新疆春小麥新品種(系)高分子量麥谷蛋白優(yōu)質(zhì)亞基分析

時(shí) 佳，王 重，李劍峰，高 新，張宏芝， 王立紅，王春生，張躍強(qiáng)，樊哲儒，陳勛基

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)作物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091； 3.新疆作物化學(xué)調(diào)控工程技術(shù)研究中心，烏魯木齊 830091；4.農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】小麥加工質(zhì)量在很大程度上取決于籽粒中主要儲(chǔ)存蛋白的特性，高分子量麥谷蛋白亞基(HMW-GS)對(duì)小麥加工品質(zhì)起著重要的調(diào)節(jié)作用，高分子量麥谷蛋白High molecular weight glutenin subunits(HMW-GS)對(duì)小麥加工品質(zhì)影響顯著。我國(guó)新疆氣候環(huán)境特殊，受環(huán)境與遺傳雙重作用，在小麥品質(zhì)特性表現(xiàn)上與我國(guó)內(nèi)地和國(guó)外差異較大。研究小麥品種高分子量麥谷蛋白組成對(duì)小麥品質(zhì)研究至關(guān)重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在小麥籽粒中面筋蛋白是由谷蛋白和醇溶蛋白組成，一般占總籽粒蛋白的85%[1]。Payne等[2,3]揭示了HMW-GS對(duì)小麥品質(zhì)性狀的重要影響，HMW-GS占蛋白質(zhì)總量的10%[4]，在確定面團(tuán)彈性方面作用尤為重要[5]，顯著影響小麥加工品質(zhì)[6]。目前對(duì)HMW-GS的研究已經(jīng)較為成熟，不同的高分子量麥谷蛋白亞基對(duì)面粉品質(zhì)效應(yīng)不同，Glu-A1位點(diǎn)上1、2*為HMW-GS優(yōu)質(zhì)亞基，其中1亞基與面粉的烘烤品質(zhì)有關(guān)[7]，2*與沉降值，形成時(shí)間，穩(wěn)定時(shí)間，拉伸面積，最大阻力等品質(zhì)性狀相關(guān)[8]。Glu-B1位點(diǎn)上7+8、17+18、13+16、14+15等為優(yōu)質(zhì)亞基，其中7+8對(duì)面筋指數(shù)效應(yīng)明顯，17+18對(duì)出粉率，面團(tuán)延展性效應(yīng)顯著[9]，13+16對(duì)面粉的沉降值作用明顯[10]，14+15與面筋強(qiáng)度相關(guān)[11]。Glu-D1位點(diǎn)上優(yōu)質(zhì)亞基5+10與面包烘烤品質(zhì)效應(yīng)顯著[12]。聶迎彬等[13]通過(guò)對(duì)109份新疆冬小麥品種(系)麥谷蛋白亞基組成與品質(zhì)關(guān)系的研究，發(fā)現(xiàn)含有(1、7+8、5+10)亞基組合有利于新疆小麥拉面品質(zhì)的提高。王亮等[14]研究了新疆冬、春小麥間種區(qū)小麥品種的HMW-GS分布規(guī)律，冬、春小麥HMW-GS變異類型存在差異，其中春小麥品種HMW-GS有13種變異類型，育成品種(1、7+9、5+10)的頻率較農(nóng)家品種有較大提高。王子霞等[15]檢測(cè)鑒定了新疆春小麥高代品系及優(yōu)質(zhì)品種的HMW-GS組成與分布，檢測(cè)到優(yōu)質(zhì)亞基組合比例為16.58%，平均分為7.38分?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前對(duì)近年新疆春小麥新品種(系)包括引進(jìn)CIMMYT材料HMW-GS的變異類型和頻率的研究還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。需分析新疆春小麥新品種(系)高分子量麥谷蛋白優(yōu)質(zhì)亞基?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】檢測(cè)分析192份新疆春小麥新品種(系)及引進(jìn)CIMMYT育種材料的HMW-GS，研究新疆春小麥新品種(系)及育種材料中HMW-GS亞基分布規(guī)律及選擇趨勢(shì)，篩選出含有優(yōu)質(zhì)亞基的骨干材料作為育種親本，為新疆春小麥優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋品質(zhì)改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

