Wx-1基因变异和优质HMW-GS组合对中筋小麦品质的影响

方正武，宋归华，张迎新，马东方，王书平，高德荣，2

(1.长江大学农学院/主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，湖北荆州 434025； 2.江苏里下河地区农业科学研究所，江苏扬州 225007)

HMW-GS是小麦面筋蛋白的重要组成部分，对小麦蛋白质品质、面团流变学特性及终产品加工品质有重要影响。目前较为一致的研究结果是Glu-D1位点的5+10亚基对面筋质量、面团强度的影响效应最大，对小麦品质具有显著正向效应[1-3]。大量研究结果表明，小麦籽粒中直链淀粉含量对淀粉的糊化特性、面条的加工品质具有重要影响，适当降低籽粒中直链淀粉含量可显著提高面粉的糊化特性，改善面条光滑性、粘弹性等感官品质参数[4-6]。Wx基因编码的Wx蛋白是控制小麦籽粒中直链淀粉合成的关键酶[7]，利用Wx基因缺失变异可减少籽粒中直链淀粉含量，提高淀粉和面条加工品质[8-9]。

目前，对中筋小麦品质改良主要集中于蛋白品质的改良，对淀粉品质改良的研究较少，关于同时提高蛋白质和淀粉品质，选育优质面条专用小麦的研究鲜有报道。本研究以镇麦9号(1/7+9/5+10，AABBDD)和扬糯1号(1/7+9/2+12，aabbdd)为亲本杂交后代F5株系中分离纯化的2个品系(1/7+9/5+10，aaBBDD和1/7+9/5+10，AABBdd)为试验材料，研究优质HMW-GS 5+10及Wx基因缺失对小麦理化品质及面条加工品质的改良效应，并阐明5+10亚基和不同Wx基因变异对中筋小麦品质改良的作用，为我国中筋小麦品质育种提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料与田间试验

以Wx-A1缺失型品系1(aaBBDD)和Wx-D1缺失型品系2(AABBdd)以及亲本镇麦9号(AABBDD，母本)和扬糯麦1号(aabbdd，父本)为试验材料。2个近等基因系的HMW-GS组成与亲本镇麦9号相同，均为1/7+9/5+10类型，扬糯麦1号的HMW-GS组成为1/7+9/2+12。试验材料于2016-2017年在扬州(沙壤土)和高邮(黏土)两地种植，采用里下河小麦小区播种机播种，播种密度225×104株·hm-2，行距27 cm，小区面积6.67 m2，两地均设置2个重复，采用常规大田模式进行管理。

1.2 HMW-GS及Wx蛋白组成鉴定

HMW-GS组成参照张延滨等[10]的方法进行鉴定。Wx蛋白提取参考徐兆华等[11]的方法，SDS-PAGE电泳参考王子宁等[12]的方法，凝胶银染参考潘志芬等[13]的方法。

1.3 品质测定方法

小麦籽粒成熟后收获晾干，采用瑞典Perten公司生产的DA7200固定光栅连续光谱近红外品质分析仪测定籽粒蛋白质含量。参照AACC 26-20方法，用瑞典BUHLER实验磨磨粉。采用Perten 2200 型面筋洗涤仪，按照GB/T14606-93测定湿面筋含量，并计算面筋指数。SDS沉淀值按照AACC 56-61A(AACC，1995)测定，结果换算成14%湿基条件下的沉淀值。采用Brabender 810104 型电子粉质仪，按照AACC 54-21方法测定粉质参数面团形成时间、稳定时间。采用紫外分光光度计，参考田纪春[14]的方法测定直链淀粉含量和支链淀粉含量，并计算总淀粉含量和直/支链淀粉含量比值。面粉糊化参数利用澳大利亚Newport Scientific公司RVA-super 3型快速粘度仪，参照田纪春[14]的方法测得。参考McCormick等[15]的方法测定膨胀势。

