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隴東旱塬冬小麥資源的HMW-GS組成及品質(zhì)比較

2016-04-25 00:52張金乾劉自成施萬(wàn)喜孟建軍
關(guān)鍵詞:品質(zhì)小麥

張金乾,張 成,劉自成,施萬(wàn)喜,孟建軍,楊 

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070; 2.隴東學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院, 甘肅 慶陽(yáng) 745000)

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隴東旱塬冬小麥資源的HMW-GS組成及品質(zhì)比較

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070; 2.隴東學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院, 甘肅 慶陽(yáng) 745000)

摘要:采用SDS-PAGE技術(shù)和近紅外反射光譜法,對(duì)隴東地區(qū)382份冬小麥資源的HMW-GS組成和其中315份品種的沉淀值、蛋白質(zhì)和濕面筋含量進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明:隴東旱塬冬小麥資源存在16種亞基變異類(lèi)型,35種組合形式;null,7+8,2+12為各自位點(diǎn)的主要亞基變異類(lèi)型,其中 1,7+9,5+12亞基在育成和引進(jìn)品種(系)中相對(duì)地方品種有明顯提高,且5+10亞基在育成品種(系)中出現(xiàn)頻率也較高(17.02%);在地方品種中null、7+8、2+12為優(yōu)勢(shì)組合(占79.19%),而育成和引進(jìn)品種(系)中亞基主要以null、7+9、2+12(23.40%和17.58%),null、7+8、2+12(21.28%和16.48%),1、7+8、2+12(10.60%和15.38%)三類(lèi)組合形式存在;具有2*、7+8、5+12組合的小麥品種綜合品質(zhì)較優(yōu)。從供試材料中篩選出8分以上的組合14類(lèi),89個(gè)品種,其中4類(lèi)組合的23個(gè)品種得分10分。

關(guān)鍵詞:小麥;高分子量麥谷蛋白亞基;育成品種;品質(zhì)

食品工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,對(duì)小麥的加工品質(zhì)提出了更高要求,小麥品質(zhì)育種也因此受到普遍重視。沉淀值、蛋白質(zhì)和濕面筋含量等主要品質(zhì)衡量指標(biāo),已在優(yōu)質(zhì)品種篩選中廣泛應(yīng)用,發(fā)揮了巨大作用。高分子量麥谷蛋白是小麥胚乳儲(chǔ)藏蛋白的重要組成部分,籽粒中亞基的種類(lèi)和組成對(duì)小麥品質(zhì)有很大影響。已公認(rèn)Glu-D1位點(diǎn)上的優(yōu)質(zhì)亞基5+10與烘烤品質(zhì)呈正相關(guān),而2+12亞基與烘烤品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)[1-2]。Payne等[3]將各亞基對(duì)小麥品質(zhì)貢獻(xiàn)大小進(jìn)行了評(píng)分,其標(biāo)準(zhǔn)為:4分(5+10),3分(1、2*、17+18、7+8、13+16),2分(7+9、2+12、3+12),1分(7、6+8、4+12、null)。也有國(guó)內(nèi)學(xué)者研究認(rèn)為[4-6],14+15、5+12亞基也屬優(yōu)質(zhì)亞基,其品質(zhì)評(píng)分為3分和4分。選擇利用具有優(yōu)質(zhì)亞基和優(yōu)良品質(zhì)特性的親本材料,對(duì)小麥品質(zhì)改善、優(yōu)質(zhì)品種的培育有很大幫助。冬小麥?zhǔn)请]東旱塬主栽?xún)?yōu)勢(shì)糧食作物之一,目前生產(chǎn)上應(yīng)用的小麥品種加工品質(zhì)普遍較差,蛋白質(zhì)和濕面筋等品質(zhì)性狀量高而質(zhì)不優(yōu),無(wú)加工專(zhuān)用型新品種小麥,因此在育種中加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的研究、篩選和利用,提高新培育品種品質(zhì)質(zhì)量就顯得尤為重要,本試驗(yàn)對(duì)隴東旱塬382份冬小麥品種的HMW-GS組成和其中315份品種的蛋白質(zhì)品質(zhì)做了簡(jiǎn)單效應(yīng)比較,以期對(duì)該地區(qū)冬小麥種質(zhì)資源HMW-GS的遺傳基礎(chǔ)及其品質(zhì)信息有所了解,為冬小麥品種的品質(zhì)改良提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)材料由隴東學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院小麥育種組提供,共382份冬小麥品種(系),其中當(dāng)?shù)赜善贩N(系)94份,引進(jìn)品種91份,農(nóng)家品種197份。所有供試材料于2012—2013年在隴東學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院試驗(yàn)田繁殖,隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3行區(qū),行長(zhǎng)1.5 m,區(qū)距20 cm,3次重復(fù),人工條播,栽培管理同大田。部分品種活力較差,種子收獲量少,只做HMW-GS分析,對(duì)種子量滿(mǎn)足試驗(yàn)要求的品種同時(shí)檢測(cè)了沉淀值、蛋白質(zhì)和濕面筋含量。

