小麦西昌69的EMS诱变系蛋白品质变异分析及种质筛选

为探讨甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate,EMS)诱变在小麦品质育种中的价值,了解EMS诱变小麦籽粒品质变异状况,筛选优良的变异材料,对1667份西昌69的EMS诱变系M 6代籽粒的蛋白质含量、淀粉含量、面筋含量、容重、面团形成时间和稳定时间等多个籽粒性状进行了测定,初步分析了诱变系的品质变化,并通过SDS-PAGE电泳法及高效液相色谱技术分析了其籽粒高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)的组分和不溶性蛋白聚合体的含量。共筛选到101份HMW-GS变异诱变系,分别为亚基缺失、亚基增生、亚基置换和亚基缺失且置换4种变异类型。其中,有28份诱变系的蛋白质含量、面筋含量、形成时间、稳定时间等多个籽粒品质性状及不溶性蛋白聚合体含量优于亲本,且千粒重相对稳定,可以作为优质种质资源用于小麦品质育种。     

小麦HMW-GS近等基因系不同出粉点面筋二级结构的研究

为给不同出粉点小麦专用粉的开发与利用提供理论依据,应用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜等技术比较研究了小麦品种西农1330及其Glu-B1位点不同HMW-GS近等基因系(NIL)不同出粉点面筋的二级结构、空间微观结构的差异。面筋蛋白二级结构分析表明,西农1330及其NIL皮磨粉面筋α-螺旋结构和β-转角结构的含量均低于心磨粉,而β-折叠结构的含量均高于心磨粉;同一出粉点面筋蛋白比较发现,含7+8亚基的西农1330NIL的皮磨粉面筋α-螺旋结构和β-转角结构的含量均低于西农1330(含7+9亚基),而β-折叠结构含量高于西农1330,心磨粉面筋二级结构含量则相反。面筋蛋白疏水特性分析表明,小麦皮磨粉面筋蛋白疏水程度均高于心磨粉;同一出粉点小麦面筋蛋白疏水特性分析表明,西农1330NIL的皮磨粉面筋疏水程度较西农1330高,而心磨粉面筋疏水程度较西农1330低。面筋中游离巯基和二硫键含量分析发现,小麦皮磨粉面筋中游离巯基和二硫键含量均高于心磨粉;同一出粉点比较,西农1330NIL的心、皮磨粉面筋游离巯基和二硫键含量均高于西农1330。面筋空间微观结构比较发现,小麦皮磨粉面筋蛋白空间结构均匀,心磨粉面筋蛋白空间结构呈纤维状;同一出粉点西农1330及其NIL的面筋空间微观结构无明显差异。     

小麦面团揉混特性的遗传变异及与其他品质性状的相关性

为了解小麦种质资源的品质状况,并给小麦品质改良提供参考,以来源于国外及国内不同麦区的230个小麦品种(系)为材料,研究小麦面团揉混特性参数的变异和分布特点及与其他品质性状的相关性.结果表明,参试品种(系)面团揉混参数间均存在极显著差异(P＜0.01),除峰值高度、尾高和8 min尾高外,其他揉混参数的变异系数均在30％以上.同时,在本试验中,国外引进品种的面团揉混参数均高于国内品种,多数参数的差异达到显著水平(P＜0.05);来源于北方春麦区的品种(系)面团揉混参数值较高,来源于华南冬麦区的品种(系)各揉混参数均最低,且部分参数达显著差异(P＜0.05).同时筛选出一批揉混参数值极高或极低的材料,可作为小麦品质育种的优选亲本.相关性分析结果表明,多数揉混参数与籽粒硬度、蛋白含量、吸水率、形成时间、稳定时间、粉质质量指数和干、湿面筋含量呈显著或极显著相关.     

