新疆小麦籽粒硬度Puroindoline b相关基因等位变异的分子检测

Puroindoline b-2(Pinb-2)基因与籽粒硬度基因Puroindoline b序列高度相似,与小麦籽粒硬度及其产量性状密切相关。本研究以3个籽粒硬度基因(Pina-D1,Pinb-D1和Pinb-2)的特异性功能标记对新疆99份冬小麦和24份春小麦品种(系)进行分子标记检测。在123份新疆小麦品种(系)中Pina-D1和Pinb-D1基因位点Pina-D1a、Pina-D1b、Pinb-D1a和Pinb-D1b等位变异的频率分别为85.4%、14.6%、57.7%和42.3%;在Pinb-2位点,39.0%的小麦品种含Pinb-2v2(低千粒重)等位基因,61.0%的小麦品种含Pinb-2v3(高千粒重)等位变异。在3个位点基因型组合分析表明,在所检测的新疆小麦种质中共有6种基因型组合,其中2种软质麦基因型Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v2,Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v3和3种硬质麦Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v2、Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v3、Pina-D1b/Pinb-D1a/Pinb-2v2、Pina-D1b/Pinb-D1a/Pinb-2v3,其分布频率分别为19.5%、22.8%、13.05%、30.1%、6.5%和8.1%。新疆冬小麦共有5种基因型组合,在不同类型冬麦资源中,具有高千粒重的软质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为地方品种(52.9%)自育品种(25.6%)引进品种(12.8%),与之相反,具有较高千粒重的硬质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v3和PinaD1b/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为:引进品种(53.8%)自育品种(32.5%)地方品种(5.9%);新疆春小麦共有6种基因型组合,在不同类型春麦资源中,具有高千粒重的软质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为:早期品种(20.0%)晚期品种(10.5%),与之相反,具有较高千粒重的硬质麦类型Pina-D1a/Pinb-D1b/Pinb-2v3和Pina-D1b/Pinb-D1a/Pinb-2v3的分布频率大小顺序为:晚期品种(47.4%)早期品种(45.8%)。新疆小麦以硬质麦为主,在软冬麦、硬冬麦、软春麦和硬春麦中均是具有Pinb-2v3(高千粒重)等位变异类型的分布频率高于具有Pinb-2v2(低千粒重)等位变异类型。将3个位点特异性标记结合起来使用,不仅能有效的应用于小麦与籽粒硬度改良,同时能应用于小麦产量性状改良方面。     

山东小麦籽粒硬度演变规律研究

利用单籽粒谷物特性测试仪和PCR扩增、酶切及DNA测序技术,结合改良的friabilin提取及电泳分析方法,对山东省431份农家品种、63份历史品种和29份当前主栽品种的籽粒硬度分布以及Pina和Pinb等位变异类型进行研究,以探讨山东小麦籽粒硬度的演变规律。农家品种、历史品种和当前主栽品种中硬质麦比例分别为75.6%、12.7%和27.6%,混合麦分别占20.4%、19.0%和13.8%,而软质麦分别占3.9%、68.3%和58.6%。农家品种中共有6种基因型,Pina-D1b/Pinb-D1a和Pina-D1a/Pinb-D1p分别占硬质麦的38%和59.6%。历史品种中有4种基因型,8份硬质麦中Pina-D1b/Pinb-D1a占37.5%,Pina-D1a/Pinb-D1b占37.5%,而Pina-D1a/Pinb-D1p只占25.0%。当前主栽品种中,8份硬质麦全部是Pina-D1a/Pinb-D1b类型。长芒透垅白等3个品种的Pinb基因的核苷酸序列发生了双突变,起始密码子下游96 bp处碱基C突变为A,而且在265 bp处发生了A碱基的缺失,将其命名为Pinb-D1aa。     

