浙南小麦核心育种亲本高分子量谷蛋白亚基组成分析

刘永安，潘彬荣，岳高红，梅喜雪，许立奎，* ，张宗宸，周志辉

(1.浙南作物育种重点实验室，浙江 温州 325006; 2.温州市农业科学研究院 作物研究所，浙江 温州 325006)

小麦醇溶蛋白和谷蛋白为小麦种子的主要储藏蛋白[1]，二者分别赋予小麦面团延展性和弹性[2-3]。由于这种特殊的延弹性，使小麦面团具有与水稻、玉米等谷物不同的加工品质，可用其加工成面包、馒头、面条、包子、饺子、饼干、麦饼等食品。小麦谷蛋白可分为高分子量谷蛋白亚基(high molecular weight glutenin subunit，HMW-GS)和低分子量谷蛋白亚基(low molecular weight glutenin subunit，LMW-GS)。虽然HMW-GS含量占小麦籽粒蛋白质总含量的比例不大(约12%)，但其对食品的加工品质却有较大影响，尤其是对面包加工品质的影响最为明显，其贡献率达到70%左右[2]。在不同的小麦品种之间，HMW-GS具有丰富的多态性，因而不同的小麦品种适合加工的食品种类也不相同。研究表明，含有5+10亚基的小麦品种，其面包加工品质较优[4-5]，含有Null/7+8/2+12、1/7+8/2+12亚基的小麦品种，其馒头加工品质较优[6]；含有Null/7+8/2+12、1/7+8/4+12和1/7+8/5+10亚基的小麦品种，其面条加工品质较优[7]。

小麦为浙南地区重要的冬种旱粮作物，人们通常用其加工成麦饼、素面等食品。发展小麦生产可以减少冬天季节性撂荒的耕地面积，进而稳定粮食产量，保障粮食安全。随着农业供给侧结构性改革的进行，人们不但重视小麦的单产，而且对小麦的加工品质也更加重视。为了对浙南小麦资源的品质遗传背景有初步认识，本研究对浙南小麦核心亲本的HMW-GS组成进行分析，以期为选育适宜麦饼、素面等食品专用小麦品种提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试小麦亲本有28份，包括14份扬麦系列品种和4份温麦系列品种(系)，及其他小麦品种(表1)。这些小麦品种(系)在浙南地区分别在高产、稳产、抗病、优质等方面表现突出，因此将它们作为小麦育种核心亲本。各供试品种(系)于2016年12月6日在温州市种子种苗科技园采用垄作模式进行播种(垄面宽2.0 m，沟宽0.3 m)，每品种(系)播种15行，不同品种(系)间隔1行。分别在苗期、孕穗期和蜡熟期去除杂株，其他管理措施同大田。各供试品种(系)统一在2017年5月8日收获，为避免品种(系)间发生杂交，各供试品种(系)仅收获中间5行的中间1.0 m典型植株种子以供本研究之用。

1.2 实验方法

1.2.1 HMW-GS的提取

HMW-GS的提取参照刘广田等[8-10]的方法，并略有改动。用干净刀片切取1/3～1/2粒小麦种子，放入一个预先准确称量(精度为0.001 g)的1.5 mL离心管中，再称量以计算样品的质量；然后往离心管中放入1粒直径为4.0 mm的钢珠，于高通量组织研磨仪上1 500次·min-1研磨3 min；每1 mg加25 μL蛋白质提取液[70 mmol L-1Tris-HCl，2%(体积分数)β-巯基乙醇，2%(体积质量) SDS，20%(体积分数)甘油，0.005%(体积质量)溴酚兰]，于蜗旋混匀器上充分混匀；沸水浴10 min，取出冷却至室温，9 500g离心10 min，取上清液上样。

1.2.2 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)

采用双板夹芯式垂直电泳槽(北京六一 DYCZ-30C)和DYY-8C型电泳仪，浓缩胶浓度为3%，分离胶浓度为8%，二者交联度均为3.33%，凝胶厚度为1 mm。每块胶有25孔，每孔上样量为5 μL，50 V恒压过夜，溴酚蓝跑出凝胶后即停止电泳。

1.2.3 染色

参考吴远双等[11]和郑玉姝等[12]的考马斯亮蓝快速染色法，略有改动。电泳结束后取出凝胶，用蒸馏水冲洗干净，置于塑料保鲜密封盒内，加入染色液[45%(体积分数)甲醇，10%(体积分数)醋酸，0.2%(体积质量)考马斯亮蓝R-250]并没过凝胶，盖好密封盖并于微波炉中加热至沸腾；于微波炉内保温10～15 min，其间每隔2～3 min摇动1次，倒掉染色液，用蒸馏水冲洗1次；再加入适量蒸馏水，于微波炉中加热至沸腾，于微波炉内保温，其间每隔2～3 min摇动1次，直至背景清晰。

1.2.4 HMW-GS组成分析

以中国春(Chinese spring，CS)作为对照，各品种(系)亚基组成分析采用Payne等[13]建立的系统。每供试品种(系)取3粒种子进行检测，如果3粒种子的结果不一致，则取第4粒及更多种子进行检测，以重复出现3次的结果为准。

