Wx-1基因變異和優(yōu)質(zhì)HMW-GS組合對中筋小麥品質(zhì)的影響

方正武，宋歸華，張迎新，馬東方，王書平，高德榮，2

(1.長江大學農(nóng)學院/主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北荊州 434025； 2.江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所，江蘇揚州 225007)

HMW-GS是小麥面筋蛋白的重要組成部分，對小麥蛋白質(zhì)品質(zhì)、面團流變學特性及終產(chǎn)品加工品質(zhì)有重要影響。目前較為一致的研究結(jié)果是Glu-D1位點的5+10亞基對面筋質(zhì)量、面團強度的影響效應(yīng)最大，對小麥品質(zhì)具有顯著正向效應(yīng)[1-3]。大量研究結(jié)果表明，小麥籽粒中直鏈淀粉含量對淀粉的糊化特性、面條的加工品質(zhì)具有重要影響，適當降低籽粒中直鏈淀粉含量可顯著提高面粉的糊化特性，改善面條光滑性、粘彈性等感官品質(zhì)參數(shù)[4-6]。Wx基因編碼的Wx蛋白是控制小麥籽粒中直鏈淀粉合成的關(guān)鍵酶[7]，利用Wx基因缺失變異可減少籽粒中直鏈淀粉含量，提高淀粉和面條加工品質(zhì)[8-9]。

目前，對中筋小麥品質(zhì)改良主要集中于蛋白品質(zhì)的改良，對淀粉品質(zhì)改良的研究較少，關(guān)于同時提高蛋白質(zhì)和淀粉品質(zhì)，選育優(yōu)質(zhì)面條專用小麥的研究鮮有報道。本研究以鎮(zhèn)麥9號(1/7+9/5+10，AABBDD)和揚糯1號(1/7+9/2+12，aabbdd)為親本雜交后代F5株系中分離純化的2個品系(1/7+9/5+10，aaBBDD和1/7+9/5+10，AABBdd)為試驗材料，研究優(yōu)質(zhì)HMW-GS 5+10及Wx基因缺失對小麥理化品質(zhì)及面條加工品質(zhì)的改良效應(yīng)，并闡明5+10亞基和不同Wx基因變異對中筋小麥品質(zhì)改良的作用，為我國中筋小麥品質(zhì)育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料與田間試驗

以Wx-A1缺失型品系1(aaBBDD)和Wx-D1缺失型品系2(AABBdd)以及親本鎮(zhèn)麥9號(AABBDD，母本)和揚糯麥1號(aabbdd，父本)為試驗材料。2個近等基因系的HMW-GS組成與親本鎮(zhèn)麥9號相同，均為1/7+9/5+10類型，揚糯麥1號的HMW-GS組成為1/7+9/2+12。試驗材料于2016-2017年在揚州(沙壤土)和高郵(黏土)兩地種植，采用里下河小麥小區(qū)播種機播種，播種密度225×104株·hm-2，行距27 cm，小區(qū)面積6.67 m2，兩地均設(shè)置2個重復(fù)，采用常規(guī)大田模式進行管理。

1.2 HMW-GS及Wx蛋白組成鑒定

HMW-GS組成參照張延濱等[10]的方法進行鑒定。Wx蛋白提取參考徐兆華等[11]的方法，SDS-PAGE電泳參考王子寧等[12]的方法，凝膠銀染參考潘志芬等[13]的方法。

1.3 品質(zhì)測定方法

小麥籽粒成熟后收獲晾干，采用瑞典Perten公司生產(chǎn)的DA7200固定光柵連續(xù)光譜近紅外品質(zhì)分析儀測定籽粒蛋白質(zhì)含量。參照AACC 26-20方法，用瑞典BUHLER實驗?zāi)ツシ邸２捎肞erten 2200 型面筋洗滌儀，按照GB/T14606-93測定濕面筋含量，并計算面筋指數(shù)。SDS沉淀值按照AACC 56-61A(AACC，1995)測定，結(jié)果換算成14%濕基條件下的沉淀值。采用Brabender 810104 型電子粉質(zhì)儀，按照AACC 54-21方法測定粉質(zhì)參數(shù)面團形成時間、穩(wěn)定時間。采用紫外分光光度計，參考田紀春[14]的方法測定直鏈淀粉含量和支鏈淀粉含量，并計算總淀粉含量和直/支鏈淀粉含量比值。面粉糊化參數(shù)利用澳大利亞Newport Scientific公司RVA-super 3型快速粘度儀，參照田紀春[14]的方法測得。參考McCormick等[15]的方法測定膨脹勢。

