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，人們對(duì)小麥HMW-GS組成與加工品質(zhì)關(guān)系開展了大量研究。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粒或半粒小麥種子雜碎后放入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左右后放入自來水中進(jìn)行脫色，期間更換3～4次自來水，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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