25份澳大利亚小麦种质的性状表现及利用

王美芳，雷振生，吴政卿，徐福新，杨 攀，常 阳，柳东阳，李 巍

(河南省农业科学院小麦研究所，河南郑州 450002)

黄淮南片冬麦区是中国的第一大麦区，常年播种面积866.7×104hm2左右，该区小麦的产量和品质直接代表着我国小麦的整体水平，在保障我国粮食安全方面具有重要意义[1]。随着人民生活水平及饮食习惯的提高和改善，制作优质面包、蛋糕、饼干、面条等食品所需的优质专用粉小麦原料的需求量也大幅增加。我国由于长期只重视产量、忽视品质改良的育种，使生产上可利用的优质专用型小麦品种少、品质不稳定、符合企业加工要求的优质商品小麦原粮严重短缺，严重制约了小麦产业的进一步发展。

国内外对小麦高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)构成及其与品质的关系进行了大量研究。在Glu-A1位点，亚基2*赋予面团很好的弹性和韧性及较大的面包体积；亚基为N的小麦品质较差[2-4]。在Glu-B1位点，亚基品质表现17+18 = 13+16 = 7+8 > 7+9 > 6+8 > 7，7+8*亚基(7OE，7超量表达亚基)对面筋强度有较大的正向影响，是Glu-B1位点中目前已知的对面筋强度贡献最大的优质亚基，亚基17+18对面包烘烤体积遗传效应最大[5-9]。在Glu-D1位点，5+10亚基具有较大的面团弹性和韧性[2,10-11]，与面包体积呈正相关[3,12-13]，是对烘烤品质贡献最大的亚基[14]。综上所述，含有2*、7+8、13+16、17+18、7OE、5+10等亚基的小麦品质表现优良。对烘烤品质有重要影响的优质亚基与籽粒产量等农艺性状间无显著相关性；在引入优质亚基的同时进行籽粒产量的改良，可选育出高产优质的小麦品种[15]。我国育成的优质小麦品种中，多数不含对小麦蛋白质具关键作用的5+10优质亚基，优质亚基2*、17+18、13+16、7OE等所占比例更低[16-17]。在品种选育中加强上述优质亚基的筛选和利用，对改善我国小麦品质尤为重要。

我国目前在小麦育种中所利用的亲本趋于单一，育成品种的遗传相似性增大[18]，如推广品种的50%～70% 带有1B/1R血缘[4]，种质资源匮乏成为品种选育中最突出的问题。国外小麦品种间的平均遗传距离大于国内小麦品种[19]，是丰富和拓宽国内小麦遗传基础的重要种质。如自美国引进的澳大利亚碧玉麦(Quality)与地方品种蚂炸麦杂交育成的碧蚂1号是我国推广面积最大的小麦品种，年种植面积曾达600万hm2[20]。

本研究以从澳大利亚引进的小麦种质材料为研究对象，综合调查和分析其部分农艺性状、品质指标和HMW-GS亚基等的基因组成，并利用所选优质小麦种质为亲本与黄淮麦区表现突出的小麦品种杂交，旨在筛选出适宜该区的优异种质，拓宽和丰富现有小麦种质资源，为黄淮南片冬麦区的小麦品质育种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为澳大利亚默多克大学州立农业生物技术研究中心提供的25份澳大利亚小麦种质(具体见表1)，以黄淮南片冬麦区区试高产对照周麦18(ZM18)为半冬性对照品种(CK1)，郑麦366(ZM366)为优质强筋对照品种(CK2)。

1.2 试验设计

供试材料种植于河南省农业科学院小麦研究所在新乡原阳的试验基地(E113.7°，N35.0°)，田间种植2行区，行长2.0 m，行距0.3 m，试验地肥力中等，田间管理不防病，仅施药防治蚜虫，其他管理措施同常规育种田。田间观察和室内考种按NY/T1301-2007标准(小麦品种区域试验记载标准)进行，适时按小区进行收获。

以优质澳大利亚小麦种质为改良亲本，黄淮麦区表现突出的小麦品种为农艺亲本，配制三交或四交组合，按常规系谱方法定向选择优良性状，培育小麦新材料或新品种。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 品质参数测定