水肥模式对小麦产量、品质和HMW-GS表达量的影响

为给小麦高产优质育种和栽培提供理论依据,以临Y7287为材料(亚基类型:1,7+9,5+10),研究5种水肥模式对小麦产量、品质和HMW-GS表达量的影响。结果表明,水肥模式4[适期晚播,冬前限量灌水(450 m3.hm-2)、拔节期增量灌水(900 m3.hm-2),施N 225 kg.hm-2,底追比7∶3]的小麦籽粒产量、湿面筋、沉降值、稳定时间和评价值最高,并且有利于1、5、10亚基的积累和形成,其中对1、5亚基的影响较大。不同水肥模式下,小麦HMW-GS形成时间和积累强度动态变化规律基本一致,均随着籽粒灌浆的进行,亚基相继形成,谱带逐渐稳定,积累量也逐渐增加,谱带颜色加深。花后20 d亚基完全形成,但不同水肥模式下HMW-GS形成时间有差异,水肥模式4亚基形成最快。因此,在小麦生产管理中,可选择水肥模式4实现小麦优质高产。     

水肥模式对小麦产量、品质和HMW GS表达量的影响

为给小麦高产优质育种和栽培提供理论依据,以临Y7287为材料（亚基类型：1,7＋9,5＋10）,研究5种水肥模式对小麦产量、品质和HMW-GS表达量的影响。结果表明,水肥模式4[适期晚播,冬前限量灌水（450 m3.hm-2）、拔节期增量灌水（900 m3.hm-2）,施N 225 kg.hm-2,底追比7∶3]的小麦籽粒产量、湿面筋、沉降值、稳定时间和评价值最高,并且有利于1、5、10亚基的积累和形成,其中对1、5亚基的影响较大。不同水肥模式下,小麦HMW-GS形成时间和积累强度动态变化规律基本一致,均随着籽粒灌浆的进行,亚基相继形成,谱带逐渐稳定,积累量也逐渐增加,谱带颜色加深。花后20 d亚基完全形成,但不同水肥模式下HMW-GS形成时间有差异,水肥模式4亚基形成最快。因此,在小麦生产管理中,可选择水肥模式4实现小麦优质高产。     

小麦-冰草异源衍生系籽粒蛋白质特性分析

为了研究小麦-冰草异源衍生系的蛋白质品质性状,以大面积推广的6个小麦品种为对照,采用国际(ICC)标准和常规分析方法,对16个小麦-冰草异源衍生系的蛋白质组分、湿面筋含量、SDS沉淀值、谷蛋白溶涨指数(SIG)以及高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成等蛋白质品质特性进行了系统分析.结果表明,小麦-冰草异源衍生系平均蛋白质含量为11.60%,略高于对照品种的平均值(11.31%);蛋白质组分中,清蛋白、谷蛋白的平均含量分别为26.02%和44.15%,略高于对照品种,球蛋白、醇溶蛋白的平均含量分别为5.96%和24.30%,略低于对照品种;湿面筋含量、SIG的平均值显著高于对照品种;SDS沉淀值的平均值略高于对照品种;HMW-GS电泳分析显示,含有7 8优质亚基、亚基总评分为8分的小麦-冰草异源衍生系占81.25%.16个衍生系中,1-1-7、10-36、10-78、20-1-1-2和20-1-1-2-4的蛋白质含量、湿面筋含量、SDS沉淀值、SIG值均高于对照品种的平均值,HMW-GS组成均为1/7 8/2 12,可作为小麦优质蛋白质基因的供体.     

