耿惠敏

（洛陽師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 河南 洛陽 471002）

小麥?zhǔn)顷P(guān)乎國計(jì)民生的重要的糧食作物之一。目前我國小麥總種植面積大、產(chǎn)出高，截至2021 年年底，小麥總產(chǎn)量為13 434 萬t，是世界上生產(chǎn)小麥最多的國家。 即使我國的小麥總產(chǎn)量遠(yuǎn)高于其他國家，但每年仍需要從國外進(jìn)口小麥，主要是由于強(qiáng)筋小麥的產(chǎn)量普遍較低， 產(chǎn)量和品質(zhì)的無法調(diào)和導(dǎo)致我國小麥品質(zhì)多樣性較低， 缺少各類專用小麥尤其是優(yōu)質(zhì)專用小麥品種[1]。

小麥的蛋白質(zhì)含量約為13%， 其中面筋蛋白的含量和組成決定了面粉的烘烤品質(zhì)。 麥醇溶蛋白和麥谷蛋白是面筋蛋白的主要組成部分。 麥醇溶蛋白是球狀的單體蛋白，使面團(tuán)具有一定的延展性；麥谷蛋白是由2 個(gè)以二硫鍵相連的谷蛋白亞基組成，使面團(tuán)富有彈性。 在和面的過程中，蛋白質(zhì)和水發(fā)生水合、剪切等作用，線狀的谷蛋白聚體相互纏結(jié)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的“骨架”，球狀醇溶蛋白填充于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之中[2-3]，就形成了其他谷物所不具備的面筋。 面筋賦予小麥面團(tuán)獨(dú)特的彈性和延展性， 因此可以加工成各種面食，如面包、饅頭、面條和餅干等。 通過十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）按照分子量大小將麥谷蛋白亞基分為高分子量谷蛋白亞基（High Molecular Weight Glutenin Subunit，HMW-GS）和低分子量谷蛋白亞基 （Low Molecular Weight Glutenin Subunit，LMW-GS）。 其中HMW-GS 是決定面包加工品質(zhì)的最主要因素， 也是評價(jià)小麥面粉加工品質(zhì)的最重要指標(biāo)[4]。

控制小麥HMW-GS 的基因位于小麥第一同源染色體的長臂上，統(tǒng)稱為Glu-1位點(diǎn)，包括Glu-Al、Glu-Bl和Glu-Dl[5]。 不同HMW-GS 的等位變異和亞基組合對小麥烘烤品質(zhì)的貢獻(xiàn)不同[6]，因此可以作為預(yù)判小麥品質(zhì)的手段之一。

為了解黃淮麥區(qū)小麥新品種品質(zhì)現(xiàn)狀， 本試驗(yàn)采用SDS-PAGE 的方法， 對714 個(gè)2020-2021 年度河南省小麥新品種（系）的HMW-GS 進(jìn)行鑒定，確定小麥的HMW-GS 組成，并對其品質(zhì)進(jìn)行評分，明確黃淮麥區(qū)育成品種（系）的品質(zhì)多樣性，為育種人員提供理論指導(dǎo)，調(diào)整育種思路，提高我國小麥品質(zhì)的多樣性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

714 個(gè)小麥新品種（系）均是參加2020-2021 年度河南省小麥品種比較試驗(yàn)的小麥品種， 以中國春（HMW-GS 組成：N，7+8，2+12）為對照品種。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 小麥籽粒HMW-GS 蛋白的提取 每份材料隨機(jī)取1 粒種子， 用鉗子碾碎磨成粉末狀， 裝入1.5 mL 離心管中， 然后加入900 μL 的50%異丙醇，混勻后于65℃水浴加熱30 min， 10 000 r/min 離心3 min，棄去上清液。 在沉淀中加入600 μL 樣品提取液（62.5 mmol/L、pH=6.8 的Tris-HCl，2% SDS，10%甘油，1.5% β-巰基乙醇，0.01%溴酚藍(lán)）， 于40℃加熱1 h，最后在8 000 r/min 下離心5 min，所得上清液即為HMW-GS 提取液，可在4℃條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 SDS-PAGE 電泳 本試驗(yàn)所用的電泳槽是DYCP-24A 型迷你垂直電泳槽，采用1.5 mm 厚的不連續(xù)SDS-PAGE 電泳 （10%的分離膠和3%的濃縮膠）。 每個(gè)孔的加樣量為8 μL，每塊板子進(jìn)行10 mA恒流電泳， 待指示劑跑到玻璃板底部30 min 后停止電泳。

