新疆春小麦新品种(系)高分子量麦谷蛋白优质亚基分析

时 佳，王 重，李剑峰，高 新，张宏芝， 王立红，王春生，张跃强，樊哲儒，陈勋基

(1.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农作物生物技术重点实验室，乌鲁木齐 830091； 3.新疆作物化学调控工程技术研究中心，乌鲁木齐 830091；4.农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】小麦加工质量在很大程度上取决于籽粒中主要储存蛋白的特性，高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)对小麦加工品质起着重要的调节作用，高分子量麦谷蛋白High molecular weight glutenin subunits(HMW-GS)对小麦加工品质影响显著。我国新疆气候环境特殊，受环境与遗传双重作用，在小麦品质特性表现上与我国内地和国外差异较大。研究小麦品种高分子量麦谷蛋白组成对小麦品质研究至关重要。【前人研究进展】在小麦籽粒中面筋蛋白是由谷蛋白和醇溶蛋白组成，一般占总籽粒蛋白的85%[1]。Payne等[2,3]揭示了HMW-GS对小麦品质性状的重要影响，HMW-GS占蛋白质总量的10%[4]，在确定面团弹性方面作用尤为重要[5]，显著影响小麦加工品质[6]。目前对HMW-GS的研究已经较为成熟，不同的高分子量麦谷蛋白亚基对面粉品质效应不同，Glu-A1位点上1、2*为HMW-GS优质亚基，其中1亚基与面粉的烘烤品质有关[7]，2*与沉降值，形成时间，稳定时间，拉伸面积，最大阻力等品质性状相关[8]。Glu-B1位点上7+8、17+18、13+16、14+15等为优质亚基，其中7+8对面筋指数效应明显，17+18对出粉率，面团延展性效应显著[9]，13+16对面粉的沉降值作用明显[10]，14+15与面筋强度相关[11]。Glu-D1位点上优质亚基5+10与面包烘烤品质效应显著[12]。聂迎彬等[13]通过对109份新疆冬小麦品种(系)麦谷蛋白亚基组成与品质关系的研究，发现含有(1、7+8、5+10)亚基组合有利于新疆小麦拉面品质的提高。王亮等[14]研究了新疆冬、春小麦间种区小麦品种的HMW-GS分布规律，冬、春小麦HMW-GS变异类型存在差异，其中春小麦品种HMW-GS有13种变异类型，育成品种(1、7+9、5+10)的频率较农家品种有较大提高。王子霞等[15]检测鉴定了新疆春小麦高代品系及优质品种的HMW-GS组成与分布，检测到优质亚基组合比例为16.58%，平均分为7.38分。【本研究切入点】目前对近年新疆春小麦新品种(系)包括引进CIMMYT材料HMW-GS的变异类型和频率的研究还没有相关报道。需分析新疆春小麦新品种(系)高分子量麦谷蛋白优质亚基。【拟解决的关键问题】检测分析192份新疆春小麦新品种(系)及引进CIMMYT育种材料的HMW-GS，研究新疆春小麦新品种(系)及育种材料中HMW-GS亚基分布规律及选择趋势，筛选出含有优质亚基的骨干材料作为育种亲本，为新疆春小麦优质强筋品质改良提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

以192份春小麦新品种(系)为供试材料，其中包括春小麦新品种38份，春小麦新品系材料52份以及新引进CIMMYT材料102份。以中国春(Null、7+8、2+12)为对照，试验种子由新疆农业科学院核技术生物技术研究所小麦育种与栽培研究室提供。

1.2 方 法

1.2.1 HMW-GS提取

采用纪军方法[16]提取HMW-GS。

1.2.2 SDS-PAGE凝胶电泳分离蛋白

使用Solarbio试剂盒制备SDS-PAGE凝胶，制胶浓度为13%的分离胶，5%浓缩胶，上样量为5 μL，30 mA恒流电泳10 h。

1.2.3 固定、染色和脱色

电泳结束后，小心剥离凝胶，在50%冰乙酸溶液中固定10 min，在0.1%考马斯亮蓝(R-250)+40%乙醇+7%乙酸溶液中染色过夜，在蒸馏水中脱色至背景清晰。

1.2.4 HMW-GS鉴定

以中国春(Null、7+8、2+12)为对照材料，亚基的评分标准参照Payne 标准图谱[2,3]，对大多数材料SDS-PAGE结果多次比对，确保试验结果准确性。

1.3 数据处理

Microsoft Excel软件进行数据统计整理等；SPSSV.21软件数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同类型新疆春小麦种植资源的HMW-GS 变异和频率

