王美芳，雷振生，吳政卿，徐福新，楊 攀，常 陽，柳東陽，李 巍

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，河南鄭州 450002)

黃淮南片冬麥區(qū)是中國的第一大麥區(qū)，常年播種面積866.7×104hm2左右，該區(qū)小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)直接代表著我國小麥的整體水平，在保障我國糧食安全方面具有重要意義[1]。隨著人民生活水平及飲食習(xí)慣的提高和改善，制作優(yōu)質(zhì)面包、蛋糕、餅干、面條等食品所需的優(yōu)質(zhì)專用粉小麥原料的需求量也大幅增加。我國由于長(zhǎng)期只重視產(chǎn)量、忽視品質(zhì)改良的育種，使生產(chǎn)上可利用的優(yōu)質(zhì)專用型小麥品種少、品質(zhì)不穩(wěn)定、符合企業(yè)加工要求的優(yōu)質(zhì)商品小麥原糧嚴(yán)重短缺，嚴(yán)重制約了小麥產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

國內(nèi)外對(duì)小麥高分子量谷蛋白亞基(HMW-GS)構(gòu)成及其與品質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行了大量研究。在Glu-A1位點(diǎn)，亞基2*賦予面團(tuán)很好的彈性和韌性及較大的面包體積；亞基為N的小麥品質(zhì)較差[2-4]。在Glu-B1位點(diǎn)，亞基品質(zhì)表現(xiàn)17+18 = 13+16 = 7+8 > 7+9 > 6+8 > 7，7+8*亞基(7OE，7超量表達(dá)亞基)對(duì)面筋強(qiáng)度有較大的正向影響，是Glu-B1位點(diǎn)中目前已知的對(duì)面筋強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大的優(yōu)質(zhì)亞基，亞基17+18對(duì)面包烘烤體積遺傳效應(yīng)最大[5-9]。在Glu-D1位點(diǎn)，5+10亞基具有較大的面團(tuán)彈性和韌性[2,10-11]，與面包體積呈正相關(guān)[3,12-13]，是對(duì)烘烤品質(zhì)貢獻(xiàn)最大的亞基[14]。綜上所述，含有2*、7+8、13+16、17+18、7OE、5+10等亞基的小麥品質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)良。對(duì)烘烤品質(zhì)有重要影響的優(yōu)質(zhì)亞基與籽粒產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀間無顯著相關(guān)性；在引入優(yōu)質(zhì)亞基的同時(shí)進(jìn)行籽粒產(chǎn)量的改良，可選育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的小麥品種[15]。我國育成的優(yōu)質(zhì)小麥品種中，多數(shù)不含對(duì)小麥蛋白質(zhì)具關(guān)鍵作用的5+10優(yōu)質(zhì)亞基，優(yōu)質(zhì)亞基2*、17+18、13+16、7OE等所占比例更低[16-17]。在品種選育中加強(qiáng)上述優(yōu)質(zhì)亞基的篩選和利用，對(duì)改善我國小麥品質(zhì)尤為重要。

我國目前在小麥育種中所利用的親本趨于單一，育成品種的遺傳相似性增大[18]，如推廣品種的50%～70% 帶有1B/1R血緣[4]，種質(zhì)資源匱乏成為品種選育中最突出的問題。國外小麥品種間的平均遺傳距離大于國內(nèi)小麥品種[19]，是豐富和拓寬國內(nèi)小麥遺傳基礎(chǔ)的重要種質(zhì)。如自美國引進(jìn)的澳大利亞碧玉麥(Quality)與地方品種螞炸麥雜交育成的碧螞1號(hào)是我國推廣面積最大的小麥品種，年種植面積曾達(dá)600萬hm2[20]。

