浙南小麥核心育種親本高分子量谷蛋白亞基組成分析

劉永安，潘彬榮，岳高紅，梅喜雪，許立奎，* ，張宗宸，周志輝

(1.浙南作物育種重點實驗室，浙江 溫州 325006; 2.溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 作物研究所，浙江 溫州 325006)

小麥醇溶蛋白和谷蛋白為小麥種子的主要儲藏蛋白[1]，二者分別賦予小麥面團延展性和彈性[2-3]。由于這種特殊的延彈性，使小麥面團具有與水稻、玉米等谷物不同的加工品質(zhì)，可用其加工成面包、饅頭、面條、包子、餃子、餅干、麥餅等食品。小麥谷蛋白可分為高分子量谷蛋白亞基(high molecular weight glutenin subunit，HMW-GS)和低分子量谷蛋白亞基(low molecular weight glutenin subunit，LMW-GS)。雖然HMW-GS含量占小麥籽粒蛋白質(zhì)總含量的比例不大(約12%)，但其對食品的加工品質(zhì)卻有較大影響，尤其是對面包加工品質(zhì)的影響最為明顯，其貢獻率達到70%左右[2]。在不同的小麥品種之間，HMW-GS具有豐富的多態(tài)性，因而不同的小麥品種適合加工的食品種類也不相同。研究表明，含有5+10亞基的小麥品種，其面包加工品質(zhì)較優(yōu)[4-5]，含有Null/7+8/2+12、1/7+8/2+12亞基的小麥品種，其饅頭加工品質(zhì)較優(yōu)[6]；含有Null/7+8/2+12、1/7+8/4+12和1/7+8/5+10亞基的小麥品種，其面條加工品質(zhì)較優(yōu)[7]。

小麥為浙南地區(qū)重要的冬種旱糧作物，人們通常用其加工成麥餅、素面等食品。發(fā)展小麥生產(chǎn)可以減少冬天季節(jié)性撂荒的耕地面積，進而穩(wěn)定糧食產(chǎn)量，保障糧食安全。隨著農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的進行，人們不但重視小麥的單產(chǎn)，而且對小麥的加工品質(zhì)也更加重視。為了對浙南小麥資源的品質(zhì)遺傳背景有初步認識，本研究對浙南小麥核心親本的HMW-GS組成進行分析，以期為選育適宜麥餅、素面等食品專用小麥品種提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

供試小麥親本有28份，包括14份揚麥系列品種和4份溫麥系列品種(系)，及其他小麥品種(表1)。這些小麥品種(系)在浙南地區(qū)分別在高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)等方面表現(xiàn)突出，因此將它們作為小麥育種核心親本。各供試品種(系)于2016年12月6日在溫州市種子種苗科技園采用壟作模式進行播種(壟面寬2.0 m，溝寬0.3 m)，每品種(系)播種15行，不同品種(系)間隔1行。分別在苗期、孕穗期和蠟熟期去除雜株，其他管理措施同大田。各供試品種(系)統(tǒng)一在2017年5月8日收獲，為避免品種(系)間發(fā)生雜交，各供試品種(系)僅收獲中間5行的中間1.0 m典型植株種子以供本研究之用。

1.2 實驗方法

1.2.1 HMW-GS的提取

HMW-GS的提取參照劉廣田等[8-10]的方法，并略有改動。用干凈刀片切取1/3～1/2粒小麥種子，放入一個預(yù)先準確稱量(精度為0.001 g)的1.5 mL離心管中，再稱量以計算樣品的質(zhì)量；然后往離心管中放入1粒直徑為4.0 mm的鋼珠，于高通量組織研磨儀上1 500次·min-1研磨3 min；每1 mg加25 μL蛋白質(zhì)提取液[70 mmol L-1Tris-HCl，2%(體積分數(shù))β-巰基乙醇，2%(體積質(zhì)量) SDS，20%(體積分數(shù))甘油，0.005%(體積質(zhì)量)溴酚蘭]，于蝸旋混勻器上充分混勻；沸水浴10 min，取出冷卻至室溫，9 500g離心10 min，取上清液上樣。