1.4 面條制作與品質(zhì)評價

參照張 艷等[16]的方法進行面條制作和感官評價，并采用英國Stable Micro Systems 公司生產(chǎn)的物性測定儀測定煮熟面條的質(zhì)構(gòu)特性[17-18]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2013進行數(shù)據(jù)整理，采用IBM SPSS Statistics 22軟件進行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試材料的HMW-GS與Wx蛋白組成類型鑒定

經(jīng)HMW-GS電泳鑒定(圖1)，揚糯麥1號HMW-GS組成為1/7+9/2+12，鎮(zhèn)麥9號、品系1和品系2的HMW-GS組成為1/7+9/5+10。

以本研究團隊提供的已知基因型的8種Wx基因變異類型為參考，鑒定供試材料的Wx基因型(圖2)。揚糯麥1號Wx基因型為aabbdd，鎮(zhèn)麥9號Wx基因型為AABBDD，兩個Wx基因近等基因系的基因型分別為aaBBDD和AABBdd。

圖1 2個高代系及親本的HMW-GS電泳圖譜

泳道1～8：Wx基因變異8種基因型AABBDD、aaBBDD、AAbbDD、AABBdd、aabbDD、aaBBdd、AAbbdd、aabbdd)；M:Marker；9:揚糯麥1號(aabbdd)；10:鎮(zhèn)麥9號(AABBDD)；11:品系1；12:品系2。

2.2 改良品系及親本的蛋白質(zhì)、濕面筋含量及SDS沉淀值比較

對兩試點的2個改良品系和親本的蛋白質(zhì)、濕面筋含量和SDS沉淀值的方差分析見表1，結(jié)果表明，地點對濕面筋含量存在極顯著影響，對蛋白質(zhì)含量和SDS沉淀值無顯著影響?；蛐蛯Φ鞍踪|(zhì)含量無顯著影響，對濕面筋含量和SDS沉淀值存在顯著影響。地點與基因型互作對蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和SDS沉淀值均無顯著影響。

由表2可知，鎮(zhèn)麥9號、揚糯麥1號、品系1及品系2的蛋白質(zhì)含量無顯著差異。鎮(zhèn)麥9號濕面筋含量最高，揚糯麥1號、品系1和品系2的濕面筋含量無顯著差異。揚糯麥1號的SDS沉淀值顯著低于鎮(zhèn)麥9號、品系1和品系2，且品系1和品系2的SDS沉淀值與鎮(zhèn)麥9號無顯著差異。

2.3 改良品系及其親本粉質(zhì)參數(shù)比較

地點對面團吸水率無顯著影響，對面團形成時間、穩(wěn)定時間存在極顯著影響?；蛐蛯γ鎴F吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間均存在極顯著影響。地點與基因型互作對面團形成時間和穩(wěn)定時間存在極顯著影響，對面團吸水率無顯著影響(表1)。

潘金蓮作為《金瓶梅》中的第一女主角，對其進行分析的文章汗牛充棟。批評家對潘金蓮的態(tài)度由最開始的深惡痛絕，到后來的深表同情，直至最終保持客觀的評論，可以說是一個不斷從表層向深層理解的過程。潘金蓮是一個典型環(huán)境下的典型人物，她追求一切的欲望，小說中許多人物或多或少都有潘金蓮的影子。

由表3可知，鎮(zhèn)麥9號和揚糯麥1號吸水率較高，品系1和品系2吸水率顯著低于其親本，且品系1吸水率顯著低于品系2。品系1和品系2的面團形成時間顯著高于揚糯麥1號，且品系2的形成時間顯著高于品系1，但2個品系的形成時間均顯著低于鎮(zhèn)麥9號。品系2的面團穩(wěn)定時間最長，其次是鎮(zhèn)麥9號和品系1，揚糯麥1號面團穩(wěn)定時間最短，且4個材料間差異顯著。

表1 改良品系及其親本理化品質(zhì)及面條品質(zhì)的方差分析Table 1 Variance analysis of wheat physicochemical properties and end-use quality of improved lines and parents

*:P<0.05; **:P<0.01.

表2 改良品系及其親本蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和SDS沉淀值的多重比較Table 2 Multiple comparisons of protein content, wet gluten content and SDS sedimentation value of the improved lines and their parents

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。下表同。

Different small letters in same column show significant differences at 0.05 level. The same in tables 3-7.