本研究以從澳大利亞引進(jìn)的小麥種質(zhì)材料為研究對(duì)象，綜合調(diào)查和分析其部分農(nóng)藝性狀、品質(zhì)指標(biāo)和HMW-GS亞基等的基因組成，并利用所選優(yōu)質(zhì)小麥種質(zhì)為親本與黃淮麥區(qū)表現(xiàn)突出的小麥品種雜交，旨在篩選出適宜該區(qū)的優(yōu)異種質(zhì)，拓寬和豐富現(xiàn)有小麥種質(zhì)資源，為黃淮南片冬麥區(qū)的小麥品質(zhì)育種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為澳大利亞默多克大學(xué)州立農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心提供的25份澳大利亞小麥種質(zhì)(具體見表1)，以黃淮南片冬麥區(qū)區(qū)試高產(chǎn)對(duì)照周麥18(ZM18)為半冬性對(duì)照品種(CK1)，鄭麥366(ZM366)為優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋對(duì)照品種(CK2)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料種植于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所在新鄉(xiāng)原陽的試驗(yàn)基地(E113.7°，N35.0°)，田間種植2行區(qū)，行長(zhǎng)2.0 m，行距0.3 m，試驗(yàn)地肥力中等，田間管理不防病，僅施藥防治蚜蟲，其他管理措施同常規(guī)育種田。田間觀察和室內(nèi)考種按NY/T1301-2007標(biāo)準(zhǔn)(小麥品種區(qū)域試驗(yàn)記載標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行，適時(shí)按小區(qū)進(jìn)行收獲。

以優(yōu)質(zhì)澳大利亞小麥種質(zhì)為改良親本，黃淮麥區(qū)表現(xiàn)突出的小麥品種為農(nóng)藝親本，配制三交或四交組合，按常規(guī)系譜方法定向選擇優(yōu)良性狀，培育小麥新材料或新品種。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 品質(zhì)參數(shù)測(cè)定

制粉：參照AACC 26-20方法，用Quadrumat Junior磨(Brabender，Germany)制粉，過100目篩(0.15 mm篩孔)，根據(jù)籽粒硬度確定潤麥加水量，硬麥為16.5%，中等類型為15.5%，軟質(zhì)麥為14.0%，潤麥時(shí)間為16～18 h。面粉水分按AACC-4-15A測(cè)定。

面筋儀參數(shù)：用瑞典Perten公司的2200型面筋儀(Glutomatic)，按GB/T 14608-93測(cè)定小麥粉濕面筋含量及面筋指數(shù)。

粉質(zhì)儀參數(shù)：用德國Brabender公司的810104型粉質(zhì)儀(Farinograph)，按GB/T14614-93測(cè)定吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度等面團(tuán)流變學(xué)特性參數(shù)。

面包烘焙品質(zhì)：按照GB/T 14611-93直接發(fā)酵法制作面包并進(jìn)行面包評(píng)分。

饅頭蒸煮品質(zhì)：按照GB/T 17320-1998制作饅頭并進(jìn)行饅頭評(píng)分。

1.3.2 分子技術(shù)檢測(cè)

每份材料選取有代表性的植株，按單株收獲籽粒，參考Ma等[21]、Ishikawa等[22]、Masci等[23]、劉 麗等[24]方法，利用SDS-PAGE、RP-HPLC以及KASP(競(jìng)爭(zhēng)性等位基因特異性PCR，Kompetitive Allele Specific PCR)等技術(shù)對(duì)供試材料籽粒進(jìn)行分子檢測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel系統(tǒng)進(jìn)行分析、處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 千粒重及其他部分農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

由表1可知，澳大利亞小麥種質(zhì)的千粒重普遍較低。25份材料中，千粒重平均為36.9 g，變化范圍31.4～43.1 g，均較周麥18(46.5 g)低，只有Kukri的千粒重較鄭麥366(46.5 g)略高。有4個(gè)材料表現(xiàn)為弱春性，其他均為春性。粒色性狀上，Calingiri表現(xiàn)為白色偏黃，Klein表現(xiàn)為紅色，其他均表現(xiàn)為白色。僅Eaglerock無芒，其他均有芒；Drysdale和RAC875的植株和葉表被覆較厚的蠟質(zhì)。這些材料整體凍害不重，多數(shù)材料分蘗較少，葉型表現(xiàn)半披或披。

表1 參試材料的千粒重及其他主要農(nóng)藝性狀Table 1 Thousand-kernel weight and main agronomic traits of tested materiales

W：白色；WY：白色偏黃色；R：紅色。

W:White; WY:White with yellow; R:Red.