以192份春小麥新品種(系)為供試材料，其中包括春小麥新品種38份，春小麥新品系材料52份以及新引進(jìn)CIMMYT材料102份。以中國(guó)春(Null、7+8、2+12)為對(duì)照，試驗(yàn)種子由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所小麥育種與栽培研究室提供。

1.2 方 法

1.2.1 HMW-GS提取

采用紀(jì)軍方法[16]提取HMW-GS。

1.2.2 SDS-PAGE凝膠電泳分離蛋白

使用Solarbio試劑盒制備SDS-PAGE凝膠，制膠濃度為13%的分離膠，5%濃縮膠，上樣量為5 μL，30 mA恒流電泳10 h。

1.2.3 固定、染色和脫色

電泳結(jié)束后，小心剝離凝膠，在50%冰乙酸溶液中固定10 min，在0.1%考馬斯亮藍(lán)(R-250)+40%乙醇+7%乙酸溶液中染色過(guò)夜，在蒸餾水中脫色至背景清晰。

1.2.4 HMW-GS鑒定

以中國(guó)春(Null、7+8、2+12)為對(duì)照材料，亞基的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參照Payne 標(biāo)準(zhǔn)圖譜[2,3]，對(duì)大多數(shù)材料SDS-PAGE結(jié)果多次比對(duì)，確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理等；SPSSV.21軟件數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型新疆春小麥種植資源的HMW-GS 變異和頻率

研究表明，供試的192份材料中，高分子量麥谷蛋白亞基表現(xiàn)出豐富的多樣性，共有13種HMW-GS等位變異，分別為1、2*、Null、13+16、14+15、17+18、22、6+8、7、7+8、7+9、2+12和5+10 ，Glu-A1位點(diǎn)等位變異有3種(1、2*、Null)，Null亞基頻率最高，為64.06%(123份)，其次為1亞基，占21.35%(41份)，2*亞基最少，為14.58%(28份)，優(yōu)質(zhì)亞基頻率為35.94%。Glu-B1 位點(diǎn)等位變異類型表現(xiàn)最豐富，檢測(cè)到8種(13+16、14+15、17+18、22、6+8、7、7+8、7+9)，其亞基頻率高低順序?yàn)?+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 亞基為優(yōu)質(zhì)亞基，頻率為58.85%。Glu-D1 位點(diǎn)檢測(cè)到2種等位變異：2+12和5+10，檢測(cè)到的數(shù)量較為接近，其中優(yōu)質(zhì)亞基5+10亞基頻率為50.52%(97份)，略高于2+12亞基頻率為49.48%(95份)。

在192份供試材料中含有90份新疆春小麥新品種(系)和102份引進(jìn)CIMMYT材料，在新疆春小麥新品種(系)中共檢測(cè)到10種HMW-GS等位變異，少于引進(jìn)CIMMYT材料的13種。Glu-A1位點(diǎn)優(yōu)質(zhì)亞基在新疆春小麥新品種(系)出現(xiàn)的頻率為(41.11%)，高于引進(jìn)材料(31.37%)。新疆春小麥品種(系)材料中Glu-B1位點(diǎn)等位變異類型分布較為集中，檢測(cè)到5種(13+16、17+18、22、7+8、7+9)，引進(jìn)材料共檢測(cè)到8種(13+16、14+15、17+18、22、6+8、7、7+8、7+9)。在Glu-B1位點(diǎn)，新疆春小麥新品種(系)優(yōu)質(zhì)亞基出現(xiàn)的頻率為77.78%，高于引進(jìn)材料(40.20%)。Glu-D1位點(diǎn)，5+10優(yōu)質(zhì)亞基在新疆春小麥新品種(系)為75.56%，高于引進(jìn)材料(28.43%)。圖1，表1

注：1:中國(guó)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 高分子量谷蛋白亞基的組成及分布頻率Table 1 The compositions and frequencies of high molecular weight gluten in subunits

