高分子量谷蛋白亚基论文 篇1
高分子量麦谷蛋白是小麦种子的主要储藏蛋白, 通过赋予面团一定的弹性和强度, 极大影响着小麦的加工品质。寻找遗传稳定、广适性的优质HMW-GS组合类型, 为优质专用小麦的品质育种储备优良的基因资源, 为我国小麦的品质改良工作提供重要的理论依据。
目前, 前人的研究结果主要是集中于某个HMW-GS基因对某种食品加工品质的评价研究[4], 如HMW-GS基因对馒头加工品质的影响[5]等。而对于统一在同一个品种中的Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1位点间的HMW-GS组合类型对食品加工品质的影响研究较少, 而每一个品种的某种食品加工品质特性最终是以Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1三位点的HMW-GS互作、互补等效应集中体现的[6], 因此针对不同HMW-GS组合类型进行小麦品质和稳定性评价对于小麦品质育种工作显得尤为必要和迫切。
1 材料和方法
1.1 材料
本试验材料为以小偃54为轮回亲本的HMW-GS近等基因系为研究对象, HMW-GS近等基因系的带型具体信息见表1。
1.2 试验设计
(1) 田间试验设计:将表1中的NILs分别种植在北京农林科学院院内、北京市顺义区和安徽省阜阳市3个生态区, 每个生态区田间的试验设计采用顺序排列的间比法, 每个NIL在每个生态区分别重复3次, 将轮回亲本偃展1号和小偃54分别作为各自NILs的对照 (CK) 。
(2) 将数据汇总分析, 分别给出每种HMW-GS组合类型的品质评分和品质稳定性评分, 筛选环境稳定的优质HMW-GS组合类型。
1.3 实验测定方法
小麦收获后, 对各生态区小麦进行品质测定, 分别调查小麦种子的峰值黏度、干湿面筋含量、籽粒蛋白质含量、籽粒硬度、面团稳定时间、形成时间、吸水率、抗延阻力、拉伸面积、延伸性及沉淀值[调查的项目与下面使用的方法中提到的项目顺序类型相对应等相关参数。
小麦水分、蛋白质含量、粉灰的测定采用近红外测定法, 小麦湿面筋和干面筋含量按照GB/T 14608-93测定法, 小麦SDS沉降值按照GB/T 15685-1995测定, 粉质参数按照GB/T14614–93, 用Brabender粉质仪测定。
注:同列大写字母相同表示在P<0.01水平下差异不显著, 不同表示差异极显著;同列小写字母相同表示在p<0.05水平下差异不显著, 不同表示差异显著。
注:同列大写字母相同表示在P<0.01水平下差异不显著, 不同表示差异极显著;同列小写字母相同表示在p<0.05水平下差异不显著, 不同表示差异显著。
1.4 实验数据处理
用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析, 其中差异显著性 (P<0.05) 采用单因素方差ANOVA和【Duncan新复极差法分析】, 并对小麦品质参数之间进行相关性分析。
2 结果与分析
2.1 HMW-GS不同组合类型的品质参数比较
对以小偃54为背景的不同HMW-GS组合类型的一年三地材料分别进行品质参数测定 (表2) , 结果表明, HMW-GS组合类型为“1, 7+8, 5+10”品系平均稳定时间为15.42min, 表现最好, 其次是“1, 7, 5+10”, 而“1, 7, 2+12”最短, 稳定时间仅为4min。含有“1, 7+8, 5+10”品系与含有“1, 14+15, 2+12”、“1, 14+15, 5+10”、“1, 7+9, 2+12”、“1, 7, 2+12”、“1, 20x+20y, 10”等品系在稳定时间上差异极显著, 而与含有“1, 7, 5+10”品系间差异不显著[7]。
面筋指数方面, 含有“1, 7+8, 5+10”品系的面筋指数最高, 3地平均面筋指数为97.48, 含有“1, 14+15, 2+12”品系的面筋指数最低, 仅为79.48。含有“1, 7+8, 5+10”品系与含有“1, 7, 5+1 0”品系的面筋指数差异不显著, 与含有“1, 14+15, 5+10”品系下差异显著, 与含有“1, 14+15, 2+12”、“1, 7+9, 2+12”、“1, 7, 2+12”、“1, 20x+20y, 10”品系间差异极显著。
