山西省小麦品系HMW-GS的组成及品质分析

王倩 任文斌 谢三刚

摘要 进一步了解山西小麦在育种过程中各品系材料的高分子量麦谷蛋白亚基组成及品质状况。采用SDS-PAGE技术对选取的62份品系材料的高分子量麦谷蛋白亚基组成进行分析，结果显示62份供试品系材料中共检测出8种HMW-GS。其中，Glu-A1位点上有2种亚基类型，亚基1占79.03%，亚基Null占20.97%;Glu-B1位点出现4种亚基类型，以亚基14+15（35.48%）为主;Glu-D1 位点出现2种亚基类型，即亚基5+10（38.71%）和亚基2+12（61.29%）。品质性状分析结果表明，62个小麦品系的蛋白质含量为12.53%～16.56%，湿面筋含量为26.95%～37.95%，沉淀值为21.20～42.86 mL。Glu-A1位点优质性得到了明显改善;Glu-B1位点还有挖掘潜力;Glu-D1位点优质性并未得到改善。

关键词 小麦;高分子量麦谷蛋白亚基;品质

中图分类号 S512.1  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）10-0025-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.10.007

Composition and Quality Analysis of Wheat Strain HMW-GS in Shanxi

WANG Qian，REN Wen-bin，XIE San-gang （Institute of Cotton，Shanxi Agricultural University，Yuncheng， Shanxi 044000）

Abstract In order to further understand the composition and quality of high-molecular-weight glutenin subunits （HMW-GS） of Shanxi wheat strains during breeding，SDS-PAGE technology was used to analyze the composition of high-molecular weight glutenin subunits of 62 selected wheat strains.A total of 8 HMW-GS were detected in 62 tested strains.Among them，there were 2 subunit types at the Glu-A1 site，subunit 1 accounted for 79.03% and subunit Null accounted for 20.97%.There were four subunit types in Glu-B1 locus，and the subunit 14+15 （35.48%） was the main type.There were 2 subunit types at the Glu-D1 locus，namely，subunit 5+10 （38.71%） and subunit 2+12 （61.29%）.The results of quality trait analysis showed that protein content of 62 wheat lines ranged from 12.53% to 16.56%，wet gluten content ranged from 26.95% to 37.95%，and sedimentation value ranged from 21.20 to 42.86 mL.The quality of Glu-A1 site was significantly improved.Glu-B1 site had the potential to be explored.The quality of Glu-D1 site was not improved.

Key words Wheat;HMW-GS;Quality

基金项目 运城市科技计划项目（YCKJ-2021046）。

作者简介 王倩（1989—），女，山西运城人，助理研究员，硕士，从事小麦常规育种研究。通信作者，副研究员，硕士，从事小麦常规育种研究。

收稿日期 2021-08-23

小麦是全球主要粮食作物之一，提供了人们日常所需的主要植物性蛋白质[1]。随着人们生活水平不断提高，对小麦面制品的品质要求越来越高，对优质小麦的需求不断上升。国内外大量研究结果表明，高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）对小麦品质有很大影响，某些特定的亚基（如优质亚基5+10）可以明显改善小麦的品质，而有些亚基（如Null、2+12）则与较差的品质相关[2-8]。

HMW-GS基因定位于小麦第一同源染色体组Glu-1位点，在1A、1B、1D染色体靠近着丝粒的位置，每个位点包括2个紧密连锁的基因[9]。小麦及其近缘种属在Glu-1位点的等位变异十分广泛，Payne等[10]对中国春的HMW-GS进行SDS-PAGE分析，首次建立了小麦HMW-GS通用的标准图谱。自1979年，Payne等[11]利用SDS-PAGE分析了小麦谷蛋白组成，发现HMW-GS影响小麦面粉的烘烤品质以来，人们对小麦HMW-GS组成与加工品质关系开展了大量研究。目前，HMW-GS改良已成为辅助小麦育种和提高小麦加工品质最主要的途径[12-13]。国内研究者通过对各区域和各类型的小麦基因型HMW-GS组成进行分析调查，为優质新品种选育提供了基础资料[14-21]。鉴于此，笔者选用山西农业大学棉花研究所水地小麦课题组育成的62份品系材料，对HMW-GS组成和品质进行分析，旨在为山西省小麦品质改良育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以山西省农业科学院棉花研究所水地小麦课题培育的62份小麦品系为材料，将其编号依次命名为S1～S62，对照品种为中国春（Null/2+12/7+8）和舜麦1718（1/5+10/17+18）。

1.2 试验方法

1.2.1 小麦种子蛋白的提取。

取1粒或半粒小麦种子杂碎后放入1.5 mL离心管，加入50%异丙醇50 mL，60 ℃水浴 30 min，期间搅动2次，10 000 r/min 离心 30 min，弃上清液;重复上一步骤2次;在残留物中加160 μL提取液 B1（10 mL 50%异丙醇+0.03 g 二硫代苏糖醇（DTT））混匀，60 ℃水浴30 min;加入160 μL提取液B2（10 mL 50%异丙醇+140 μL 4-乙烯基砒啶）混匀，60 ℃水浴烷化处理1 h，10 000 r/min离心10 min;取150 μL上清液转移到新的离心管中，加入0.6 mL丙酮，摇匀，静置1.5～2.0 h 或有絮状物出现;10 000 r/min离心10 min，弃上清液，在沉淀中加100 μL样品提取液（1.63 g SDS;10.2 mL 0.5 mol/L Tris-HCl，pH 6.8;8.16 g溴酚蓝;4.8 mL β-巯基乙醇;4.8 mL蒸馏水）溶解2.0 h以上或4 ℃冷藏过夜。