2 结果与分析

2.1 小麦高分子量谷蛋白亚基及其概率

从28份核心育种亲本的高分子量谷蛋白亚基组成可以看出，本研究共检测出8种亚基类型(图1、表1、表2)。其中，Glu-A1位点具有Null和1两种类型，所占比例分别为57.14%和42.86%；Glu-B1位点具有4种类型(7+8、7+9、17+18和13+16)，所占比例分别为67.86%、25.00%、3.57%和3.57%；Glu-D1位点具有2+12和5+10两种类型，所占比例分别为96.43%和3.57%。

2.2 小麦高分子量谷蛋白亚基组成及其概率

在28份核心育种亲本中，扬辐麦4号、扬麦10号、扬麦17号、扬麦18号、扬麦21号、扬麦24号、生选6号、苏农科Y14、苏麦188、温麦8号、温麦10号等11份材料含1/7+8/2+12亚基组合，所占比例最大，为39.29%；扬麦11号、扬麦12号、扬麦15号、南农9918、华麦8号、郑麦9023、温麦9号、温麦143等8份材料含Null/7+8/2+12亚基组合，所占比例为28.57%；扬麦16号、扬麦19号、扬麦20号、扬麦22号、扬麦23号、青紫1号、华麦5号等7份材料含Null/7+9/2+12亚基组合，所占比例为25.00%；宁春4号和蓝粒小麦所含的亚基组合分别为1/17+18/5+10和Null/13+16/2+12，所占比例均为3.57%(图1、表1、表3)。

3 讨论

小麦HMW-GS的优劣性是相对的，之前的很多研究普遍将1亚基、5+10亚基列为优质亚基，其实这主要是针对面包的烘烤品质而定的[14-19]。在我国，小麦的主要用途是制作馒头、温麦10号、浙丰2号、扬麦10和扬麦13[21]。其中，浙北地区以扬麦系列品种为主，而浙南地区以温麦10号为主。在实际生产中，虽然扬麦18号、扬麦19号、扬麦20号等扬麦品种的单位面积产量高于温麦10号，但浙南地区的农户仍偏好温麦10号。据调查，农户偏好温麦10号原因是该品种的素面加工品质优于多个扬麦品种。从本研究的结果来看，扬麦16、扬麦19、扬麦20、扬麦22、扬麦23等品种在Glu-B1位点具有7+9亚基，温麦10号在该位点具有7+8亚基，而7+8亚基的面条加工品质优于7+9亚基[7]，这可能是温麦10号素面加工品质优于扬麦品种的原因之一。

表1 供试小麦品种(系)高分子量谷蛋白亚基组成

表2 供试小麦品种(系)HMW-GS的等位基因变异及概率

面条、包子、水饺等食品，而用于制作面包所占的比例相对较小。由于我国幅员辽阔，不同地域的人们对馒头、面条等食品品质的偏好也不相同。如我国北方偏好口感较硬而有劲道的硬式馒头，而南方则偏好口感较软易嚼的软式馒头，即便是我国南方，不同省份或地区对馒头的品质也有不同的偏好[20]，其他种类的食品也是如此。因此，一个小麦品种品质的优劣是对不同地区、不同食品而言的，即适合的品种才是优质品种。

目前，浙江省小麦种植面积排前9位的品种分别为扬麦20、扬麦12、扬麦19、扬麦18、扬麦158、在温麦系列品种中，温麦9号的素面加工品质优于温麦10号，用其加工成的素面不易煮断，煮好后保持良好口感的时间也较长。在温麦10号等品种的面粉中加入部分温麦9号面粉，其素面加工品质亦有所提高。本研究的结果表明，温麦9号在Glu-A1位点具有Null亚基，温麦10号在该位点具有1亚基，而Null亚基面条的加工品质优于1亚基[7]，这可能是温麦9号的素面加工品质优于温麦10号的一个原因，具体原因还需进一步研究。

1，中国春；2，扬辐麦4号；3，扬麦10号；4，扬麦11号；5，扬麦12号；6，扬麦15号；7，扬麦16号；8，扬麦17号；9，扬麦18号；10，扬麦19号；11，扬麦20号；12，扬麦21号；13，扬麦22号；14，扬麦23号；15，扬麦24号；16，南农9918；17，生选6号；18，苏农科Y14；19，青紫1号；20，宁春4号；21，蓝粒小麦；22，华麦5号；23，华麦8号；24，苏麦188；25，中国春。1, CS; 2, Yangfumai No.4; 3, Yangmai No.10; 4, Yangmai No.11; 5, Yangmai No.12; 6, Yangmai No.15; 7, Yangmai No.16; 8, Yangmai No.17; 9, Yangmai No.18; 10, Yangmai No.19; 11, Yangmai No.20; 12, Yangmai No.21; 13, Yangmai No.22; 14, Yangmai No.23; 15, Yangmai No.24; 16, Nannong 9918; 17, Shengxuan No.6; 18, Sunongke Y14; 19, Qingzi No.1; 20, Ningchun No.4; 21, Lanli wheat; 22, Huamai No.5; 23, Huamai No.8; 24, Sumai 188; 25, CS.图1 部分供试小麦品种(系)高分子量谷蛋白亚基SDS-PAGE电泳图谱Fig.1 SDS-PAGE electrophoresis of HMW-GS of partial tested wheat cultivars (lines)

表3 供试小麦品种(系)的HMW-GS组成及概率