中国西南麦区普通小麦（Triticum Aestivum L.）优质育种的生化遗传基础研究
【摘要】：小麦加工品质的改良已成为我国小麦育种的主要目标之一。国内外大量的研究表明，影响面包加工品质的主要因素是蛋白质的质量(谷蛋白亚基组成)和蛋白质的数量(蛋白质含量)。影响面条加工品质的因素因制作面条的种类而有所不同。影响中国面条的小麦品质主要是蛋白质和淀粉特性。国内学者针对北方的小麦品质问题作了大量的研究工作，取得了一定的成绩。我国的西南冬麦区和长江中下游冬麦区属于我国小麦的南方栽培区，小麦品种有许多共同特点，和北方小麦相比，南方麦区的小麦品质较差，不能满足食品加工业的需要，其主栽品种中绝大多数不适宜加工优质面包、面条、和馒头，经济效益差，影响了农民的生产积极性。因此，南方麦区小麦品质的改良是当前迫切的需要。但是，到目前为止，对西南麦区小麦品种品质问题仍然缺乏系统的研究，对西南麦区能否生产优质小麦仍存在较大的争议。针对这些问题，本研究选用四川省历史上的地方品种、国外引进品种、中国北方品种和四川在不同年代培育的小麦品种系统研究了它们的HMW-GS组成，以探讨西南麦区小麦品质改良的基因资源；利用单体附加染色体工程创造的纯系的小麦-黑麦1BL／1RS易位系为试验材料，研究了1BL／1RS易位系的品质效应；选用四川近年培育的小麦新品种(系)研究了西南麦区面包小麦选育的特殊生物化学问题，首次提出了西南麦区面包小麦育种的限制因素和育种策略；选用我们课题组培育的小麦新品系，研究了西南麦区小麦穗发芽的生物化学机理；选用近年培育的小麦新品种为试验材料，研究西南地区小麦品质与鲜湿面条煮面品质的关系，以及PPO活性与面条小麦选育的关系。其主要结果如下：
1 本文系统研究了西南麦区地方品种和不同育种年代育成品种的HMW-GS组成，发现地方品种和二十世纪90年代前育成品种中的谷蛋白亚基组成单一，优质谷蛋白亚基频率很低，而现在育成品种(系)中，HMW-GS的组成已发生极大的改变，5+10亚基频率达47.62％，证明了以优质谷蛋白亚基(5+10)的引入为目标的小麦优质育种已取得显著成效。鉴定了西南麦区小麦优质育种的基因资源。
利用SDS—PAGE电泳技术对供试材料的HMW-GS组成分析结果表明：在供试的不同来源和不同育种年代的160份材料中，在Glu-1位点共分离出14种等位亚基，
不同的育种区域或育种年代其HMW一GS等位变异和亚基组合类型存在较大的差异。
在CI翩IYT材料中与面包品质相关的优质亚基2*，17+1S，5+10亚基出现频率
较高:在北方材料中有较高频率的的5+10亚基存在，另外还存在对面包烘烤品
质有正向作用的14+15亚基。5+10亚基在各类供试材料中出现频率大小为:
CIMMYT材料四川新品种(系)北方新品种(系)四川推广品种四川地方
品种。在西南麦区地方品种中，在甜u一了基因单一，只有一种亚基组合N，7+8，
2十12，不存在与面包烘烤品质关系密切的5+10等优质亚基，在推广品种中，在
曰u一了的多样性有所改良，但优质谷蛋白亚基的频率仍较低，在近年育成的新品
种(系)中，脚u一了的基因频率得到较大的改良，5+lO亚基占47.能%，在甜u一了
位点品质平均得分为7.21分，说明通过引入HMw一GS来改良小麦品质的可行性。
因此，在今后的小麦优质育种工作中应特别加强对 5+10亚基的转育与利用，同时
兼顾1、2*、17+18、14+15优质亚基的利用以及甜u一了、甜u二Bl、尉U二Dj三个位
点上亚基对的合理组配。
2本研究在国际上首次鉴定出黑麦碱基因(Sec一1)表达缺失的IBL/IRS易位
系843一2一1;首次利用具纯系背景的IBL/1RS易位系研究了IBL/1RS易位对小麦
品质的影响，发现IBL/1 RS对西南麦区小麦品质的影响呈多样性。
由于IRS/IBL易位的优异抗性和高产性，它广泛地用于世界范围内的的小麦
育种中。但是，由于他携带的黑麦碱基因(Sec一l)对小麦加工品质的不利影响，培
育黑麦碱基因表达缺失的IBL八RS易位系，已成为世界范围内小麦育种研究的重