1.2.2 SDS-PAGE电泳。

采用10%分离胶（T=10%，C=2.67%）和5%浓缩胶（T=5%，C=2.67%）进行电泳。用Tris-甘氨酸（含1‰的SDS）作为电极缓冲液，样品上样量每份4～5 μL。用稳流12 mA进行电泳，指示剂出胶后继续电泳2 h。凝胶放入考马斯亮蓝染色液染色1 h左右后放入自来水中进行脱色，期间更换3～4次自来水，直至背景浅淡，带型清晰。

1.2.3 小麦品质性状测定。

小麦品质指标蛋白质含量、湿面筋含量和沉淀值等采用DA7200二极管阵列近红外光谱仪（瑞典Perten）进行分析。

1.3 数据分析 采用SPSS软件进行方差分析和差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 HMW-GS组成分析

62份山西小麦品系的HMW-GS亚基组成类型见表1。由表1和图1可知，62份小麦品系材料共出现11种亚基组成类型。其中1/2+12/14+15、1/2+12/7+8和1/5+10/7+9组成类型出现频率较高，分别为27.42%、19.35%、12.90%。参加试验的材料中，Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1共3个位点均为优质亚基的材料（1/5+10/7+9、1/5+10/7+8、1/5+10/17+18），共计17份，所占频率为27.42%。只有2个位点为优质亚基的材料（1/7+8、1/17+18、5+10/17+18）有18份，所占频率为29.03%。

2.2 HMW-GS等位变异频率

62份材料中，不同等位基因间亚基变异及频率见表2。在Glu-A1位点，出现2种等位变异Null和1亚基，频率分别为20.97%和79.03%。在Glu-B1位点，出现4种等位变异17+18、14+15、7+8和7+9。其中，出现频率最高的是14+15亚基，其次是7+8亚基。在Glu-D1位点，出现5+10和2+12亚基的等位变异，频率分别为38.71%和61.29%。

2.3 品质分析

62份材料品质分析数据见表3。从表3可以看出，小麦籽粒蛋白质含量的变异幅度为12.53%～16.56%，平均蛋白质含量为14.45%，变异系数為1.03;湿面筋含量平均值为32.98%，变异幅度为26.95%～37.95%;沉淀值的变异系数为1.02，变异幅度较大。

3 讨论

在62份供试小麦品系中，共检测到8种HMW-GS类型，在Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1位点分别检测到2、4、2种不同的亚基类型，亚基1、14+15、2+12在各自位点上出现的频率较高，分别达到了81.48%、40.74%、70.37%。分析结果表明，组成HMW-GS的多样性较少，这可能与小麦组配杂交时选择的亲本有关。组配杂交时选择的亲本材料含有的HMW-GS种类较少，育成的品系材料多样性也较少。因此育种者在之后的育种过程中，应当尽量选择种类丰富的亲本材料，增加优质亚基的导入，丰富HMW-GS的多样性，从而提升小麦品质。另外，追溯这些材料的亲本关系可知，供试材料中部分材料为姊妹系，这也可能是造成该试验HMW-GS多样性较少的1个原因。

研究表明，各个位点不同亚基对小麦品质作用不同，特定HMW-GS能够提升小麦品质[22-23]。在Glu-A1位点，亚基1对小麦品质的影响大于亚基Null。在Glu-B1位点，因其等位变异位点较多，故该位点内各亚基对品质的效应大小较为复杂。在Glu-D1位点，亚基5+10对小麦品质的影响优于其他亚基[24-25]。该试验选取62份小麦品系中，在Glu-A1位点，检测出含有优质亚基1的材料数量远大于劣质亚基Null的材料数量，表明该位点的优质性得到了明显改善。在Glu-B1位点，检测出的优质亚基占比较多，但劣质亚基14+15还占有较大比例，表明该位点还有挖掘空间，继续改良得到优化。在Glu-D1位点，含有劣质亚基的材料数高于含有劣质亚基的材料数，表明该位点的优质性并未得到改善，仍有利用空间。品质分析结果表明，蛋白质、湿面筋含量以及沉淀值变异幅度较大，这可能是因为选取的小麦材料品质参差不齐。

4 结论

对62份供试材料进行高分子量麦谷蛋白亚基分析，共发现8种等位变异和11种亚基组合类型。Glu-A1位点出现2种亚基类型，亚基1和亚基Null。Glu-B1位点出现4种亚基类型，亚基14+15、7+8、7+9、17+18。Glu-D1位点出现2种亚基类型，亚基2+12和亚基5+10。品质性状分析结果表明，62个小麦品系的蛋白质含量为12.53%～16.56%，湿面筋含量为26.95%～37.95%，沉淀值为21.20～42.86 mL。

参考文献

[1] 孙其信.作物育种学[M].北京：高等教育出版社，2011：20.

