优质面包小麦品种济南17和豫麦34灌浆期高温胁迫差异表达基因的分离

选用品质相对不稳定的小麦品种济南17和品质较稳定的品种豫麦34,于开花后15～18d(灌浆中期)及30～33d(灌浆后期)分别进行连续3d的高温胁迫处理(昼夜温度为38℃,25℃)。提取籽粒总RNA,通过cDNA-AFLP分析获得差异条带。回收差异条带,再经过克隆、测序、BLAST比对,济南17、豫麦34分别获得85个和99个高温胁迫下差异表达基因片段的序列。经过反向Northern杂交验证后,济南17获得25个信号明显的序列,其中22个来自热诱导表达的基因,主要与小麦的胁迫响应基因、热激蛋白等同源;豫麦34获得31个信号明显的序列,其中25个来自热抑制表达的基因,主要与乙烯合成酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶等同源。说明高温胁迫总体上诱导品质不稳定品种的基因表达,而抑制品质稳定品种的基因表达。济南17的序列有15个来自灌浆中期样本、10个来自灌浆后期样本,豫麦34的序列则分别有29个来自灌浆中期样本、2个来自灌浆后期样本,说明高温胁迫对灌浆中期基因表达的影响比灌浆后期显著,在品质稳定品种中则比品质不稳定品种中更为明显。2个品种在高温胁迫下的基因表达模式存在显著差异,济南17诱导表达胁迫响应基因,豫麦34抑制表达乙烯合成酶和吡咯啉-5-羧酸合成酶及胁迫响应基因,这可能是两者品质稳定性不同的重要原因。

中国小麦育种进展与展望

近10年我国小麦育种研究在3个方面取得新进展:育成一批高产优质多抗新品种,周8425B、鲁麦14和普通小麦-簇毛麦6VS/6AL易位系在全国小麦育种中发挥了重要作用,育种技术研究也取得重要进展。但育种工作也存在4个主要问题。从育种角度评述分子标记辅助育种中连锁标记和功能标记的研究现状和存在的主要问题,并提出今后的重点领域。概括小麦品质研究中与育种密切相关的实用技术和方法,即面包、面条和饼干品质育种中的品质评价方法和选择指标,建议今后加强5个方面的工作。对未来小麦育种中的4个重要问题做了分析,提出国内进一步加强高产潜力研究的初步设想,建议加大持久抗性的研究力度,重视抗旱、抗热及适应性等与气候变化相关性状的研究,还分析了种业商业化等问题。

普通小麦面筋强度早代选择研究

以优质强筋小麦品种中优9507为母本，与安农91168、高优503、冀5099、晋麦45和鲁麦5号5个筋力不同的品种配制杂交组合，用亲本、F1、F2和F2：3家系研究了SDS沉降值与和面时间的分布，分析了沉降值的遗传力和选择响应。结果表明，组合间F2、F2：3沉降值及F2：3，和面时间超高亲比例存在差异，以强筋与强筋、强筋与中强筋品种所配杂交组合中优9507／安农91168、中优9507／高优503和中优9507／冀5099的超中优9507比例较高，F2和F2：3家系沉降值超中优9507比例分别为55％、30％、30％和74％、41％、53％，F2：3家系和面时间超中优9507比例则分别为76％、39％、27％。沉降值的狭义遗传力较高，为43％～70％，适合进行早代选择。沉降值的实际选择响应与选择强度关系不大，较高的选择压力并不一定能获得相应的选择响应，在本研究中，所有组合可都采用10％的选择压力。组合间沉降值的实际选择响应存在差异，以中优9507／安农91168组合（强筋×强筋）进行品质改良效果较好。在亲本选配时应尽量选用面筋强度中等以上的品种作亲本，建议在F2用沉降值、F3用和面仪参数作为选择指标来改良面筋强度。

