新疆春小麥品種Pins基因等位變異及其對新疆拉面加工品質(zhì)的影響

相吉山，劉鵬鵬，桑偉，崔鳳娟，韓新年，聶迎彬，孔德真，鄒波，徐紅軍，穆培源

新疆春小麥品種基因等位變異及其對新疆拉面加工品質(zhì)的影響

相吉山1，劉鵬鵬2，桑偉2，崔鳳娟2，韓新年2，聶迎彬2，孔德真2，鄒波2，徐紅軍2，穆培源2

（1赤峰學(xué)院農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院/蒙東農(nóng)業(yè)生態(tài)保護與動植物資源開發(fā)利用實驗室，內(nèi)蒙古赤峰 024000；2新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所/谷物品質(zhì)與遺傳改良兵團重點實驗室，新疆石河子 832000）

【目的】檢測新疆春小麥品種等位變異分布規(guī)律，分析不同基因型春小麥品種籽粒硬度的差異，探討對春小麥品種主要品質(zhì)性狀和新疆拉面加工品質(zhì)的影響，明確籽粒硬度影響新疆拉面加工品質(zhì)的分子遺傳基礎(chǔ)及機理。【方法】以386份新疆春小麥品種資源為材料，用分子標(biāo)記檢測籽粒硬度，測定品質(zhì)性狀（籽粒性狀、磨粉品質(zhì)、面粉品質(zhì)、面團特性、淀粉糊化特性等），制作新疆拉面并進行評鑒?！窘Y(jié)果】等位變異分布規(guī)律：在新疆春小麥品種資源中，有2種等位變異，分別為（占比86.79%）、（13.21%）；有3種等位變異，分別為（64.77%）、（32.12%）和（3.11%）；有6種基因型組合，分別為（58.81%）、（25.39%）、（2.59%）、（5.96%）、（6.74%）和（0.52%）。對春小麥品種品質(zhì)性狀的影響：的籽粒蛋白含量、灰分含量、白度、濕面筋含量、Zeleny沉淀值均顯著高于；籽粒硬度、黃度（b*值）、面筋指數(shù)、峰值時間、8分鐘面積、稀懈值均顯著低于。與其他等位變異相比，的白度、濕面筋含量，的出粉率、黃度（b*值），的籽粒硬度、面筋指數(shù)均最高且達顯著差異水平。與其他基因型組合相比，的白度，的籽粒硬度、面筋指數(shù)、8分鐘面積，的淀粉稀懈值，的籽粒蛋白含量、出粉率、面粉的濕面筋含量均最高且達顯著差異水平。對新疆拉面加工品質(zhì)的影響：的拉面手感、粘彈性、總分極顯著低于；的拉面手感最好，、和的粘彈性最高；、的總分最高?！窘Y(jié)論】突變會使新疆春小麥胚乳質(zhì)地變硬、主要品質(zhì)性狀顯著升高，促進新疆拉面的拉面手感和粘彈性等性狀得到顯著改善，最終促使新疆拉面的加工品質(zhì)（總分）顯著提升；變異對新疆拉面加工品質(zhì)的影響不顯著。、是優(yōu)質(zhì)新疆拉面小麥品種品質(zhì)改良中重點選擇的基因型組合類型。

