內麥品種高分子量谷蛋白亞基組成及品質分析

王相權 陳興虎 黃輝躍 汪仁全 楊杰智 關淑仙 王仕林 榮飛雪 王用軍 周海燕 李明 陳新媛

摘要：內麥品種是西南麥區中筋小麥代表品種之一，在四川及周邊省份種植面積累計達330萬hm2以上。利用SDS-PAGE電泳技術對內麥品種進行高分子量谷蛋白亞基（HMW-GS）組成進行分析，發現內麥品種中與小麥加工品質呈正相關的5+10優質亞基出現頻率達85.7%，面包評分達7分。經測定內麥品種面條評分高于同期主栽品種。選育含5+10優質亞基的小麥品種不僅能滿足西南地區對中筋面條小麥的市場需求，同時也為提升中國小麥品質作出貢獻。

關鍵詞：內麥品種;HMW-GS;5+10亞基;面粉品質

中圖分類號：S512.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）18-0139-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.18.028

Composition and quality analysis of high molecular weight

glutenin subunits in Neimai variety

WANG Xiang-quan1， CHEN Xing-hu2， HUANG Hui-yue1， WANG Ren-quan1， YANG Jie-zhi1， GUAN Shu-xian1，WANG Shi-lin1， RONG Fei-xue1， WANG Yong-jun1， ZHOU Hai-yan1，LI Ming1， CHEN Xin-yuan1

（1.Neijiang Academy of Agricultural Sciences in Sichuan Province，Neijiang? 641000， Sichuan， China;

2.Shanghai Tianxiang Quality Technical Service Co.， LTD.， Shanghai? 200120， China）

Abstract： Neimai series is one of the representative varieties of middle gluten wheat in the southwest wheat region， with a total planting area of over 3.3 million hm2 in Sichuan and surrounding provinces. The composition of high molecular weight glutenin subunit （HMW-GS） in Neimai varieties was analyzed by SDS-PAGE electrophoresis. It was found that the 5+10 high quality subunit in Neimai varieties was positively correlated with the processing quality of wheat with a frequency of 85.7% and a bread score of 7 points. The noodle score of Neimai varieties was higher than that of main varieties. The breeding of wheat varieties containing 5+10 high quality subunits can not only meet the market demand of middle gluten noodle wheat in southwest China， but also contribute to the improvement of wheat quality in China.

Key words： Neimai variety; HMW-GS; 5+10 subunit; flour quality

小麥（Triticum aestivum L.）作為基本口糧之一，是中國第三大糧食作物。而中國小麥品質研究起步較晚，品質相對較差，難以滿足人民對美好生活的追求。20世紀80年代末，莊巧生院士提出以發展面包和餅干糕點麥帶動面條和饅頭用小麥的品質改良策略[1]。改良面筋質量已成為中國小麥品質育種的重要目標之一，面筋主要由谷蛋白和醇溶蛋白組成，谷蛋白主要影響面筋強度，醇溶蛋白則主要影響延展性[2]。小麥高分子量谷蛋白亞基（HMW-GS）是谷蛋白的重要組成部分，雖僅占貯藏蛋白質含量的10%，但其組成對面團形成時間、面團穩定時間、沉淀值和面包烘烤品質影響很大，是面包加工品質的主要決定因素[3]。研究發現，小麥品質變異的30%～79%歸因于HMW-GS等位基因的變化[4]，因此研究HMW-GS類型及組成對研究小麥加工品質至關重要。研究表明，小麥 HMW-GS 基因定位于第一同源群染色體長臂的Glu-1復合位點，對應1A、1B和1D的位點分別為Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1，每個位點包含兩個緊密連鎖的基因，分別編碼分子量較大的 x型和較小的 y型亞基。由于基因表達沉默效應Glu-1通常表達3-5個。其中，Glu-A1通常表達0或1個，1Ay通常沉默;Glu-B1通常表達1-2個，1By有時沉默;Glu-D1通常表達2個，1Dx和1Dy通常都表達[5]。Glu-A1編碼null、1和2*，Glu-B1編碼6+8、7+8、7+9、13+16、14+15、17+18和20等亞基，Glu-D1編碼2+12、5+10等[6]。5+10亞基可以增加面條的適口性，使其有咬勁富有彈性、不黏牙，進而提高面條的品質，是制作優質面條的優質亞基[7]。