1.2方法

1.2.1HMW-GS的提取及電泳試驗(yàn)在隴東學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院育種實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。參照張學(xué)勇的方法[7],每份材料取一粒種子粉碎后裝入離心管(1.5 mL),加入異丙醇混勻,60℃熱水中煮20~30 min,離心并棄上清液,重復(fù)以上步驟1次,除去醇溶蛋白等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。按種子重量10倍體積向離心管中加入麥谷蛋白提取液混勻,60℃熱水中煮2 h,離心取上清液備用。電泳采用不連續(xù)SDS-PAGE法,以濃度為10%的分離膠和4%的濃縮膠進(jìn)行制膠。在電泳槽中加入適量甘氨酸電極緩沖液,依次上樣10 μL,電泳8~10 h。用考馬斯亮藍(lán)染色液(0.05%)染色1~2 d,脫色液中脫色6~8 h,等譜帶基本清晰,在凝膠成像系統(tǒng)中,拍照保存。谷蛋白亞基編碼和命名按Payne1983年的標(biāo)準(zhǔn)[8]進(jìn)行。電泳對(duì)照材料為中國(guó)春(null、7+8、2+12)和中優(yōu)9507(1、7+9、5+10)。

1.2.2品質(zhì)性狀分析供試材料的品質(zhì)性狀采用丹麥福斯公司生產(chǎn)的Infratec TM 1241型近紅外谷物品質(zhì)分析儀(內(nèi)置小麥標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)和校正模型軟件)測(cè)定,包括沉淀值、蛋白質(zhì)和濕面筋含量,結(jié)果由系統(tǒng)軟件自動(dòng)分析。

1.白川麥;2.中國(guó)春;3.白大麥;4.白葛條;5.白金麥;6.白老芒麥;7.白露仁;8.白馬蓮;9.白螞蚱;10.白麥;11.白芒麥;12.白薯?xiàng)l;13.白禿螞蚱;14.白玉麥;15.崇信二紅麥;16.崇信縮條麥;17.崇信紅疙瘩麥;18.中優(yōu)9507;19.崇信白軟稈

1. Baichuanmai; 2. Zhongguochun; 3. Baidamai; 4. Baigetiao; 5. Baijinmai; 6. Bailaomangmai; 7. Bailuren; 8. Baimalian; 9. Baimazha; 10. Baimai; 11. Baimangmai; 12. Baishutiao; 13. Baitumazha; 14. Baiyumai; 15. Chongxinerhongmai; 16. Chongxinsuotiaomai; 17. Chongxinhonggedamai; 18. Zhongyou9507; 19. Chongxinbairuangan

圖1部分地方冬小麥品種的HMW-GS電泳圖譜

Fig.1Electrophoresis result of HMW-GS patterns for partial local winter wheat varieties