2.2 品質(zhì)性狀表現(xiàn)

由表2可知，澳大利亞小麥種質(zhì)的多數(shù)品質(zhì)指標(biāo)分布寬，變異系數(shù)大。其中，形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和弱化度的變異系數(shù)較大，分別為 38.17%、84.23%、62.36%；面筋含量、濕面筋指數(shù)的變異系數(shù)中等，分別為8.28%、16.12%；白度、吸水率的變異系數(shù)較小，分別為2.90%、 4.02%；濕面筋含量、面筋指數(shù)、穩(wěn)定時(shí)間和弱化度的最優(yōu)值分別為39.1%、96.5%、25.0 min 和5 BU。說明澳大利亞小麥種質(zhì)具有豐富多樣性，有品質(zhì)性狀突出的強(qiáng)筋小麥材料。

綜合分析白度、面筋、粉質(zhì)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，有9份種質(zhì)具有優(yōu)良品質(zhì)特性，其中Wyalkatchem、Gladus、Chara穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，分別為23.0 min、 25.0 min、17.0 min，濕面筋指數(shù)分別為 91.3%、 93.2%、96.5%，弱化度分別為5 BU、10 BU、10 BU，為品質(zhì)表現(xiàn)突出的強(qiáng)筋小麥材料。Ega Jitarwing的面粉白度達(dá)80.1(表3)。

表2 澳大利亞小麥種質(zhì)的品質(zhì)指標(biāo)分布Table 2 Distribution of quality parameters of Australian wheat germplasm

表3 9份優(yōu)質(zhì)澳大利亞小麥種質(zhì)的品質(zhì)表現(xiàn)Table 3 Quality expression of 9 outstanding Australian wheat germplasm

2.3 分子檢測(cè)分析

分子檢測(cè)結(jié)果表明，在澳大利亞小麥種質(zhì)中，含有一些在我國稀有的優(yōu)質(zhì)亞基，例如亞基2*、7OE、17+18、13+16、5+10等。其中，CD87含有7+8*亞基(7OE亞基，7超量表達(dá)亞基)，Baxter和Calingiri含有13+16，Cadoux含有17+18。在進(jìn)行KASP檢測(cè)的20份材料中(表4)，有10份材料含有2*，有7份材料含有5+10，有10份材料含有Ppo-D1a(低多酚氧化酶，PPO)主效基因，有11份材料為Wx-B1b(Wx-B1缺失)類型，表現(xiàn)部分糯性；有4份材料含有Rht-B1b矮稈基因，有14份材料含有Rht-D1b矮稈基因；有4份材料含有Lr34抗葉銹病的主效基因，有12份材料含有Lr46抗葉銹病的主效基因。

表4 澳大利亞小麥種質(zhì)的分子檢測(cè)Table 4 Molecular detection of Australian wheat germplasm

Rht-B1a和Rht-D1a代表高稈等位基因，Rht-B1b和Rht-D1b代表矮稈等位基因；Glu-A1位點(diǎn)為null和Glu-D1位點(diǎn)為2+12表現(xiàn)為弱筋，Glu-A1位點(diǎn)為1或2*和Glu-D1位點(diǎn)為5+10表現(xiàn)為強(qiáng)筋；Ppo-A1a和Ppo-D1b代表高多酚氧化酶等位基因，Ppo-A1b和Ppo-D1a代表低多酚氧化酶等位基因；Wx-B1a表現(xiàn)為非糯質(zhì)，Wx-B1b表現(xiàn)為糯質(zhì)；Lr34-、Lr46-、Lr37-、Lr68-均表現(xiàn)為感葉銹，Lr34+,Lr46+,Lr37+,Lr68+均表現(xiàn)為抗葉銹。

Rht-B1aandRht-D1arepresent high stem allele，Rht-B1bandRht-D1brepresent dwarfing allele；null atGlu-A1locus and/or 2+12 atGlu-D1locus indicate weak gluten，1 or 2*atGlu-A1locus and/or 5+10 atGlu-D1locus perform strong gluten；Ppo-A1aandPpo-D1brepresent high PPO alleles,Ppo-A1bandPpo-D1arepresent low PPO alleles；Wx-B1aindicates non-waxy,Wx-B1bindicates waxy；Lr34-,Lr46-,Lr37-andLr68-indicate susceptible to leaf rust，Lr34+,Lr46+,Lr37+andLr68+indicate resistant to leaf rust. The same in table 6.