研究表明，供试的192份材料中，高分子量麦谷蛋白亚基表现出丰富的多样性，共有13种HMW-GS等位变异，分别为1、2*、Null、13+16、14+15、17+18、22、6+8、7、7+8、7+9、2+12和5+10 ，Glu-A1位点等位变异有3种(1、2*、Null)，Null亚基频率最高，为64.06%(123份)，其次为1亚基，占21.35%(41份)，2*亚基最少，为14.58%(28份)，优质亚基频率为35.94%。Glu-B1 位点等位变异类型表现最丰富，检测到8种(13+16、14+15、17+18、22、6+8、7、7+8、7+9)，其亚基频率高低顺序为7+8(39.58%)>7(17.19%)>7+9(13.54%)>17+18(11.46%)>22(9.38%)>13+16(7.29%)>6+8(1.04%)>14+15(0.52%)；其中 7+8、17+18、14+15 和 13+16 亚基为优质亚基，频率为58.85%。Glu-D1 位点检测到2种等位变异：2+12和5+10，检测到的数量较为接近，其中优质亚基5+10亚基频率为50.52%(97份)，略高于2+12亚基频率为49.48%(95份)。

在192份供试材料中含有90份新疆春小麦新品种(系)和102份引进CIMMYT材料，在新疆春小麦新品种(系)中共检测到10种HMW-GS等位变异，少于引进CIMMYT材料的13种。Glu-A1位点优质亚基在新疆春小麦新品种(系)出现的频率为(41.11%)，高于引进材料(31.37%)。新疆春小麦品种(系)材料中Glu-B1位点等位变异类型分布较为集中，检测到5种(13+16、17+18、22、7+8、7+9)，引进材料共检测到8种(13+16、14+15、17+18、22、6+8、7、7+8、7+9)。在Glu-B1位点，新疆春小麦新品种(系)优质亚基出现的频率为77.78%，高于引进材料(40.20%)。Glu-D1位点，5+10优质亚基在新疆春小麦新品种(系)为75.56%，高于引进材料(28.43%)。图1，表1

注：1:中国春(Chinese Spring)；2:37ESWYT-127；3: 37ESWYT-128；4: 37ESWYT-129；5: 37ESWYT-130；6: 37ESWYT-131；7: 37ESWYT-132；8: 37ESWYT-133；9: 37ESWYT-134；10: 37ESWYT-135；11: 37ESWYT-136；12: 37ESWYT-137

表1 高分子量谷蛋白亚基的组成及分布频率Table 1 The compositions and frequencies of high molecular weight gluten in subunits

2.2 不同类型新疆春小麦种质资源的HMW-GS组合形式及品质评分

研究表明，在192份供试材料中共检测到32种亚基组合类型，其中以Null、7+8、5+10组合占比最高，为17.71%。在新疆春小麦新品种(系)中共检测到14种亚基组合，其中Null、7+8、5+10亚基所占频率最高，为37.78%，其次为1、7+8、5+10亚基，占14.44%，Null、7+8、2+12和2*、7+9、5+10出现频率分别为12.22%和6.67%，其余亚基组合类型所占频率在1.11%～5.56%。引进材料中共检测到24种亚基组合类型，其中Null、7、2+12和Null、17+18、2+12亚基组合占比最高，均为14.71%，其次为Null、7+9、2+12、Null、7、5+10和Null、22、2+12亚基出现的频率分别为8.82%、6.86%和6.86%。其余19个亚基组合出现频率在0.98%～4.90%，引进材料中高分子量麦谷蛋白亚基组合形式具有较高的多样性。

品质评分的平均得分为7.04分，品质平均分表现为新疆春小麦新品种(系)(8.12分)高于引进材料(6.09分)。评分为10分的材料有25份，占13.02%，其中引进品种有5个，占4.90%，分别为48IBWSN-1139、15HTWYT-2、15HTWYT-23、15HTWYT-24、15HTWYT-44，其亚基组合类型分别为(2*、7+8、5+10)1个、(2*、17+18、5+10)4个；新疆春小麦新品种(系)20个(22.22%)，包括新疆春小麦品种8个，分别为新春17号、新春21号、新春23号、新春27号、新春37号、新春44号、新春47号和核春137，其余为新疆春小麦新品系材料12份。评分在8分以上达到强筋品种的材料有90份，可作为后期育种工作的骨干亲本，其表现为新疆春小麦新品种(系)(77.78%)>引进材料(25.49%)，新疆近年来更加注重优质强筋春小麦品种选育，育成的品种中优质亚基含量较高。表2

