甘肃冬小麦高分子量麦谷蛋白亚基组成及其品质现状分析

郑 琪，李 欣，任根深，李兴茂，张爱民

(1.平凉市农业科学院，甘肃 平凉 744000；2.植物细胞与染色体工程国家重点实验室，中国科学院遗传与发育生物学研究所，北京 100101；3．甘肃省农业科学院旱地农业研究所，甘肃 兰州 730070)

高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)是小麦籽粒胚乳贮藏蛋白的重要组成部分，其亚基的组成和数量直接影响小麦品种的加工品质[1-3]。其中Ax1、Ax2*、Bx7+By8、Bx13+ By16、Bx14+ By15和 Dx5+Dy10等亚基有较高的品质评分，是公认的优质亚基[4-9]。在小麦品质改良过程中，有目的选择携带这些优质亚基的材料做亲本，将编码这些优质亚基的基因导入目标品种中，是改良小麦加工品质的重要途径之一。

随着人们生活水平的不断提高，对于制作面包、糕点及饼干等专用强筋粉和弱筋粉的消费增长迅猛，但我国强筋小麦、弱筋小麦供给明显不足。胡学旭等[10]对2006—2015年中国小麦生产区742个小麦品种的品质性状进行测定，结果表明：强筋品种和弱筋品种所占比例分别为12.6%和2.0%，强筋小麦和弱筋小麦达标比例分别为4.8%和0.4%。杨芳萍等[11]对甘肃省4个麦区298份小麦材料的面筋强度和糯蛋白基因(Dx5、By8、By9、Bx7OE、1B/1R和Wx)的分布频率进行了分子标记检测，结果表明甘肃小麦品种(系)用于加工面包、馒头和面条的品质性状较差，并且面粉品质从甘肃西部到东南呈现逐渐变劣的趋势，大部分小麦品种(系)仅适宜于加工成普通馒头和面条。因此，充分利用引进的优质小麦种质资源改良本地区的小麦品质意义重大。本研究对甘肃省新引进和新育成的冬小麦品种(系)的HMW-GS组成进行了SDS-PAGE检测，分析比较了两者HMW-GS的变异类型和频率，并进行了品质评分比较，以期为该地区小麦品质遗传改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料来自于甘肃冬麦区的72份冬小麦品种(系)(表1)，其中，新育成品种(系)49份(由甘肃省农科院和各地州市农科院提供)，引进品种(系)23份(由甘肃省农科院提供)，以已知HMW-GS类型的中国春(N/7+8/2+12)和藁优8901(1/7+8/5+10)为对照。

1.2 方 法

HMW-GS提取参照张肖飞等[12]的方法，取一粒小麦种子磨粉，加入800 μL 50%的异丙醇，65℃水浴40 min，期间震荡2～3次，使面粉悬浮，12 000 r·min-1离心5 min，弃上清，重复以上步骤抽提2次后，向沉淀中加入150 μL 麦谷蛋白提取液A(50%异丙醇、0.08M Tris-HCl(pH=8.0)、1.4% 4-乙烯吡啶)，震荡混匀，65℃水浴50 min，12 000 r·min-1离心5 min，保留上清，再加入150 μL 麦谷蛋白提取液B(50%异丙醇、0.08M Tris-HCl(pH=8.0)、1%DTT)，65℃水浴30 min，离心取上清200 μL，加等量上样缓冲液，99℃加热变性5 min, 18 000 r·min-1离心5 min，作为SDS-PAGE上样液备用。SDS-PAGE电泳参照张肖飞[12]的方法，制备聚丙烯酰胺分离胶(30 mL·gel-1)和浓缩胶(10 mL·gel-1)，取10 μL上样液点样，12 mA·gel-1电泳12 h；染色、脱色、图像扫描。

按照Payne等[13]和毛沛等[14]提出的标准进行HMW-GS的编码、命名和品质评分，部分稀有亚基组合类型命名参考刘会云等[15]HMW-GS的SDS-PAGE图谱。

1.3 数据处理

利用Excel进行基本的统计分析。

2 结果与分析

2.1 甘肃冬小麦品种(系)的HMW-GS组成及频率

HMW-GS检测结果表明，72份小麦品种(系)中存在1、Null、2*、7+8、7+9、6+8、13+16、20x+20y、2+12和5+10等11种亚基类型(图1、表1)。其中，在Glu-A1位点，1亚基类型出现的频率最高，占70.83%，Null亚基出现的频率次之，为26.39%，2*亚基出现的频率最低，只占2.78%；在Glu-B1位点，7+8亚基类型出现的频率最高，占56.94%，7+9亚基类型占38.89%，6+8、13+16和20x+20y亚基类型出现的频率最低，均为1.39%；在Glu-D1位点，2+12亚基类型出现的频率最高，占62.28%，5+10亚基类型出现的频率为33.33%(表2)。