SDS沉淀值方面, 含有“1, 14+15, 2+12”品系的沉淀值最低为67.25, 含有“1, 7+8, 5+10”品系的沉淀值最高为79.17, 其与含有“1, 14+15, 5+10”、“1, 7+9, 2+12”、“1, 7, 2+1 2”、“1, 7, 5+1 0”的品系间沉淀值差异不显著, 与含有“1, 14+15, 2+12”和“1, 20x+20y, 10”品系间差异显著[8]。在面团形成时间方面, 含有“1, 7+8, 5+10”品系的形成时间最长为12.75min, 最短的是含有“1, 7, 2+12”的品系, 时间为4.33min, 含有“1, 7+8, 5+10”品系的形成时间与含有“1, 14+15, 2+12”、“1, 14+15, 5+10”、“1, 7+9, 2+12”、“1, 7, 2+12”、“1, 20x+20y, 10”品系间差异极显著, 但与含有“1, 7, 5+10”品系间差异不显著。
2.2 HMW-GS近等基因系的品质参数间相关性
对所有参试HMW-GS近等基因系的蛋白质含量、面筋指数、吸水率、形成时间和稳定时间等品质参数进行相关性分析[9] (表3) , 结果表明, 面筋指数与蛋白质含量、吸水率呈极显著负相关, 相关系数分别为-0.455和-0.564, 与形成时间、稳定时间、SDS沉降值成极显著正相关, 相关系数分别为0.475、0.617和0.521。稳定时间与形成时间极显著正相关, 相关系数为0.735。吸水率与蛋白质含量呈极显著正相关, 相关系数为0.841。SDS-沉降值与面筋指数呈极显著正相关, 相关系数为0.521, 与蛋白质含量和吸水率呈极显著负相关, 相关系数分别为-0.509和-0.467。
2.3 不同环境间品质参数比较
对种植在北京农林科学院院内、顺义区和阜阳市3地环境的近等基因系进行品质参数分析 (表4) , 表明, 稳定时间在北京农林科学院院内的最高, 平均达到9.95 min, 与顺义区和阜阳市达到显著水平, 而顺义区和阜阳市的稳定时间差异不显著;阜阳市的沉淀值最高为77.39 m L, 与顺义达到极显著水平, 与阜阳差异达到显著水平;形成时间最高的为北京院内, 9.51min, 与阜阳市差异达到极显著水平, 与顺义区达到显著水平;吸水率顺义区和北京院内无太多差异, 但都与阜阳市差异极显著;面筋指数阜阳市最高为89.76, 与顺义区差异极显著, 与北京院内差异显著。
3 讨论
含有HMW-GS组合类型“1, 7+8, 5+10”的品系在所有品质参数指标中表现最好[10], 含有“1, 7, 5+10”组合类型的品系尽管1By型亚基基因不表达, 但对其品质并未造成非常显著的影响, 其与含有“1, 7+8, 5+10”品系的品质参数间差异不显著。含有“5+10”的组合类型品质指标明显优于不含5+10组合的品系, 可以明显看出5+10亚基对对品质参数的影响显著。
HMW-GS近等基因系的面筋指数与蛋白质含量、吸水率呈显著负相关, 相关系数分别为-0.455和-0.564, 与形成时间、稳定时间、SDS沉降值成显著正相关, 相关系数分别为0.475、0.617和0.521。稳定时间与形成时间显著正相关, 相关系数为0.735。吸水率与蛋白质含量呈显著正相关, 相关系数为0.841。SDS-沉降值与面筋指数呈显著正相关, 相关系数为0.521, 与蛋白质含量和吸水率呈显著负相关, 相关系数分别为-0.509和-0.467。
在北京院内种植小麦比较利于稳定时间和形成时间的提高, 在阜阳市种植比较有利于提高SDS沉淀值和面筋指数, 而北京院内和顺义麦区都有利于小麦面粉吸水率的提高。
4 结语
(1) 通过品质结果分析看出, 含有HMW-GS组合类型“1, 7+8, 5+10”的品系在所有参试的HMW-GS组合类型中其是最优的组合类型, 而含有“1, 7, 5+10”组合类型的品系尽管1By型亚基基因不表达, 但对其品质并未造成非常显著的影响, 与含有“1, 7+8, 5+10”品系的品质参数间差异不显著。相对而言, 含有5+10的组合类型品质指标明显优于不含5+10组合的品系, 可以明显看出5+10亚基对对品质参数的影响极为显著[11]。
