不同来源小麦种质高分子质量谷蛋白亚基多样性及其与加工品质的关系

贮藏蛋白是影响小麦加工品质的主要因素，由谷蛋白和醇溶蛋白组成，两者约占小麦籽粒蛋白质的80%。其中，醇溶蛋白是多肽链单体蛋白质，主要决定面团的黏着性和延展性；谷蛋白由高分子质量谷蛋白亚基(High molecular weigh glutenin subunit，HMW-GS)和低分子质量谷蛋白亚基(Low molecular weigh glutenin subunit，LMW-GS)组成，决定面团的弹性 [1-3]。HMW-GS由位于小麦第一同源染色体长臂的Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1位点控制，对小麦烘烤品质具有重要影响，特定亚基还可明显改善小麦品质[4]。Payne等[5]建立了HMW-GS的Glu-1评分，可解释英国小麦品质变异的47%～60%，被国内外研究者广泛研究。不同亚基对小麦品质的影响不同，一般携带5+10亚基的小麦具有较好的面包品质，7+8和14+15等亚基对烘烤品质也有正向效应[6]，N和2+12亚基则与较差的烘烤品质相关[1]。多数研究认为，Glu-A1编码的 1、2*亚基，Glu-B1编码的 7+8、17+18、13+16 亚基以及Glu-D1编码的 5+10 亚基对烘烤品质的影响较大[5，7]。另外，HMW-GS的数量也影响小麦品质[8]。相关专家认为，缺乏优质HMW-GS是目前导致我国小麦品种品质较差的主要原因之一，引入优质亚基是进一步改良我国小麦品质的一条重要途径[9-11]。小麦品种的HMW-GS组成仅取决于遗传因素，不受环境影响[12]，研究 HMW-GS 组成已成为小麦品质改良育种的重要依据。迄今，研究者对小麦HMW-GS的组成进行了较多研究，但有关HMW-GS与小麦品质尤其馒头加工品质关系的研究非常少[13]。范玉顶等[13]以黄淮麦区的114个小麦种质为材料研究HMW-GS 与北方手工馒头加工品质的关系发现，N和2+12 亚基对各品质指标的作用均好或较好，没有明显缺点，是适合制作优质手工馒头的亚基；(1，7+8，2+12)和(N，7+8，2+12)组合适于制作优质手工馒头，但选取的材料存在一定的局限性。为此，选用来源于国内外5个不同种植区的148个小麦种质，分析其HMW-GS 多样性及其与小麦粉和馒头加工品质的关系，旨在进一步发掘优质小麦种质，明确HMW-GS与小麦加工品质的关系，进而为小麦品质改良育种提供理论和材料基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料及种植

试验材料为148个小麦种质，其中，国外引进种质8个、北方冬麦区种质12个、黄淮冬麦区种质83个、长江中下游冬麦区种质27个、西南冬麦区种质18个。参试材料于2015-2016年种植于河南科技学院试验基地(河南省辉县市)，每份材料种植2行，行距25 cm，行长4 m，每行播种80粒，田间管理同一般大田。成熟后，分行收获，脱粒，晾晒，室温储藏备用。

1.2 试验方法

1.2.1 HMW-GS组成分析及命名 HMW-GS的组成分析参照张玲丽等[14]的分析方法。HMW-GS的命名根据Payne等[5，15]的方法进行，对照品种为中国春(N/7+8/2+12)、Neepawa(2*/7+9/5+10)和Marquis(1/7+9/5+10)。

1.2.2 面粉品质测定利用实验磨粉机(LRMM8040-3-D，江苏无锡锡粮机械制造有限公司)磨粉，出粉率65%左右。利用数显白度仪(SBDY-1，上海悦丰仪器仪表有限公司)测定面粉白度；利用全自动凯氏定氮仪(UDK159，意大利VELP公司)测定面粉含氮量；利用粉质仪(810101，德国Brabender公司)测定面团粉质特性，方法参照GB/T 14614-06；利用面筋仪(2200，瑞典Perten公司)测定湿面筋含量，方法参照SB/T 10249-95。

1.2.3 馒头制作及质构特性分析馒头制作参照姜小苓等[16]的方法进行，蒸好的馒头盖上干纱布冷却40 min，利用质构仪(TMS-PRO，美国FTC仪器公司)对馒头质构特性进行分析测定，方法参照付蕾等[17]的方法。具体操作步骤为：将馒头纵切成厚度约25 mm的均匀薄片，利用75 mm圆盘挤压探头进行TPA压缩模式测试。测前速度50 mm/s，测试速度30 mm/s，测后速度50 mm/s，起始力0.8 N，形变量30%，测试指标主要为硬度和咀嚼性。