HMW-GS在甘肃省新育成品系和引进材料中的组成和分布存在明显差异。1、7+8和2+12亚基在新育成品系中出现的频率分别为79.59%、61.22%和79.59%，均高于引进材料(52.17%、47.83%和34.78%)；而Null、7+9和5+10亚基在新育成品系出现的频率分别为20.41%、32.65%和18.37%，均低于引进材料(39.13%、52.17%和65.22%)。新育成品系中在Glu-A1位点未出现2*亚基类型，Glu-B1位点出现了6+8和20x+20y等亚基类型，Glu-D1位点出现了Null亚基类型。从亚基组合类型来看，72份材料中共出现了12种亚基组合类型，其中引进材料亚基组合类型以1/7+8/5+10、N/7+9/2+12和1/7+9/5+10为主，频率分别为26.09%、21.73%和17.39%，而育成品系中以1/7+8/2+12为主，占44.90%，其次为1/7+9/2+12，占16.33%，1/7+8/5+10和N/7+9/2+12出现的频率均为12.24%(表3)。

由此可见，近年来甘肃省新育成小麦品种(系)在Glu-A1位点对Null亚基的改良有明显进展，Glu-B1位点7+8优质亚基类型出现的频率有明显提高，但Glu-D1位点的5+10优质亚基类型和优质亚基组合类型1/7+8/5+10出现的频率明显低于引进材料。

注：1：喀山26；2：喀山27；3：喀山28；CK1：藁优8901；4：喀山29；5：抗病R138；6：科遗12-6105；7：兰航122；8：兰考矮特早；9：兰天01-368；10：临优8161；11：灵选6；12：陇麦838；CK2：中国春；13：陇育0825；14：陇中6号；15：陇紫麦1号；16：宁麦12；17：泰山9819；18：乌44；19：乌51。Note: 1: Kashan 26; 2: Kashan 27; 3: Kashan 28; CK1: Gaoyou 8901; 4: Kashan 29; 5: Resistant R138; 6:Keyi 12-6105; 7:Lanhang 122; 8: Lankao Aitezao; 9: Lantian 01-368; 10: Linyou 8161; 11: Lingxuan 6; 12: Longmai 838; CK2: Chinese spring; 13: Longyu 0825;14: Longzhong 6; 15: Longzimai 1; 16: Ningmai 12; 17: Taishan 9819; 18: Wu 44; 19: Wu 51图1 部分参试小麦品种(系)SDS-PAGE图谱Fig.1 SDS-PAGE patterns of some wheat varieties (lines)

表1 72份甘肃冬小麦品种(系)的HMW-GS组成

注：编号1～49为新育成品种(系)，编号50～72为新引进品种(系)。

Note: Number 1 to 49 are new varieties (lines), and number 50 to 72 are introduced varieties (lines).

2.2 甘肃冬小麦品种(系)HMW-GS等位变异分析

72份材料的HMW-GS变异类型共有11种，其中引进材料的变异类型有7种，育成材料变异类型有10种(表2)。在Glu-A1位点，育成品系只有1和N两种亚基变异类型，与引进材料相比缺少2*亚基变异类型；育成品系1亚基出现的频率为79.59%，高于引进材料。在Glu-B1位点，育成品系HMW-GS的变异类型有7+8、7+9、6+8、13+16、20x+20y等5种，引进材料只有7+8、7+9两种，且育成品系中7+8优质亚基出现的频率为61.22%。在Glu-D1位点，育成品系优质变异类型5+10亚基出现的频率(18.37%)明显低于引进材料(65.22%)，而普通亚基2+12变异类型出现的频率偏高(79.59%)。结果表明，近年来甘肃冬小麦育种工作对Glu-A1和Glu-B1位点N和 7+9亚基的改良成效显著，1和 7+8优质亚基频率明显提高，但Glu-B1和Glu-D1位点的14+15、13+16和5+10等优质亚基的频率还是偏低，有待进一步改良。