氮代谢和贮藏蛋白生物合成对小麦面筋品质形成的影响

为探讨不同类型小麦品种面筋品质形成的机制,以面筋强度不同的西农20、西农836、周麦18和西农977为材料,比较分析其面筋结构特性、籽粒灌浆过程蛋白组分积累动态、氮代谢和贮藏蛋白合成相关基因表达的差异,并从生理水平和转录水平探究氮代谢和贮藏蛋白生物合成相关基因表达对小麦面筋品质形成的影响。结果表明,西农20的面团形成时间、稳定时间、蛋白质弱化度最高,其次是西农836、周麦18、西农977;西农20的面筋中二硫键和β-折叠含量最高,而表面疏水性和α-螺旋/β-折叠最低,表现为面筋微观网络交联更加致密;籽粒灌浆期间醇溶蛋白、谷蛋白、谷蛋白大聚体(GMP)快速积累,成熟期西农20籽粒中总蛋白质、醇溶蛋白、谷蛋白及GMP含量比其他三个品种都高;旗叶和籽粒中谷氨酰胺合成酶(GS)和谷丙转氨酶(GPT)活性及其基因表达水平在西农20中最高,从而加强了其旗叶和籽粒中氨基酸代谢;贮藏蛋白合成相关基因 x/y-HMW、 LMW-A/B/D、 TaGAMyb、 TaPBF、 TaSPA、 TaPDIL2-1、 TaSUMO1和 TaPPIase的表达水平也在西农20中最高。这说明小麦籽粒灌浆期间氮代谢和贮...     

面团吹泡特性的小麦高分子量谷蛋白亚基评分系统研究

为了研究高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)与面团流变学特性的关系,选用100个春小麦品种,测定了其HMW-GS以及面团张力、延展性、充气指数和变形功等4项面团吹泡特性,并通过数量化理论及统计学鉴评方法,研究了HMW-GS与面团吹泡特性的关系.建立了针对不同面团吹泡特性的HMW-GS评分系统,亚基1、2*、nall、7、7 8、17 18、22、2 10、2 11、2 12、5 10和10关于面团吹泡特性的亚基总评分分别为7.21、4.43、3.59、8.07、6.02、5.49、0.70、2.15、4.58、4.50、10.00和4.14.在面团吹泡特性与HMW-GS之间得到了4个多元回归方程,决定系数均在0.96以上,能准确预测4个面团吹泡特性.总体来看,1亚基、7亚基、7 8亚基、17 18亚基和5 10亚基排序较前,对面团吹泡特性有积极意义,属于优质亚基.其中,5 10亚基对所有面团吹泡特性的亚基评分最高,17 18亚基对提高面团延展性有特殊的作用,因此,面条专用小麦中应有17 18亚基.而2 10和22亚基对面团吹泡特性的贡献普遍较差,为劣质亚基.     

施氮对强筋小麦品种山农12号HMW-GS表达量和加工品质的影响

为探索施氮对强筋小麦HMW-GS表达量及加工品质的影响,在大田条件下以强筋小麦品种山农12号为材料,设置了不同施氮时期和施氮量的处理,分析了这些处理条件下强筋小麦的HMW-GS表达量及主要品质参数.结果表明,HMW-GS表达量受氮肥处理的影响,每一个HMW-GS表达量都有一个适合的最佳施氮时期和施氮量.综合考虑各HMW-GS表达量,以拔节期施氮且施纯氮量90 kg/ha,孕穗期不施氮较好.不同施氮时期和施氮量主要影响小麦蛋白质的品质;面团揉混仪参数受氮肥处理的影响比面团粉质仪参数受到的影响小;无论是面包体积还是面包评分,都是以拔节期施纯氮45 kg/ha、孕穗期施纯氮210 kg/ha效果最好.相关分析表明,无论是面团流变学特性还是面包品质,Glu-D1位点和X-型亚基的贡献都优于Glu-B1位点和Y-型亚基.表明不同的施氮时期和施氮量都对强筋小麦HMW-GS的表达及强筋小麦主要加工品质有影响.     

不同种植密度下施肥对强筋春小麦品质形成的调控效应

为给春小麦优质栽培提供依据,以优质春小麦品种龙麦26为材料,分析了不同种植密度下施肥量对强筋春小麦品质形成的调控效应.结果表明,随种植密度的增加,千粒重降低,而籽粒容重增大.种植密度对籽粒蛋白质含量、面筋含量以及面粉品质和面团流变学特性无显著影响.适当增加施肥量可以提高小麦籽粒蛋白质含量和面筋含量,增加沉淀值,改善面粉降落值,提高吸水率,延长面团的形成时间和稳定时间,但对面团的拉伸特性影响不大,并降低了容重和千粒重.     