CIMMYT普通小麦籽粒硬度等位变异的检测

籽粒硬度主要由5D染色体短臂的一对主效基因Ha控制,研究籽粒硬度等位变异有助于提高小麦的磨粉和食品加工品质。本试验对国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）的138份历史品种和代表性高代品系的硬度基因型进行了研究。在用SDS-PAGE鉴定Pina-D1b/Pinb-D1a时,用10%甘油代替水配制分离胶,用PDA代替甲叉配制分离胶和浓缩胶,增强了PINA和PINB两种蛋白带型的分辨率。结果表明,与其他国家硬质麦中Pina-D1a/Pinb-D1b类型偏多的特点明显不同,CIMMYT硬质小麦中puroindoline a（PINA）蛋白缺失类型（或称Pina-D1b/Pinb-D1a）较多,为118个,占85.5%;Pina-D1a/Pinb-D1a（野生型）为11个,占8.0%;Pina-D1a/Pinb-D1b类型有9个,占6.5%。其中,PINA缺失对小麦籽粒硬度的影响最大,与其他2种基因型硬度值之间差异达5%显著水平。先前研究结果表明,PINA蛋白缺失类型的磨粉品质和面包烘烤品质均劣于Pina-D1a/Pinb-D1b类型,因此,建议CIMMYT多引进一些其他硬度变异类型的小麦种质,如Pina-D1a/Pinb-D1b类型等,以改善其硬度基因型过度单一的局面,从而减少PINA蛋白缺失带来的不利影响。同时,也提醒我国以其他用途如抗病、抗旱等为目的,引种CIMMYT小麦时,还应充分考虑PINA蛋白缺失对磨粉和加工品质的不利影响,以更合理引进和有效利用CIMMYT种质资源。     

小麦籽粒硬度基因型鉴定及其与吹泡仪和混合仪参数关系分析

以我国黄淮麦区35份小麦高代新品系为材料,通过测定其籽粒硬度表型、puroindoline基因型及其吹泡仪和混合仪参数,分析了籽粒硬度表型和基因型与吹泡仪和混合仪参数间的关系。结果发现,SKCS籽粒硬度与混合仪参数中的C1、C2、C3、C4值、幅度、吸水率、C3-C2值以及吹泡仪参数的P值、L值、G值和P/L值之间均极显著相关(P < 0.01)。方差分析表明,puroindoline基因对大多数吹泡仪和混合仪参数的影响极显著(P < 0.01)。其中,Pina-D1b类型小麦品系的P值、W值和P/L值均显著高于野生型和Pinb-D1b类型,但野生型小麦品系的L值、G值和Ie值则均显著高于Pinb-D1b和Pina-D1b类型。另外,2种硬质基因型(Pinb-D1b和Pina-D1b)小麦品系的C1值、C2值、C2-C1值、幅度和吸水率均显著高于野生型,而野生型小麦品系的C3值、C4值和C5值则显著高于2种硬质基因型。     

陕西历代小麦品种籽粒硬度演变规律研究

利用单籽粒谷物特性测试仪和PCR扩增方法对170余份陕西省历代和当代主要小麦品种(系)的籽粒硬度及基因Pina和Pinb等位变异进行了研究,以揭示陕西省小麦品种换代过程中籽粒硬度的演变规律。其中,历代品种(系)材料51份,硬质麦占39.22%,混合麦占60.78%;Pina-D1b等位基因类型为9.80%,Pinb-D1b等位变异类型为47.06%;当代小麦品种(系)119份,硬质麦占38.66%,混合麦占61.34%;Pina-D1b等位变异类型为17.65%,Pinb-D1b等位变异类型为39.50%;Pina基因所占比例为14.29%,Pinb基因所占比例为63.03%;陕西省历代小麦品种硬度平均数呈先降后升趋势,总体呈现逐渐上升。     

Puroindoline b位点近等基因系对小麦籽粒淀粉含量和组分及其特性的影响

为了研究不同硬度等位基因与小麦籽粒淀粉组分含量及特性的关系,为小麦品质改良提供依据,以7个硬度Puroindoline b位点近等基因系为试材,研究了不同硬度基因型对小麦籽粒淀粉组分含量及特性的影响。结果表明,Pina-D1b/Pinb-D1a基因型的籽粒硬度值、支链淀粉含量最高;Pina-D1b/Pinb-D1a基因型的淀粉溶解度最高,而Pina-D1a/Pinb-D1d溶解度最低,两者差异达显著水平;不同基因型之间籽粒淀粉酶解力没有显著差异;冻融失水率以基因型Pina-D1a/Pinb-D1b最低,表明Pina-D1a/Pinb-D1b基因型冻融稳定性最好,可能较适宜冷冻食品的制作;对于抗性淀粉,Pina-D1a/Pinb-D1b基因型的抗性淀粉含量最高、Pina-D1a/Pinb-D1d最低,表明Pina-D1a/Pinb-D1b基因型有助于籽粒中抗性淀粉含量的提高。     