要目标。本研究用小麦品种绵阳H(纯系)与矮秆黑麦(纯系)杂交，利用单体
附加染色体工程创造的杂交后代BCIF了和BC.F、(Zn=42)为研究材料，从其后代中
选育出一份黑麦碱基因(SeC一1)表达缺失的IBL/IRS易位系843一2一1。文献表
明，这是世界上第一份黑麦碱基因表达缺失的1尺S/IBL易位系，它对进一步研究
IBL八RS易位的黑麦碱基因表达机理、对小麦品质的影响机理、以及培育优质的含
IBL/IRS易位的小麦新品种，都有重要的学术意义和应用价值。用46份来源于小
麦品种绵阳11纯系和不同黑麦杂交后代的IBL/IRS纯合易位系为试验材料，研
究了它们的HMW一GS组成的变异和与沉淀值之间的关系结果证明，1 BL/IRS易位对
小麦的沉淀值的影响，取决于IRS供体的来源和易位的性质，表明IBL/IRS易位
对小麦品质影响的多样性。在这些易位系中，H翩一GS等位基因也发生了变异，从
而影响小麦的品质。对HMW不同亚基和505一沉淀值变异的分析指出，与1亚基
相关的沉淀值极显著地大于等位亚基N相关的沉淀值，与7+9亚基相关的沉淀值
显著地大于等位亚基7+8相关的沉淀值，7+8、7+9相关的沉淀值极显著地大于
20亚基相关的沉淀值。由于我国当前育成的小麦品种的约三分之二都含IBL/IRS
易位染色体，
【关键词】：小麦 品质性状 高分子量谷蛋白亚基 1BL/1RS 穗发芽 多酚氧化酶 【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：S512.1
【目录】：
- 中文摘要6-10
- 英文摘要10-14
- 1 文献综述14-35
- 1.1 小麦胚乳贮藏蛋白的遗传、生物化学及其与小麦品质的关系研究进展15-25
- 1.1.1 高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)的遗传及生化研究动态15-17
- 1.1.2 高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)与小麦烘烤品质关系的研究进展17-20
- 1.1.3 低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)遗传及生物化学研究动态20-21
- 1.1.4 低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)与小麦烘烤品质关系的研究进展21
- 1.1.5 醇溶蛋白及其对小麦品质影响的研究动态21-25
- 1.2 1BL／1RS易位对小麦品质的影响25-26
- 1.3 籽粒蛋白质组分与小麦品质关系的研究动态26-28
- 1.4 小麦穗发芽的生物化学机制及其与小麦品质关系的研究进展28-30
- 1.5 面条质量与小麦品质特性关系的研究进展30-34
- 1.5.1 蛋白质与面条品质的关系的研究进展31-32
- 1.5.2 淀粉特性与面条品质关系的研究进展32-33
- 1.5.3 多酚氧化酶(PPO)的生物化学及其与面条品质关系的研究进展33-34
- 1.6 本研究的目的意义34-35
- 2 材料与方法35-42
- 2.1 研究材料35-36
- 2.2 研究方法36-42
- 2.2.1 细胞学方法36-37
- 2.2.2 生物化学方法37-41
- 2.2.3 小麦穗发芽检测--发芽试验41
- 2.2.4 小麦品质参数测定41-42
- 2.2.5 面条的制作和评分42
- 2.2.6 统计分析42
- 3 实验结果42-79
- 3.1 HMW谷蛋白亚基在不同育种区域来源小麦品种的变异42-52
- 3.1.1 来源于CIMMYT材料的HMW-GS变异43
- 3.1.2 中国北方小麦新品种(系)中HMW-GS变异43-47
- 3.1.3 HMW-GS在四川小麦地方品种中的变异47
- 3.1.4 中国四川20世纪80年代后推广品种中HMW-GS的变异47-48