新疆春小麥；品種資源；；品質(zhì)性狀；新疆拉面

0 引言

【研究意義】籽粒硬度作為國際通用小麥（L.）分類指標(biāo)之一，是決定磨粉品質(zhì)和食品加工品質(zhì)的主要因素[1]，也是決定小麥品質(zhì)優(yōu)劣、貿(mào)易價格和最終用途的重要指標(biāo)，已成為小麥品質(zhì)改良的重要目標(biāo)性狀之一[2-3]?！厩叭搜芯窟M展】小麥籽粒硬度決定磨粉能耗、潤麥加水量和出粉率，也影響面粉色澤和灰分含量[4]。硬質(zhì)麥胚乳與麩皮的分離程度高、篩理性好、出粉率較高、面粉白度高；軟質(zhì)麥篩分效果差、出粉率較低[5]。籽粒硬度基因和（）變化會影響Puroindolin蛋白的變化，Puroindolin蛋白的變化將直接影響小麥胚乳質(zhì)地的變化。籽粒硬度基因變化的主要來源為和編碼區(qū)單核苷酸的替代、缺失或的缺失[6]。迄今為止，在普通小麥和近緣植物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了23種變異類型（[7-18]）和31種變異類型（[7,9-10,13-14,19-26]、[27]、[28]、[29]、、和[18]），其中，（野生型）是中國小麥最為常見的變異類型[22]。目前，研究一致認(rèn)為，普通小麥的不表達、或發(fā)生突變，均會導(dǎo)致小麥胚乳質(zhì)地變硬[2,30]。新疆拉面（Xinjiang hand-stretched noodle，XHSN）屬手工鮮食白鹽面條（white salted noodle，WSN），與蘭州拉面[31]在面條配方、外觀形態(tài)、食用方法、佐餐食料等方面有著本質(zhì)的區(qū)別，是新疆地區(qū)獨具特色的面條種類，深受廣大消費者的喜愛。新疆小麥面粉年產(chǎn)量的80%都用于制作新疆拉面[32]。哈力旦·依克熱木等[33]對部分新疆小麥品種進行檢測，發(fā)現(xiàn)有2種突變類型和；王亮等[34]對新疆小麥品種籽粒硬度及進行研究，發(fā)現(xiàn)有6種突變類型，其中的籽粒硬度最高，最低，并且、和3種硬質(zhì)類型的籽粒硬度沒有顯著性差異；叢花等[35]對新疆小麥地方品種籽粒硬度及進行研究，發(fā)現(xiàn)有9種突變類型，以為主導(dǎo)類型；（野生型）的籽粒硬度顯著低于突變型，的籽粒硬度最高?！颈狙芯壳腥朦c】突變會導(dǎo)致籽粒硬度發(fā)生變化[2,30]，籽粒硬度影響加工品質(zhì)[1,4-5]。目前，針對新疆小麥的研究主要圍繞等位變異檢測[33]及其對籽粒硬度的影響[34-35]，有關(guān)與加工品質(zhì)關(guān)系的研究鮮見報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究以386份新疆春小麥品種資源為材料，利用已開發(fā)的分子標(biāo)記檢測，并測定品質(zhì)性狀和新疆拉面加工品質(zhì)，分析不同等位變異對籽粒硬度、品質(zhì)性狀和新疆拉面加工品質(zhì)的影響，為新疆小麥品質(zhì)改良以及優(yōu)質(zhì)新疆拉面品種選育提供參考信息。

1 材料與方法

1.1 材料來源

供試材料為新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物所小麥研究室收集整理的386份新疆春小麥品種資源，包括地方品種54份、國外引進品種（系）22份、國內(nèi)引進品種（系）103份、新疆自育品系152份和新疆審定品種55份。2012—2013年，將供試材料在新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所農(nóng)業(yè)試驗站（新疆石河子）進行2年種植試驗。人工撒播，行長1.8 m，行距0.25 m，每個材料種植5行。田間管理同大田，正常成熟后及時收獲，人工收割、機器脫粒，室溫存放1個月后用于磨粉。面粉樣品室溫存放1個月后用于品質(zhì)測定。

