山西省小麥品系HMW-GS的組成及品質(zhì)分析

王倩 任文斌 謝三剛

摘要 進(jìn)一步了解山西小麥在育種過(guò)程中各品系材料的高分子量麥谷蛋白亞基組成及品質(zhì)狀況。采用SDS-PAGE技術(shù)對(duì)選取的62份品系材料的高分子量麥谷蛋白亞基組成進(jìn)行分析，結(jié)果顯示62份供試品系材料中共檢測(cè)出8種HMW-GS。其中，Glu-A1位點(diǎn)上有2種亞基類型，亞基1占79.03%，亞基Null占20.97%;Glu-B1位點(diǎn)出現(xiàn)4種亞基類型，以亞基14+15（35.48%）為主;Glu-D1 位點(diǎn)出現(xiàn)2種亞基類型，即亞基5+10（38.71%）和亞基2+12（61.29%）。品質(zhì)性狀分析結(jié)果表明，62個(gè)小麥品系的蛋白質(zhì)含量為12.53%～16.56%，濕面筋含量為26.95%～37.95%，沉淀值為21.20～42.86 mL。Glu-A1位點(diǎn)優(yōu)質(zhì)性得到了明顯改善;Glu-B1位點(diǎn)還有挖掘潛力;Glu-D1位點(diǎn)優(yōu)質(zhì)性并未得到改善。

關(guān)鍵詞 小麥;高分子量麥谷蛋白亞基;品質(zhì)

中圖分類號(hào) S512.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 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

基金項(xiàng)目 運(yùn)城市科技計(jì)劃項(xiàng)目（YCKJ-2021046）。

作者簡(jiǎn)介 王倩（1989—），女，山西運(yùn)城人，助理研究員，碩士，從事小麥常規(guī)育種研究。通信作者，副研究員，碩士，從事小麥常規(guī)育種研究。

收稿日期 2021-08-23

小麥?zhǔn)侨蛑饕Z食作物之一，提供了人們?nèi)粘Ｋ璧闹饕参镄缘鞍踪|(zhì)[1]。隨著人們生活水平不斷提高，對(duì)小麥面制品的品質(zhì)要求越來(lái)越高，對(duì)優(yōu)質(zhì)小麥的需求不斷上升。國(guó)內(nèi)外大量研究結(jié)果表明，高分子量麥谷蛋白亞基（HMW-GS）對(duì)小麥品質(zhì)有很大影響，某些特定的亞基（如優(yōu)質(zhì)亞基5+10）可以明顯改善小麥的品質(zhì)，而有些亞基（如Null、2+12）則與較差的品質(zhì)相關(guān)[2-8]。

HMW-GS基因定位于小麥第一同源染色體組Glu-1位點(diǎn)，在1A、1B、1D染色體靠近著絲粒的位置，每個(gè)位點(diǎn)包括2個(gè)緊密連鎖的基因[9]。小麥及其近緣種屬在Glu-1位點(diǎn)的等位變異十分廣泛，Payne等[10]對(duì)中國(guó)春的HMW-GS進(jìn)行SDS-PAGE分析，首次建立了小麥HMW-GS通用的標(biāo)準(zhǔn)圖譜。自1979年，Payne等[11]利用SDS-PAGE分析了小麥谷蛋白組成，發(fā)現(xiàn)HMW-GS影響小麥面粉的烘烤品質(zhì)以來(lái)，人們對(duì)小麥HMW-GS組成與加工品質(zhì)關(guān)系開(kāi)展了大量研究。目前，HMW-GS改良已成為輔助小麥育種和提高小麥加工品質(zhì)最主要的途徑[12-13]。國(guó)內(nèi)研究者通過(guò)對(duì)各區(qū)域和各類型的小麥基因型HMW-GS組成進(jìn)行分析調(diào)查，為優(yōu)質(zhì)新品種選育提供了基礎(chǔ)資料[14-21]。鑒于此，筆者選用山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所水地小麥課題組育成的62份品系材料，對(duì)HMW-GS組成和品質(zhì)進(jìn)行分析，旨在為山西省小麥品質(zhì)改良育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所水地小麥課題培育的62份小麥品系為材料，將其編號(hào)依次命名為S1～S62，對(duì)照品種為中國(guó)春（Null/2+12/7+8）和舜麥1718（1/5+10/17+18）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 小麥種子蛋白的提取。