2.2 不同類型新疆春小麥種質(zhì)資源的HMW-GS組合形式及品質(zhì)評(píng)分

研究表明，在192份供試材料中共檢測(cè)到32種亞基組合類型，其中以Null、7+8、5+10組合占比最高，為17.71%。在新疆春小麥新品種(系)中共檢測(cè)到14種亞基組合，其中Null、7+8、5+10亞基所占頻率最高，為37.78%，其次為1、7+8、5+10亞基，占14.44%，Null、7+8、2+12和2*、7+9、5+10出現(xiàn)頻率分別為12.22%和6.67%，其余亞基組合類型所占頻率在1.11%～5.56%。引進(jìn)材料中共檢測(cè)到24種亞基組合類型，其中Null、7、2+12和Null、17+18、2+12亞基組合占比最高，均為14.71%，其次為Null、7+9、2+12、Null、7、5+10和Null、22、2+12亞基出現(xiàn)的頻率分別為8.82%、6.86%和6.86%。其余19個(gè)亞基組合出現(xiàn)頻率在0.98%～4.90%，引進(jìn)材料中高分子量麥谷蛋白亞基組合形式具有較高的多樣性。

品質(zhì)評(píng)分的平均得分為7.04分，品質(zhì)平均分表現(xiàn)為新疆春小麥新品種(系)(8.12分)高于引進(jìn)材料(6.09分)。評(píng)分為10分的材料有25份，占13.02%，其中引進(jìn)品種有5個(gè)，占4.90%，分別為48IBWSN-1139、15HTWYT-2、15HTWYT-23、15HTWYT-24、15HTWYT-44，其亞基組合類型分別為(2*、7+8、5+10)1個(gè)、(2*、17+18、5+10)4個(gè)；新疆春小麥新品種(系)20個(gè)(22.22%)，包括新疆春小麥品種8個(gè)，分別為新春17號(hào)、新春21號(hào)、新春23號(hào)、新春27號(hào)、新春37號(hào)、新春44號(hào)、新春47號(hào)和核春137，其余為新疆春小麥新品系材料12份。評(píng)分在8分以上達(dá)到強(qiáng)筋品種的材料有90份，可作為后期育種工作的骨干親本，其表現(xiàn)為新疆春小麥新品種(系)(77.78%)>引進(jìn)材料(25.49%)，新疆近年來(lái)更加注重優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋春小麥品種選育，育成的品種中優(yōu)質(zhì)亞基含量較高。表2

表2 不同亞基組合類型的分布及品質(zhì)評(píng)分Table 2 Distribution and quality score with different subunits

3 討 論

按照Payne等[14]提出的的品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各亞基組合進(jìn)行評(píng)分，鑒定高分子量麥谷蛋白的組成，不僅是對(duì)小麥種質(zhì)資源的評(píng)估，也是提高小麥品種品質(zhì)的重要途徑[17,18]。研究中，Glu-A1位點(diǎn)上優(yōu)質(zhì)亞基分布頻率表現(xiàn)為新疆春小麥新品種(系)(41.11%)>引進(jìn)CIMMYT材料(31.37%)。

Glu-B1位點(diǎn)上優(yōu)質(zhì)亞基14+15、6+8亞基只在引進(jìn)CIMMYT材料中檢測(cè)到，其中14+15亞基是小麥面筋強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)亞基[11]，建議進(jìn)一步將其引入到新疆品種中。Glu-B1位點(diǎn)亞基在新疆春小麥品種(系)分布類型較少，只檢測(cè)到5種，其中7+8的分布頻率達(dá)到75.56%，顯著高于其它亞基類型，可能是近年來(lái)在新疆小麥育種中對(duì)Glu-B1位點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)亞基選擇較多，在7+8優(yōu)質(zhì)亞基的選擇上針對(duì)性較強(qiáng)。劉麗等[19]研究表明，7+8與17+18對(duì)小麥加工品質(zhì)的效應(yīng)基本相等。王建軍等[2]研究表明，7+8亞基在顆粒度和面筋指數(shù)上的貢獻(xiàn)顯著高于17+18，而17+18對(duì)于出粉率的影響明顯大于7+8亞基[20]，因此，考慮到面粉配比因素，以后在育種工作中也可加大對(duì)17+18亞基的選擇。5+10亞基對(duì)小麥加工品質(zhì)效應(yīng)顯著高于2+12，且在各位點(diǎn)中表現(xiàn)為Glu-D1>Glu-A1>Glu-B1[13]，可見(jiàn)5+10亞基的選擇對(duì)優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥育種具有直接貢獻(xiàn)。Glu-D1位點(diǎn)上優(yōu)質(zhì)亞基分布表現(xiàn)為新疆春小麥品種(系)(75.56%)>引進(jìn)CIMMYT材料(28.43%)。