- 3.1.5 四川近年来新育成的小麦品种(系)中HMW-GS的变异48-50
- 3.1.6 不同育种区域和不同育种年代的小麦品种在Glu-1位点变异比较50-52
- 3.2 1BL／1RS易位对西南麦区小麦品质的影响52-58
- 3.2.1 黑麦喊基因Sec-1表达缺失的1BL／1RS易位系的鉴定52-54
- 3.2.2 SDS-沉淀值在1RS／1BL易位系中的变异54-56
- 3.2.3 HMW-GS组成在1RS／1BL易位系中的变异56
- 3.2.4 Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1位点等位亚基效应比较56-58
- 3.3 西南麦区小麦穗发芽的生物化学机制及其抗穗发芽资源的筛选58-63
- 3.3.1 供试材料的发芽特性58-60
- 3.3.2 小麦籽粒成熟期间α-淀粉酶活性变化60-61
- 3.3.3 α-淀粉酶活性、蛋白酶活性、Falling Number、发芽率的关系61-63
- 3.4 西南麦区小麦品种的品质特性与面包专用小麦的选育63-69
- 3.4.1 小麦新品系(种)的HMW-GS组成63
- 3.4.2 小麦新品系(种)的品质性状63-66
- 3.4.3 各品质特性间的相关性66-67
- 3.4.4 籽粒蛋白质组分与沉淀值和稳定时间的关系67-68
- 3.4.5 不同小麦品种(品系)的品质特性在不同年份间的稳定性68-69
- 3.5 西南麦区小麦品质特性与面条小麦选育的生物化学基础69-73
- 3.5.1 小麦品种(系)品质特性69
- 3.5.2 面条制作品质69
- 3.5.3 小麦品质性状与面条品质性状的相关性69-71
- 3.5.4 多酚氧化酶活性在品种间的变异及其与蛋白质含量的关系71-73
- 3.6 优质专用小麦选育的综合标记辅助育种73-79
- 3.6.1 面包小麦的标记辅助选择体系73-74
- 3.6.2 育种高代材料标记辅助选择应特别注意的问题74-79
- 4 讨论79-94
- 4.1 西南麦区小麦HMW-GS变异和优质育种的基因资源79-82
- 4.1.1 西南麦区小麦品种中的HMW-GS组成的变迁与育种成效79-80
- 4.1.2 西南麦区小麦品种HMW-GS改良的基因资源80-81
- 4.1.3 以引入优质HMW-GS(5+10)来改良小麦品质的育种方法81-82
- 4.2 1BL／1RS对西南麦区小麦品质的影响82-85
- 4.2.1 1BL／1RS易位对西南麦区小麦品质的影响呈现多样性82-83
- 4.2.2 1BL／1RS易位中HMW-GS的变异83
- 4.2.3 1BL／1RS易位与HMW-GS的品质效应83-84
- 4.2.4 1BL／1RS易位中黑麦碱基因表达缺失的遗传机理及利用价值84-85
- 4.3 穗发芽的生物化学机制以及抗穗发芽抗源的筛选和利用85-87
- 4.3.1 穗发芽的鉴定方法和抗穗发芽资源的筛选85
- 4.3.2 穗发芽的生物化学机制85-86
- 4.3.3 抗穗发芽品种的筛选指标及抗穗发芽育种应注意的问题86-87
- 4.4 西南麦区面包小麦选育的特殊生物化学问题87-90
- 4.4.1 HMW-GS在改良小麦面包烘烤品质中的作用及局限性87-88
- 4.4.2 控制西南麦区小麦品质的主要生化遗传性状88-89
- 4.4.3 我国西南麦区面包小麦品种选育的限制因素和育种策略89-90
- 4.5 西南麦区优质面条小麦选育的生物化学基础90-92
- 4.5.1 西南麦区鲜湿面条煮熟品质与蛋白质、淀粉特性的关系90-91
- 4.5.2 多酚氧化酶(PPO)活性在小麦品种间的差异及其与面条品质的关系91-92
- 4.6 西南地区优质专用小麦选育的复杂性和育种策略92-94
- 参考文献94-108
- 致谢108-109
- 附: 读博士期间发表和待发表的论文109
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