1.3 数据统计分析

利用SAS V8数据处理软件和Excel 2007进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 148份小麦种质HMW-GS的组成分析

由表1可知，在148个小麦种质的Glu-1位点共检测到17种HMW-GS类型。其中，Glu-A1位点有3种类型，分别为1、N、2*，1亚基出现频率最高(56.8%)，其次为N亚基(39.2%)；Glu-B1位点检测到7种亚基类型，分别为7+9、7+8、14+15、17+18、13+16、7、6+8，7+9亚基出现频率最高(47.3%)，其次为7+8亚基(33.8%)，13+16、7、6+8亚基出现频率较低，分别为2.0%，1.4%，0.7%；Glu-D1位点检测到7种亚基类型，分别为2+12、5+10、5+12、2+10、4+12、2+11、2.2+12，2+12亚基出现频率最高(45.9%)，其次为5+10亚基(43.2%)，4+12、2+11、2.2+12亚基出现频率较低，分别为1.4%，0.7%，0.7%。

由表2可知，在148个小麦种质中共检测到35种HMW-GS组合，其中，(1/7+9/2+12)组合出现频率最高(13.4%)，(1/7+8/5+10)、(N/7+9/2+12)、(1/7+9/5+10)、(1/7+8/2+12)组合依次次之，出现频率分别为12.1%，12.1%，10.0%，8.0%，(N/7+9/5+10)、(N/7+8/2+12)、(N/14+15/5+10)、(N/7+8/5+10)、(1/14+15/2+12)、(2*/7+9/5+10)、(1/7+9/5+12)、(2*/14+15/5+10)、(1/7+8/5+12)、(1/17+18/5+10)、(1/17+18/2+12)组合出现频率较低；而剩余19种稀有亚基组合类型均仅在1份材料中检测到，出现频率均为0.7%。

2.2 不同来源小麦种质HMW-GS的组成分析

由表3可知，不同来源小麦种质的HMW-GS组成存在一定差异。在Glu-A1 位点，大多数小麦种质中检测到1或N亚基，仅有少数小麦种质检测到2*亚基。其中，N亚基在国外、西南冬麦区小麦种质中出现频率较高，分别为62.5%，66.6%；而1亚基在黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区出现频率较高，分别为65.1%，70.4%。在Glu-B1位点，多数国内小麦种质检测到7+9或7+8亚基，而多数国外小麦种质具有7+9 或 17+18亚基。同时，国外小麦种质在Glu-B1位点出现亚基类型最丰富，具有7+9、7+8、17+18、13+16、7、6+8等6种亚基类型；黄淮冬麦区小麦种质在Glu-B1位点的亚基类型也很丰富，具有7+9、7+8、14+15、17+18、13+16、7等6种类型；而北方冬麦区、长江中下游冬麦区和西南冬麦区小麦种质在Glu-B1位点检测到的亚基类型较少。在Glu-D1位点，多数小麦种质具有2+12 或5+10亚基。其中，50.0%国外小麦种质携带5+10亚基，25.0%携带2+12亚基，携带2+10、2+11亚基的小麦种质分别占12.5%；黄淮冬麦区小麦种质中，2+12、5+10 亚基出现频率较高，分别为44.6%，43.4%，其次为5+12、4+12亚基，出现频率分别为7.2%，2.4%，而2+10、2.2+12亚基出现频率最低，均为1.2%；长江中下游冬麦区、西南冬麦区，分别有92.6%，88.9%的小麦种质携带2+12或5+10亚基，5+12、2+10亚基出现频率均最低，且仅在1份材料中出现；北方冬麦区小麦种质中仅检测到2+12、5+10亚基，出现频率分别为83.3%，16.7%。