2008年王子霞等[15]對(duì)199份新疆春小麥高代品系麥谷蛋白亞基組成進(jìn)行了研究，檢測(cè)到21個(gè)亞基組合，其中評(píng)分得10分的亞基組合頻率為16.58%。研究共檢測(cè)到32種亞基組合，新疆春小麥新品種(系)評(píng)分10分的亞基組合頻率為22.22%，可見(jiàn)12年來(lái)育種工作豐富了新疆春小麥新品種(系)種質(zhì)資源中的谷蛋白亞基組合，并且在提高品質(zhì)方面成效顯著，這一現(xiàn)象與近年來(lái)在寧夏[20]、云南[21]的研究較為一致。

全部材料中共檢測(cè)到32種亞基組合，其中新疆春小麥品種(系)檢測(cè)到14種亞基組合，在引進(jìn)材料中檢測(cè)到24種亞基組合，在2部分材料中均檢測(cè)到的亞基組合有6種，只在新疆春小麥品種(系)中檢測(cè)到的亞基組合有8種，分別為(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)；只在引進(jìn)材料中檢測(cè)到的亞基組合有18種，其中包括評(píng)分在8分以上達(dá)到中強(qiáng)筋的組合分別為(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)。引進(jìn)的15HTWYT-18材料為(Null、14+15、2+12)組合，在Glu-B1位點(diǎn)含有與面筋強(qiáng)度高度相關(guān)的14+15優(yōu)質(zhì)亞基[6]類型，可作為含有Glu-B1位點(diǎn)的14+15亞基[22]的骨干親本，為新疆優(yōu)質(zhì)春小麥育種工作提供優(yōu)異的種質(zhì)資源。此外，引進(jìn)品種15HTWYT-19、15HTWYT-50、45IB-121、37ESWYT-102、37ESWYT-137、37ESWYT-149和37ESWYT-150在2個(gè)位點(diǎn)上含有優(yōu)質(zhì)亞基且Glu-1B1位點(diǎn)含有13+16亞基，品質(zhì)評(píng)分均為8分，建議在以面團(tuán)延展性和Zeleny沉降值作為指標(biāo)時(shí)優(yōu)先選擇作為親本[10]，以豐富新疆地區(qū)高分子量谷蛋白亞基種類。48IBWSN-1139、15HTWYT-2、15HTWYT-23、15HTWYT-24、新春21號(hào)和新春23號(hào)品質(zhì)評(píng)分均為10分，且在Glu-1B1位點(diǎn)含有17+18亞基，在以面團(tuán)強(qiáng)度作為品質(zhì)指標(biāo)時(shí)可作為供體親本。

4 結(jié) 論

192份新疆春小麥品種(系)中谷蛋白亞基種類豐富，且在兩類春小麥品種(系)中具有鮮明特點(diǎn)，新疆春小麥新品種(系)較引進(jìn)CIMMYT材料谷蛋白優(yōu)質(zhì)亞基更多。品質(zhì)評(píng)分平均分為7.04分，其中新疆春小麥近年育成的新品種(系)表現(xiàn)出品質(zhì)評(píng)分較高，平均分為8.12分，明顯高于引進(jìn)CIMMYT材料，品質(zhì)評(píng)分平均為6.09分。共檢測(cè)到品質(zhì)評(píng)分為10分的材料25份，可作為骨干親本。