丁明亮，趙佳佳，周國雁，李宏生，崔永禎，趙 紅，伍少云，楊木軍，鄭 軍，李紹祥

(1.云南省農業(yè)科學院糧食作物研究所,云南昆明 650205；2.山西省農業(yè)科學院小麥研究所,山西臨汾 041000；3.云南省農業(yè)科學院生物技術與種質資源研究所，云南昆明 650205)

農業(yè)供給側結構性改革要求小麥育種由追求產量為主轉向兼顧品質、產量和抗逆性，尤其應選育優(yōu)質專用強筋、弱筋型品種。小麥籽粒加工品質受品種的遺傳特性、栽培技術、土壤、氣候以及收獲、干燥、儲存方法與條件等因素的影響[1]，其中品種的高分子量麥谷蛋白亞基(HMW-GS)的遺傳組成與加工品質關系密切[2]。盡管HMW-GS的含量約為胚乳總蛋白含量的40%，且在小麥籽粒中含量較低，卻影響著約2/3的面包烘烤參數變異[3]。小麥品種HMW-GS 受遺傳控制，不受環(huán)境影響[4]；利用SDS-PAGE電泳技術可有效鑒定小麥品種的HMW-GS組成[5]，指導優(yōu)質專用小麥育種的親本選配[6-8]。

云南屬低緯度高海拔地區(qū)，從南到北共有7個氣候類型，從低海拔熱區(qū)河谷、溫涼壩區(qū)到丘陵及高寒山區(qū)海拔300～3 600 m的范圍內均有普通小麥種植，包括滇北晚熟麥區(qū)、滇中中熟麥區(qū)和滇南早熟麥區(qū)，分屬于我國西南冬麥區(qū)和華南冬麥區(qū)[9-10]。由于地方種質資源的局限和小麥生產的需要，自20世紀50年代以來，云南省先后從國內外引進了大量小麥品種(系)應用于小麥新品種選育和生產，其中以CIMMYT的材料最多，其次為四川、河南、貴州等省市[9]。利用這些國內外引進的種質資源開展育種工作，云南的小麥生產實現了5次品種更新，其中引進直接應用和雜交育成的品種(系)有150多個[9]，目前對這些品種(系)的HMW-GS組成還缺乏系統(tǒng)評價。本研究擬利用SDS-PAGE電泳技術對1950s以來的152份云南省普通小麥育成品種(系)的HMW-GS組成進行分析，以期為篩選和有針對性地引進含優(yōu)質亞基的品種資源用于優(yōu)質專用小麥育種提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為20世紀50年代以來云南省育成小麥品種(系)152個，其中140個品種(系)的種子由云南省農業(yè)科學生物技術與種質資源研究所云南省作物種質庫提供，其余來自各育種單位，詳見表1。

表1 152份云南育成小麥品種(系)的HMW-GS組成及品質評分Table 1 HMW-GS compositions and quality scores of 152 wheat varieties(lines) bred in Yunnan

(續(xù)表1 Continued table 1)

(續(xù)表1 Continued table 1)

1.2 方 法

樣品提取參考趙 彬等[11]的方法進行。每份材料取1粒種子磨成粉后,加入1 mL離心管中，用適量提取液(0. 063 mol·L-1Tris-HCl，pH=6. 8,10% 甘油，5%疏基乙醇，2% SDS，0.002%溴酚蘭)振蕩，室溫浸提2 h以上，然后在沸水中煮4 min后，保存于-20 ℃的冰箱中，用前取上清液點樣。

采用SDS-PAGE方法[5]分析HMW-GS類型，所用儀器為北京六一儀器廠生產的DYCZ- 24D 型雙垂直電泳槽。

以中國春(N，7+ 8，2+ 12)、師欒02-1(1，7+9，5+10)、煙農361(1，17+18，5+10)為對照，參照Payne等[12]的標準區(qū)分、命名高分子量麥谷蛋白亞基。鑒于實驗中有11份材料含14+15亞基，Panye等[12]和毛 沛等[14]的評分系統(tǒng)均未對該亞基給出評分，故采用程愛華等[13]的評分系統(tǒng)計算各亞基的品質得分(表2)。