取1?；虬肓Ｐ←湻N子雜碎后放入1.5 mL離心管，加入50%異丙醇50 mL，60 ℃水浴 30 min，期間攪動(dòng)2次，10 000 r/min 離心 30 min，棄上清液;重復(fù)上一步驟2次;在殘留物中加160 μL提取液 B1（10 mL 50%異丙醇+0.03 g 二硫代蘇糖醇（DTT））混勻，60 ℃水浴30 min;加入160 μL提取液B2（10 mL 50%異丙醇+140 μL 4-乙烯基砒啶）混勻，60 ℃水浴烷化處理1 h，10 000 r/min離心10 min;取150 μL上清液轉(zhuǎn)移到新的離心管中，加入0.6 mL丙酮，搖勻，靜置1.5～2.0 h 或有絮狀物出現(xiàn);10 000 r/min離心10 min，棄上清液，在沉淀中加100 μL樣品提取液（1.63 g SDS;10.2 mL 0.5 mol/L Tris-HCl，pH 6.8;8.16 g溴酚藍(lán);4.8 mL β-巰基乙醇;4.8 mL蒸餾水）溶解2.0 h以上或4 ℃冷藏過(guò)夜。

1.2.2 SDS-PAGE電泳。

采用10%分離膠（T=10%，C=2.67%）和5%濃縮膠（T=5%，C=2.67%）進(jìn)行電泳。用Tris-甘氨酸（含1‰的SDS）作為電極緩沖液，樣品上樣量每份4～5 μL。用穩(wěn)流12 mA進(jìn)行電泳，指示劑出膠后繼續(xù)電泳2 h。凝膠放入考馬斯亮藍(lán)染色液染色1 h左右后放入自來(lái)水中進(jìn)行脫色，期間更換3～4次自來(lái)水，直至背景淺淡，帶型清晰。

1.2.3 小麥品質(zhì)性狀測(cè)定。

小麥品質(zhì)指標(biāo)蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉淀值等采用DA7200二極管陣列近紅外光譜儀（瑞典Perten）進(jìn)行分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析和差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 HMW-GS組成分析

62份山西小麥品系的HMW-GS亞基組成類型見(jiàn)表1。由表1和圖1可知，62份小麥品系材料共出現(xiàn)11種亞基組成類型。其中1/2+12/14+15、1/2+12/7+8和1/5+10/7+9組成類型出現(xiàn)頻率較高，分別為27.42%、19.35%、12.90%。參加試驗(yàn)的材料中，Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1共3個(gè)位點(diǎn)均為優(yōu)質(zhì)亞基的材料（1/5+10/7+9、1/5+10/7+8、1/5+10/17+18），共計(jì)17份，所占頻率為27.42%。只有2個(gè)位點(diǎn)為優(yōu)質(zhì)亞基的材料（1/7+8、1/17+18、5+10/17+18）有18份，所占頻率為29.03%。

2.2 HMW-GS等位變異頻率

62份材料中，不同等位基因間亞基變異及頻率見(jiàn)表2。在Glu-A1位點(diǎn)，出現(xiàn)2種等位變異Null和1亞基，頻率分別為20.97%和79.03%。在Glu-B1位點(diǎn)，出現(xiàn)4種等位變異17+18、14+15、7+8和7+9。其中，出現(xiàn)頻率最高的是14+15亞基，其次是7+8亞基。在Glu-D1位點(diǎn)，出現(xiàn)5+10和2+12亞基的等位變異，頻率分別為38.71%和61.29%。