中国小麦微核心种质及地方品种籽粒休眠特性的分子标记鉴定

为探索我国小麦微核心种质及地方品种籽粒休眠的遗传基础,利用已报道的4个3AS上的SSR标记(Xbarc57、Xbarc294、Xbarc310和Xbarc321)和1个3BL上的Viviparous-1基因标记Vp1-b2对107份我国小麦微核心种质及31份地方品种进行籽粒休眠的分子标记鉴定。结果表明,5个分子标记在试验材料中表现出丰富的等位变异,具有5～6种等位类型,与籽粒萌芽指数(GI)密切相关。根据一般线性模型分析结果,各位点的等位变异显著影响籽粒休眠,其中Vp1-b2和Xbarc294对籽粒休眠作用较其他标记大,可分别解释65.8%和61.2%的表型变异;其次是Xbarc310(56.3%)和Xbarc57(55.8%),最小的是Xbarc321(53.3%)。而5个标记联合可解释95.9%的性状变异,其次是Vp1-b2和Xbarc294的组合(89.1%),解释变异最小的标记组合是Vp1-b2和Xbarc321(79.4%)。5个分子标记即可解释籽粒休眠的绝大部分表型变异,说明我国小麦微核心种质及地方品种籽粒休眠特性受3AS和3BL上的2个主效基因控制。

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96bp处碱基C突变为A,而且在265bp处发生了A碱基的缺失,将其命名为Pinb-D1aa。

小麦贮藏蛋白反相高效液相色谱分析体系研究

【目的】反相高效液相色谱(RP-HPLC)是定性和定量分析小麦贮藏蛋白的有效方法,在国外的应用始于20世纪80年代初,但在国内一直没有利用,也无开展系统的研究。本研究的目的是填补国内这一研究的空白。【方法】选用2个代表性品种中优9507(强筋)和京411(弱筋),系统研究了柱温、洗脱梯度、样品量、提取时间和进样体积对贮藏蛋白分离效果和量化的影响,并验证了分析重复性。【结果】结果表明,45mg面粉样品,使用50%正丙醇(v/v)和含有50%正丙醇(v/v)、1%二硫苏糖醇(w/v)的弱酸缓冲液(Tris-HCl,pH6.6),分别对醇溶蛋白和谷蛋白提取45min,可以使提取率达到90%。醇溶蛋白和谷蛋白分别进样10～15μl和15～20μl,可以使实际量化值接近理论量化值。针对我国小麦品种贮藏蛋白组成的特殊性对洗脱梯度进行优化后,提高了高分子量谷蛋白亚基与低分子量谷蛋白亚基之间的分离度。【结论】配合聚丙烯酰氨凝胶电泳(PAGE)可以对贮藏蛋白各组分进行准确定性定量分析,为深入研究小麦贮藏蛋白和加工品质的关系提供了工具。

多重PCR的建立及黄淮麦区主要品种品质相关基因的鉴定

【目的】小麦加工品质由多个位点控制,而每个位点又有多个等位基因控制。建立品质性状多重PCR反应体系是提高分子标记辅助选择效率及降低成本的一种重要措施。【方法】选择影响小麦品质性状重要基因的分子标记,即高分子量谷蛋白亚基基因标记Ax2*、Bx14、Bx17和Dx5;低分子量谷蛋白亚基基因标记Glu-A3d;糯蛋白亚基Wx-B1基因标记BDFL-BRD和Wx-D1基因标记MAG269;1BL/1RS易位标记ω-sec及多酚氧化酶(PPO)活性基因标记PPO18。根据优质面包、优质面条亚基组成要求及引物的退火温度,建立3个多重PCR反应体系PCR-Ⅰ(Ax2*/Bx17/Dx5)、PCR-Ⅱ(BDFL-BRD/MAG269/PPO18)和PCR-Ⅲ(Bx14/Glu-A3d/ω-sec)。【结果】用构建的3个多重PCR对141份黄淮麦区小麦品种加工品质相关基因的分布情况进行了检测。结果表明Ax2*、Bx14、Bx17具有较低的分布频率,分别为4.3%、7.1%、1.4%;Dx5和Glu-A3d分布频率相对较高,分别为17.7%和27.7%;而1BL/1RS易位和低PPO活性(扩增片段为876bp)的材料分别占44.0%和51.8%;Wx-B1缺失材料占4.3%。在供试的141份材料中已有80份进行了高、低分子量谷蛋白亚基和黑麦碱的SDS-PAGE电泳检测,与本研究建立的多重PCR检测结果完全一致。【结论】建立的多重PCR体系可以准确、稳定、高效地检测9个小麦品质性状的基因组成。