Relationships between dough strength,polymeric protein quantity and composition for diverse durum wheat genotypes

Five different Glu-B1 HMW-GS patterns were identified among a collection of diverse durum wheat genotypes grown in 2001 in two locations in western Canada. The durum wheat lines exhibited a wide range of dough and gluten strength characteristics as measured by alveograph and 2 g mixograph parameters, gluten index (GI), and protein composition as measured by unextractable polymeric protein (UPP) content and the ratio of high-molecular weight (HMW) glutenin subunits (GS) to low-molecular weight (LMW) GS. HMW-GS subunits patterns represented within the genotypes were 6+8, 7+8, 7+16, 14+15 and 20. Two of the genotypes expressed Glu-A1 HMW-GS 2* in combination with other HMW-GS. Approximately 95% of the durum genotypes were γ-gliadin 45 types. Analysis of variance indicated that genotype was a greater source of variation in all measurements than was growing location, with the exception of protein content which showed less variation contributed by genotype and more contributed by location than for other quality parameters. UPP was strongly associated with all strength measurements. All of the γ-gliadin 42 types were low in UPP and weak. Among the γ-gliadin 45 types, those possessing HMW-GS 20 were typically in the lower half of the UPP and strength range. There was no clear evidence of an association between any of the other HMW-GS patterns and gluten strength. The majority exhibited HMW to LMW-GS ratios that were within the relatively narrow range of 0.15–0.25, yet there were wide variations in dough strength among genotypes within that range. Increasing proportions of HMW-GS resulting in ratios of greater than 0.30 were generally associated with weak dough and gluten and low UPP content.     

Wx-1基因变异和优质HMW-GS组合对中筋小麦品质的影响

高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和Wx蛋白是两个影响小麦理化品质和制成品品质的重要因素。为研究HMW-GS和Wx基因变异对小麦理化品质、面条感官评分和质构特性的影响,以镇麦9号和扬糯麦1号为亲本的2个高代系为试验材料,研究了优质HMW-GS 5+10及Wx基因缺失对小麦理化品质及面条加工品质的效应。结果表明,品系1与品系2的湿面筋含量和SDS沉淀值与镇麦9号相近,但显著好于扬糯麦1号。相较于镇麦9号,品系1与品系2的直链淀粉含量分别降低了1.5%和2.5%,其峰值黏度和稀懈值均显著高于镇麦9号,膨胀势也高于镇麦9号。5+10亚基显著提高了面条质构参数中的硬度和咀嚼性,而Wx基因缺失显著提高了面条的软硬度评分和光滑性评分。综合来看,具有5+10亚基和 Wx-D1缺失型的品系2具有较高的SDS沉淀值、面团形成时间和稳定时间、较低的直链淀粉含量、较高的峰值黏度、稀懈值和膨胀势,蛋白质和淀粉综合品质表现较好。品系2面条总评分最高,显著高于镇麦9号和扬糯麦1号,其主要体现在适中的面条软硬度和较好的光滑性。推测Wx基因缺失和优质HMW-GS聚合可显著提高小麦淀粉品质和蛋白质品质,有效改善面条的蒸煮品质和感官评分。     

Glu-D1d与Wx-B1b基因聚合在强筋小麦育种中的利用

Glu-D1d与Wx-B1b基因遗传效应是面包面条兼用型强筋小麦的主要遗传基础,二者聚合可实现蛋白质(面筋)质量和淀粉特性的同步改良,并拓宽和提升强筋小麦的加工用途和商品价值。本文总结了Glu-D1d与Wx-B1b基因及其聚合对强筋小麦品质的影响,并对两个基因聚合育种策略和注意事项进行探讨,以期为面包面条兼用型强筋小麦育种提供理论依据和实践经验。     

The gluten protein and interactions between components determine mixograph properties in an F6 recombinant inbred linepopulation in bread wheat