2結(jié)果與分析

2.1隴東旱塬冬小麥資源HMW-GS等位變異分析

從表1看出,供試材料共存在16種HMW-GS變異類(lèi)型,Glu-A1位點(diǎn)3種(null,1,2*),Glu-B1位點(diǎn)7種(7+8,7+9,6+8,7,14+15,17+18,13+16),Glu-D1位點(diǎn)6種(2+12,5+10,5+12,4+12,2,2+10),其中地方品種出現(xiàn)15亞基,育成品種(系)出現(xiàn)10種亞基,引進(jìn)品種出現(xiàn)14種亞基。3類(lèi)不同類(lèi)型品種均以null,7+8,2+12為Glu-1各自位點(diǎn)主要變異類(lèi)型,依次占到:null(94.92%、62.77%、57.14%),7+8(85.79%、56.38% 、51.65%),2+12(91.37%、61.7%、64.84%)。然而對(duì)于不同位點(diǎn),亞基等位變異出現(xiàn)頻率有很大差別。其中Glu-A1位點(diǎn),育成和引進(jìn)品種(系)中亞基null較地方品種分別降低了32.15%和37.78%,而亞基1出現(xiàn)頻率則明顯提高,分別占到27.66%和39.56%,地方品種只占2.03%;Glu-B1位點(diǎn),亞基7+9在育成和引進(jìn)品種(系)中分別占到43.62%和45.05%,相對(duì)地方品種提高了38.54%和39.97%,而優(yōu)質(zhì)亞基14+15、17+18和13+16只在地方品種和育成品種中存在,且出現(xiàn)頻率偏低,育成品種(系)在此位點(diǎn)的亞基變異類(lèi)型相對(duì)單一;Glu-D1位點(diǎn),育成和引進(jìn)品種(系)中,亞基5+12高出地方品種13.00%和15.79%,而亞基5+10以育成品種(系)最高,比地方品種和引進(jìn)品種分別提高14.99%和8.23%。5+10亞基出現(xiàn)頻率的提高,說(shuō)明近年來(lái)優(yōu)質(zhì)亞基的利用在育種上受到很大重視。

表1 冬小麥資源HMW-GS變異類(lèi)型及頻率

2.2隴東旱塬冬小麥資源HMW-GS組成及頻率分析

從表2可以看出,供試材料的HMW-GS組合類(lèi)型共有35種,其中引進(jìn)品種出現(xiàn)26種亞基組合類(lèi)型,育成品種(系)20種,地方品種19種。顯然3類(lèi)品種均有極為豐富的亞基組合類(lèi)型,尤其是引進(jìn)品種,但就不同類(lèi)型的品種,優(yōu)勢(shì)組合存在很大差異,出現(xiàn)頻率也各有不同。在地方品種中,null、7+8、2+12組合占到79.19%,具絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。而在育成和引進(jìn)品種(系)中,主要存在三種優(yōu)勢(shì)組合類(lèi)型,以null、7+9、2+12出現(xiàn)頻率最高(23.40%和17.58%),其次是null、7+8、2+12(21.28%和16.48%)和1、7+8、2+12(10.64%和15.38%),其它亞基組合類(lèi)型頻率較低,分布均勻。供試材料中檢測(cè)出4類(lèi)優(yōu)質(zhì)亞基組合,分別是1、7+8、5+12,1、7+8、5+10,2*、7+8、5+12和2*、7+8、5+10,主要存在于育成和引進(jìn)品種(系)中,但頻率普遍偏低。同時(shí)材料中具有優(yōu)質(zhì)亞基13+16、14+15和17+18的組合存在于地方和引進(jìn)品種中,在育成品種中尚未出現(xiàn)。