1.4 面条制作与品质评价

参照张 艳等[16]的方法进行面条制作和感官评价，并采用英国Stable Micro Systems 公司生产的物性测定仪测定煮熟面条的质构特性[17-18]。

1.5 数据处理

利用Microsoft Excel 2013进行数据整理，采用IBM SPSS Statistics 22软件进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 供试材料的HMW-GS与Wx蛋白组成类型鉴定

经HMW-GS电泳鉴定(图1)，扬糯麦1号HMW-GS组成为1/7+9/2+12，镇麦9号、品系1和品系2的HMW-GS组成为1/7+9/5+10。

以本研究团队提供的已知基因型的8种Wx基因变异类型为参考，鉴定供试材料的Wx基因型(图2)。扬糯麦1号Wx基因型为aabbdd，镇麦9号Wx基因型为AABBDD，两个Wx基因近等基因系的基因型分别为aaBBDD和AABBdd。

图1 2个高代系及亲本的HMW-GS电泳图谱

泳道1～8：Wx基因变异8种基因型AABBDD、aaBBDD、AAbbDD、AABBdd、aabbDD、aaBBdd、AAbbdd、aabbdd)；M:Marker；9:扬糯麦1号(aabbdd)；10:镇麦9号(AABBDD)；11:品系1；12:品系2。

2.2 改良品系及亲本的蛋白质、湿面筋含量及SDS沉淀值比较

对两试点的2个改良品系和亲本的蛋白质、湿面筋含量和SDS沉淀值的方差分析见表1，结果表明，地点对湿面筋含量存在极显著影响，对蛋白质含量和SDS沉淀值无显著影响。基因型对蛋白质含量无显著影响，对湿面筋含量和SDS沉淀值存在显著影响。地点与基因型互作对蛋白质含量、湿面筋含量和SDS沉淀值均无显著影响。

由表2可知，镇麦9号、扬糯麦1号、品系1及品系2的蛋白质含量无显著差异。镇麦9号湿面筋含量最高，扬糯麦1号、品系1和品系2的湿面筋含量无显著差异。扬糯麦1号的SDS沉淀值显著低于镇麦9号、品系1和品系2，且品系1和品系2的SDS沉淀值与镇麦9号无显著差异。

2.3 改良品系及其亲本粉质参数比较

地点对面团吸水率无显著影响，对面团形成时间、稳定时间存在极显著影响。基因型对面团吸水率、形成时间、稳定时间均存在极显著影响。地点与基因型互作对面团形成时间和稳定时间存在极显著影响，对面团吸水率无显著影响(表1)。

潘金莲作为《金瓶梅》中的第一女主角，对其进行分析的文章汗牛充栋。批评家对潘金莲的态度由最开始的深恶痛绝，到后来的深表同情，直至最终保持客观的评论，可以说是一个不断从表层向深层理解的过程。潘金莲是一个典型环境下的典型人物，她追求一切的欲望，小说中许多人物或多或少都有潘金莲的影子。

由表3可知，镇麦9号和扬糯麦1号吸水率较高，品系1和品系2吸水率显著低于其亲本，且品系1吸水率显著低于品系2。品系1和品系2的面团形成时间显著高于扬糯麦1号，且品系2的形成时间显著高于品系1，但2个品系的形成时间均显著低于镇麦9号。品系2的面团稳定时间最长，其次是镇麦9号和品系1，扬糯麦1号面团稳定时间最短，且4个材料间差异显著。

表1 改良品系及其亲本理化品质及面条品质的方差分析Table 1 Variance analysis of wheat physicochemical properties and end-use quality of improved lines and parents

*:P<0.05; **:P<0.01.

表2 改良品系及其亲本蛋白质含量、湿面筋含量和SDS沉淀值的多重比较Table 2 Multiple comparisons of protein content, wet gluten content and SDS sedimentation value of the improved lines and their parents

同列数据后不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下表同。

Different small letters in same column show significant differences at 0.05 level. The same in tables 3-7.