表2 Glu-1 品質評分系統(tǒng)Table 2 Glu-1 quality scores systems

2 結果與分析

2.1 云南小麥品種(系)的HMW-GS等位變異類型及頻率

從SDS-PAGE 分析結果(表1、表3)可以看出，云南省育成的152份小麥品種(系)的HMW-GS在 Glu-A1>、 Glu-B1>、 Glu-D1> 位點上表現出豐富的多態(tài)性，共有 12種等位變異。其中， Glu-A1>位點上有2種等位變異(N和1)，出現頻率分別為56.58%和43.42%； Glu-B1> 位點檢測到的等位變異最多，共有7+8、7+9、6+8、14+15、17+18和13+16共6種亞基，其中含7+8、7+9的品種(系)較多，出現頻率分別為42.11%和34.87%，優(yōu)質亞基17+18出現頻率較低，僅為13.61%，在3份材料中出現稀有亞基13+16； Glu-D1> 位點有 4 種等位變異，其中優(yōu)質亞基5+10的出現頻率為24.34%；2+12亞基的占比達54.61%，一般認為含該亞基的品種多為中間型或軟質型；稀有亞基2+10和5+12分別占5.26%和15.79%。

總體上，云南省育成小麥品種(系)的HMW-GS亞基類型較豐富，且以 Glu-A1>和 Glu-D1>位點上的優(yōu)質亞基1、5+10和5+12的出現頻率較高，約為40%，但 Glu-B1>位點的優(yōu)質亞基13+16和17+18的出現頻率較低，只有15%，半數品種(系)都含對加工品質有負向作用的2+12亞基。此外，7亞基的頻率高達76.98%，同時還檢測到3個稀有亞基13+16、2+10和5+12。

表3 云南小麥育成品種(系)HMW-GS的等位變異及頻率Table 3 Allelic variation of Glu-1 and their frequency in 152 wheat varieties(lines) bred in Yunnan

2.2 云南省小麥品種(系)HMW-GS亞基組合類型和品質評分

云南省小麥的HMW-GS亞基組合類型比較豐富,共出現27種亞基組合類型(表4)，其中以“N，7+8，2+12”、“N，7+9，2+12”、“1，7+8，2+12”和“1，7+9，5+10”4種亞基組合類型較多，出現頻率分別為20.39%、9.87%、7.89%和7.89%,共計46.04%；10種HMW-GS亞基組合類型僅各有1個品種(系)。152份品種(系)的品質評分差異較大，變化范圍為3.0～8.5分，除34份材料因含稀有亞基13+16、2+10、5+12而利用程愛華評分系統(tǒng)不能計算其品質評分外，其余118份材料的平均品質得分為4.40。如果把稀有優(yōu)質亞基13+16的品質評分等同于17+18[15]，5+12等同于5+10[16]，則至少有2個位點均含優(yōu)質亞基1、13+16或17+18、5+10或5+12且品質評分在7.0分以上的品種(系)有46個，占30.26%，其中3個位點均含優(yōu)質亞基且品質評分在8.5分的品種(系)有9個，僅占5.92%，這些資源可用于中強筋小麥育種；3個位點均不含優(yōu)質亞基且品質評分為3分的品種(系)有15個，占9.87%，這些材料可用于弱筋小麥育種。

表4 152份云南育成小麥品種(系)的HMW-GS組合類型Table 4 HMW-GS combinations of 152 wheat varieties(lines) bred in Yunnan

2.3 云南省不同時期小麥育成品種(系)的HMW-GS亞基品質評分及5+10 優(yōu)質亞基分布頻率

152 份云南省育成品種(系)按其育成時期劃分為5組，1970s以前的品種(系)有5 份，1980s的品種(系)有65份，1990s的品種(系)有40份，2000s的品種(系)有29份，2010s的品種(系)有13份。參與評分的各個時期育成品種(系)的品質平均得分差異較小，均在4.50左右(圖1)，其中1970s以前育成品種(系)的HMW-GS 品質平均得分最低，而1980s的HMW-GS 品質平均得分最高。不同時期育成品種(系)5+10 優(yōu)質亞基的分布頻率(圖2)，在1990s之前差異不大，此后逐漸增加，2010s育成的品種(系)中優(yōu)質亞基5+10分布頻率最高，達到了30.77%，表明云南省各育種單位在品質育種中加強了含5+10優(yōu)質亞基親本的利用，但該時期育成品種(系)的品質平均評分并未得到明顯提高，說明育種中改良單個高分子量麥谷蛋白優(yōu)質亞基并不一定能改善品種的加工品質。

圖1 不同時期云南小麥育成品種(系)的品質評分變化Fig.1 Quality score variation of HMW-GS among Yunnan wheat varieties(lines) bred in different periods

圖2 不同時期云南小麥育成品種(系)的5+10優(yōu)質亞基分布頻率的變化規(guī)律Fig.2 Frequency variation of 5+10 subunits among Yunnan wheat varieties(lines) bred in different periods