1.2 品質(zhì)測定

2013—2014年，在新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所/谷物品質(zhì)與遺傳改良兵團重點實驗室進行籽粒及面粉品質(zhì)的測定。使用瑞典Perten公司4100型單粒谷物特性測定儀（SKCS）按AACC 55-31方法測定籽粒硬度。使用丹麥FOSS公司1241型近紅外谷物成分分析儀按AACC 39-11方法和AACC 08-01方法測定籽粒蛋白質(zhì)含量（14%水分基，下同）以及面粉灰分含量。使用德國Brabender公司Quandrmat Senior磨進行面粉磨制并計算出粉率，即所得面粉與全粉（面粉和麩皮總和）的比值。使用日本KONICA MINOLTA公司Minolta CR-310型色差儀測定面粉色澤，采用D65CIEL*、a*、b*的色度系統(tǒng)，L*值表示黑-白（亮）度，值越大越白（亮）；a*值表示綠-紅色，值越大越紅；b*值表示藍-黃色，值越大越黃；使用杭州大成光電儀器有限公司W(wǎng)SB-IV智能白度測定儀測量面粉白度，該儀器測量物體表面的蘭光白度，值越大表明白度高。使用瑞典Perten公司2200型面筋儀按國標(biāo)GB/T14608-2006方法測定濕面筋含量，面筋指數(shù)為強面筋含量占總面筋含量的比值。使用中國農(nóng)業(yè)大學(xué)BAU21型沉淀值測定儀按AACC56-61A方法測定Zeleny沉淀值。使用美國National manufacturing公司10 g電子型和面儀按AACC54-40A方法測定和面儀參數(shù)，軟件Mixsmart自動處理數(shù)據(jù)、繪圖和顯示結(jié)果。主要使用圖譜中線（midline）的幾個參數(shù)：峰值時間（midline peak time）、峰值高度（midline peak value）、8分鐘寬度（8 min width）和8分鐘面積（8 min integral）。使用瑞典Perten公司TECMASTER快速黏度測試儀（RVA）按照AACC76-21的方法測定淀粉糊化參數(shù)，黏度單位為里泊（cp），RVA參數(shù)包括峰值黏度（peak viscosity）、低谷黏度（trough viscosity）、稀懈值（breakdown）、最終黏度（final viscosity）和反彈值（setback）。按照新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所和谷物品質(zhì)與遺傳改良兵團重點實驗室制定的《新疆拉面實驗室制作及評價方法》[44]，對上述樣品進行新疆拉面的制作和評鑒，明確供試材料的拉面加工品質(zhì)優(yōu)劣。

1.3 分子標(biāo)記檢測

2014—2015年，每個供試材料選3粒有代表性的種子，按照Lagudah等[36]方法提取基因組DNA，參考王亮等[34]方法檢測供試材料籽粒硬度基因（）。根據(jù)每個品種（系）DNA檢測結(jié)果判斷該品種（系）的類型。對出現(xiàn)3粒種子帶型不一致的材料，進行二次取樣，重新檢測，以2次檢測一致的結(jié)果為準(zhǔn)。

1.4 統(tǒng)計分析

采用SAS8.0軟件對2年的檢測結(jié)果進行測驗及方差分析。

2 結(jié)果

2.1 新疆春小麥品種Pins分子標(biāo)記檢測

利用目前已開發(fā)的小麥分子標(biāo)記，檢測386份新疆春小麥品種資源（表1和表2）。結(jié)果顯示，在新疆春小麥品種中，位點存在和等位變異類型，占比分別為86.79%和13.21%；位點存在、和等位變異類型，占比依次為64.77%、32.12%和3.11%。基因型組合類型有、、、、和，占比依次為58.81%、25.39%、2.59%、5.96%、6.74%和0.52%。說明、和是新疆春小麥品種資源的主要基因型和基因型組合。

2.2 Pins對春小麥品種品質(zhì)性狀的影響

分別對不同基因型品種的品質(zhì)性狀進行成組數(shù)據(jù)的測驗和單因素方差分析，比較不同基因型和不同基因型組合對新疆春小麥品種品質(zhì)性狀的影響。

2.2.1對籽粒性狀和磨粉品質(zhì)的影響 在不同基因型品種間（表3），的籽粒蛋白含量和面粉灰分含量極顯著高于；面粉白度顯著高于；籽粒硬度和面粉b*值分別極顯著和顯著低于。在不同基因型品種間，的面粉白度極顯著高于；的籽粒出粉率極顯著高于；和的面粉b*值顯著高于；的籽粒硬度顯著高于和。在不同基因型組合品種間，的面粉白度顯著高于；和的籽粒出粉率顯著高于和；的籽粒硬度極顯著高于其他組合；的籽粒蛋白含量極顯著高于其他組合。說明顯著影響春小麥籽粒硬度、蛋白含量、出粉率以及面粉灰分含量、黃度（b*值）、白度。

2.2.2對小麥品種面粉品質(zhì)和面團特性的影響 在不同基因型品種間（表4），的濕面筋含量和Zeleny沉淀值分別極顯著和顯著高于，而面筋指數(shù)極顯著低于；在不同基因型品種間，的濕面筋含量極顯著高于，的面筋指數(shù)極顯著高于；在不同基因型組合品種間，和的面筋指數(shù)極顯著高于，的總面筋含量極顯著高于、、和。說明顯著影響春小麥品種面粉的濕面筋含量、面筋指數(shù)和Zeleny沉淀值。