表3 改良品系及其親本面團粉質(zhì)參數(shù)的多重比較Table 3 Multiple comparisons of farinograph parameters of the improved lines and their parents

2.4 改良品系及其親本的淀粉含量分析

地點對直鏈淀粉含量及直/支比無顯著影響，對支鏈淀粉含量存在顯著影響，對總淀粉含量存在極顯著影響?；蛐蛯χ辨湹矸邸⒅ф湹矸?、總淀粉含量和直/支比均存在極顯著影響。地點與基因型互作對直鏈淀粉、支鏈淀粉、總淀粉含量和直/支比均無顯著影響(表1)。

表4結(jié)果表明，揚糯麥1號的直鏈淀粉含量最低且顯著低于其他基因型；鎮(zhèn)麥9號直鏈淀粉含量最高，且顯著高于品系1與品系2，兩個品系間無顯著差異。揚糯麥1號支鏈淀粉含量顯著高于其他3種材料，品系1、品系2與鎮(zhèn)麥9號支鏈淀粉含量無顯著差異。揚糯麥1號總淀粉含量顯著低于其他3種材料，品系1與品系2總淀粉含量無顯著差異，二者均顯著低于鎮(zhèn)麥9號。鎮(zhèn)麥9號的直/支比最大，且顯著高于其他材料，其次是品系1和品系2，揚糯麥1號的直/支比最小，比值接近于零。

表4 改良品系及其親本籽粒淀粉各組分含量的多重比較Table 4 Multiple comparisons of starch content of the improved lines and their parents

2.5 改良品系及其親本的面粉糊化特性及膨脹勢分析

地點對低谷黏度和回生值存在顯著影響，對峰值黏度、稀懈值、最終黏度和膨脹勢無顯著影響?；蛐蛯λ蠷VA參數(shù)及膨脹勢均存在極顯著影響。地點與基因型互作對峰值黏度、低谷黏度和最終黏度存在極顯著影響，對稀懈值和回生值影響顯著，對膨脹勢無顯著影響(表1)。

由表5可知，品系2峰值黏度最高，且顯著高于其他3種材料；鎮(zhèn)麥9號峰值黏度最低，顯著低于品系1與品系2。品系2與鎮(zhèn)麥9號低谷黏度最大，其次是品系1，揚糯麥1號低谷黏度最小。稀懈值表現(xiàn)為揚糯麥1號>品系2>品系1>鎮(zhèn)麥9號，鎮(zhèn)麥9號的稀懈值顯著小于品系2，與品系1無顯著差異。最終黏度與回生值均表現(xiàn)為鎮(zhèn)麥9號和品系1最大，且兩者間無顯著差異，其次是品系2，揚糯麥1號的最終黏度與回生值最小。揚糯麥1號膨脹勢最高，其次是品系2，兩者差異顯著。鎮(zhèn)麥9號和品系1的膨脹勢無顯著差異，且均顯著低于品系2和揚糯麥1號。

表5 改良品系及其親本RVA參數(shù)及膨脹勢的多重比較Table 5 Multiple comparisons of RVA parameters and swelling power of improved lines and their parents

2.6 改良品系及其親本的面條感官品質(zhì)分析

地點及地點與基因型互作對面條感官品質(zhì)評價指標均無顯著影響?；蛐蛯γ鏃l色澤、表面狀況、軟硬度、光滑性、食味和總分均存在極顯著影響，對面條粘彈性存在顯著影響(表1)。

由表6可知，鎮(zhèn)麥9號、品系1和品系2在表面狀況、色澤和食味上均無顯著差異，但均顯著高于揚糯麥1號。品系1和品系2面條軟硬度評分較高，與鎮(zhèn)麥9號和揚糯麥1號均差異顯著。品系1和品系2的光滑性和總評分均高于兩親本，且品系2的面條光滑性評分和總評分與鎮(zhèn)麥9號和揚糯麥1號間的差異達顯著水平。在面條粘彈性上，鎮(zhèn)麥9號最高，揚糯麥1號最低，二者差異顯著。

表6 改良品系及其親本面條感官品質(zhì)評分的多重比較Table 6 Multiple comparisons of noodles sensory evaluation of the improved lines and their parents

2.7 改良品系及其親本的面條質(zhì)構(gòu)特性分析

地點對面條硬度、粘性、咀嚼性和回復(fù)性存在極顯著影響，對彈性和內(nèi)聚性無顯著影響?；蛐蛯τ捕?、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性和回復(fù)性存在極顯著影響，對粘性存在顯著影響。地點與基因型互作對硬度存在極顯著影響，對內(nèi)聚性和回復(fù)性存在顯著影響，對粘性、彈性和咀嚼性無顯著影響(表1)。