2.3隴東旱塬冬小麥資源不同HMW-GS組成的主要品質(zhì)性狀

表3列出了315份材料中22種HMW-GS組成形式的沉淀值、蛋白質(zhì)和濕面筋含量平均值,并對(duì)亞基組合進(jìn)行了評(píng)分。依據(jù)蛋白質(zhì)含量高低,排在前5位的亞基組合依次是:2*、7+8、5+12(10分),2*、7+9、5+10(9分),2*、7+9、5+12(9分),null、7、2+12(4分),1、7+8、5+12(10分);依據(jù)濕面筋含量高低,排在前5位的亞基組合依次是:2*、7+8、5+12(10分),1、7+8、5+12(10分),2*、7+9、5+10(9分),2*、7+9、5+12(9分),1、7+9、5+12(9分);依據(jù)沉淀值高低,排在前5位的亞基組合依次是:2*、7+8、5+12(10分),1、7+9、5+10(9分),1、14+15、2+12(8分),2*、7+9、5+10(9分),null、6+8、2+12(4分)。null、7、2+12和null、6+8、2+12組合得分最低,但蛋白質(zhì)含量比較高,而得8分的1、7+8、2+12和null、7+8、5+12亞基組合類(lèi)型沉淀值、蛋白質(zhì)和濕面筋含量都較低,同時(shí)null、7+8、5+10(8分)的蛋白質(zhì)和濕面筋含量也較低。各品質(zhì)性狀均有自己的優(yōu)勢(shì)組合,綜合品質(zhì)以2*、7+8、5+12最好,蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉淀值均值分別達(dá)到17.76%、40.54%和44.41 mL。

表2 冬小麥資源HMW-GS亞基組成及頻率

2.4隴東旱塬冬小麥資源品質(zhì)得分8分以上的亞基組合類(lèi)型及品種

國(guó)內(nèi)外多數(shù)研究證明,HMW-GS對(duì)小麥品質(zhì)的遺傳改良具有明顯的正向作用,依據(jù)亞基的優(yōu)劣能在一定程度上推測(cè)小麥的品質(zhì)狀況。由表3也可以看出,得分高的2*、7+8、5+12,1、7+8、5+12,2*、7+9、5+10,2*、7+9、5+12,1、7+9、5+10等亞基組合類(lèi)型沉淀值、蛋白質(zhì)和濕面筋含量均較高,綜合品質(zhì)較好。依據(jù)亞基品質(zhì)得分和本試驗(yàn)結(jié)果,從供試材料中篩選出8分以上的組合14類(lèi)( 89個(gè)品種),其中10分以上的組合4類(lèi)(23個(gè)品種),結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 冬小麥資源不同HMW-GS組成類(lèi)型的主要品質(zhì)性狀及評(píng)分

注:ND表示未評(píng)。Note: ND meant that the quality score had not been determined.

表4 冬小麥資源品質(zhì)得分8分以上的亞基組合類(lèi)型及品種

3結(jié)論

隴東旱塬冬小麥資源亞基變異類(lèi)型豐富,存在多個(gè)優(yōu)質(zhì)亞基可供育種工作者開(kāi)發(fā)利用。Glu-A1位點(diǎn)1和2*亞基以引進(jìn)品種最高(42.86%),育成品種(系)次之(37.23%),地方品種最低(5.08%);Glu-B1位點(diǎn)13+16,14+15和17+18亞基只存在于地方品種和引進(jìn)品種中,應(yīng)注重這些亞基的利用;Glu-D1位點(diǎn)5+10和5+12亞基在育成和引進(jìn)品種(系)中分別占到35.11%和29.67%,地方品種7.12%。亞基組合類(lèi)型地方品種中null、7+8、2+12占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),育成品種(系)中亞基組合類(lèi)型分布相對(duì)均勻,null、7+9、2+12所占頻率最大(23.40%)。這一結(jié)果與李興茂[9]和李望鴻[10-11]等人研究有所不同,甘肅小麥資源育成品種中null、7+9、2+12組合出現(xiàn)頻率相對(duì)較低(14.30%以下)。null、7+9、2+12組合在隴東冬小麥育成品種(系)中出現(xiàn)頻率高的原因除了所選試驗(yàn)材料的不同外,也可能與引進(jìn)的親本材料有關(guān),因?yàn)楸驹囼?yàn)中引進(jìn)品種該組合類(lèi)型出現(xiàn)頻率也最高(17.58%)。