2.2.3對和面儀指標(biāo)的影響 在不同基因型品種間（表4），的峰值時間、8分鐘面積顯著、極顯著低于；在不同基因型品種間，的8分鐘面積極顯著高于；在不同基因型組合品種間，的8分鐘面積極顯著高于。說明顯著影響春小麥品種面團特性中的峰值時間和8分鐘面積。

表1 新疆春小麥品種Pins分子標(biāo)記檢測結(jié)果

表2 新疆春小麥品種Pins不同組合類型的數(shù)量及其比例

表3 Pins對新疆春小麥品種籽粒性狀和磨粉品質(zhì)的影響

**和大寫字母表示經(jīng)LSD法多重比較差異極顯著（＜0.01），*和小寫字母表示經(jīng)LSD法多重比較差異顯著（＜0.05）。下同

** and capital letters indicate significant difference at＜0.01 according to LSD multiple-comparison, * and lowercase letters indicate significant difference at＜0.05 according to LSD multiple-comparison. the same as below

表4 Pins對新疆春小麥品種面粉品質(zhì)和面團特性的影響

2.2.4 Pins對淀粉糊化特性的影響 在Pina不同基因型品種間（表5），Pina-D1a的稀懈值極顯著低于Pina-D1b；在Pinb不同基因型品種間，淀粉糊化特性的差異不顯著；在Pina/Pinb不同基因型組合品種間，Pina-D1b/Pinb-D1b、Pina-D1b/Pinb-D1a、Pina-D1a/ Pinb-D1b和Pina-D1a/Pinb-D1a的稀懈值顯著高于Pina-D1b/Pinb-D1p。說明Pins顯著影響春小麥淀粉的稀懈值。

2.3 Pins對春小麥品種新疆拉面加工品質(zhì)的影響

在Pina不同基因型品種間（表6），Pina-D1b的拉面手感、粘彈性、總分顯著高于Pina-D1a；在Pinb不同基因型品種間，新疆拉面加工品質(zhì)的差異不顯著；Pina/Pinb不同基因型組合品種間，Pina-D1b/Pinb-D1p的拉面手感顯著高于Pina-D1a/Pinb-D1b、Pina-D1a/ Pinb-D1p和Pina-D1a/Pinb-D1a；Pina-D1a/Pinb-D1p、Pina-D1b/Pinb-D1a和Pina-D1b/Pinb-D1b的粘彈性顯著高于Pina-D1a/Pinb-D1a、Pina-D1b/Pinb-D1p；Pina- D1b/Pinb-D1b和Pina-D1b/Pinb-D1a的總分顯著高于Pina-D1b/Pinb-D1p、Pina-D1a/Pinb-D1b和Pina-D1a/ Pinb-D1a。說明Pins顯著影響新疆拉面加工品質(zhì)的拉面手感、粘彈性和總分。

表5 Pins對新疆春小麥品種淀粉糊化特性的影響

表6 Pins對春小麥品種新疆拉面加工品質(zhì)的影響

3 討論

3.1 新疆春小麥Pins等位變異類型

在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的23種變異類型和31種變異類型中，（野生型）是中國小麥中最為常見的變異類型[37]。Ma等[38]對來自中國、美國、澳大利亞、歐洲、日本小麥品種的檢測發(fā)現(xiàn)，在中國和國外品種中，最常見的基因型是/；在中國地方品種中，最常見的基因型是/。本研究發(fā)現(xiàn)，新疆春小麥品種資源中，存在2種等位變異，其中（野生型）占比最高（86.79%）；存在3種等位變異，其中（野生型）占比最高（64.77%）；基因型組合有6種，其中（野生型）占比最高（58.81%）。與Ma等[38]的檢測結(jié)果相似。