CIMMYT新型人工合成小麦Pina和Pinb基因等位变异

六倍体人工合成小麦由硬粒小麦（Triticum turgidum subsp. durum）与粗山羊草（Aegilops tauschii Coss.）杂交产生,是研究小麦进化过程中基因变异的重要材料。以国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）提供的57份由野生二粒小麦（T. turgidum subsp. dicoccoides）与粗山羊草杂交产生的新型人工合成六倍体小麦为材料，用单籽粒特性测定仪和Pina、Pinb特异性PCR引物对其籽粒硬度变异以及控制籽粒硬度的主效基因Pina和Pinb的分布情况进行了研究。结果表明，这些材料的SKCS硬度值变异较大，从10.5到42.6，其中15~30的占78%。共有Pina-D1a、Pina-D1c、Pinb-D1h和Pinb-D1j 4种等位变异型，基因型为Pina-D1a/Pinb-D1j的8个，占14%；基因型为Pina-D1c/Pinb-D1h的49个，占86%。方差分析表明，基因型Pina-D1a/Pinb-D1j与Pina-D1c/Pinb-D1h对籽粒硬度的影响差异不显著，但父本粗山羊草和母本野生二粒小麦以及二者间的互作对籽粒硬度有显著影响，说明除Pina和Pinb外，还有其他微效基因影响籽粒硬度的形成。     

Puroindoline b位点近等基因系对小麦面粉及面包和馒头品质的影响

明确不同硬度等位基因与加工品质的关系对小麦品质改良具有重要意义。本文以7个Puroindoline b位点近等基因系为材料,研究了不同硬度等位基因对小麦面粉及面包和馒头品质的影响。结果表明,Pina-D1b/Pinb-D1a基因型的籽粒硬度值、蛋白质含量以及破损淀粉含量较高;而Pina-D1a/Pinb-D1d基因型的出粉率、面粉亮度较高,具有较好的磨粉品质。和面仪参数中的峰高、峰宽和8 min尾高均以Pina-D1b/Pinb-D1a基因型数值最高,Pina-D1a/Pinb-D1d 基因型最低,且两者之间的差异均达到显著水平;Pina-D1b/Pinb-D1a基因型的衰落角最小。Pina-D1a/Pinb-D1c和Pina-D1a/Pinb-D1d基因型具有较高馒头色泽和张弛性评分,较好的馒头制作品质;Pina-D1a/Pinb-D1e和Pina-D1a/Pinb-D1g基因型次之。Pina-D1a/Pinb-D1f基因型的面包总评分略优于其他基因型。     

Puroindoline基因对春小麦磨粉及馒头、面条品质的影响

以我国和CIMMYT的41份春小麦品种（系）为材料,研究了puroindoline基因型、SKCS硬度指数、出粉率、面粉灰分含量、面粉色泽（L*、a*和b*）、吸水率、总戊聚糖和水溶性戊聚糖含量以及馒头和面条品质之间的关系。结果表明,5份为Pina-D1a/Pinb-D1a类型,28份为PINA蛋白缺失（Pina-D1b/Pinb-D1a）类型,7份为Pina-D1a/Pinb-D1b类型,1份（青春533）为Pina-D1a/Pinb-D1c类型。籽粒硬度与面粉吸水率呈极显著正相关,相关系数为0.80,而与面粉亮度L*呈极显著负相关,相关系数为－0.77。Puroindoline突变型的硬度值、出粉率、吸水率及馒头重量、体积、宽度和总分均显著高于野生型,PINA蛋白缺失类型（Pina-D1b/Pinb-D1a）的籽粒硬度、面粉灰分含量、面粉a*绝对值和水溶型戊聚糖含量均显著高于Pina-D1a/Pinb-D1b类型,而馒头外观分和面条软硬度分值则显著低于后者。Pina-D1a/Pinb-D1a类型的面条L*值、L*－b*值和软硬度分值显著高于PINA蛋白缺失类型,而馒头外观颜色和面条b*值则显著低于后者。综合分析表明,Pina-D1a/Pinb-D1b类型馒头和面条品质略优于Pina-D1a/Pinb-D1a和Pina-D1b/Pinb-D1a。     