表3 改良品系及其亲本面团粉质参数的多重比较Table 3 Multiple comparisons of farinograph parameters of the improved lines and their parents

2.4 改良品系及其亲本的淀粉含量分析

地点对直链淀粉含量及直/支比无显著影响，对支链淀粉含量存在显著影响，对总淀粉含量存在极显著影响。基因型对直链淀粉、支链淀粉、总淀粉含量和直/支比均存在极显著影响。地点与基因型互作对直链淀粉、支链淀粉、总淀粉含量和直/支比均无显著影响(表1)。

表4结果表明，扬糯麦1号的直链淀粉含量最低且显著低于其他基因型；镇麦9号直链淀粉含量最高，且显著高于品系1与品系2，两个品系间无显著差异。扬糯麦1号支链淀粉含量显著高于其他3种材料，品系1、品系2与镇麦9号支链淀粉含量无显著差异。扬糯麦1号总淀粉含量显著低于其他3种材料，品系1与品系2总淀粉含量无显著差异，二者均显著低于镇麦9号。镇麦9号的直/支比最大，且显著高于其他材料，其次是品系1和品系2，扬糯麦1号的直/支比最小，比值接近于零。

表4 改良品系及其亲本籽粒淀粉各组分含量的多重比较Table 4 Multiple comparisons of starch content of the improved lines and their parents

2.5 改良品系及其亲本的面粉糊化特性及膨胀势分析

地点对低谷黏度和回生值存在显著影响，对峰值黏度、稀懈值、最终黏度和膨胀势无显著影响。基因型对所有RVA参数及膨胀势均存在极显著影响。地点与基因型互作对峰值黏度、低谷黏度和最终黏度存在极显著影响，对稀懈值和回生值影响显著，对膨胀势无显著影响(表1)。

由表5可知，品系2峰值黏度最高，且显著高于其他3种材料；镇麦9号峰值黏度最低，显著低于品系1与品系2。品系2与镇麦9号低谷黏度最大，其次是品系1，扬糯麦1号低谷黏度最小。稀懈值表现为扬糯麦1号>品系2>品系1>镇麦9号，镇麦9号的稀懈值显著小于品系2，与品系1无显著差异。最终黏度与回生值均表现为镇麦9号和品系1最大，且两者间无显著差异，其次是品系2，扬糯麦1号的最终黏度与回生值最小。扬糯麦1号膨胀势最高，其次是品系2，两者差异显著。镇麦9号和品系1的膨胀势无显著差异，且均显著低于品系2和扬糯麦1号。

表5 改良品系及其亲本RVA参数及膨胀势的多重比较Table 5 Multiple comparisons of RVA parameters and swelling power of improved lines and their parents

2.6 改良品系及其亲本的面条感官品质分析

地点及地点与基因型互作对面条感官品质评价指标均无显著影响。基因型对面条色泽、表面状况、软硬度、光滑性、食味和总分均存在极显著影响，对面条粘弹性存在显著影响(表1)。

由表6可知，镇麦9号、品系1和品系2在表面状况、色泽和食味上均无显著差异，但均显著高于扬糯麦1号。品系1和品系2面条软硬度评分较高，与镇麦9号和扬糯麦1号均差异显著。品系1和品系2的光滑性和总评分均高于两亲本，且品系2的面条光滑性评分和总评分与镇麦9号和扬糯麦1号间的差异达显著水平。在面条粘弹性上，镇麦9号最高，扬糯麦1号最低，二者差异显著。

表6 改良品系及其亲本面条感官品质评分的多重比较Table 6 Multiple comparisons of noodles sensory evaluation of the improved lines and their parents

2.7 改良品系及其亲本的面条质构特性分析

地点对面条硬度、粘性、咀嚼性和回复性存在极显著影响，对弹性和内聚性无显著影响。基因型对硬度、弹性、内聚性、咀嚼性和回复性存在极显著影响，对粘性存在显著影响。地点与基因型互作对硬度存在极显著影响，对内聚性和回复性存在显著影响，对粘性、弹性和咀嚼性无显著影响(表1)。