(2.对所有参试HMW-GS近等基因系的蛋白质含量、面筋指数、吸水率、形成时间和稳定时间等品质参数进行相关性分析的结果表明, 稳定时间、形成时间、面筋指数三者之间可以互相预测, 而SDS沉淀值可以间接预测面筋指数[12]。
(3) 3个生态区品质参数测试结果表明, 不同生态区对不同品质参数指标的贡献差异比较显著。生态区不同对小麦的品质也用一定的影响[13]。
摘要：研究不同HMW-GS组合类型在不同环境中对小麦品质的影响, 寻找遗传稳定、广适性的优质组合, 为我国小麦的品质改良工作提供重要的理论依据。结果表明, 含有“5+10”的组合类型品质指标显著优于不含5+10组合的品系, 5+10亚基对品质参数的影响极显著。参试材料中, 含有HMW-GS组合类型“1, 7+8, 5+10”品系的品质参数表现最好, 含有“1, 7, 5+10”组合类型的品系尽管1By型亚基基因不表达[1], 但对其品质并未造成非常显著的影响, 其与含有“1, 7+8, 5+10”品系的品质参数间差异不显著。不同生态区对不同品质参数指标的贡献差异比较显著, 在北京院内种植小麦比较有利于稳定时间和形成时间的提高, 在阜阳种植比较有利于提高SDS沉淀值和面筋指数, 而北京院内和顺义麦区都有利于小麦面粉吸水率的提高。
高分子量谷蛋白亚基论文 篇2
关键词：小麦；高分子量谷蛋白亚基；分布；组成
中图分类号： S512.101文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0112-04
收稿日期：2014-11-04
基金项目：河北省现代农业产业技术体系（编号：1004002）。
作者简介：李晓云（1989—），女，河北石家庄人，硕士研究生，主要从事小麦遗传资源研究与利用。E-mail：yun890324@163.com。
通信作者：杨学举，博士，教授，博士生导师，主要从事小麦遗传育种和种质资源研究。E-mail：shmyxj@hebau.edu.cn。高分子量谷蛋白亚基（high molecular weight glutenin subunit，HMW-GS）与小麦加工品质密切相关。小麦HMW-GS的合成受第一同源群染色体1A、1B和1D长臂上的基因控制，分别称作Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1，这3个基因位点存在着广泛的变异形式，不同的等位基因变异以及不同的亚基组合类型对小麦加工品质的影响差异较大[1]。研究表明，Glu-A1编码的1、2*亚基，Glu-B1编码的7+8、17+18、13+16亚基及Glu-D1编码的5+10亚基对烘烤品质效应的贡献较大[2-5]。14+15是我国小麦品种特有的亚基，刘艳华等研究发现，14+15亚基对小麦的加工品质有很大的贡献，甚至好于7+8亚基[6]。控制HMW-GS的位点间存在互作效应，优质亚基组合比单个优质亚基位点在育种中更具有指导意义[7]。Cornish等和刘丽等的研究都表明，具有亚基组合（2*、7+8、5+10）的小麦品种有较好的面包烘烤品质[8-9]，而具有亚基组合（Null、7+9、2+12）的品种的面包烘烤品质较差[8]。此外，范玉顶等研究发现，具有亚基组合类型（1、7+8、2+12）和（Null、7+8、2+12）的小麦品种适于制作馒头[10]。赵京岚等认为（1、14+15、2+12）是适于制作面条的亚基组合类型[11]。因此，利用和创造优质亚基组合，是小麦品质育种的重要研究内容[12-14]。
本研究拟利用SDS-PAGE的方法对我国北方麦区近年来育成的194份小麦品种（品系）的HMW-GS的组成进行分析，以期了解近年来我国北方小麦主产区品种（品系）高分子量谷蛋白亚基的分布状况，发掘具有优质亚基组合的种质类型，为小麦品质改良和育种提供优质的种质资源。
1材料与方法
1.1材料
供试材料共194份，由河北省作物种质资源实验室提供。供试材料包括河北品种98份、河南品种48份、山东品种48份。
1.2方法
HMW-GS电泳参考张玲丽等的方法[15]，略有改动，即SDS-PAGE分离胶的浓度调整为8%。HMW-GS的命名根据Payne等的方法[16]进行。HMW-GS组成分析以中国春（Null、7+8、2+12）为对照。