內麥系列品種是由四川省內江市農業科學院選育的小麥品種，自2003年審定內麥8號小麥品種以來，截至2016年已累計審定7個小麥品種，包括內麥8號、內麥9號（國審）、內麥10號、內麥11、內麥836（國審）、內麥316、內麥366等。內麥品種具有粒大、飽滿、出粉率高等特點;適合于加工面條，在四川省乃至西南麥區占據一席之地，成為西南冬麥區第六次品種更換的主要品種。2003—2016年內麥品種在西南麥區累計推廣面積達330萬hm2，產量達160億kg，并于2006年、2017年2次獲得四川省科學技術進步獎二等獎。研究內麥品種品質變化規律，對正確把握市場需求，合理制定小麥育種方向及推廣力度具有重要參考價值。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料內麥8號、內麥9號、內麥10號、內麥11、內麥836、內麥316、內麥366等7個材料由四川省內江市農業科學院提供;對照材料中國春、川育12由四川農業大學小麥研究所提供。

1.2 試驗方法及參考標準

1.2.1 種子谷蛋白提取及SDS-PAGE電泳分析 種子谷蛋白提取及SDS-PAGE電泳分析參照顏澤洪[8]的方法：將種子磨碎，以每4 mg樣品加入100 μL蛋白提取液于室溫下提取2 h后，沸水中煮2 min，8 000 r/min離心5 min，取上清7 μL加樣。以含5+10和2+12亞基的小麥標準品種作對照，恒流20 mA電泳，待指示劑走出分離膠30 min后，取下膠染色過夜，脫色液脫色至凝膠背景清晰后，保存于固定液中。

1.2.2 HMW-GS命名及品質評分標準 Payne等[9]針對SDS-PAGE方法所得到的HMW-GS圖譜，設計了一種亞基“數字命名”系統。該系統命名的原則是：按遷移率的大小，對SDS-PAGE圖譜中的HMW-GS譜帶，用阿拉伯數字進行編號，遷移率最小的譜帶編號為1，其余譜帶的編號隨遷移率增大而依次增大，按發現的先后順序用新的數字命名，每個數字固定表示一個譜帶，不能重復。本研究中的HMW-GS命名均采用Payne的命名法。

Payne等[10]根據遺傳分析得到的單個HMW-GS和制粉品質（以SDS沉降值為指標）關系的研究結果，對經常出現的每個亞基做了Glu-1品質評分，建立了Glu-1評分體系，基本上可以解釋HMW-GS等位基因對品質的效應（表1）。一般認為5+10得4分，1、2*、7+8、17+18得3分;7+9、2+12、3+12得2分;N、7、6+8、4+12得1分;Glu-1總得分為3～10分，其中最差HWM-GS組成為3分，最優HWM-GS組成為10分。

1.2.3 優質專用小麥品種審定標準 參照國標GB/T 17320—2013小麥品質分類標準，可分為強筋、中強筋、中筋和弱筋小麥四類。強筋小麥粉筋力強，適于制作面包或配麥;中強筋小麥粉筋力較強，適于制作方便面、餃子、饅頭、面條等食品;中筋小麥粉筋力適中，適用于制作面條、餃子、饅頭等食品;弱筋小麥粉筋力較弱，適用于制作饅頭、蛋糕、餅干等食品。四川省麥類品種審定委員會根據品質分類標準GB/T 17320—2013，結合四川省小麥生產實際，制定了四川省小麥區域試驗優質專用小麥品種審定標準（表2）。

2 結果與分析

2.1 HMW-GS組合類型及品質評分

根據內麥品種高分子量谷蛋白亞基SDS-PAGE電泳圖像（圖1）可知，7個參試小麥品種僅檢測到2種高分子量谷蛋白亞基組合類型。除內麥316亞基組合為1、7+9、2+12;其余6份材料均為Null、7+9、5+10。

由表3可以看出，7個內麥品種均為7分，7個品種均含有7+9亞基，出現頻率為100%;5+10優質亞基出現頻率達85.7%;1、2+12亞基僅在內麥316中出現，頻率為14.3%。

2.2 內麥品種品質分析

根據四川省小麥區域試驗優質專用小麥品種審定標準，7個內麥品種經檢測（表4）表明，內麥8號、內麥9號、內麥10號、內麥11、內麥836等5個品種，在子粒粗蛋白質含量、濕面筋、面團穩定時間等品質指標方面，均達到四川省優質中筋專用小麥品種標準，屬中筋小麥品種;而內麥316達強筋小麥品種標準，內麥366接近弱筋小麥品種標準（容重不達弱筋標準）。