由表7可知，镇麦9号面条硬度最大，其他依次为品系1、品系2和扬糯麦1号。面条粘性在镇麦9号、扬糯麦1号、品系1和品系2间无显著差异。扬糯麦1号面条弹性最高，显著高于镇麦9号、品系1和品系2，后3者间无显著差异。面条内聚性在镇麦9号、扬糯麦1号和品系1间无显著差异，且均显著低于品系2。镇麦9号面条咀嚼性数值最大，显著高于其他材料，扬糯麦1号咀嚼性最低，且显著低于其他3种材料。品系2面条回复性最高，显著高于其他材料，镇麦9号和品系1的面条回复性较小，且两者间无显著差异。

表7 改良品系及其亲本熟面条TPA参数的多重比较Table 7 Multiple comparisons of TPA parameters of noodles of the improved lines and their parents

3 讨 论

3.1 优质亚基5+10与蛋白质含量及质量的关系

杨 丹等[19]和谢科军等[20]的研究表明，相对于2+12亚基，5+10亚基能显著提高蛋白质含量、湿面筋含量和SDS沉淀值。也有研究认为，5+10亚基对SDS沉淀值具有显著正向效应，但对蛋白质含量和湿面筋含量无显著影响[10,21-22]。本研究中，含5+10亚基的品系1和品系2与含2+12亚基的扬糯麦1号在蛋白质含量和湿面筋含量上均无显著差异，而品系1与品系2的SDS沉淀值显著高于扬糯麦1号，这与张延滨等[10]、李保云等[21]和杨芳萍等[22]的研究结果一致。说明5+10亚基可显著提高蛋白质质量，对蛋白质数量无显著影响。

本研究结果表明，含5+10亚基的品系1与品系2的形成时间与稳定时间均显著高于含2+12亚基的扬糯麦1号，这与谢科军等[20]和马小乐等[23]研究结果一致。含2+12亚基的扬糯1号面团吸水率显著高于含5+10亚基的品系1与品系2，这可能与扬糯麦1号淀粉中几乎不含直链淀粉有关[24]。有研究表明，5+10亚基与2+12亚基对面团形成时间和稳定时间的效应无显著差异[25]，说明5+10亚基在不同遗传背景下的品质效应存在差异。

3.2 Wx基因变异与淀粉含量的关系

前人研究结果表明，Wx基因单缺失型非糯小麦直链淀粉含量降低1.5%～2.9%[26]，姚金保等[27]认为，Wx基因单缺失可降低直链淀粉含量3.3%～7.2%，于春花等[9]研究结果表明，Wx基因单缺失可降低直链淀粉含量2.2%～3.6%，这说明在不同遗传背景下，相同Wx基因单缺失对直链淀粉含量的影响程度不同。本研究结果表明，Wx-A1及Wx-D1基因单缺失可分别降低直链淀粉含量1.5%和2.5%，虽然品系2直链淀粉含量低于品系1，但两者间无显著差异。翟红梅[28]研究结果也表明，Wx基因3个位点控制直链淀粉合成的效应不同，其效应大小为Wx-B1>Wx-A1>Wx-D1，但三者单缺失型在直链淀粉含量上无显著差异。在本研究中，扬糯麦1号支链淀粉含量显著高于其他材料，这与翟红梅[28]研究结果一致。也有研究表明，糯小麦支链淀粉含量显著低于非糯小麦和部分糯性小麦[29-30]，导致结果差异的原因有待进一步研究。