2结果与分析
2.1供试材料HMW-GS的组成和频率
SDS-PAGE部分电泳图谱见图1，HMW-GS在不同位点上的变异类型及其频率见表1。供试材料中共检测出15种亚基类型，其中Glu-A1位点有3种亚基：Null、1和2*，1亚基出现的频率最高，为61.86%，2*的出现的频率为103%，1和2*亚基与较好的面包烘烤品质相关；Glu-B1位点具有8种亚基：7+9、7+8、6+8、17+18、14+15、13+19、13+16和20，其中7+9亚基出现的频率最高，为46.39%，其次为7+8亚基和14+15亚基，出现的频率分别为28.87%和14.95%；Glu-D1位点有4种亚基：2+10、2+12、4+12和5+10，其中2+12亚基出现的频率最高，为57.22%，优质亚基5+10出现的频率为32.47%。
2.2供试材料HMW-GS的组合形式和频率
由表2可知，194份供试材料共形成30种亚基组合，亚基组合类型较为分散多样。其中以亚基组合（Null、7+9、2+12）最多，占供试材料的17.01%，具有该亚基组合的小麦品种品质较差（筋力较弱），其次为（1、7+9、2+12），出现的频率为12.89%。适于制作馒头的优质亚基组合（1、7+8、2+12）和（Null、7+8、2+12）[10]出现的频率分别为10.82%和4.12%，适于制作面条的优质亚基组合（1、14+15、2+12）[11]出现的频率为8.76%，适于制作面包的优质亚基组合（1、7+8、5+10）、（1、14+15、5+10）、（1、13+16、5+10）以及（1、17+18、5+10），出现的频率分别为5.15%、1.03%、0.52%和3.61%，供试材料中适合制作面条、馒头和面包的优质亚基组合合计占供试材料的34.01%，由此可见，供试材 HMW-GS 组合虽然较为丰富，但优质亚基组合较少，品质较差。
2.3供试材料HMW-GS地区之间的分布特点
以小麦品种所在省份为组，分析了河北（98份）、河南（48份）和山东（48份）品种的HMW-GS分布情况（表3、表4）。各地区品种的亚基组合类型数不同，优质亚基出现的频率也不相同。
由表3可知，Glu-A1位点上，只有河北地区出现了优质亚基2*。亚基1在河南地区出现的频率最高，为71.43%，其次是河北和山东，出现的频率分别为59.18%和58.33%。Glu-B1 位点上，河北和河南地区出现频率最高的亚基均为 7+9，其出现的频率分别为54.08%和58.33%，而山东地区出现频率最高的亚基为7+8，频率为45.83%。Glu-D1位点上，优质亚基5+10在山东地区出现的频率最高，为4375%，其次为河南和河北，其出现的频率分别为37.50%和26.53%。
3讨论
3.1HMW-GS在不同年代的分布特点
HMW-GS被认为是麦谷蛋白的关键组分，HMW-GS的组成分析对麦谷蛋白的遗传研究和小麦品质改良有重要意义。毛沛在1992年对2 292份中国育成材料的HMW-GS的组成进行了分析，发现1A位点出现频率最高的亚基为Null（57.4%），其次为亚基1（27.6%），1B位点上出现频率最高的亚基为7+8（42.0%），其次为亚基7+9（41.9%），1D位点上中国育成材料优质亚基5+10的出现频率为15.7%[17]。
关正君在2003年对227份国内小麦骨干种质材料的HMW-GS进行了分析，研究发现1A位点上Null亚基出现的频率最高（63.44%），其次为亚基1（27.75%），1B位点上出现频率最高的亚基为7+9（41.85%），其次为亚基7+8（34.36%），1D位点上优质亚基5+10出现的频率为8.37%[18]。张丽琴等在2012年对黄淮麦区小麦新品种（系）高分子量谷蛋白亚基的组成进行了分析，发现1A位点上出现频率最高的亚基为1（61.17%），其次为亚基Null（39.39%），1B位点上出现频率最高的亚基为7+9（62.11%），其次为亚基7+8（21.59%），1D位点上优质亚基5+10出现的频率为40.97%[19]。本研究共分析了194份小麦品种（品系）的高分子量谷蛋白亚基的组成，结果发现1A位点上出现率最高的亚基为1（61.86%），其次为亚基Null（31.77），1B位点上出现频率最高的亚基为7+9（46.39%），其次为亚基7+8（28.87%），1D位点上优质亚基5+10出现的频率为32.47%。