由表7可知，鎮(zhèn)麥9號面條硬度最大，其他依次為品系1、品系2和揚糯麥1號。面條粘性在鎮(zhèn)麥9號、揚糯麥1號、品系1和品系2間無顯著差異。揚糯麥1號面條彈性最高，顯著高于鎮(zhèn)麥9號、品系1和品系2，后3者間無顯著差異。面條內(nèi)聚性在鎮(zhèn)麥9號、揚糯麥1號和品系1間無顯著差異，且均顯著低于品系2。鎮(zhèn)麥9號面條咀嚼性數(shù)值最大，顯著高于其他材料，揚糯麥1號咀嚼性最低，且顯著低于其他3種材料。品系2面條回復(fù)性最高，顯著高于其他材料，鎮(zhèn)麥9號和品系1的面條回復(fù)性較小，且兩者間無顯著差異。

表7 改良品系及其親本熟面條TPA參數(shù)的多重比較Table 7 Multiple comparisons of TPA parameters of noodles of the improved lines and their parents

3 討 論

3.1 優(yōu)質(zhì)亞基5+10與蛋白質(zhì)含量及質(zhì)量的關(guān)系

楊 丹等[19]和謝科軍等[20]的研究表明，相對于2+12亞基，5+10亞基能顯著提高蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和SDS沉淀值。也有研究認為，5+10亞基對SDS沉淀值具有顯著正向效應(yīng)，但對蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量無顯著影響[10,21-22]。本研究中，含5+10亞基的品系1和品系2與含2+12亞基的揚糯麥1號在蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量上均無顯著差異，而品系1與品系2的SDS沉淀值顯著高于揚糯麥1號，這與張延濱等[10]、李保云等[21]和楊芳萍等[22]的研究結(jié)果一致。說明5+10亞基可顯著提高蛋白質(zhì)質(zhì)量，對蛋白質(zhì)數(shù)量無顯著影響。

本研究結(jié)果表明，含5+10亞基的品系1與品系2的形成時間與穩(wěn)定時間均顯著高于含2+12亞基的揚糯麥1號，這與謝科軍等[20]和馬小樂等[23]研究結(jié)果一致。含2+12亞基的揚糯1號面團吸水率顯著高于含5+10亞基的品系1與品系2，這可能與揚糯麥1號淀粉中幾乎不含直鏈淀粉有關(guān)[24]。有研究表明，5+10亞基與2+12亞基對面團形成時間和穩(wěn)定時間的效應(yīng)無顯著差異[25]，說明5+10亞基在不同遺傳背景下的品質(zhì)效應(yīng)存在差異。

3.2 Wx基因變異與淀粉含量的關(guān)系

前人研究結(jié)果表明，Wx基因單缺失型非糯小麥直鏈淀粉含量降低1.5%～2.9%[26]，姚金保等[27]認為，Wx基因單缺失可降低直鏈淀粉含量3.3%～7.2%，于春花等[9]研究結(jié)果表明，Wx基因單缺失可降低直鏈淀粉含量2.2%～3.6%，這說明在不同遺傳背景下，相同Wx基因單缺失對直鏈淀粉含量的影響程度不同。本研究結(jié)果表明，Wx-A1及Wx-D1基因單缺失可分別降低直鏈淀粉含量1.5%和2.5%，雖然品系2直鏈淀粉含量低于品系1，但兩者間無顯著差異。翟紅梅[28]研究結(jié)果也表明，Wx基因3個位點控制直鏈淀粉合成的效應(yīng)不同，其效應(yīng)大小為Wx-B1>Wx-A1>Wx-D1，但三者單缺失型在直鏈淀粉含量上無顯著差異。在本研究中，揚糯麥1號支鏈淀粉含量顯著高于其他材料，這與翟紅梅[28]研究結(jié)果一致。也有研究表明，糯小麥支鏈淀粉含量顯著低于非糯小麥和部分糯性小麥[29-30]，導致結(jié)果差異的原因有待進一步研究。