北方冬麦区小麦品种籽粒主要矿物质元素含量分布及其相关性分析

【目的】小麦品种籽粒铁和锌等微量营养元素含量研究对人体健康具有重要意义。【方法】来自北京、河北、河南、山东、山西和陕西等6省区240个小麦品种和高代品系于1997～1998年度种植在中国农业科学院作物科学研究所农场试验田,收获后分析籽粒中包括铁、锌、锰、铜等微量元素和钙、镁、钾、磷、硫等常量元素在内的主要矿物质元素含量。【结果】品种间各微量和常量矿物质元素含量均存在明显差异。微量元素中,铁平均含量最高,为41.9mg·kg-1;铜含量最低,为5.54mg·kg-1。常量元素中,钾平均含量最高,达4747mg·kg-1;钙含量最低,为465mg·kg-1。除镁和硫元素外,其它各元素含量变幅均较大。不同地区来源品种籽粒中的矿物质元素含量差别较大,北京和山东品种铁、锌、铜等微量元素含量较高,河北和山东品种钙、镁、磷等常量元素含量较高,河南品种大部分微量和常量元素含量都较低。籽粒中铁和锌(r=0.630)、镁与磷(r=0.571)、镁与硫(r=0.521)、锌与磷(r=0.502)、磷与硫(r=0.537)等元素含量间相关系数均较高,达0.001显著水平,表明可以同时提高小麦籽粒中铁、锌和磷等矿物质元素的含量。【结论】铁和锌等元素含量高的品种(系)间存在明显的亲源关系,说明在育种中通过选择或选用矿物质元素含量高的亲本可以提高矿物质元素的含量。并指出现阶段应进一步从中国现有小麦品种特别是各地主栽品种中筛选矿物质元素特别是铁和锌含量高的基因型,以经济有效地直接或间接利用这些材料。

小麦指纹图谱数据库的建立及SSR分子标记试剂盒的研发

本研究以国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)、国际干旱地区农业研究中心(ICARDA)、法国Agropolis研究所和中国农业科学院作物科学研究所提供的数据为基础,建立了包括134个SSR引物、2457个普通小麦基因型的指纹图谱数据库。利用荧光标记法的分析结果,用代表性基因型在某一位点的扩增片段作为银染法的读带依据,开发了SSR分子标记试剂盒,包括46对SSR引物及其PCR反应程序、代表性基因型的DNA样品、592个等位变异的代表性基因型清单及试剂盒使用说明等。该数据库的建立和试剂盒的开发,为利用SSR分子标记技术进行小麦种质遗传多样性研究,实现小麦遗传资源和信息资源全球共享提供了重要工具和技术平台。

1BL·1RS特异性分子标记的筛选及其对不同来源小麦品种1RS易位染色体的鉴定

1BL·1RS易位系在我国小麦育种和生产中占有重要地位,快速而准确地鉴定1BL·1RS易位系对小麦品质改良具有重要意义。本研究选用15个1BL·1RS特异性STS、SCAR和RAPD标记及22个1RS染色体上的SSR标记,检测不同来源的1BL·1RS易位系78份以及非1BL·1RS易位系品种10份和黑麦材料3份,其中1BL·1RS易位系包括周8425B及其衍生系36份、兰考906及其衍生系5份、矮孟牛及其衍生系8份和洛类1BL·1RS易位系品种29份。结果表明,7个STS标记、1个SCAR标记、3个RAPD标记和3个黑麦SSR标记可作为鉴别1BL·1RS易位系的可靠分子标记,其中ω-sec-p1/ω-sec-p2、ω-sec-p3/ω-sec-p4、H20和SECA2/SECA3标记最好,扩增效果稳定,重复性好,条带清晰,实验操作简单。周8425B及其衍生系、兰考906及其衍生系、矮孟牛及其衍生系与洛类1BL·1RS易位系的1RS染色体在分子标记检测中没有差异。