One hundred and sixty-eight F₆ recombinant inbred lines (RILs) derived from Chinese wheat cultivars, PH82-2 and Neixiang188, were used to determine the cumulative effects of HMW-GS and LMW-GS composition and quantity of gluten protein fractions on dough mixograph properties. A wide range of variation for all parameters in the RILs was detected. Major gene loci of HMW-GS were associated with variation in mixograph characters, but accounted for no more than 25.3% of the phenotypic variations. Glu-D1, together with Glu-B3, played the most important role in determining the properties. Additive effects of HMW-GS and LMW-GS showed major contributions to most of the variation of mixograph parameters, and epistatic effects were also important and could be counter to additive effects of individual loci. The quantity of gluten protein fractions, especially the quantity of glutenin, LMW-GS, and Glu-B3, showed highly significant correlations with most of the quality parameters, but the correlation coefficients were influenced by grain hardness, protein content, or both. Protein quality could be greatly improved through increasing the quantity of glutenin, while holding desirable composition of HMW-GS and LMW-GS alleles, with an appropriate ratio of quantity of glutenin to gliadin.     

5 10亚基背景下不同组成类型对小麦品质性状的影响

为了明确宁夏灌区近两年育成的部分小麦品种(系)的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成、品质性状及其相互间的关系,利用SDS-PAGE电泳图谱技术对22份小麦材料进行了HMW-GS组成分析、主要品质性状分析及统计分析。结果表明:(1)在5 10亚基背景下,不同亚基、亚基组成类型的沉淀值方差均未达到显著水平;(2)蛋白质含量与面筋指数极显著负相关,与干面筋含量显著正相关,湿面筋含量与面筋指数显著负相关,其它性状间相关不显著;(3)在17 18、5 10亚基存在时,2*亚基对提高沉淀值、干面筋含量、湿面筋含量和面筋指数的作用大于1亚基;(4)2*、17 18、5 10优于其它亚基组成类型。     

安徽省小麦产业体系展示品种HMW-GS组分及GMP的研究

为了解安徽省淮北及黄淮麦区的小麦加工品质,以52个安徽省小麦产业体系展示品种为材料,分析了供试小麦品种HMW-GS的组成和分布、谷蛋白聚合体(GMP)含量、小麦蛋白质含量、Zeleny沉降值及湿面筋含量。结果表明,52个供试小麦品种的HMW-GS变异类型众多,共发现13种变异类型,包含6种优质亚基类型;共出现了21种HMW-GS组合。按照GMP、蛋白质、湿面筋含量及Zeleny沉降值可将52个供试品种分为4类。供试品种的品质评分介于4~10分之间,平均7.4分。基因位点Glu-A1含有1亚基的品种,GMP含量高于含有Null亚基的品种。     

Incorporation of high-molecular-weight glutenin subunits into doughs using 2 gram mixograph and extensigraphs

To study the contributions of high-molecular-weight glutenin subunits (HMW-GS) to the gluten macropolymer and dough properties, wheat HMW-GS (x- and y-types) are synthesized in a bacterial expression system. These subunits are then purified and used to supplement dough mixing and extensigraph experiments through dough partial reduction and reoxidation to allow these exogenously added HMW-GS to incorporate into gluten polymers. Detailed results are given for seven mixing and two extension parameters. HMW-GS synthesized in bacteria behaved similarly under these conditions to the same HMW-GS extracted from wheat flour. These experiments initially focused on the HMW-GS of the D-genome of hexaploid wheat encoded at the Glu-D1 locus; e.g. the Dx2, Dx5, Dy10, and Dy12 subunits. Experiments used five different flours and results are shown to be consistent when normalized to results from Dx5. The incorporation of Dx-type subunits into the gluten disulfide bonded network has greater effects on dough parameters than incorporation of Dy-type subunits. When Glu-D1 x- and y-type subunits are incorporated together, there are synergistic effects greater than those with either subunit type alone. This synergistic effect was greatest with approximately equal amounts of Dx- and Dy-type subunits - implying a 1:1 stoichiometric relationship.     