2.3 不同HMW-GS与小麦粉及馒头加工品质的关系

选用面粉白度、蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率、稳定时间、粉质质量指数、馒头硬度和咀嚼性等9个重要品质指标研究HMW-GS与小麦粉及馒头加工品质的关系。其中，硬度和咀嚼性是衡量馒头质构特性的2个重要指标，两者值越小，表明面制品越柔软、适口性越好。在检测到的17种亚基类型中，选取11种主要亚基类型(出现的材料数大于4)进行分析(表4)发现，HMW-GS对面粉白度、湿面筋含量、吸水率、稳定时间、粉质质量指数及馒头的咀嚼性等品质指标均具有显著影响。其中，在Glu-A1位点，携带N亚基小麦种质的面粉白度最高；在Glu-B1位点，携带14+15亚基小麦种质的面粉白度和湿面筋含量均最高，但面团稳定时间较短，携带17+18亚基小麦种质的面团稳定时间最长，且馒头的硬度和咀嚼性均最好；在Glu-D1位点，携带2+10亚基的小麦种质表现出较好的馒头质构特性，携带5+10亚基的小麦种质具有最长的面团稳定时间，携带5+12亚基小麦种质的面粉白度最高。进一步比较发现，携带相同HMW-GS材料的品质指标间也存在一定差异。

2.4 HMW-GS组合与小麦粉及馒头加工品质的关系

选取10个代表性HMW-GS组合(材料数大于5)，分析不同亚基组合与小麦粉及馒头加工品质的关系。由表5可知，不同HMW-GS组合对小麦种质品质指标均存在显著影响。其中，携带(1/7+8/2+12)、(1/7+8/5+10)、(N/7+9/5+10)亚基组合的小麦种质具有较高的蛋白质和湿面筋含量，且面团稳定时间长，说明面团筋力较强；携带(N/14+15/5+10)、(N/7+9/5+10)亚基组合小麦种质的面粉白度较高；携带(1/14+15/2+12)、(1/7+9/5+10)、(N/7+8/2+12)亚基组合小麦种质馒头的硬度和咀嚼性较小，适合制作优质馒头；携带(N/14+15/5+10)、(N/7+9/2+12)、(1/7+9/2+12)亚基组合小麦种质的面团筋力明显较差。另外，携带相同HMW-GS组成材料的品质指标间也存在差异。

Note：Values with different letters in the same column mean significantly difference at 5% level. The same as Tab.5.

3 结论与讨论

在148个参试小麦种质中，共检测到17种HMW-GS类型，在Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1位点分别检测到 3，7，7 种不同的亚基类型，亚基1、7+9、2+12在各自位点上出现的频率最高，分别达到了56.8%，47.3%，45.9%，这与吴芳等[18]对来源于我国17个省(地区)235个小麦种质的分析结果基本一致；优质亚基1、7+8、14+15、5+10在参试小麦种质中出现的频率均较高，分别为56.8%，33.8%，10.8%，43.2%，说明多数参试小麦种质的品质较好。共检测到35种亚基组合类型，其中，(1/7+9/2+12)、(1/7+8/5+10)、(N/7+9/2+12)、(1/7+9/5+10)组合出现频率较高，均大于10%，还存在19种稀有亚基组合，出现频率均仅为0.7%，进一步说明参试小麦种质的HMW-GS组合具有较高的多样性。

不同来源小麦种质的HMW-GS组成存在一定差异。其中，国外引进小麦种质和黄淮冬麦区小麦种质的亚基类型较丰富，分别为13，15种，且出现优质亚基的频率较高，说明国外引进种质和黄淮冬麦区种质具有较好的品质。研究表明，优质亚基14+15对面包、面条和饺子等面制品的品质具有重要影响，但在国外材料中比较少见[14，19-20]。本研究中，该亚基在黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区和西南冬麦区小麦种质中均被检测到，且出现频率也较高，但未在国外引进和北方冬麦区小麦种质中检测到。另外，6+8和2+11亚基仅出现在国外引进小麦种质中，2.2+12亚基只在黄淮冬麦区种质中被检测到。

HMW-GS对小麦蛋白质含量的影响不大，但对面团筋力和馒头加工品质的影响显著，这与以往研究结果基本一致[21-22]。其中，亚基1、2*、7+8、17+18、5+10对面团稳定时间均具有明显的正向效应，这些亚基是多数研究者公认的优质亚基[23-26]。迄今，有关HMW-GS对馒头加工品质影响的研究报道较少。本研究发现，2*、17+18、2+10亚基对馒头的硬度和咀嚼性具有明显的正向效应，制作的馒头适口性较好；携带(1/14+15/2+12)、(1/7+9/5+10)、(N/7+8/2+12)亚基组合种质馒头的加工品质较好。范玉顶等[13]研究表明，N和2+12亚基对馒头各品质指标均具有正向效应，(1/7+8/2+12)、(N/7+8/2+12)是制作优质馒头的适宜亚基组合，这与本研究结果不太一致，可能是由于所用试验材料及馒头品质评价方法不同导致。

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不同来源小麦种质高分子质量谷蛋白 亚基多样性及其与加工品质的关系