2.4 云南省不同小麥種植區(qū)育成品種(系)的HMW-GS亞基組成

《云南省小麥種植區(qū)劃》將云南小麥劃分為三個種植區(qū)，即滇北晚熟麥區(qū)(海拔2 000～3 480 m，生育期200～250 d)、滇中中熟麥區(qū)(海拔1 500～2 000 m，生育期175～200 d)和滇南早熟麥區(qū)(海拔1 500 m以下，生育期130～160 d)。在152個育種品種(系)中，139個為上述三個麥區(qū)選育(表5)，以滇中麥區(qū)育成的品種(系)最多(99個)，其次為滇南麥區(qū)(28個)和滇北麥區(qū)(12個)。滇北麥區(qū)的品種(系)均為2000年之前選育，此后其品種(系)完全來自滇中麥區(qū)或四川、貴州等?。煌瑫r滇中麥區(qū)的品種(系)也大量應用于滇南麥區(qū)。從HMW-GS亞基分布數量上看，以滇中麥區(qū)育成的品種(系)最多(12種)，其次為滇南麥區(qū)(9種)和滇北麥區(qū)(8種)。在 Glu-A1>位點，滇北麥區(qū)育成的品種(系)含優(yōu)質亞基1的占比(8/12)高于滇南(16/28)和滇中麥區(qū)(38/99)；在 Glu-B1>和 Glu-D1>位點，滇南和滇中麥區(qū)育成的品種(系)含優(yōu)質亞基13+16或17+18、5+10或5+12的占比相近，滇北麥區(qū)的極低。這種差異主要與3個麥區(qū)育種上可供利用的親本資源多少有關。

3 討 論

豐富多樣的優(yōu)質親本資源是開展優(yōu)質專用小麥育種的基礎，從現有品種(系)中篩選含HMW-GS優(yōu)質亞基的育種材料，是獲得優(yōu)質親本的一個有效途徑。本研究結果表明，云南省普通小麥育成品種(系)在 Glu-A1>、 Glu-B1>、 Glu-D1> 位點的HMW-GS亞基表現出較豐富的多態(tài)性，共有 12 種等位變異，27種亞基組合類型；在 Glu-B1>和 Glu-D1>位點還檢測到13+16、2+10和5+12三種稀有亞基類型，其中13+16和5+12均為對加工品質有正向作用的優(yōu)質亞基[17-18]。云南小麥育成品種(系)HMW-GS的等位變異比湖北[19]、青海[20]和四川[21]略豐富，但不及山西[6]、寧夏[22]、甘肅[23]、河南[24]、河北[25]、陜西[26]、新疆[27-28]與重慶[29]，和貴州[30]相近。與國內其他省市相比，云南省的小麥品種(系)在HMW-GS亞基組成上較差,尤其在 Glu-A1>位點缺2*優(yōu)質亞基，而且在 Glu-A1>、 Glu-B1>、 Glu-D1> 位點上均含優(yōu)質亞基的品種(系)極少，僅占5.92%。因此，今后應加強引進利用這類優(yōu)質資源。同時，有46個品種(系)至少在2個位點均含優(yōu)質亞基1、13+16或17+18、5+10或5+12，可用作品質育種的優(yōu)良親本。

表5 云南不同麥區(qū)小麥育成品種(系)的HMW-GS亞基類型Table 5 HMW-GS subunits in varieties(lines) bred by different wheat area of Yunnan

此外，在152份云南省普通小麥育成品種(系)中有117份材料在 Glu-B1>位點含7亞基，占76.98%，由于SDS-PAGE電泳技術難以準確鑒定7*、7OE與7亞基，其中含7OE亞基的小麥材料被認為是培育超強筋小麥品種的重要資源之一[22]。因此，下一步需在本研究基礎上，利用Ragupathy等[31]開發(fā)的STS標記對這117份品種(系)作深入分析，以期能發(fā)掘出含7OE亞基的優(yōu)質資源供育種利用。

小麥的加工品質不僅與HMW-GS亞基及其組合密切相關，還受LMW-GS、醇溶蛋白的組成和含量、 Glu-1>位點間的互作、品種的遺傳背景等多種因素的影響，某些含優(yōu)質亞基的品種不一定具有良好的加工品質，反之亦然[15]。如本研究中亞基組成為N、7+9、2+12的云麥33號曾在1992年被評為全國18個優(yōu)質面包小麥品種之一[32]，因此，在品質育種中，需要把育種材料的亞基組成與面團流變學特性等品質分析結果相結合。