Composition of polymeric proteins and bread-making quality of wheat lines with allelic HMW-GS differing in number of cysteines

Three lines of Australian wheat variety Avocet, two biotypes of Australian variety Halberd, and the Italian bread wheat cultivar Fiorello and its derived line were used to study the possible role of the Glu-B1 HMW-GS in polymeric protein composition and flour functionality. These sets of lines contain HMW-GS 7+8, 7+9, 20x+20y or 26+27. Subunit Bx7 has four cysteine residues, while subunit Bx20 has only two. Compared to Avocet A (7+8), line Avocet C (20x+20y) exhibited an increase in polymeric protein, a decrease in the gliadin-to-glutenin ratio, and a marked decrease in unextractable polymeric protein (UPP). Avocet C doughs exhibited greater extensibility and shorter Mixograph dough development times, and baked into smaller loaves compared to those from Avocet A. Similar differences were observed in comparisons between the two Fiorello lines and between the two Halberd biotypes that had differing Glu-B1 alleles. These results show that in closely related genotypes, the presence of the Bx7+By8 or Bx7+By9 HMW-GS instead of Bx20+By20 or Bx26+By27 is associated with higher UPP, higher dough strength and better bread-making performance. It is suggested that this could be due to the greater number of cysteines in the Bx7 subunit that are available for forming higher-molecular-weight glutenin polymer. This could give the possibility to manipulate dough properties and bread-making quality by utilizing HMW-GS alleles with varying numbers of cysteine residues.     

小麦不同杂交方式及不同世代材料HMW-GS组成的分析

为给小麦品质育种提供参考,利用SDS-PAGE对亲本高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成不同的9个杂交组合的F4～F6代919个株系的HMW-GS进行检测与分析,并在产量性状的基础上对导入优质亚基的品系进行籽粒品质分析。结果表明,不同组合材料在单交、回交和三交组合中均检测到优质HMW-GS的存在,但各优质亚基组合出现的比例不同,在以郑麦366为亲本的5个杂交组合中,优质亚基的导入率都较高,最高达54.8%,可见优质亚基的导入与亲本的遗传背景有较大关系。除此之外,检测世代也有较大的影响,在11个优质亚基组合中,比例最小的两个(5.0%和1.4%)均出现在F6代。为了避免优质亚基在选择过程中丢失,在产量性状的基础上于F4、F5代进行SDS-PAGE检测较为理想。在组合西农979×(郑麦366×荔高6号)中,F5代检测到含有1,14+15,5+10亚基的株系在产量和品质性状方面都表现较好,已参加区域试验,有望成为优质高产小麦新品种。同时还讨论了小麦优质高产杂交组合组配及结合SDS-PAGE技术进行高产优质品系决选的策略。     

57份陕西新育成小麦品种（系）HMW-GS组成及品质分析

为探究陕西关中地区小麦HMW-GS亚基与品质性状间的关系,采用SDS-PAGE法对57份陕西关中地区小麦品种（系）HMW-GS亚基组成及相关品质性状进行了分析。结果表明,供试品种（系）中共检测出7种HMW-GS亚基类型和8种HMW-GS亚基组合;Glu-A1位点上有3种亚基类型,分别为1、2^*和Null,以1亚基为主（78.95%）;Glu-B1位点上检测到7+8（61.40%）与7+9（38.60%）两个类型;Glu-D1位点上检测到5+10（70.18%）和2+12（29.82%）两个类型。3个HMW-GS基因位点编码亚基共组成8种亚基组合,品质得分6～10分,其中1/7+8/5+10组合品质得分10分,出现频率最高。就HMW-GS不同位点对品质性状效应进行分析发现,Glu-D1位点对b^*值、形成时间、稳定时间、弱化度和粉质质量指数的影响达到极显著水平（P＜0.01）;对面团流变学特性的影响,Glu-D1>Glu-B1。不同类型亚基对小麦品质的效应存在差异,7+8亚基对蛋白质含量、湿面筋含量和容重具有正效应,7+9和5+10亚基对形成时间和稳定时间的影响显著高于其他亚基（P＜0.05）;携带1/7+8/5+10亚基组合小麦的蛋白质、湿面筋含量和容重最高;携带1/7+9/5+10亚基组合具有较高面粉L^*值和面团流变学特性指标值。