2.4 優(yōu)質(zhì)供試種質(zhì)后代的農(nóng)藝性狀及品質(zhì)表現(xiàn)

利用黃淮麥區(qū)表現(xiàn)突出的小麥品種與澳大利亞小麥優(yōu)良種質(zhì)配制三交或四交組合，按常規(guī)系譜方法進(jìn)行選擇和收獲。田間調(diào)查顯示，低世代分離嚴(yán)重，隨著世代的增加，可以定向選擇出與當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝性狀相當(dāng)?shù)膬?yōu)良株系。經(jīng)品質(zhì)分析，品質(zhì)指標(biāo)出現(xiàn)超親的組合有鄭麥366/CD87//鄭麥366、藁9415/CD87//鄭麥366、矮抗58/kukri//鄭麥366/3/鄭麥366、遺4212/Kukri//鄭麥366、鄭麥366/Calingigri//鄭麥366等(表5)。在調(diào)查的15份株系中，13份株系的株高低于周麥18，11份株系的千粒重高于周麥18；單株穗數(shù)多，籽粒均白色，表現(xiàn)出較好的農(nóng)藝性狀。

國標(biāo)GB/T 14611-93面包評(píng)分顯示，體積不低于860 mL即為滿分。本研究的面包烘焙品質(zhì)表明(表5)，品系33185、33352、33353的面包體積大、面包烘焙品質(zhì)表現(xiàn)尤為突出，品系33180、33221、33428的面包體積均達(dá)到滿分的水平。結(jié)合其他品質(zhì)性狀綜合分析，品系33178、33180、33185、33190、33221、33352、33353的穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)、面包烘焙品質(zhì)和饅頭蒸煮品質(zhì)均優(yōu)，品系33428、33432、33439、33452的濕面筋含量高、面包烘焙品質(zhì)和饅頭蒸煮品質(zhì)表現(xiàn)均較優(yōu)；品系33537、33539、33545、33547的白度值高，饅頭顏色白、綜合品質(zhì)表現(xiàn)較優(yōu)。綜上所述，品系33185、33352、33353的烘焙、蒸煮指標(biāo)及33537、33539、33545、33547的白度指標(biāo)表現(xiàn)出了明顯的超親現(xiàn)象。分子檢測(cè)結(jié)果(表6)表明，在進(jìn)行KASP檢測(cè)的9份后代材料中，均含有1亞基和5+10亞基，有6份材料為表現(xiàn)部分糯性的Wx-B1缺失類型。品系33185、33190和33221含有Lr68抗葉銹基因。

表5 澳大利亞小麥種質(zhì)后代品系的株高和千粒重及品質(zhì)性狀表現(xiàn)Table 5 Plant height and thousand-kernel weight and quality performance of Australian wheat germplasm offspring lines

“/”表示未檢測(cè)。

“/” represents not determined.

表6 澳大利亞小麥種質(zhì)后代品系的分子檢測(cè)Table 6 Molecular detection of Australian wheat germplasm offspring lines

3 討 論

本研究中，供試澳大利亞小麥種質(zhì)多白粒，多春性，晚熟，株高中至半高，千粒重普遍較低，均較黃淮南片冬麥區(qū)區(qū)試高產(chǎn)對(duì)照周麥18低，但抗病材料較多，特別是一些品種抗條銹病生理小種條中30號(hào)和31號(hào)，與前人研究結(jié)果一致[25]。本研究中，鄭麥366不含Lr68抗葉銹基因，而利用澳大利亞材料和鄭麥366組配，選擇出了含有Lr68抗葉銹基因的后代材料。因而，黃淮南片冬麥區(qū)可以選擇Wyalkatchem、Gregory、Eaglerock、Kauz等含有Lr34、Lr46抗葉銹基因的小麥種質(zhì)進(jìn)行利用。

小麥的適應(yīng)性主要受春化、光周期和早熟性基因控制，澳大利亞小麥種質(zhì)中具有高頻率與適應(yīng)性相關(guān)的光照不敏感等位基因[26-27]，澳大利亞小麥種質(zhì)的抽穗期和成熟期與河南中部地區(qū)小麥材料較接近[25]。本研究中，供試澳大利亞小麥種質(zhì)在黃淮南片冬麥區(qū)種植可以正常抽穗，其抽穗期與該區(qū)品種的抽穗期基本一致，這有利于澳大利亞小麥種質(zhì)在該區(qū)作為雜交親本。