表2 不同亚基组合类型的分布及品质评分Table 2 Distribution and quality score with different subunits

3 讨 论

按照Payne等[14]提出的的品质评分标准对各亚基组合进行评分，鉴定高分子量麦谷蛋白的组成，不仅是对小麦种质资源的评估，也是提高小麦品种品质的重要途径[17,18]。研究中，Glu-A1位点上优质亚基分布频率表现为新疆春小麦新品种(系)(41.11%)>引进CIMMYT材料(31.37%)。

Glu-B1位点上优质亚基14+15、6+8亚基只在引进CIMMYT材料中检测到，其中14+15亚基是小麦面筋强度的优质亚基[11]，建议进一步将其引入到新疆品种中。Glu-B1位点亚基在新疆春小麦品种(系)分布类型较少，只检测到5种，其中7+8的分布频率达到75.56%，显著高于其它亚基类型，可能是近年来在新疆小麦育种中对Glu-B1位点的优质亚基选择较多，在7+8优质亚基的选择上针对性较强。刘丽等[19]研究表明，7+8与17+18对小麦加工品质的效应基本相等。王建军等[2]研究表明，7+8亚基在颗粒度和面筋指数上的贡献显著高于17+18，而17+18对于出粉率的影响明显大于7+8亚基[20]，因此，考虑到面粉配比因素，以后在育种工作中也可加大对17+18亚基的选择。5+10亚基对小麦加工品质效应显著高于2+12，且在各位点中表现为Glu-D1>Glu-A1>Glu-B1[13]，可见5+10亚基的选择对优质强筋小麦育种具有直接贡献。Glu-D1位点上优质亚基分布表现为新疆春小麦品种(系)(75.56%)>引进CIMMYT材料(28.43%)。

2008年王子霞等[15]对199份新疆春小麦高代品系麦谷蛋白亚基组成进行了研究，检测到21个亚基组合，其中评分得10分的亚基组合频率为16.58%。研究共检测到32种亚基组合，新疆春小麦新品种(系)评分10分的亚基组合频率为22.22%，可见12年来育种工作丰富了新疆春小麦新品种(系)种质资源中的谷蛋白亚基组合，并且在提高品质方面成效显著，这一现象与近年来在宁夏[20]、云南[21]的研究较为一致。

全部材料中共检测到32种亚基组合，其中新疆春小麦品种(系)检测到14种亚基组合，在引进材料中检测到24种亚基组合，在2部分材料中均检测到的亚基组合有6种，只在新疆春小麦品种(系)中检测到的亚基组合有8种，分别为(1、17+18、5+10)、(1、22、5+10)、(1、7+8、5+10)(1、7+9、5+10)、(2*，7+9，2+12)、(2*，7+9，5+10)、(Null、7+8、5+10)、和(Null、7+9、5+10)；只在引进材料中检测到的亚基组合有18种，其中包括评分在8分以上达到中强筋的组合分别为(1、13+16、2+12)、(1、17+18、2+12)(1、6+8、5+10)、(2*，7+8，2+12)、(Null、13+16、5+10)和(Null、14+15、2+12)。引进的15HTWYT-18材料为(Null、14+15、2+12)组合，在Glu-B1位点含有与面筋强度高度相关的14+15优质亚基[6]类型，可作为含有Glu-B1位点的14+15亚基[22]的骨干亲本，为新疆优质春小麦育种工作提供优异的种质资源。此外，引进品种15HTWYT-19、15HTWYT-50、45IB-121、37ESWYT-102、37ESWYT-137、37ESWYT-149和37ESWYT-150在2个位点上含有优质亚基且Glu-1B1位点含有13+16亚基，品质评分均为8分，建议在以面团延展性和Zeleny沉降值作为指标时优先选择作为亲本[10]，以丰富新疆地区高分子量谷蛋白亚基种类。48IBWSN-1139、15HTWYT-2、15HTWYT-23、15HTWYT-24、新春21号和新春23号品质评分均为10分，且在Glu-1B1位点含有17+18亚基，在以面团强度作为品质指标时可作为供体亲本。

4 结 论

192份新疆春小麦品种(系)中谷蛋白亚基种类丰富，且在两类春小麦品种(系)中具有鲜明特点，新疆春小麦新品种(系)较引进CIMMYT材料谷蛋白优质亚基更多。品质评分平均分为7.04分，其中新疆春小麦近年育成的新品种(系)表现出品质评分较高，平均分为8.12分，明显高于引进CIMMYT材料，品质评分平均为6.09分。共检测到品质评分为10分的材料25份，可作为骨干亲本。