3 小結與討論

從2003年到2016年短短14年間，內麥品種在西南麥區推廣面積能達330萬hm2，其主要原因有兩方面：一方面是四川省乃至西南地區居民喜食面條，面條小麥需求旺盛;另一方面內麥品種大多含有5+10亞基，出現頻率高達85.7%，高于四川省審定品種5+10優質亞基的頻率（48.0%）[11]。李碩碧等[12]研究發現5+10亞基是改善面條品質的優質亞基，趙京嵐等[13]指出5+10亞基是適合制作優質面條的亞基。根據《2013年中國小麥質量報告》顯示，內麥11、內麥836加工的面條評分分別為80分和82分，而同期四川省主栽品種川麥104、川麥42、綿麥367加工的面條評分為78分、79分、76分。因此，內麥品種在中筋面條小麥加工方面較具市場競爭力，較受加工企業和種植戶喜歡。5個中筋小麥品種推廣面積達320萬hm2，而內麥316（強筋）和內麥366（接近弱筋）兩個品種推廣面積約10萬hm2。

5+10亞基的出現頻率很低是中國小麥品質差的主要原因[14]，因此導入5+10優質亞基具有更好的面筋指數、較好的理化品質和較低的灰分含量，能明顯改善小麥的品質[15，16]，尤其在四川省及西南麥區有目的導入5+10優質亞基，發展中筋小麥品種不僅具有市場優勢，同時也為提高中國小麥品質作出貢獻。

參考文獻：

[1] 魏益民，張 波，關二旗.中國冬小麥品質改良研究進展[J].中國農業科學，2013，46（20）：4189-4196.

[2] HE Z H，XIA X C，CHEN X M，et al. Progress of wheat breeding in China and the future perspective[J]. Acta Agron Si，2011，37（2）： 202-215.

[3] PAYNE P I，NIGHTIGALE M A，KRATTIGER A F. The relationship between HMW glutenin subunit composition and the bread-making quality of British-grown wheat varieties[J]. J Sci Food Agric，1987，40： 51-65.

[4] 張正斌. 小麥遺傳學[M]. 北京：中國農業出版社，2001.

[5] NEVO E， PAYNE P， GENETICS A.Wheat storage proteins： diversity of HMW glutenin subunits in wild emmer from Israel[J]. Theoretical and applied genetics，1987，74（6）：827-836.

[6] 劉會云，劉 暢，王坤楊，等. 小麥高分子量麥谷蛋白亞基鑒定及其品質效應研究進展[J].中國遺傳資源學報，2016，17（4）：701-709.

[7] 趙京嵐，李斯深，范玉頂，等. 利用RIL群體分析HMW-GS對面條品質性狀的量化效應[J].中國糧油學報，2005，20（3）：9-12.

[8] 顏澤洪.山羊草物種高分子量麥谷蛋白基因的分子克隆[D].四川雅安：四川農業大學，2001.

[9]PAYNE P I， CORFIELD K G， HOLT L M， et al. Correlations be-tween the inheritance of certain high-molecular weight subunits of glutenin and bread-making quality in progenies of six crosses of bread wheat[J].Journal of the science of food & agriculture， 2010，32（1）：51-60.

[10] PAYNE P I，LAW C N，MUDD E E. Control by homoeologous group l chromosomes of the high-molecular-weight subunits of glutenin， a major protein of wheat endosperm[J]. Theoretical and applied genetics，1980，58（3-4）：113-120.

[11] 楊恩年，晏本菊，唐宗祥，等.四川小麥新品種高分子量谷蛋白亞基遺傳變異分析[J].西南農業學報，2008，21（3）：557-561.

[12] 李碩碧，單明珠，王 怡，等. 鮮濕面條專用小麥品種品質的評價[J]. 作物學報，2001，27（3）：334-338.

[13] 趙京嵐，李斯深，范玉頂，等. 小麥品質蛋白質性狀與中國干面條品質關系的研究[J]. 西北植物學報，2005，25（1）：144-149.

[14] 張 勇，何中虎，王美芳，等.我國春麥區小麥品種品質性狀分析[J].麥類作物學報，2002，22（1）：27-32.

[15] 路建龍，逄 蕾，柴守璽.HMW-GS 對春小麥品質的影響及不同亞基評分比較[J].核農學報，2017，31（1）：80 -87.

[16] 毛 沛，李宗智，盧少源.小麥遺傳資源 HMW麥谷蛋白亞基組成及其與面包烘烤品質關系的研究[J].中國農業科學，1995，28（增刊）：22-27.