1.2.2 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)

采用雙板夾芯式垂直電泳槽(北京六一 DYCZ-30C)和DYY-8C型電泳儀，濃縮膠濃度為3%，分離膠濃度為8%，二者交聯(lián)度均為3.33%，凝膠厚度為1 mm。每塊膠有25孔，每孔上樣量為5 μL，50 V恒壓過夜，溴酚藍跑出凝膠后即停止電泳。

1.2.3 染色

參考吳遠雙等[11]和鄭玉姝等[12]的考馬斯亮藍快速染色法，略有改動。電泳結(jié)束后取出凝膠，用蒸餾水沖洗干凈，置于塑料保鮮密封盒內(nèi)，加入染色液[45%(體積分數(shù))甲醇，10%(體積分數(shù))醋酸，0.2%(體積質(zhì)量)考馬斯亮藍R-250]并沒過凝膠，蓋好密封蓋并于微波爐中加熱至沸騰；于微波爐內(nèi)保溫10～15 min，其間每隔2～3 min搖動1次，倒掉染色液，用蒸餾水沖洗1次；再加入適量蒸餾水，于微波爐中加熱至沸騰，于微波爐內(nèi)保溫，其間每隔2～3 min搖動1次，直至背景清晰。

1.2.4 HMW-GS組成分析

以中國春(Chinese spring，CS)作為對照，各品種(系)亞基組成分析采用Payne等[13]建立的系統(tǒng)。每供試品種(系)取3粒種子進行檢測，如果3粒種子的結(jié)果不一致，則取第4粒及更多種子進行檢測，以重復(fù)出現(xiàn)3次的結(jié)果為準。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥高分子量谷蛋白亞基及其概率

從28份核心育種親本的高分子量谷蛋白亞基組成可以看出，本研究共檢測出8種亞基類型(圖1、表1、表2)。其中，Glu-A1位點具有Null和1兩種類型，所占比例分別為57.14%和42.86%；Glu-B1位點具有4種類型(7+8、7+9、17+18和13+16)，所占比例分別為67.86%、25.00%、3.57%和3.57%；Glu-D1位點具有2+12和5+10兩種類型，所占比例分別為96.43%和3.57%。

2.2 小麥高分子量谷蛋白亞基組成及其概率

在28份核心育種親本中，揚輻麥4號、揚麥10號、揚麥17號、揚麥18號、揚麥21號、揚麥24號、生選6號、蘇農(nóng)科Y14、蘇麥188、溫麥8號、溫麥10號等11份材料含1/7+8/2+12亞基組合，所占比例最大，為39.29%；揚麥11號、揚麥12號、揚麥15號、南農(nóng)9918、華麥8號、鄭麥9023、溫麥9號、溫麥143等8份材料含Null/7+8/2+12亞基組合，所占比例為28.57%；揚麥16號、揚麥19號、揚麥20號、揚麥22號、揚麥23號、青紫1號、華麥5號等7份材料含Null/7+9/2+12亞基組合，所占比例為25.00%；寧春4號和藍粒小麥所含的亞基組合分別為1/17+18/5+10和Null/13+16/2+12，所占比例均為3.57%(圖1、表1、表3)。