1.2.3 染色和脫色 將膠放入盛有200 mL 染色液（5%的三氯乙酸∶0.4%的考馬斯亮藍(lán)R250 為19∶1）的培養(yǎng)皿中，在搖床上低速搖動(dòng)，染色過夜。 次日取出膠，用清水漂洗脫色至背景透明，拍照保存。

2 結(jié)果與分析

2.1 HMW-GS 的類型

部分試驗(yàn)結(jié)果見圖1、 圖2；714 個(gè)小麥新品種（系） 的Glu-1位點(diǎn)亞基類型和評分的統(tǒng)計(jì)情況見表1。 共檢測出13 種等位基因變異，Glu-A1位點(diǎn)上有3 種類型，含有1 亞基的小麥品種最多；Glu-B1位點(diǎn)上有5 種亞基類型， 含有7+9 亞基的小麥品種最多；Glu-D1位點(diǎn)上有5 種類型，含有4+12 亞基的小麥品種最多。

表1 Glu-1 位點(diǎn)等位基因類型、分布頻率及評分

圖1 108～121 號材料SDS-PAGE 檢測電泳圖譜

根據(jù)Payne 的評分標(biāo)準(zhǔn)[7]，3 個(gè)位點(diǎn)的平均評分情況是Glu-B1＞Glu-A1＞Glu-D1。 原因是由于Glu-B1位點(diǎn)上評分為2 的7+9 亞基的出現(xiàn)頻率明顯高于其他亞基， 而評分為3 的7+8 和17+18 亞基共占24.37%， 評分為1 的亞基7 和亞基6+8 僅占5.04%，因此總體接近于該位點(diǎn)的最高評分3。Glu-A1位點(diǎn)上評分最高的1 亞基占比率最高，2* 亞基評分與1 亞基相同，Glu-A1位點(diǎn)上評分為3 的材料占比率為74.23%，因此平均分也較高。 而Glu-D1位點(diǎn)出現(xiàn)的頻率最高的亞基是4+12，其次是2+12，二者的評分都比較低， 尤其是4+12 的評分為1， 而評分高的5+10 和5+12 亞基共占17.23%， 因此該位點(diǎn)的平均評分低。

2.2 HMW-GS 的組合類型和評分

本試驗(yàn)中HMW-GS 的組合類型、評分和分布頻率見表2。 714 個(gè)小麥新品種 （系） 中共有28 種HMW-GS 組合類型。 其中（1，7+9，4+12）分布頻率最高，其次是（1，7+9，2+12）。 其他HMW-GS 組合出現(xiàn)頻率較低。 因此這714 個(gè)小麥新品種亞基組合類型具有較高的多樣性，但是沒有顯著占優(yōu)勢的類型。

表2 HMW-GS 的組合類型、評分和分布頻率

各種亞基組合類型的評分變幅為3～10， 平均評分為6.58，主要的亞基組合（1，7+9，2+12）（1，7+9，4+12）評分為7 和6。 評分8（包含8）以上的亞基組合共占20.45%， 因此這714 個(gè)小麥新品種的平均評分偏低。

2.3 優(yōu)質(zhì)HMW-GS 的分布頻率

HMW-GS 具有多態(tài)性， 不同類型的亞基對面團(tuán)的加工品質(zhì)有不同的影響。 研究表明，在Glu-A1 位點(diǎn)上的亞基1、2*，在Glu-B1位點(diǎn)上的亞基7+8、17+18、13+16、14+15，在Glu-D1位點(diǎn)上的亞基5+10、5+12，這些亞基可以使面團(tuán)有較好的韌性與彈性，與面包的加工品質(zhì)呈正相關(guān)，因此被稱為優(yōu)質(zhì)亞基，對小麥加工品質(zhì)有重要影響[8-9]。 5+12 亞基可能是在種間雜交的過程中出現(xiàn)的新亞基類型， 顯著優(yōu)于具有優(yōu)質(zhì)亞基5+10 的姊妹系[10]。