面筋強(qiáng)度參數(shù)如沉降值和穩(wěn)定時(shí)間等與面包評(píng)分呈顯著正相關(guān)，是影響面包品質(zhì)重要因素[28]，面筋指數(shù)、弱化度和麥谷蛋白、穩(wěn)定時(shí)間是反映面包烘焙品質(zhì)的重要指標(biāo)[29]，篩選優(yōu)良的高低分子量谷蛋白亞基(1，7+8或14+15或13+16，5+10，Glu-A3d和Glu-B3d)是提高面筋強(qiáng)度和面包品質(zhì)的關(guān)鍵[30,18]。多數(shù)對(duì)烘烤品質(zhì)的研究結(jié)果認(rèn)為，在Glu-A1位點(diǎn)1與2*優(yōu)于null，Glu-B1位點(diǎn)7+8、17+18、13+16、14+15優(yōu)于其它亞基，Glu-D1位點(diǎn)5+10優(yōu)于2+12，以5+10亞基對(duì)烘烤品質(zhì)貢獻(xiàn)最大[16]。本研究表明，澳大利亞小麥種質(zhì)中富含濕面筋含量高、濕面筋指數(shù)高、穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)、面粉粉色白的優(yōu)良種質(zhì)，而且，含有優(yōu)質(zhì)亞基2*、7OE、17+18、13+16、5+10等，可以利用這些優(yōu)質(zhì)亞基改良我國小麥品質(zhì)。由于Bx7OE(7超量表達(dá)亞基)對(duì)面筋強(qiáng)度和加工品質(zhì)有較大的正向影響[31,7]，在Dx5+Dy10基因(5+10亞基)的遺傳背景下，Glu-B1位點(diǎn)中的7+8*亞基(7OE，7超量表達(dá)亞基)是對(duì)面筋強(qiáng)度貢獻(xiàn)大的優(yōu)質(zhì)亞基[7]。在小麥育種中，宜加強(qiáng)Bx7OE與Dx5+Dy10基因的聚合來提高黃淮麥區(qū)小麥的面筋強(qiáng)度、改善面包烘焙品質(zhì)。本研究中，一些品系材料表現(xiàn)出了明顯的超親現(xiàn)象，其優(yōu)良性狀對(duì)應(yīng)的亞基或基因，有待于進(jìn)一步的研究。

Wx-B1b為缺失Wx-B1蛋白亞基，表現(xiàn)部分糯性；缺失Wx-B1蛋白亞基的小麥品種具有較高的淀粉糊化粘度和較好面條品質(zhì)，可作為優(yōu)質(zhì)面條小麥品種選育的生化指標(biāo)[32]。多酚氧化酶(PPO)活性高易引起褐變，PPO是引起面條(團(tuán))顏色褐變的主要原因，通過遺傳途徑降低PPO活性有助于改善面條的顏色[33]。同時(shí)具有多酚氧化酶活性低及部分糯性的小麥適宜加工優(yōu)質(zhì)面條，其中，Wyalkatchem、Gregory、Eaglerock、Mace等材料聚合矮稈、低多酚氧化酶、部分糯性及抗葉銹等多個(gè)優(yōu)良性狀，可作為培育優(yōu)質(zhì)面條小麥的資源材料。

本研究中，種質(zhì)33428、33432、33439、33452的穩(wěn)定時(shí)間僅為中強(qiáng)筋水平，烘焙品質(zhì)指標(biāo)卻表現(xiàn)較好；而種質(zhì)33178及33192的穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到了強(qiáng)筋水平，然而其烘焙品質(zhì)指標(biāo)卻表現(xiàn)中等。這些現(xiàn)象說明，衡量小麥品質(zhì)的優(yōu)劣需要用最終的烘焙、蒸煮品質(zhì)指標(biāo)來評(píng)價(jià)。美國提出的面包用粉、糕點(diǎn)用粉的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，烘焙評(píng)分占50～70分，而其他多項(xiàng)理化指標(biāo)僅占30～50分，把烘焙評(píng)分作為評(píng)價(jià)小麥專用粉最重要的指標(biāo)[34]。在今后育種過程中，應(yīng)重視面筋、粉質(zhì)等相關(guān)指標(biāo)，更應(yīng)重視烘焙、蒸煮等品質(zhì)指標(biāo)。

4 結(jié) 論

本研究表明，供試澳大利亞小麥種質(zhì)在黃淮南片冬麥區(qū)千粒重普遍較低，綜合抗病性較好，綜合農(nóng)藝性狀較差，冬季雖有凍害但均能夠正常越冬，抽穗期與當(dāng)?shù)仄贩N基本一致；具有濕面筋含量高、面筋指數(shù)高、穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)、面粉粉色白等品質(zhì)特點(diǎn)，含有5+10亞基、2*亞基、7+8*亞基、17+18亞基、13+16亞基、低PPO活性基因及Wx-B1缺失等，還含有矮稈Rht-D1b基因及抗葉銹Lr34基因和Lr46基因等。利用澳大利亞小麥種質(zhì)為改良親本，可培育出綜合農(nóng)藝性狀較好、品質(zhì)較突出的小麥新品系。