3.3 Wx基因變異與淀粉糊化特性及膨脹勢的關(guān)系

本研究結(jié)果表明，揚糯麥1號峰值黏度顯著高于非糯型小麥鎮(zhèn)麥9號，這與陳東升等[31]、Ma等[32]研究結(jié)果一致。亦有研究結(jié)果表明，糯小麥峰值黏度顯著低于野生型、單缺失型和雙缺失型[33-34]。結(jié)果差異說明淀粉的糊化特性不僅受直鏈淀粉含量的影響，可能還與淀粉粒類型、比例以及非淀粉成分[35]等因素有關(guān)。前人研究結(jié)果表明，在淀粉糊化過程中，峰值粘度和稀懈值高的小麥淀粉制作的面條口感好，感官評分高[36-37]。Wx基因單缺失型與野生型在峰值黏度和稀懈值上差異不顯著[31-33]。本研究結(jié)果表明，Wx單缺失型小麥的峰值黏度和稀懈值均顯著高于非糯型鎮(zhèn)麥9號，這與Ramachandran等[38]研究結(jié)果一致，說明Wx-A1和Wx-D1單缺失對淀粉品質(zhì)影響效應(yīng)大，并顯著改善了淀粉品質(zhì)。一般認為，直鏈淀粉含量與膨脹勢大小呈顯著負相關(guān)，直鏈淀粉含量低、膨脹勢高的小麥品種制作的面條具有良好的品質(zhì)[39-40]。本研究中，膨脹勢表現(xiàn)為揚糯麥1號>品系2>品系1>鎮(zhèn)麥9號，而直鏈淀粉含量大小順序與此相反，這與前人研究結(jié)果一致[39-40]。本研究中，品系2與親本鎮(zhèn)麥9號、品系1相比，具有較低直鏈淀粉含量、較高峰值黏度、稀懈值及膨脹勢，淀粉綜合品質(zhì)表現(xiàn)較好。

3.4 Wx基因變異與優(yōu)質(zhì)亞基5+10對面條品質(zhì)的改良效應(yīng)

面條感官評分是評價煮熟面條品質(zhì)的重要手段，陳東升等[31]對以8種Wx蛋白缺失型淀粉為背景的重組粉進行面條感官品質(zhì)分析，其研究結(jié)果表明，Wx-B1和Wx-D1缺失型重組面粉的面條光滑性好，總評分最高。Tanaka等[41]研究結(jié)果表明，Wx-A1或Wx-B1單缺失能在一定程度上提高面條的彈性和光滑性。關(guān)于5+10亞基對面條品質(zhì)影響效應(yīng)方面，Yamauchi等[42]研究結(jié)果表明，含有5+10亞基的近等基因系制作的面條具有更好的彈性，張影全等[43]認為，就對煮熟面條的硬度和粘性的貢獻而言，5+10>2+12。本研究中，揚糯麥1號在表面狀況和色澤上表現(xiàn)較差，不宜直接制作面條，這與前人研究結(jié)果一致[9,31]。品系1與品系2的面條硬度和軟硬度評分顯著高于揚糯麥1號，說明5+10亞基對面條的硬度存在顯著正向效應(yīng)。品系1與品系2的面條硬度低于鎮(zhèn)麥9號，但其軟硬度感官評分卻顯著高于鎮(zhèn)麥9號，說明含5+10亞基的鎮(zhèn)麥9號面團筋力較強，制作的面條口感偏硬，雖然品系1與品系2的筋力也較強，但其存在Wx基因缺失，增加了面條的吸水率，適當降低了面條的硬度[28]，使煮熟面條的軟硬度適中，增加了其感官評分值。品系1、品系2與鎮(zhèn)麥9號的面條粘性和彈性無顯著差異，但由于品系1與品系2存在Wx基因缺失，其制作的面條光滑性評分高于鎮(zhèn)麥9號，其中品系2與鎮(zhèn)麥9號間的差異達顯著水平。本研究中，品系2的面條感官總評分最高，顯著高于鎮(zhèn)麥9號和揚糯麥1號，說明同時利用Wx基因缺失和優(yōu)質(zhì)HMW-GS組合可顯著改良中筋小麥面條品質(zhì)。

4 結(jié) 論

品系1與品系2的蛋白質(zhì)相關(guān)指標與鎮(zhèn)麥9號相近，但顯著優(yōu)于揚糯麥1號。相較于鎮(zhèn)麥9號，品系1與品系2的直鏈淀粉含量分別降低了1.5%和2.5%，其峰值黏度和稀懈值均顯著高于鎮(zhèn)麥9號，膨脹勢也高于鎮(zhèn)麥9號。具有5+10亞基和Wx-D1缺失型的品系2具有較高的SDS沉淀值、面團形成時間和穩(wěn)定時間，同時具有較低直鏈淀粉含量，較高峰值黏度、稀懈值和膨脹勢，蛋白質(zhì)和淀粉綜合品質(zhì)表現(xiàn)較好。5+10亞基顯著提高了面條質(zhì)構(gòu)參數(shù)中的硬度和咀嚼性，而Wx基因缺失顯著提高了面條的軟硬度評分和光滑性評分。具有5+10優(yōu)質(zhì)亞基和Wx-D1基因缺失的品系2面條總評分最高，顯著高于鎮(zhèn)麥9號和揚糯麥1號，其主要體現(xiàn)在適中的面條軟硬度和較好的光滑性。