本試驗(yàn)的714 個(gè)小麥新品種中， 有1、2*、7+8、17+18、5+10、5+12 等6 種類型的優(yōu)質(zhì)亞基。 Glu-A1上優(yōu)質(zhì)亞基1 有明顯的優(yōu)勢， 占73.67%，Glu-B1 上的優(yōu)質(zhì)亞基7+8 和17+18 共占24.37%。Glu-D1 位點(diǎn)上的2 種優(yōu)質(zhì)亞基5+10 和5+12 占17.23%， 都沒有明顯優(yōu)勢。

小麥品種的HMW-GS 組合類型與其加工品質(zhì)關(guān)系密切。 3 個(gè)位點(diǎn)同時(shí)具有優(yōu)質(zhì)亞基的組合是（1，7+8，5+10）（1，17+18，5+10）和（2*，7+8，5+10），合起來僅占5.88%。 有2 個(gè)位點(diǎn)存在優(yōu)勢亞基的亞基組合共8 種， 這些亞基組合中出現(xiàn)頻率最高的是（1，7+9，5+10），占8.12%，其次是（1，7+8，4+12），占6.58%，然后是（1，7+8，2+12）， 占5.46%， 其他組合類型頻率都低于1%。 因此這714 個(gè)小麥新品種中含有2 個(gè)及以上的優(yōu)質(zhì)亞基組合的品種占比率較低， 為27.44%。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

不同研究者在不同年代對不同時(shí)期黃淮麥區(qū)和河南省小麥品種的HMW-GS 組成進(jìn)行了鑒定和分析， 王銀萍等對黃淮麥區(qū)小麥HMW-GS 亞基的多樣性研究表明， 河南省小麥的HMW-GS 組成以1（66.7%）、7+9（57.14%）和4+12（42.86%）為主[11]。 張麗琴等對199 份黃淮麥區(qū)小麥新品種（系）的HMWGS 進(jìn)行了鑒定，Glu-13 個(gè)位點(diǎn)占比率最高的分別是1（61.67%）、7+9（62.11%）和2+12（53.30%）[12]。 李曉云等對北方冬麥區(qū)HMW-GS 的研究結(jié)果表明，河北和河南小麥3 個(gè)位點(diǎn)占比率最高的都是1、7+9 和2+12， 其中河南小麥3 個(gè)位點(diǎn)的比率為1（70.83%）、7+9（58.33%）和2+12（50%）[13]。 劉春雷等對河南省722 份小麥的HMW-GS 組成進(jìn)行鑒定發(fā)現(xiàn)，Glu-1位點(diǎn)占優(yōu)勢的亞基為1 （60.94%）、7+9 （65.93%）、2+12（57.34%）[14]。 李立的研究表明，黃淮麥區(qū)小麥新品種的Glu-1位點(diǎn)占比率最高的亞基為1 （58.8%）、7+9（57.9%）和2+12（43.9%）[15]。 張自陽的研究結(jié)果表明黃淮冬麥區(qū)的HMW-GS 優(yōu)勢等位亞基為1（65.1%）、7+9（44.6%）和2+12（44.6%）[1]。 高聳試驗(yàn)結(jié)果顯示河南省小麥Glu-1位點(diǎn)上的優(yōu)勢亞基分別是1 （62.94%）、7+9 （55.24%） 和5+10 （53.85%）亞基[16]，這些研究結(jié)果的共同之處是黃淮麥區(qū)，尤其是河南省小麥在Glu-A1占比率最高的為1 亞基，所占頻率都在60%以上，Glu-B1的優(yōu)勢亞基是7+9 亞基，占比率最低，為44.6%，而在Glu-D1位點(diǎn)則有差別，大部分研究結(jié)果為2+12[1,12-15]，王銀萍的研究結(jié)果為4+12（42.86%）[11]，高聳的試驗(yàn)結(jié)果為5+10[16]。本試驗(yàn)結(jié)果的Glu-A1和Glu-B1的優(yōu)勢亞基也是1（73.67%）和7+9（70.59%），這與前面的研究結(jié)果一致， 而Glu-D1位點(diǎn)上的優(yōu)勢亞基則是4+12（41.60%），2+12 亞基占比率與4+12 亞基接近，為41.04%。 郭軍等對2017-2020 年度山東省區(qū)域試驗(yàn)高產(chǎn)組小麥的HMW-GS 組成情況研究表明，高產(chǎn)組Glu-D1位點(diǎn)上4+12 亞基頻率最高，2017-2019 年占56.5%，2018-2020 年占56.0%，強(qiáng)筋組也分別達(dá)到了31.3%和23.7%，均遠(yuǎn)高于2+12 的亞基頻率[17]。 本研究的試驗(yàn)材料是2020-2021 年度參加抗病性鑒定的黃淮麥區(qū)預(yù)備小麥新品種（系），包括山東省及河南省的小麥新品種（系），育成年代與郭軍的材料接近，因此總體結(jié)果與郭軍的更接近。 有研究表明含有4+12 亞基的小麥適合做干面條[18]。 因此4+12 亞基頻率高兼顧了品質(zhì)和高產(chǎn)的育種需要。