針對(duì)國(guó)內(nèi)不同地區(qū)小麥資源HMW-GS與小麥品質(zhì)關(guān)系的研究,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為1、2*、7+8、13+16、14+15、17+18、5+10、5+12亞基在各自位點(diǎn)上品質(zhì)效應(yīng)較高,其組合綜合品質(zhì)較優(yōu)[12-17]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隴東地區(qū)冬小麥資源以2*、7+8、5+12亞基組合類(lèi)型綜合品質(zhì)最好,null、6+8、5+12組合品質(zhì)最差,基本符合總評(píng)分高的亞基組合品質(zhì)較優(yōu)這一規(guī)律。其中也有一些品質(zhì)得分高的亞基組合null、7+8、5+12,1、7+8、2+12綜合品質(zhì)較差,而null、7、2+12的蛋白質(zhì)含量和null、17+18、2+12的濕面筋含量較高。這種差異的存在可能是由選用的材料、分析方法和各亞基組合間樣本量的不同造成,其次也無(wú)法排除LMW-GS和醇溶蛋白對(duì)小麥品質(zhì)的影響[10,18],其他原因還有待進(jìn)一步研究。隴東旱塬冬小麥育種中,優(yōu)質(zhì)、抗逆品種的培育,應(yīng)在本地優(yōu)質(zhì)資源充分開(kāi)發(fā)利用的基礎(chǔ)上,注意引入外部?jī)?yōu)良品種血緣來(lái)拓寬本地小麥的遺傳基礎(chǔ),在導(dǎo)入優(yōu)質(zhì)亞基提高新品種亞基質(zhì)量的同時(shí),也注重品質(zhì)特性的改善,加快解決隴東冬小麥加工品質(zhì)差的問(wèn)題。并通過(guò)小麥亞基與品質(zhì)間關(guān)系的綜合研究,全面優(yōu)化種質(zhì)資源,提高親本材料選配的科學(xué)性。

參 考 文 獻(xiàn):

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Compositions of HMW-GS and quality properties of winter wheat varieties in Longdong drought area

ZHANG Jin-qian1, ZHANG Cheng2, LIU Zi-cheng2, SHI Wan-xi2, MENG Jian-jun2, YANG Xiao2

(1.AgronomyCollege,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China;2.DepartmentofAgronomyandForestryScience,LongdongUniversity,QingYang,Gansu745000,China)

Abstract:The compositions of high molecular weight glutenin subunits were investigated through SDS-PAGE analyses using 382 winter wheat varieties from Longdong, and sedimentation value, protein and wet gluten contents of 315 cultivars were deciphered with a near infrared analyzer. The results showed that there were 16 types of subunits and 35 subunit compositions in these materials. Among them, the null, 7+8, and 2+12 subunits were the major types for their respective loci. The subunits of 1, 7+9, and 5+12 were increased obviously in bred and introduced varieties from those in local varieties, and the frequency (17.02%) of subunit 5+10 was high in bred varieties. The subunit composition with null, 7+8, and 2+12 was the major type in local varieties. However, in bred and introduced varieties, subunit compositions with null, 7+9 and 2+12 (23.40% and 17.58% respectively), null, 7+8 and 2+12 (21.28% and 16.48% respectively), and 1, 7+8 and 2+12 (10.60% and 15.38% respectively) were the dominant combinations. Varieties with the composition of 2*, 7+8, and 5+12 had relatively superior quality. According to the subunit combinations, qualities of 89 winter wheat varieties scored above 8, and 23 varieties even had a score of 10 in this experiment.

Keywords:Wheat; HMW-GS; Bred varieties; Quality

中圖分類(lèi)號(hào):S326

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

作者簡(jiǎn)介:張金乾(1988—),男,甘肅白銀人,在讀碩士,研究方向?yàn)樾←溸z傳育種。E-mail:jinqian126@126.com通信作者:張成(1960—),男,甘肅鎮(zhèn)原人,教授,主要從事作物遺傳育種教學(xué)和科研工作。E-mail:ldxyzc@126.com

基金項(xiàng)目:高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗小麥新品種示范與推廣(GB2B02011100007)

收稿日期:2015-01-09

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.24

文章編號(hào):1000-7601(2016)02-0146-06

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