[2]  LAWRENCE G J，MACRITCHIE F，WRIGLEY C W.Dough and baking quality of wheat lines deficient in glutenin subunits controlled by the Glu-A1，Glu-B1 and Glu-D1 loci[J].Journal cereal science，1988，7（2）：109-112.

[3] SHEWRY P R，HALFORD N G，TATHAM A S.High molecular weight subunits of wheat glutenin[J].Journal of cereal science，1992，15（2）：105-120.

[4] PAYNE P I，NIGHTINGALE M A，KRATTIGER A F，et al.The relationship between HMW glutenin subunit composition and the bread-making quality of British-grown wheat varieties[J].Journal of science of food and agriculture，1987，40（1）：51-65.

[5] NAKAMURA H.Alleic variati on at high molecular weight glutenin subunit loci Glu-A1，Glu-B1 and Glu-D1 in Japanese and Chinese hexaploid wheats[J].Euphytica，2000，112：187-193.

[6] 程国旺，徐风，马传喜，等.小麦高分子量麦谷蛋白亚基组成与面包烘烤品质关系的研究[J].安徽农业大学学报，2002，29（4）：369-372.

[7] 朱金宝，刘广田，张树榛，等.小麦籽粒高、低分子量谷蛋白亚基及其与品质关系的研究[J].中国农业科学，1996，29（1）：34-39.

[8] 赵和，卢少源，李宗智.小麦高分子量麦谷蛋白亚基遗传变异及其与品质和其它农艺性状关系的研究[J].作物学报，1994，20（1）：67-75.

[9] D'OVIDIO R，MASCI S.The low-molecular-weight glutenin subunits of wheat gluten[J].Journal of cereal science，2004，39（3）：321-339.

[10] PAYNE P I，LAWRENCE G J.Catalogue of alleles for the complex gene loci，Glu-A1，Glu-B1， and Glu-D1 which code for high-molecular-weight subunits of glutenin in hexaploid wheat[J].Cereal research communications，1983，11（1）：29-35.

[11] PAYNE P I，CORFIELD K G.Subunit composition of wheat glutenin proteins，isolated by gel filtration in a dissociating medium[J].Planta，1979，145（1）：83-88.

[12] 龐斌双，张学勇，王兰芬，等.小麦Glu-B1位点1Bx14 + 1By18新亚基对材料的创制及其对加工质量的影响分析[J].作物学报，2007，33（10）：1582-1586.

[13] 张莉丽，张延滨，宋庆杰，等.龙辐麦3号小麦品种HMW-GS Null和1近等基因系间品质差异的研究[J].中国农业科学，2007，40（9）：1864-1870.

[14] HE Z H，PEA R J，RAJARAM S.High molecular weight glutenin subunit composition of Chinese bread wheats[J].Euphytica，1992，64（1/2）：11-20.

[15] WANG G，SNAPE J W，HU H，et al.The high-molecular-weight glutenin subunit compositions of Chinese bread wheat varieties and their relationship with bread-making quality[J].Euphytica，1993，68（3）：205-212.

[16] 张学勇，董玉琛，游光侠，等.中国小麦大面积推广品种及骨干亲本的高分子量谷蛋白亚基组成分析[J].中国农业科学，2001，34（4）：355-362.

[17] 张学勇，庞斌双，游光霞，等.中国小麦品种资源Glu-1位点组成概况及遗传多样性分析[J].中国农业科学，2002，35（11）：1302-1310.

[18] 董永梅，杨欣明，柴守诚，等.中国小麦代表性地方品种高分子量谷蛋白亚基组成分析[J].麦类作物学报，2007，27（5）：820-824.

[19] 朱炎辉，吉万全，王亚娟，等.西南冬麦区地方品种HMW-GS组成遗传多样性研究[J].植物遗传资源学报，2007，8（4）：401-405.

[20] 王亮，穆培源，徐红军，等.新疆小麦品种高分子量麦谷蛋白亚基组成分析[J].麦类作物学报，2008，28（3）：430-435.

[21] 杨宝菊，王亚娟，吉万全.长江中下游麦区小麦地方品种HMW-GS遗传多样性分析[J].西北农业学报，2009，18（2）：59-63.

[22] 张自阳，姜小苓，王智煜，等.不同来源小麦种质高分子质量谷蛋白亚基多样性及其与加工品质的关系[J].华北农学报，2019，34（3）：75-81.

[23] LUO C，GRIFFIN W B，BRANLARD G，et al.Comparison of low-and high molecular-weight wheat glutenin allele effects on flour quality[J].Theoretical and applied genetics，2001，102：1088-1098.

[24] 张勇，何中虎，王美芳，等.我国春麦区部分小麦品种品质状况分析[J].麦类作物学报，2002，22（1）：27-32.

[25] 王晓民，王咪，武林琳，等.运旱系列小麦品种HMW-GS组成和品质分析[J].河南农业科学，2018，47（10）：27-30.