粒重基因TaCwi-A1等位变异在黄淮麦区小麦品种(系)中的分布及功能分析

为探讨小麦粒重基因TaCwi-A1等位变异TaCwi-A1a和TaCwi-A1b在育种实践中的应用价值,首先利用TaCwi-A1功能标记对539份黄淮麦区小麦品种(系)进行分子检测,确定各供试材料的等位变异类型,从而获得TaCwi-A1a和TaCwi-A1b 2种等位变异的分布频率。对审定品种、参加区试品系以及自育品系进行了千粒质量(3个不同生长环境)及粒长、粒宽和籽粒面积(1个生长环境)测试分析,比较TaCwi-A1a和TaCwi-A1b等位变异籽粒表型性状的差异性。结果表明,在539份黄淮麦区小麦资源中TaCwi-A1a的分布频率为65.03%,TaCwi-A1b的分布频率为34.97%,TaCwi-A1a的分布频率明显高于TaCwi-A1b。籽粒表型性状分析表明,无论是审定品种,还是参加区试品系和自育品系,在3个生长环境下,TaCwi-A1a基因型材料的千粒质量均值都显著高于TaCwi-A1b;TaCwi-A1a基因型材料的粒长和粒宽均显著高于TaCwi-A1b。进一步验证了TaCwi-A1a等位变异的籽粒表型性状增效功能,说明其对粒重及其构成要素是优异的等位变异。此外,本研究鉴定了黄淮麦区中TaCwi-A1等位变异的分布情况,为亲本选配提供了参考。     

小麦4B染色体上LOX基因的等位变异及其区域分布

为了解中国不同麦区小麦种质资源籽粒脂肪氧化酶（lipoxygenase,LOX）活性相关基因TaLox-B1的差异和分布,利用小麦4B染色体上的功能标记LOX16和LOX18对7个麦区的436份种质资源进行分子检测。结果表明：在供试材料中共检测到3种TaLox-B1基因等位变异类型,分别为TaLox-B1a（与高LOX活性相关)、TaLox-B1b（与低LOX活性相关）和杂合型,其频率分别为19.0％、70.4％和10.6％。小麦LOX活性基因不同变异类型在各生态区的分布存在明显差异：基因型TaLox-B1a在黄淮冬麦区、北部冬麦区和长江中下游冬麦区分布较多,其比例分别为21.1%、19.8%和17.6%;基因型TaLox-B1b在西南冬麦区和长江中下游冬麦区分布较多,比例分别为87.9%、72.5%;杂合型仅存在于北部冬麦区、黄淮冬麦区与长江中下游冬麦区,比例分别为14.2%、12.4%和9.8%。利用标记LOX16和LOX18对53个自选高代品系进行分子检测,发现自选品系仅有TaLox-B1b与杂合型两种基因型,其中基因型TaLox-B1ab有32个,比例为60.4%。采用分子标记辅助选择,有利于快速鉴定小麦籽粒LOX活性,加速LOX的遗传改良和新品种选育。     

宁麦13选系的遗传多样性及品质差异

系统选择是新品种选育的有效方法, 也是修饰育种的重要途径, 群体内剩余变异和天然杂交是系统选择的来源基础。为探讨其分子生物学基础, 利用25对SSR引物对宁麦13的65个选系进行了位点多态性分析。结果表明, 每位点的遗传多样性指数为0~0.57, 平均遗传多样性指数为0.08, 仅有9对引物呈现多态性, 从基因型水平为系统选择提供了理论依据。对宁麦13的9个选系的分析表明, 硬度基因型全部表现为Pina-D1a/Pinb-D1b, Pinb-D1b可能来源于天然异交。角质度受环境影响大, 遗传力较低, 应结合角质度和硬度基因标记辅助选择提高籽粒品质的早代选择效率。系统选择可对重要农艺或品质性状进行改良。     