制粉：参照AACC 26-20方法，用Quadrumat Junior磨(Brabender，Germany)制粉，过100目筛(0.15 mm筛孔)，根据籽粒硬度确定润麦加水量，硬麦为16.5%，中等类型为15.5%，软质麦为14.0%，润麦时间为16～18 h。面粉水分按AACC-4-15A测定。

面筋仪参数：用瑞典Perten公司的2200型面筋仪(Glutomatic)，按GB/T 14608-93测定小麦粉湿面筋含量及面筋指数。

粉质仪参数：用德国Brabender公司的810104型粉质仪(Farinograph)，按GB/T14614-93测定吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度等面团流变学特性参数。

面包烘焙品质：按照GB/T 14611-93直接发酵法制作面包并进行面包评分。

馒头蒸煮品质：按照GB/T 17320-1998制作馒头并进行馒头评分。

1.3.2 分子技术检测

每份材料选取有代表性的植株，按单株收获籽粒，参考Ma等[21]、Ishikawa等[22]、Masci等[23]、刘 丽等[24]方法，利用SDS-PAGE、RP-HPLC以及KASP(竞争性等位基因特异性PCR，Kompetitive Allele Specific PCR)等技术对供试材料籽粒进行分子检测。

1.4 数据处理

试验数据用Excel系统进行分析、处理。

2 结果与分析

2.1 千粒重及其他部分农艺性状表现

由表1可知，澳大利亚小麦种质的千粒重普遍较低。25份材料中，千粒重平均为36.9 g，变化范围31.4～43.1 g，均较周麦18(46.5 g)低，只有Kukri的千粒重较郑麦366(46.5 g)略高。有4个材料表现为弱春性，其他均为春性。粒色性状上，Calingiri表现为白色偏黄，Klein表现为红色，其他均表现为白色。仅Eaglerock无芒，其他均有芒；Drysdale和RAC875的植株和叶表被覆较厚的蜡质。这些材料整体冻害不重，多数材料分蘖较少，叶型表现半披或披。

表1 参试材料的千粒重及其他主要农艺性状Table 1 Thousand-kernel weight and main agronomic traits of tested materiales

W：白色；WY：白色偏黄色；R：红色。

W:White; WY:White with yellow; R:Red.

2.2 品质性状表现

由表2可知，澳大利亚小麦种质的多数品质指标分布宽，变异系数大。其中，形成时间、稳定时间和弱化度的变异系数较大，分别为 38.17%、84.23%、62.36%；面筋含量、湿面筋指数的变异系数中等，分别为8.28%、16.12%；白度、吸水率的变异系数较小，分别为2.90%、 4.02%；湿面筋含量、面筋指数、稳定时间和弱化度的最优值分别为39.1%、96.5%、25.0 min 和5 BU。说明澳大利亚小麦种质具有丰富多样性，有品质性状突出的强筋小麦材料。

综合分析白度、面筋、粉质参数发现，有9份种质具有优良品质特性，其中Wyalkatchem、Gladus、Chara稳定时间长，分别为23.0 min、 25.0 min、17.0 min，湿面筋指数分别为 91.3%、 93.2%、96.5%，弱化度分别为5 BU、10 BU、10 BU，为品质表现突出的强筋小麦材料。Ega Jitarwing的面粉白度达80.1(表3)。

表2 澳大利亚小麦种质的品质指标分布Table 2 Distribution of quality parameters of Australian wheat germplasm

表3 9份优质澳大利亚小麦种质的品质表现Table 3 Quality expression of 9 outstanding Australian wheat germplasm

2.3 分子检测分析

分子检测结果表明，在澳大利亚小麦种质中，含有一些在我国稀有的优质亚基，例如亚基2*、7OE、17+18、13+16、5+10等。其中，CD87含有7+8*亚基(7OE亚基，7超量表达亚基)，Baxter和Calingiri含有13+16，Cadoux含有17+18。在进行KASP检测的20份材料中(表4)，有10份材料含有2*，有7份材料含有5+10，有10份材料含有Ppo-D1a(低多酚氧化酶，PPO)主效基因，有11份材料为Wx-B1b(Wx-B1缺失)类型，表现部分糯性；有4份材料含有Rht-B1b矮秆基因，有14份材料含有Rht-D1b矮秆基因；有4份材料含有Lr34抗叶锈病的主效基因，有12份材料含有Lr46抗叶锈病的主效基因。