3.2 Pins對籽粒硬度和蛋白質(zhì)含量的影響

籽粒硬度是最重要的小麥品質(zhì)性狀之一，是形成小麥籽粒硬度的基礎(chǔ)。PINA蛋白的缺失或編碼PINB蛋白的基因突變均造成小麥胚乳質(zhì)地變硬[39]。本研究發(fā)現(xiàn)，新疆春小麥和的籽粒硬度顯著高于野生型；和的籽粒硬度極顯著高于其他組合，說明的突變會顯著提高春小麥的籽粒硬度，擁有的品種比擁有品種的籽粒硬度值高[40]。本研究還發(fā)現(xiàn)，的不同變異類型會顯著影響籽粒蛋白質(zhì)含量，其中的籽粒蛋白質(zhì)含量極顯著低于野生型，而的籽粒蛋白質(zhì)含量極顯著高于其他組合。

3.3 Pins對主要品質(zhì)性狀的影響

已有研究表明，不同小麥品種的品質(zhì)性狀和加工品質(zhì)不同[2]。的出粉率、面粉顆粒大小、亮度（L*值）、紅度（a*值）、面團形成時間、延展性均高于，但灰分含量、吸水率較低[30]；具有更高的灰分含量和紅度（a*值）[41]。的破損淀粉率高于其他組合，但亮度（L*值）較低；的出粉率、黃度（b*值）低于其他組合，但亮度（L*值）較高[2]。與野生型（）面粉顏色和淀粉糊化特性間均有顯著差異；的峰值黏度最高；并且野生型的面條亮度（L*值）、黃亮度（L*-b*）值和軟硬度分值顯著高于，但黃度（b*值）顯著較低[42]。的面團吸水率比高，但出粉率和面團形成時間明顯比后者偏低[43]。本研究發(fā)現(xiàn)的出粉率最高且差異達顯著水平，這與Nagamine等[43]的研究結(jié)果一致。的面粉白度最高且差異達顯著水平，這與Eagles等[42]的研究結(jié)果相似。

3.4 Pins對新疆拉面加工品質(zhì)的影響

新疆拉面是獨具特色的面條種類，深受新疆各族人民的喜愛。以往的研究發(fā)現(xiàn)[44-45]，不同小麥品種對新疆拉面加工品質(zhì)的影響存在差異。Chen等[46]認(rèn)為的面條紅度（a*值）、粘彈性和評價總分高于和野生型。Eagles等[42]認(rèn)為的面條品質(zhì)優(yōu)于和。本研究還發(fā)現(xiàn)的拉面手感、粘彈性、總分極顯著低于，這與Chen等[46]的研究結(jié)果不同。和的總分最高且差異達極顯著水平，這與Eagles等[42]的研究結(jié)果不同。說明新疆拉面加工品質(zhì)不同于其他類型的面條，且影響不同類型面條加工品質(zhì)的分子基礎(chǔ)各異。因此，在選育優(yōu)質(zhì)新疆拉面加工品質(zhì)品種時，應(yīng)重點關(guān)注、基因型組合。

新疆拉面加工品質(zhì)是春小麥品種籽粒特性、磨粉品質(zhì)、面粉品質(zhì)、面團流變學(xué)特性、淀粉糊化特性等品質(zhì)性狀共同作用的結(jié)果，拉面手感、表面狀況和色澤是制約新疆拉面加工品質(zhì)的關(guān)鍵因素[45]。本研究發(fā)現(xiàn)，新疆春小麥突變后，籽粒特性（籽粒硬度）、面粉品質(zhì)（面粉黃度和面筋指數(shù)）、面團流變學(xué)特性（峰值時間和8分鐘面積）、淀粉糊化特性（稀懈值）等品質(zhì)性狀顯著升高，使得新疆拉面的拉面手感和粘彈性等性狀得到顯著改善，最終促使新疆拉面的加工品質(zhì)（總分）顯著提升。

4 結(jié)論

在新疆春小麥種質(zhì)資源中，和均以野生型為主。突變會使新疆春小麥胚乳質(zhì)地變硬、主要品質(zhì)性狀顯著升高，促進新疆拉面的拉面手感和粘彈性等性狀得到顯著改善，最終促使新疆拉面的加工品質(zhì)（總分）顯著提升。突變對新疆拉面加工品質(zhì)的影響不顯著在優(yōu)質(zhì)新疆拉面小麥品種選育時，應(yīng)優(yōu)先選擇突變型材料。、是優(yōu)質(zhì)新疆拉面小麥品種改良中重點選擇的基因型組合。