黄淮麦区部分推广小麦品种面条加工品质性状的研究

为了探讨黄淮麦区推广小麦品种面条加工品质性状的表现水平、遗传多样性状况并评选优质面条品种,本研究对黄淮麦区42个小麦主栽品种的26项籽粒或面粉品质指标和面条加工品质性状进行了分析,结果表明,供试品种面条总分平均75.3分,最高分为89分,各个单项指标变异幅度均很大,遗传多样性比较丰富,通过遗传改良我国黄淮麦区小麦面条品质有一定的潜力.适合做优质面条的品种有花培5号、周18、周13和邯郸6172.     

黄淮麦区品种审定情况及品质分析

为分析黄淮麦区小麦育种情况和品质现状,对2012-2022年度国家试验审定品种和品质结果进行汇总。结果表明：从审定麦区分布进行区分的情况下有4片麦区,分别为黄淮南片（69.84%）、黄淮北片（14.68%）、旱肥组（9.13%）、旱薄组（6.35%）;从地域分布进行区分有8个区域,分别是安徽（9.13%）、河北（8.73%）、河南（46.43%）、江苏（8.33%）、山东（11.51%）、陕西（5.16%）、山西（3.17%）、北京（7.54%）;从育种单位类型进行区分有4种类型,分别是种子公司（45.63%）、科研院所（43.25%）、高校（10.32%）、个人（0.79%）。审定品种现状：从品质方面看,容重、粗蛋白（干基）、湿面筋、吸水量这4个指标近年来有一定提高;稳定时间、最大拉伸阻力、拉伸面积、延展性等加工品质数值偏低,但近年来提升较大。黄淮麦区应着重提高小麦的稳定时间、最大拉伸阻力等加工品质,选育优质中强筋以上的优质品种,提高黄淮麦区小麦的品质育种。     

中国主产区小麦在品质区域间的差异

选取2003—2007年我国4个麦区174个品种2 571份小麦样品,对14个品质性状在各麦区的差异进行了分析。结果表明,年度之间,小麦品质性状在各麦区内具有明显差异,变化无规律。籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、形成时间、稳定时间、面包体积和面包评分的年度平均值麦区差异达1%或5%显著水平,由北到南呈华北北部强筋麦区(I)>黄淮北部强筋中筋麦区(II)>黄淮南部中筋麦区(III)>长江中下游中筋弱筋麦区(IV);北部麦区(I、II)的降落数值、出粉率、沉淀值、吸水率、拉伸面积、延伸性和最大抗延阻力的5年平均值显著大于南部麦区(III、IV)。达到优质强筋小麦标准的样品主要集中在I、II区,达到优质弱筋小麦标准的样品主要集中在IV区,III区以中筋小麦为主,形成了由北到南由不同小麦品质类型构成的品质区域布局。     

中国主产区小麦在品质区域间的差异

选取2003—2007年我国4个麦区174个品种2 571份小麦样品,对14个品质性状在各麦区的差异进行了分析。结果表明,年度之间,小麦品质性状在各麦区内具有明显差异,变化无规律。籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、形成时间、稳定时间、面包体积和面包评分的年度平均值麦区差异达1%或5%显著水平,由北到南呈华北北部强筋麦区(I)>黄淮北部强筋中筋麦区(II)>黄淮南部中筋麦区(III)>长江中下游中筋弱筋麦区(IV);北部麦区(I、II)的降落数值、出粉率、沉淀值、吸水率、拉伸面积、延伸性和最大抗延阻力的5年平均值显著大于南部麦区(III、IV)。达到优质强筋小麦标准的样品主要集中在I、II区,达到优质弱筋小麦标准的样品主要集中在IV区,III区以中筋小麦为主,形成了由北到南由不同小麦品质类型构成的品质区域布局。     