3 討論

小麥HMW-GS的優(yōu)劣性是相對的，之前的很多研究普遍將1亞基、5+10亞基列為優(yōu)質(zhì)亞基，其實這主要是針對面包的烘烤品質(zhì)而定的[14-19]。在我國，小麥的主要用途是制作饅頭、溫麥10號、浙豐2號、揚麥10和揚麥13[21]。其中，浙北地區(qū)以揚麥系列品種為主，而浙南地區(qū)以溫麥10號為主。在實際生產(chǎn)中，雖然揚麥18號、揚麥19號、揚麥20號等揚麥品種的單位面積產(chǎn)量高于溫麥10號，但浙南地區(qū)的農(nóng)戶仍偏好溫麥10號。據(jù)調(diào)查，農(nóng)戶偏好溫麥10號原因是該品種的素面加工品質(zhì)優(yōu)于多個揚麥品種。從本研究的結(jié)果來看，揚麥16、揚麥19、揚麥20、揚麥22、揚麥23等品種在Glu-B1位點具有7+9亞基，溫麥10號在該位點具有7+8亞基，而7+8亞基的面條加工品質(zhì)優(yōu)于7+9亞基[7]，這可能是溫麥10號素面加工品質(zhì)優(yōu)于揚麥品種的原因之一。

表1 供試小麥品種(系)高分子量谷蛋白亞基組成

表2 供試小麥品種(系)HMW-GS的等位基因變異及概率

面條、包子、水餃等食品，而用于制作面包所占的比例相對較小。由于我國幅員遼闊，不同地域的人們對饅頭、面條等食品品質(zhì)的偏好也不相同。如我國北方偏好口感較硬而有勁道的硬式饅頭，而南方則偏好口感較軟易嚼的軟式饅頭，即便是我國南方，不同省份或地區(qū)對饅頭的品質(zhì)也有不同的偏好[20]，其他種類的食品也是如此。因此，一個小麥品種品質(zhì)的優(yōu)劣是對不同地區(qū)、不同食品而言的，即適合的品種才是優(yōu)質(zhì)品種。

目前，浙江省小麥種植面積排前9位的品種分別為揚麥20、揚麥12、揚麥19、揚麥18、揚麥158、在溫麥系列品種中，溫麥9號的素面加工品質(zhì)優(yōu)于溫麥10號，用其加工成的素面不易煮斷，煮好后保持良好口感的時間也較長。在溫麥10號等品種的面粉中加入部分溫麥9號面粉，其素面加工品質(zhì)亦有所提高。本研究的結(jié)果表明，溫麥9號在Glu-A1位點具有Null亞基，溫麥10號在該位點具有1亞基，而Null亞基面條的加工品質(zhì)優(yōu)于1亞基[7]，這可能是溫麥9號的素面加工品質(zhì)優(yōu)于溫麥10號的一個原因，具體原因還需進一步研究。

1，中國春；2，揚輻麥4號；3，揚麥10號；4，揚麥11號；5，揚麥12號；6，揚麥15號；7，揚麥16號；8，揚麥17號；9，揚麥18號；10，揚麥19號；11，揚麥20號；12，揚麥21號；13，揚麥22號；14，揚麥23號；15，揚麥24號；16，南農(nóng)9918；17，生選6號；18，蘇農(nóng)科Y14；19，青紫1號；20，寧春4號；21，藍粒小麥；22，華麥5號；23，華麥8號；24，蘇麥188；25，中國春。1, CS; 2, Yangfumai No.4; 3, Yangmai No.10; 4, Yangmai No.11; 5, Yangmai No.12; 6, Yangmai No.15; 7, Yangmai No.16; 8, Yangmai No.17; 9, Yangmai No.18; 10, Yangmai No.19; 11, Yangmai No.20; 12, Yangmai No.21; 13, Yangmai No.22; 14, Yangmai No.23; 15, Yangmai No.24; 16, Nannong 9918; 17, Shengxuan No.6; 18, Sunongke Y14; 19, Qingzi No.1; 20, Ningchun No.4; 21, Lanli wheat; 22, Huamai No.5; 23, Huamai No.8; 24, Sumai 188; 25, CS.圖1 部分供試小麥品種(系)高分子量谷蛋白亞基SDS-PAGE電泳圖譜Fig.1 SDS-PAGE electrophoresis of HMW-GS of partial tested wheat cultivars (lines)

表3 供試小麥品種(系)的HMW-GS組成及概率