利用揉面特性鉴定小麦1BL／1RS易位系

1BL/1RS易位系曾广泛用于小麦农艺性状改良,但对加工品质有明显的负面影响。利用404份F5至F8高代品系(试验I)和175份山东省主栽品种及高代品系(试验II),研究1BL/1RS易位对小麦揉面参数的影响,分析不同高低分子量蛋白亚基(HWM/LWM-GS)背景下1BL/1RS的揉面特性,探讨利用揉面特性鉴定1BL/1RS易位系的方法。结果表明,1BL/1RS易位系的揉面时间、峰值带宽及峰后1 min带宽显著低于非1BL/1RS易位系,而衰落角和带宽比(峰值带宽/峰后1 min带宽)显著高于非1BL/1RS易位系,说明1BL/1RS易位导致小麦的揉面特性显著变劣。易位系的揉面谱带的主要特征为峰后1 min谱带急剧衰落并变窄,带宽比显著增大,而非1BL/1RS易位系的峰后谱带衰落、变窄平缓或者稳定时间较长,带宽比较小。带宽比1.6可作为判断易位系的有效指标,即大于或等于1.6为1BL/1RS易位系,小于1.6为非1BL/1RS易位系,准确率达85.2%(试验I)和96.8%(试验II)。尽管优质HWM-GS背景对Glu-B3j(1BL/1RS易位系)的揉面特性有一定正向补偿作用,但品质特性仍显著劣于其他Glu-B3位点,带宽比表现尤为突出。因此,揉面特性不仅能测定育种材料的面团流变学特性,而且还能有效鉴别1BL/1RS易位系。

SDS不溶性谷蛋白大聚体含量与和面仪参数的关系

选用品质差异较大的108份主栽品种和高代品系,测定其谷蛋白聚合体总量（双缩脲法）和贮藏蛋白组分含量及比例（凝胶色谱法,SE-HPLC）,并分析了它们与蛋白质含量、沉降值以及和面仪参数等早代选择参数的相关性。结果表明,参试材料品质特性和贮藏蛋白组分含量的变异范围都较大。和面仪峰值时间变异范围为1.12-7.19min,变幅达6.07min;醇溶蛋白总量和SDS可溶性谷蛋白聚合体（EPP）变幅较小,而SDS不溶性谷蛋白大聚体（UPP）的变幅最大。硬度、蛋白质含量和沉降值与和面峰值时间的相关系数较低（r=0.24-0.49）。醇溶蛋白总量与和面仪参数相关不显著,而与谷蛋白总量的比值（Gli/Glu）与和面仪参数呈显著负相关（r=–0.52-–0.61,P〈0.001）,且不受蛋白质含量的影响。SDS不溶性谷蛋白大聚体百分含量（%UPP）与和面仪参数的相关性最高,相关系数为0.70-0.85（P〈0.001）。SE-HPLC法样品用量少,自动化程度高,且%UPP和Gli/Glu为相对值,与和面仪参数呈高度相关,可作为面筋强度早代选择的有效指标。

