缺失对小麦直、支链淀粉含量都有一定的影响，但影响程度不同。就直链淀粉含量而言，Wx蛋白全缺失类型和野生型、单缺失和双缺失类型相比，达5%显著差异；单缺失类型中，Wx-A1蛋白缺失类型和其他两个单缺失类型相比，达5%显著差异；双缺失类型之间直链淀粉含量有差异，但没达显著性差异。就支链淀粉含量而言，突变型与其他组合类型相比，达5%显著性差异；单缺失类型之间，Wx-A1蛋白缺失类型与其他两种组合相比达5%显著性差异；双缺失类型之间有差异，但未达显著水平。

表2 不同Wx蛋白亚基组合类型对直、支链淀粉含量的差异分析Table 2 Effect of different Wx protein subunits combination on amylose and amylopectin content %

2.3 不同Wx蛋白亚基组合类型对干面条质构参数的影响

由表 3可知，干面条断裂强度以突变型即全糯型材料最好，不易断裂，与野生型即正常型、Wx-D1缺失和Wx-A1和Wx-D1共同缺失类型呈1%极显著性差异；单缺失类型之间，Wx-A1缺失和Wx-B1缺失类型之间无显著性差异；双缺失类型之间，同时缺失Wx-B1和Wx-D1类型与同时缺失 Wx-A1和 Wx-D1类型之间达 5%显著性差异，与同时缺失Wx-A1和Wx-B1类型之间无显著性差异，由此可知，在双缺失类型条件下，存在 Wx-B1缺失位点对面条干面条断裂强度影响较大，不易断裂。就干面条弹性而言，除Wx-D1缺失类型和突变型之间达5%显著性差异外，其余组合类型之间差异都未达显著。因此，对干面条质构参数而言，Wx蛋白亚基的缺失主要影响干面条断裂强度。

表3 不同Wx蛋白亚基组合类型对干面条断裂强度和弹性的差异分析Table 3 Effect of different Wx protein subunit combinations on the dry noodle quality

2.4 不同Wx蛋白亚基组合类型对面条拉伸参数的影响

由表4可知，就煮熟面条拉伸力而言，Wx-A1缺失类型与Wx-D1缺失类型、Wx-A1和Wx-B1同时缺失类型、Wx-A1和 Wx-D1同时缺失类型及突变类型达5%显著性差异，与其他类型未达显著性差异。单缺失类型之间，Wx-A1缺失类型和Wx-B1缺失类型间无显著性差异，都与 Wx-D1缺失类型达5%显著性差异；双缺失类型之间无显著性差异。

表4 不同Wx蛋白亚基组合的面条拉伸参数的比较分析Table 4 Effect of different Wx protein subunit combinations on the tensile parameters of cooked noodle

就拉伸距离而言，突变型即全糯型最好，与野生型、Wx-D1缺失类型都达 5%显著性差异，与其他组合类型未达显著性差异；单缺失类型之间，Wx-A1缺失类型和 Wx-B1缺失类型间无显著性差异，都与Wx-D1缺失类型达5%显著性差异，与拉伸力在单缺失类型之间的差异一致；双缺失类型之间无显著性差异，与拉伸力在双缺失类型之间的差异一致。

就曲线面积而言，不同组合类型之间的差异与拉伸力之间的差异基本一致。即Wx-A1缺失类型与Wx-D1缺失类型、Wx-A1和Wx-B1同时缺失类型、Wx-A1和 Wx-D1同时缺失类型及突变类型达5%显著性差异，与其他类型未达显著性差异。双缺失类型之间无显著性差异，单缺失类型之间，除Wx-D1缺失类型外，也都无显著性差异。

以上分析可知，单缺失类型条件下，影响煮熟面条拉伸参数严重程度为 Wx-A1缺失类型≥Wx-B1缺失类型＞Wx-D1缺失类型；双缺失条件下，以Wx-B1和Wx-D1同时缺失时为最优；当三个位点同时缺失时，主要影响煮熟面条的拉伸距离，其次是曲线面积和拉伸力。

3 讨论

前人研究发现[13-14]，Wx蛋白可以控制直链淀粉的合成，进而影响淀粉品质和最终加工品质。Wx蛋白基因的表达会影响直、支链淀粉含量及淀粉的糊化特性和膨胀特性。本研究发现，直支链淀粉含量的差异与Wx蛋白亚基的组合类型密切相关。Wx蛋白全缺失类型直链淀粉含量和野生型、单缺失和双缺失类型相比都达到了显著差异；单缺失类型中，Wx-A1蛋白缺失类型的直链淀粉含量和其他两个单缺失类型相比达显著差异；双缺失类型之间直链淀粉含量有差异，但没达显著性差异。总体而言，直链淀粉含量的高低以野生型＞单缺失类型＞双缺失类型＞突变型（全缺失类型），与前人的研究基本一致[15-16]。前人研究发现 Wx-B1位点的缺失对面条品质尤其是面条的滑爽性影响较大[17-18]，而对干面条品质质构参数及煮熟面条品质拉伸参数的研究较少。本研究发现，在双缺失类型条件下，当组合中存在Wx-B1缺失位点时对面条干面条断裂强度影响较大，不易断裂；而干面条弹性方面，除Wx-D1缺失类型和突变型之间达显著性差异外，其余组合类型之间差异都未达显著。因此，对干面条品质质构参数而言，Wx蛋白亚基的缺失主要影响干面条断裂强度。

通过比较发现，单缺失类型条件下，影响煮熟面条拉伸参数严重程度为 Wx-A1缺失类型≥Wx-B1缺失类型＞Wx-D1缺失类型；双缺失条件下，以Wx-B1和Wx-D1同时缺失时为最优；当三个位点同时缺失时，主要影响煮熟面条的拉伸距离，其次是曲线面积和拉伸力。因此，在双缺失条件下，Wx-B1亚基位点是否缺失是影响面条品质质构参数的重要因素。在优质专用小麦品种选育过程中，要考虑不同 Wx亚基组合类型对淀粉品质及面条品质的影响。

4 结论

不同Wx蛋白亚基位点缺失对小麦直、支链淀粉含量影响的程度不同。双缺失类型之间直、支链淀粉含量都没有显著差异，突变型和其他组合相比达显著差异。双缺失组合中存在 Wx-B1缺失位点时对面条干面条断裂强度影响较大，不易断裂。影响煮熟面条拉伸参数，单缺失组合为 Wx-A1≥Wx-B1＞Wx-D1，双缺失组合中Wx-B1和Wx-D1同时缺失时面条拉伸表现最优；全缺失时，主要影响煮熟面条的拉伸距离，其次是曲线面积和拉伸力。