2.3 品質(zhì)分析

62份材料品質(zhì)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。從表3可以看出，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的變異幅度為12.53%～16.56%，平均蛋白質(zhì)含量為14.45%，變異系數(shù)為1.03;濕面筋含量平均值為32.98%，變異幅度為26.95%～37.95%;沉淀值的變異系數(shù)為1.02，變異幅度較大。

3 討論

在62份供試小麥品系中，共檢測(cè)到8種HMW-GS類型，在Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1位點(diǎn)分別檢測(cè)到2、4、2種不同的亞基類型，亞基1、14+15、2+12在各自位點(diǎn)上出現(xiàn)的頻率較高，分別達(dá)到了81.48%、40.74%、70.37%。分析結(jié)果表明，組成HMW-GS的多樣性較少，這可能與小麥組配雜交時(shí)選擇的親本有關(guān)。組配雜交時(shí)選擇的親本材料含有的HMW-GS種類較少，育成的品系材料多樣性也較少。因此育種者在之后的育種過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)盡量選擇種類豐富的親本材料，增加優(yōu)質(zhì)亞基的導(dǎo)入，豐富HMW-GS的多樣性，從而提升小麥品質(zhì)。另外，追溯這些材料的親本關(guān)系可知，供試材料中部分材料為姊妹系，這也可能是造成該試驗(yàn)HMW-GS多樣性較少的1個(gè)原因。

研究表明，各個(gè)位點(diǎn)不同亞基對(duì)小麥品質(zhì)作用不同，特定HMW-GS能夠提升小麥品質(zhì)[22-23]。在Glu-A1位點(diǎn)，亞基1對(duì)小麥品質(zhì)的影響大于亞基Null。在Glu-B1位點(diǎn)，因其等位變異位點(diǎn)較多，故該位點(diǎn)內(nèi)各亞基對(duì)品質(zhì)的效應(yīng)大小較為復(fù)雜。在Glu-D1位點(diǎn)，亞基5+10對(duì)小麥品質(zhì)的影響優(yōu)于其他亞基[24-25]。該試驗(yàn)選取62份小麥品系中，在Glu-A1位點(diǎn)，檢測(cè)出含有優(yōu)質(zhì)亞基1的材料數(shù)量遠(yuǎn)大于劣質(zhì)亞基Null的材料數(shù)量，表明該位點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)性得到了明顯改善。在Glu-B1位點(diǎn)，檢測(cè)出的優(yōu)質(zhì)亞基占比較多，但劣質(zhì)亞基14+15還占有較大比例，表明該位點(diǎn)還有挖掘空間，繼續(xù)改良得到優(yōu)化。在Glu-D1位點(diǎn)，含有劣質(zhì)亞基的材料數(shù)高于含有劣質(zhì)亞基的材料數(shù)，表明該位點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)性并未得到改善，仍有利用空間。品質(zhì)分析結(jié)果表明，蛋白質(zhì)、濕面筋含量以及沉淀值變異幅度較大，這可能是因?yàn)檫x取的小麥材料品質(zhì)參差不齊。

4 結(jié)論

對(duì)62份供試材料進(jìn)行高分子量麥谷蛋白亞基分析，共發(fā)現(xiàn)8種等位變異和11種亞基組合類型。Glu-A1位點(diǎn)出現(xiàn)2種亞基類型，亞基1和亞基Null。Glu-B1位點(diǎn)出現(xiàn)4種亞基類型，亞基14+15、7+8、7+9、17+18。Glu-D1位點(diǎn)出現(xiàn)2種亞基類型，亞基2+12和亞基5+10。品質(zhì)性狀分析結(jié)果表明，62個(gè)小麥品系的蛋白質(zhì)含量為12.53%～16.56%，濕面筋含量為26.95%～37.95%，沉淀值為21.20～42.86 mL。

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