張麗琴、 李曉云、 劉春雷、 李立和張自陽等檢測出黃淮麥區(qū)小麥的主要亞基組合都是 （1，7+9，2+12）[1,12-15]， 本試驗(yàn)結(jié)果顯示頻率最高的亞基組合是（1，7+9，4+12）（25.21%）， 其 次 是 （1，7+9，2+12）（18.91%），兩者差異不顯著。 李立對2013-2014 年度黃淮麥區(qū)小麥新品種的研究結(jié)果中（1，7+9，4+12）占到11.3%，排在第3 位，在山東小麥的強(qiáng)筋組中，雖然出現(xiàn)頻率最高的是（1，7+8，5+10）（23.7%），但是（1,7+9，4+12）所占比率也達(dá)到了13.2%。 這說明近年來黃淮麥區(qū)Glu-D1位點(diǎn)上的4+12 亞基所占頻率有明顯增加的趨勢。

黃淮麥區(qū)小麥Glu-1位點(diǎn)的平均評分結(jié)果均表明Glu-B1＞Glu-A1＞Glu-D1， 本試驗(yàn)結(jié)果也是如此，這是由于黃淮麥區(qū)Glu-D1的優(yōu)質(zhì)亞基5+10 占比率普遍較低， 而Glu-A1位點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)亞基1 亞基占比率在70%左右，2* 亞基較為稀少，Glu-B1位點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)亞基7+8 亞基比率也較高，尤其是山東小麥中7+8亞基占比率最高[17]。 但是根據(jù)Payne 等的評分標(biāo)準(zhǔn)，Glu-1各位點(diǎn)對小麥加工品質(zhì)的影響是Glu-D1＞Glu-A1＞Glu-B1， 強(qiáng)筋小麥中普遍含有5+10 亞基[17,19]。因此，黃淮麥區(qū)的品質(zhì)提升仍然應(yīng)該從Glu-D1優(yōu)質(zhì)亞基的引入和聚合著手。

3.2 結(jié)論

綜上可知，本試驗(yàn)的714 個(gè)小麥新品種（系）的Glu-1位點(diǎn)等位基因多樣性低， 尤其是Glu-B1位點(diǎn)缺乏優(yōu)質(zhì)亞基14+15 和13+16，Glu-D1位點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)亞基5+10 占比率低， HMW-GS 組成多樣性高，但是適合做各類面食的優(yōu)質(zhì)組合少，總體評分低。 因此，今后的育種應(yīng)從不同生態(tài)區(qū)引入含有各類型優(yōu)質(zhì)亞基的小麥品種作為育種親本， 利用生物化學(xué)標(biāo)記如SDS-PAGE 輔助， 在后代中選育出兼顧高產(chǎn)和含有優(yōu)質(zhì)亞基的小麥品種， 進(jìn)一步增加優(yōu)質(zhì)小麥的遺傳多樣性， 提升Glu-D1位點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)亞基5+10 的比率， 培育出適合黃淮麥區(qū)的優(yōu)質(zhì)小麥及其他的專項(xiàng)小麥如制作饅頭、面條[1,18]，來滿足我國人民的需求，減少進(jìn)口。