表4 澳大利亚小麦种质的分子检测Table 4 Molecular detection of Australian wheat germplasm

Rht-B1a和Rht-D1a代表高秆等位基因，Rht-B1b和Rht-D1b代表矮秆等位基因；Glu-A1位点为null和Glu-D1位点为2+12表现为弱筋，Glu-A1位点为1或2*和Glu-D1位点为5+10表现为强筋；Ppo-A1a和Ppo-D1b代表高多酚氧化酶等位基因，Ppo-A1b和Ppo-D1a代表低多酚氧化酶等位基因；Wx-B1a表现为非糯质，Wx-B1b表现为糯质；Lr34-、Lr46-、Lr37-、Lr68-均表现为感叶锈，Lr34+,Lr46+,Lr37+,Lr68+均表现为抗叶锈。

Rht-B1aandRht-D1arepresent high stem allele，Rht-B1bandRht-D1brepresent dwarfing allele；null atGlu-A1locus and/or 2+12 atGlu-D1locus indicate weak gluten，1 or 2*atGlu-A1locus and/or 5+10 atGlu-D1locus perform strong gluten；Ppo-A1aandPpo-D1brepresent high PPO alleles,Ppo-A1bandPpo-D1arepresent low PPO alleles；Wx-B1aindicates non-waxy,Wx-B1bindicates waxy；Lr34-,Lr46-,Lr37-andLr68-indicate susceptible to leaf rust，Lr34+,Lr46+,Lr37+andLr68+indicate resistant to leaf rust. The same in table 6.

2.4 优质供试种质后代的农艺性状及品质表现

利用黄淮麦区表现突出的小麦品种与澳大利亚小麦优良种质配制三交或四交组合，按常规系谱方法进行选择和收获。田间调查显示，低世代分离严重，随着世代的增加，可以定向选择出与当地农艺性状相当的优良株系。经品质分析，品质指标出现超亲的组合有郑麦366/CD87//郑麦366、藁9415/CD87//郑麦366、矮抗58/kukri//郑麦366/3/郑麦366、遗4212/Kukri//郑麦366、郑麦366/Calingigri//郑麦366等(表5)。在调查的15份株系中，13份株系的株高低于周麦18，11份株系的千粒重高于周麦18；单株穗数多，籽粒均白色，表现出较好的农艺性状。

国标GB/T 14611-93面包评分显示，体积不低于860 mL即为满分。本研究的面包烘焙品质表明(表5)，品系33185、33352、33353的面包体积大、面包烘焙品质表现尤为突出，品系33180、33221、33428的面包体积均达到满分的水平。结合其他品质性状综合分析，品系33178、33180、33185、33190、33221、33352、33353的稳定时间长、面包烘焙品质和馒头蒸煮品质均优，品系33428、33432、33439、33452的湿面筋含量高、面包烘焙品质和馒头蒸煮品质表现均较优；品系33537、33539、33545、33547的白度值高，馒头颜色白、综合品质表现较优。综上所述，品系33185、33352、33353的烘焙、蒸煮指标及33537、33539、33545、33547的白度指标表现出了明显的超亲现象。分子检测结果(表6)表明，在进行KASP检测的9份后代材料中，均含有1亚基和5+10亚基，有6份材料为表现部分糯性的Wx-B1缺失类型。品系33185、33190和33221含有Lr68抗叶锈基因。

表5 澳大利亚小麦种质后代品系的株高和千粒重及品质性状表现Table 5 Plant height and thousand-kernel weight and quality performance of Australian wheat germplasm offspring lines

“/”表示未检测。

“/” represents not determined.

表6 澳大利亚小麦种质后代品系的分子检测Table 6 Molecular detection of Australian wheat germplasm offspring lines

3 讨 论

本研究中，供试澳大利亚小麦种质多白粒，多春性，晚熟，株高中至半高，千粒重普遍较低，均较黄淮南片冬麦区区试高产对照周麦18低，但抗病材料较多，特别是一些品种抗条锈病生理小种条中30号和31号，与前人研究结果一致[25]。本研究中，郑麦366不含Lr68抗叶锈基因，而利用澳大利亚材料和郑麦366组配，选择出了含有Lr68抗叶锈基因的后代材料。因而，黄淮南片冬麦区可以选择Wyalkatchem、Gregory、Eaglerock、Kauz等含有Lr34、Lr46抗叶锈基因的小麦种质进行利用。