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Allelic Variations ofGenes in Xinjiang Spring Wheat Varieties and Their Influence on Processing Quality of Xinjiang hand-stretched noodles

XIANG JiShan1, LIU PengPeng2, SANG Wei2, CUI FengJuan2, HANXinNian2, NIE YingBin2, KONG DeZhen2, ZOUBo2, XU HongJun2, MU PeiYuan2

(1Academy of Agricultural Sciences, Chifeng University/Key Laboratory of Agro-ecological Protection & Exploitation and Utilization of Animal and Plant Resources in Eastern Inner Mongolia, Chifeng 024000, Inner Mongolia;2Institute of Crop Research, Xinjiang Academy of Agri-Reclamation Sciences/Key Lab of Xinjiang Production and Construction Corps for Cereal Quality Research and Genetic Improvement, Shihezi 832000, Xinjiang)

【Objective】The objectives of this study were to detect the allelic variations ofgenes in Xinjiang spring wheat varieties, analyze the difference of grain hardness among differentgenotypes of spring wheats, and explore the effects ofgenes on different quality characters and the processing quality of Xinjiang hand-stretched noodles.【Method】First, the allelic variations ofgenes in 386 Xinjiang spring wheats varieties were detected with molecular markers. Second, the quality characters of these materials were determined, including milling quality, gluten quality, dough character, and starch gelatinization character. Third, the processing qualities of Xinjiang hand-stretched noodles were evaluated. 【Result】The allelic variations ofgenes: in Xinjiang spring wheat varieties, there were two alleles (and) atlocus with proportions of 86.79% and 13.21%, respectively, three alleles (,,) atlocus with proportions of 64.77%, 32.12%, and 3.11%, respectively, and six genotype combinations (,,,,,) forwith proportions of 58.81%, 25.39%, 2.59%, 5.96%, 6.74%, and 0.52%, respectively. The effect ofgene on the quality characters of Xinjiang spring wheat: the grain protein content, and flour ash content, whiteness, and wet gluten content, Zeleny sedimentation value withwere significantly higher than those with(＜0.05), whereas the grain hardness, flour yellowness (b*), gluten index, mid line peak time, 8 min integral, and starch breakdown ofwere significantly lower than those of(＜0.05). Among different alleles of, the flour whiteness and weak gluten content of, the grain flour yield and flour yellowness (b*) of, and the grain hardness and flour gluten index ofwere significantly higher than those of other alleles(＜0.05). Among different genotype combinations of, the flour whiteness of, the grain hardness, flour gluten index, and dough 8 min integral of, the starch breakdown of, and the grain protein content, flour yield, and flour wet gluten content ofwere significantly higher than those of other genotype combinations(＜0.05 or＜0.01). The effect ofgenes on processing qualities of Xinjiang hand-stretched noodles: the stretch feeling, viscoelasticity, and total score ofwere significantly lower than those of(＜0.01). The stretch feeling ofwas significantly higher than those of other genotype combinations(＜0.01). The viscoelasticity of,, andwere significantly higher than those of other genotype combinations(＜0.05). The total score ofandwere significantly higher than those of other genotype combinations(＜0.01). 【Conclusion】 The mutation ofgene can significantly(＜0.05) increase the grain hardness and the total score of Xinjiang hand-stretched noodles. But the mutation ofgene had no significant effect on the processing qualities of Xinjiang hand-stretched noodles.andare the key genotype combinations of high quality breeding for Xinjiang hand-stretched noodles.

Xinjiang spring wheats; germplasms;gene; quality characters; Xinjiang hand-stretched noodles

2019-11-20；

2020-03-10

國家自然科學(xué)基金（31260324，31560391，U1178306）、新疆兵團農(nóng)業(yè)領(lǐng)域攻關(guān)項目（2012BB047，2016AC027，2019AB021）、國家重點研發(fā)計劃育種專項（2017YFD0101003）

相吉山，E-mail：xiangjsh@163.com。劉鵬鵬，E-mail：nkylpp@163.com。相吉山和劉鵬鵬為同等貢獻作者。通信作者穆培源，E-mail：mupy@163.com

（責(zé)任編輯 李莉）