3.3 Wx基因变异与淀粉糊化特性及膨胀势的关系

本研究结果表明，扬糯麦1号峰值黏度显著高于非糯型小麦镇麦9号，这与陈东升等[31]、Ma等[32]研究结果一致。亦有研究结果表明，糯小麦峰值黏度显著低于野生型、单缺失型和双缺失型[33-34]。结果差异说明淀粉的糊化特性不仅受直链淀粉含量的影响，可能还与淀粉粒类型、比例以及非淀粉成分[35]等因素有关。前人研究结果表明，在淀粉糊化过程中，峰值粘度和稀懈值高的小麦淀粉制作的面条口感好，感官评分高[36-37]。Wx基因单缺失型与野生型在峰值黏度和稀懈值上差异不显著[31-33]。本研究结果表明，Wx单缺失型小麦的峰值黏度和稀懈值均显著高于非糯型镇麦9号，这与Ramachandran等[38]研究结果一致，说明Wx-A1和Wx-D1单缺失对淀粉品质影响效应大，并显著改善了淀粉品质。一般认为，直链淀粉含量与膨胀势大小呈显著负相关，直链淀粉含量低、膨胀势高的小麦品种制作的面条具有良好的品质[39-40]。本研究中，膨胀势表现为扬糯麦1号>品系2>品系1>镇麦9号，而直链淀粉含量大小顺序与此相反，这与前人研究结果一致[39-40]。本研究中，品系2与亲本镇麦9号、品系1相比，具有较低直链淀粉含量、较高峰值黏度、稀懈值及膨胀势，淀粉综合品质表现较好。

3.4 Wx基因变异与优质亚基5+10对面条品质的改良效应

面条感官评分是评价煮熟面条品质的重要手段，陈东升等[31]对以8种Wx蛋白缺失型淀粉为背景的重组粉进行面条感官品质分析，其研究结果表明，Wx-B1和Wx-D1缺失型重组面粉的面条光滑性好，总评分最高。Tanaka等[41]研究结果表明，Wx-A1或Wx-B1单缺失能在一定程度上提高面条的弹性和光滑性。关于5+10亚基对面条品质影响效应方面，Yamauchi等[42]研究结果表明，含有5+10亚基的近等基因系制作的面条具有更好的弹性，张影全等[43]认为，就对煮熟面条的硬度和粘性的贡献而言，5+10>2+12。本研究中，扬糯麦1号在表面状况和色泽上表现较差，不宜直接制作面条，这与前人研究结果一致[9,31]。品系1与品系2的面条硬度和软硬度评分显著高于扬糯麦1号，说明5+10亚基对面条的硬度存在显著正向效应。品系1与品系2的面条硬度低于镇麦9号，但其软硬度感官评分却显著高于镇麦9号，说明含5+10亚基的镇麦9号面团筋力较强，制作的面条口感偏硬，虽然品系1与品系2的筋力也较强，但其存在Wx基因缺失，增加了面条的吸水率，适当降低了面条的硬度[28]，使煮熟面条的软硬度适中，增加了其感官评分值。品系1、品系2与镇麦9号的面条粘性和弹性无显著差异，但由于品系1与品系2存在Wx基因缺失，其制作的面条光滑性评分高于镇麦9号，其中品系2与镇麦9号间的差异达显著水平。本研究中，品系2的面条感官总评分最高，显著高于镇麦9号和扬糯麦1号，说明同时利用Wx基因缺失和优质HMW-GS组合可显著改良中筋小麦面条品质。

4 结 论

品系1与品系2的蛋白质相关指标与镇麦9号相近，但显著优于扬糯麦1号。相较于镇麦9号，品系1与品系2的直链淀粉含量分别降低了1.5%和2.5%，其峰值黏度和稀懈值均显著高于镇麦9号，膨胀势也高于镇麦9号。具有5+10亚基和Wx-D1缺失型的品系2具有较高的SDS沉淀值、面团形成时间和稳定时间，同时具有较低直链淀粉含量，较高峰值黏度、稀懈值和膨胀势，蛋白质和淀粉综合品质表现较好。5+10亚基显著提高了面条质构参数中的硬度和咀嚼性，而Wx基因缺失显著提高了面条的软硬度评分和光滑性评分。具有5+10优质亚基和Wx-D1基因缺失的品系2面条总评分最高，显著高于镇麦9号和扬糯麦1号，其主要体现在适中的面条软硬度和较好的光滑性。