小麦的适应性主要受春化、光周期和早熟性基因控制，澳大利亚小麦种质中具有高频率与适应性相关的光照不敏感等位基因[26-27]，澳大利亚小麦种质的抽穗期和成熟期与河南中部地区小麦材料较接近[25]。本研究中，供试澳大利亚小麦种质在黄淮南片冬麦区种植可以正常抽穗，其抽穗期与该区品种的抽穗期基本一致，这有利于澳大利亚小麦种质在该区作为杂交亲本。

面筋强度参数如沉降值和稳定时间等与面包评分呈显著正相关，是影响面包品质重要因素[28]，面筋指数、弱化度和麦谷蛋白、稳定时间是反映面包烘焙品质的重要指标[29]，筛选优良的高低分子量谷蛋白亚基(1，7+8或14+15或13+16，5+10，Glu-A3d和Glu-B3d)是提高面筋强度和面包品质的关键[30,18]。多数对烘烤品质的研究结果认为，在Glu-A1位点1与2*优于null，Glu-B1位点7+8、17+18、13+16、14+15优于其它亚基，Glu-D1位点5+10优于2+12，以5+10亚基对烘烤品质贡献最大[16]。本研究表明，澳大利亚小麦种质中富含湿面筋含量高、湿面筋指数高、稳定时间长、面粉粉色白的优良种质，而且，含有优质亚基2*、7OE、17+18、13+16、5+10等，可以利用这些优质亚基改良我国小麦品质。由于Bx7OE(7超量表达亚基)对面筋强度和加工品质有较大的正向影响[31,7]，在Dx5+Dy10基因(5+10亚基)的遗传背景下，Glu-B1位点中的7+8*亚基(7OE，7超量表达亚基)是对面筋强度贡献大的优质亚基[7]。在小麦育种中，宜加强Bx7OE与Dx5+Dy10基因的聚合来提高黄淮麦区小麦的面筋强度、改善面包烘焙品质。本研究中，一些品系材料表现出了明显的超亲现象，其优良性状对应的亚基或基因，有待于进一步的研究。

Wx-B1b为缺失Wx-B1蛋白亚基，表现部分糯性；缺失Wx-B1蛋白亚基的小麦品种具有较高的淀粉糊化粘度和较好面条品质，可作为优质面条小麦品种选育的生化指标[32]。多酚氧化酶(PPO)活性高易引起褐变，PPO是引起面条(团)颜色褐变的主要原因，通过遗传途径降低PPO活性有助于改善面条的颜色[33]。同时具有多酚氧化酶活性低及部分糯性的小麦适宜加工优质面条，其中，Wyalkatchem、Gregory、Eaglerock、Mace等材料聚合矮秆、低多酚氧化酶、部分糯性及抗叶锈等多个优良性状，可作为培育优质面条小麦的资源材料。

本研究中，种质33428、33432、33439、33452的稳定时间仅为中强筋水平，烘焙品质指标却表现较好；而种质33178及33192的稳定时间达到了强筋水平，然而其烘焙品质指标却表现中等。这些现象说明，衡量小麦品质的优劣需要用最终的烘焙、蒸煮品质指标来评价。美国提出的面包用粉、糕点用粉的质量标准中，烘焙评分占50～70分，而其他多项理化指标仅占30～50分，把烘焙评分作为评价小麦专用粉最重要的指标[34]。在今后育种过程中，应重视面筋、粉质等相关指标，更应重视烘焙、蒸煮等品质指标。

4 结 论

本研究表明，供试澳大利亚小麦种质在黄淮南片冬麦区千粒重普遍较低，综合抗病性较好，综合农艺性状较差，冬季虽有冻害但均能够正常越冬，抽穗期与当地品种基本一致；具有湿面筋含量高、面筋指数高、稳定时间长、面粉粉色白等品质特点，含有5+10亚基、2*亚基、7+8*亚基、17+18亚基、13+16亚基、低PPO活性基因及Wx-B1缺失等，还含有矮秆Rht-D1b基因及抗叶锈Lr34基因和Lr46基因等。利用澳大利亚小麦种质为改良亲本，可培育出综合农艺性状较好、品质较突出的小麦新品系。