2.3 甘肃冬小麦品种(系)HMW-GS的品质评分

按照Payne等[13]和毛沛等[14]提出的标准，根据亚基组合类型对甘肃冬小麦品种(系)进行品质评分。从表3的评分结果可以看出，72份材料中， Payne等[13]品质评分在1～10分之间，所有材料平均得分7.6分，其中引进材料平均得分8.0分，新育成品系平均得分7.4分；所有材料中，品质评分在5～10分之间的材料占98.61%，评分在8分以上的材料有44份，占61.11%，评分10分的材料有14份，占19.44%。毛沛等[14]评分结果显示，所有材料得分在2～15之间，平均得分6.6分，其中引进材料平均得分9.0分，新育成品系平均得分5.5分；所有材料中，品质评分在12～15分之间的材料有15份，占20.83%，评15分的材料2份，只占2.78%。根据Payne和毛沛的评分标准，一般含有2*、1、7+8、13+16、5+10等亚基类型的小麦材料评分较高，尤其是Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1三个位点都有优质亚基出现时，评分更高，面粉加工品质更佳。本研究发现，在2种评分标准下，具有较高品质得分的亚基组合的品种(系)较少；引进的喀山16210和喀山29两份材料在Glu-A1位点含有2*优质亚基类型，兰考矮特早在Glu-B1位点含有13+16优质亚基类型，普冰9946、泰山9819、乌44、乌51、喀山14和喀山23等材料在Glu-D1位点含有5+10优质亚基，这些材料都可以作为改良甘肃冬小麦的Null、7+9和2+12等亚基类型的亲本材料加以利用。

表2 72份甘肃冬小麦品种(系)HMW-GS的分布频率

表3 72份甘肃新品种(系)HMW-GS组合类型、频率及评分

3 讨 论

王红梅等[16]2010年用SDS-PAGE检测了196份甘肃省冬小麦种质资源的HMW-GS组成，结果表明地方品种亚基组合类型以N/7+8/2+12为主，占72.65%，而育成品种中N/7+8/2+12组合的频率已降低为29.11%；其中N/7+8/5+10亚基组合的频率为13.92%，比地方品种的0.85%上升了13.07%。本研究中，育成品系亚基组合类型以1/7+8/2+12为主，占44.90%，其次为1/7+9/2+12，占16.33%，1/7+8/5+10和N/7+9/2+12出现的频率均为12.24%。与2010年相比，N/7+8/2+12亚基组合类型由2010年的29.11%降到了现在的4.08%，1/7+8/2+12由2010年的3.80%上升到现在的44.90%，1/7+8/5+10由2010年的5.06%上升到现在12.24%。可见，近年来对Glu-A1位点的Null亚基和Glu-D1位点的2+12亚基的改良已见成效，但本研究中新育成品种(系)中1/7+8/5+10优质亚基组合频率(12.24%)还明显低于引进材料(26.09%)，有待继续聚合优质亚基进行改良。

根据品质评分结果，无论是Payne评分标准得10分的材料，还是毛沛评分标准在12～15分之间的材料都是6份，占育成品种(系)的12.24%，与育成材料中优质亚基组合1/7+8/5+10出现的频率一致。以上说明，甘肃育成小麦品种中单个品质优质基因频率较高，而优质基因组合的比例较低，这一结果与柳娜等[17]2016年对104份甘肃小麦品种主要品质基因的分子标记检测结果基本一致。

从等位变异位点来看，甘肃冬小麦新育成品种(系)Glu-A1位点的1亚基出现的频率从2010年的16.46%提高到现在的79.59%，提高了63.13%，Null亚基频率从2010年的69.62%降到现在的20.41%，降低了49.21%[17]；在Glu-B1位点，2010年7+8、7+9 亚基频率分别为59.49%、35.44%，本研究中7+8、7+9 亚基频率分别为61.22%、32.65%，两者前后变化均不明显，但本研究中亚基变异类型较少，尤其是13+16、14+15和17+18等优质亚基出现的频率很低[16]；在Glu-D1位点，育成材料中2+12亚基频率为79.59%，与我国黄淮南片(50.85%)相比偏高，5+10亚基频率(18.37%)比我国黄淮南片(48.20%)和国外(73.50%)低很多[18]。这一结果说明甘肃冬小麦优质亚基改良方面已经有所进展，但与国内外相比还有一定差距。因此，将14+15，13+16和5+10等优质亚基导入甘肃冬麦区主栽品种，培育优质小麦新品种(系)对甘肃陇东地区小麦品质改良具有重要意义。