北方冬麦区新育成优质小麦品种面条品质相关性状分析

为了解近年北方冬麦区育成优质小麦品种的品质状况,两年两点统一种植52份优质品种(系)及6份国外代表性品种,测定其磨粉品质、和面仪和混合实验仪特性、淀粉糊化特性及面条品质,并利用5个基因特异性标记分析基因型分布及其对品质性状的影响。结果表明,大部分品种为硬质、中强筋类型,品种间出粉率、面粉a*值、b*值、黄色素含量、PPO活性、和面仪参数、混合实验仪形成时间和稳定时间差异较大。和面仪8 min带宽和混合实验仪稳定时间可作为预测面条品质的重要指标,可分别解释面条总分变异33.3%和34.4%。Ppo-A1a和Ppo-A1b频率为41.4%和58.6%,两种基因型间PPO活性差异显著(P<0.05);Ppo-D1a和Ppo-D1b频率为51.7%和48.3%,但PPO活性差异不显著;Psy-A1a和Psy-A1b频率为81.0%和19.0%,两种基因型间黄色素含量差异显著(P<0.05);1BL/1RS易位和非易位品种频率为13.8%和86.2%,两种基因型间面粉L*值、黄色素含量、和面仪衰落势与8 min带宽、混合实验仪稳定时间等差异显著(P<0.05)。面条品质较好的品种包括Sunzell、石优17、郑麦366、中麦 895、周麦 26、CA1004和石4185。本研究明确了58份小麦品种(系)的品质特征和基因型分布,为优质小麦新品种选育和推广提供了重要信息。     

我国南部麦区小麦硬度基因多态性初步分析

籽粒硬度是小麦重要的加工品质性状,直接影响磨粉品质和食品加工品质.决定籽粒硬度的蛋白是分子量为15kD的Friabilin蛋白,由多种成分组成,其主要成分是两种富含色氨酸(Trp)的蛋白质Puroindoline a和Puroindoline b(Pina和Pinb),分别由位于5 DS染色体Hardness(Ha)住点的基因Pina和Pinb编码.本研究选取了我国长江流域和黄淮麦区南部、西南麦区和南方冬麦区104份小麦品种,分别用Pina和Pinb特异的引物通过PCR分子检测基因的有无和长度的多态性.结果表明,在检测的104种小麦中,有6个品种无Pina目标条带,7个品种无Pinb条带,12个品种既无Pina也无Pinb,属于双缺失类型.本实验条件下,无论Pina还是Pinb,PCR产物长度均无明显变化.推测,大多数硬质小麦均是由Pina或Pinb基因的单核苷酸变化、较小的插入或缺失突变引起的.本研究为进一步筛查Pina和Pinb基因突变奠定了基础.     

小麦穗发芽抗性的4个分子标记有效性检验

为筛选出适宜黄淮麦区和长江中下游麦区种植的抗穗发芽白粒小麦品种或种质资源,以36份黄淮麦区和长江中下游麦区的主要品种（系）及地方品种为研究对象,对已报道的4个与穗发芽抗性相关的分子标记：Vp1B3、Xgwm155、Xgwm269和Xbarc170进行有效性验证。测定参试材料种子萌发指数（GI）,并用上述4种标记进行PCR扩增,对扩增条带进行统计分析。结果表明,GI值显示,红粒品种（GI均值为5.1%）明显较白粒品种（GI均值为28.0%）低;4种标记扩增出的带型中仅Vp1B3的845 bp片段能有效地区分36份小麦品种(系);GI值筛选出6份抗穗发芽品种（系）中,其中3份为Vp1B3标记鉴定,可作为黄淮麦区和长江中下游麦区小麦穗发芽抗性育种中首选基因资源。     

不同小麦品种籽粒灌浆特性的研究

以黄淮南片主产麦区广泛种植和新近育成推广的12个小麦品种为供试材料,对籽粒灌浆特性进行研究.结果表明:籽粒平均灌浆速度及最大灌浆速度均与百粒重、籽粒体积和籽粒最大体积呈极显著的正相关;籽粒灌浆持续期仅与饱满指数呈显著的正相关,而与百粒重无显著相关.供试品种的籽粒平均灌浆速度和最大灌浆速度,均以郑州853、陕农7859为最快,灌浆持续期最短,属晚花基因型品种;冀麦5418和徐州21的灌浆持续期最长,属早花基因型品种.还探讨了黄淮麦区南片小麦籽粒灌浆模式.