研究发现，Glu-A1位点上亚基Null对品质的效应最小，低于亚基1，而Glu-D1位点上，研究者几乎公认5+10亚基优于该位点其他所有的变异形式。由以上分析可知，通过近20年的改良，Glu-A1位点上的亚基1以及Glu-D1位点上亚基5+10出现的频率有了很大的提高，亚基频率的提高可能是引进新的、尤其国外的小麦种质的结果，说明近年来我国小麦品质改良工作取得了较显著的成果。Glu-1B位点上7+9亚基对品质的贡献低于7+8亚基，但其比例却呈上升趋势，这可能是因为含有7+9亚基的品种（品系）与产量性状的相关性较好，董中东等认为含有7+9亚基的品种（品系）的播期范围较宽，适应性强[20]。随着育种工作者加强了对小麦品质育种的重视，含有1和5+10等优质亚基品种（品系）的比率得到大幅度提高，但在利用HMW-GS进行小麦品质改良时还存在一个较大的问题，即各位点优质亚基的引入不平衡，目前优质亚基的引入主要体现在Glu-A1位点的1亚基上，Glu-A1位点的2*亚基以及Glu-B1位点和Glu-D1 位点上各优质亚基的比率较低。利用HMW-GS进行品质育种时，实现1A、1B和1D 3个位点优质亚基的同时聚合，比引入单个亚基效果更明显，因为研究表明品质较好的小麦品种含的优质亚基的数量较多[21]。
3.2不同地区小麦品种高分子量谷蛋白亚基组成分析
由研究结果可知，3个省份的亚基组合类型数不同，各优质亚基出现的频率也不相同。3个地区Glu-A1位点1亚基出现的频率均较高，但2*亚基出现的频率较低，仅在河北地区出现；Glu-B1位点上亚基的变异类型较为丰富，山东地区优质亚基出现的频率高于河北和河南地区；Glu-D1位点上与较好的面包烘烤品质相关的5+10亚基出现的频率较低，最高的山东地区也仅为39.58%。从亚基组合类型的分布情况来看3个地区在优质亚基组成方面各具特色，统计不同育种单位所育品种（系），发现有些育种单位所育品（种）系的HMW-GS的组成相似度较高，因此在搜集小麦种质资源时，各育种单位间应当相互引进与交换，在保持自己优势的同时来弥补不足。
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高分子量谷蛋白亚基论文 篇3
为给小麦品质遗传改良提供依据,以33个小麦品种为材料,对8种HMW-GS及其13种组合的品质效应进行了分析.结果表明,对于Glu-A1位点,1亚基和缺失亚基(N)对面筋数量和强度的效应相似.对于Glu-B1位点,3种亚基对面筋数量的正向效应为14+15>7+8>7+9,对面筋强度的正向效应为7+8>14+15>7+9.对于Glu-D1位点,对面筋数量的正向效应为:2+12>5+10>4+12,对面筋强度的正向效应为:5+10>2+12>4+12.综合各个亚基的.品质效应,本研究提出了包含8种HMW-GS的评分体系.对HMW-GS组合的研究结果表明,不同位点优异HMW-GS的品质效应具有累加作用,据此提出了高面筋数量型品种和强筋型品种的HMW-GS优化组合.品种类型与HMW-GS组合的对应分析验证了HMW-GS品质效应的分析结果.
作 者：胡琳 盖钧镒 许为钢 董海滨 张留臣 张磊 HU Lin GAI Jun-yi XU Wei-gang DONG Hai-bin ZHANG Lui-chen ZHANG Lei 作者单位：胡琳,HU Lin(南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室,江苏,南京,210095;河南省农业科学院小麦研究所,河南,郑州,450002)
盖钧镒,GAI Jun-yi(南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室,江苏,南京,210095)
许为钢,董海滨,张留臣,张磊,XU Wei-gang,DONG Hai-bin,ZHANG Lui-chen,ZHANG Lei(河南省农业科学院小麦研究所,河南,郑州,450002)