Glu-B1位点亚基色谱鉴定及7^(OE)对面团强度的影响

准确鉴定高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)及探讨其对面团特性的影响是小麦品质研究的重要内容。用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和反相高效液相色谱(RP-HPLC)对62份品种(系)的HMW-GS组成进行鉴定。结果表明,结合SDS-PAGE和RP-HPLC两种方法可以对Glu-B1位点,尤其是Glu-B1(7+8)进行有效鉴定。选用13份姊妹系为材料,使用RP-HPLC和凝胶色谱(SE-HPLC)方法,研究了Glu-B1al(7OE+8*)以及贮藏蛋白组分含量对面团强度的影响。结果表明,Glu-B1al(7OE+8*)可显著提高HWM-GS总量和面团强度,7OE可作为优质亚基用于强筋小麦育种。相关性分析表明,谷蛋白总量、HWM-GS、LMW-GS以及x-HMW含量与最大抗阻力呈1%显著正相关,相关系数分别为0.76、0.76、0.77和0.72。SDS-不溶性谷蛋白大聚体(UPP)占谷蛋白聚合体总量的百分比与揉面仪峰值时间、粉质仪形成时间和稳定时间以及最大抗阻呈1%或0.1%显著正相关,相关系数分别为0.77、0.90、0.89和0.87。醇溶蛋白与谷蛋白含量的比值与揉面仪峰值时间呈1%显著负相关,相关系数为-0.69;与粉质仪稳定时间和最大抗阻呈5%显著负相关,相关系数分别为-0.58和-0.64。HPLC可有效分离和量化HWM-GS,并作为小麦品质育种有效的辅助手段。

运用计算机视觉识别技术进行馒头气孔结构分析

【目的】利用计算机数字图像分析提取馒头结构的气孔特征,以评价计算机视觉分析在馒头品质评价中的作用。【方法】试验1选用强筋品种Weaver、中筋品种宁春4号和弱筋品种京411,按粉质仪吸水率采用3个加水量处理,共计9个不同样本。图像分析中,采用K-均值算法将气孔从背景中分割出来,提取了3个气孔特征,即气孔总面积、气孔平均面积和气孔总数目,用于数据分析。试验2利用图像分析对11个样本进行馒头品质评价,并与实验室人工主观评分进行比较。【结果】试验1结果表明所取的3个特征能够较好反映加水量和筋力强弱对馒头气孔结构的影响,随着加水量增加和面筋强度增强,气孔总面积增加,这与馒头体积增大一致。试验2中馒头气孔图像特征的评价与人工评价具有较高的一致性,表明计算机图像分析能够较好反映馒头内部结构优劣。【结论】利用图像分析进行馒头品质评价是可行的。

Glu-1位点等位变异及表达量对麦谷蛋白聚合体粒度分布的影响

选用我国春播麦区23份(试验I)和北部冬麦区21份(试验II)品种(系),研究了Glu-1位点等位变异及其亚基表达量对谷蛋白聚合体粒度分布的影响。结果表明,Glu-1位点等位变异及其亚基表达量显著影响谷蛋白聚合体的粒度分布,且影响程度受蛋白质含量,尤其是高分子量谷蛋白总量水平的影响。在高分子量谷蛋白总量较低时(试验I),Glu-B1和Glu-D1位点对不溶性谷蛋白大聚体含量(UPP)及其占聚合体蛋白总量的百分比(%UPP)的加性效应都达1%显著水平;Glu-B1和Glu-D1位点单个亚基对两者的贡献分别为7OE+8*>7+9>17+18>7+8和5+10>2+12,具有5+10亚基组合的%UPP显著高于具有2+12的亚基组合。高分子量谷蛋白的亚基表达量与UPP含量呈高度正相关,相关系数为0.79～0.93(P<0.01)。而在高分子量谷蛋白总量较高时(试验II),仅Glu-D1位点对%UPP的加性效应达5%显著水平,5+10亚基对%UPP的贡献显著高于2+12和4+12;亚基组合间的聚合体粒度分布无显著差异。高分子量谷蛋白的亚基表达量与UPP含量的相关系数为0.42～0.86(P<0.05或0.01)。结合高分子量谷蛋白表达量和优质亚基进行选择,能有效提高不溶性谷蛋白大聚体的含量和相对比例,有利于面筋强度和加工品质的进一步提高。

微量沉淀值和麦谷蛋白亚基组成对面包烘烤品质的效应

为快速高效地改良中国小麦品种的面包烘烤品质,将72份冬小麦品种（系）于2000-2001年度分别种植于河南郑州和山东济南,分析了它们的蛋白质品质和面包烘烤品质,评价了蛋白质含量、微量沉淀值及高、低分子量麦谷蛋白亚基组成对面包烘烤品质的作用。结果表明,总体上中国冬小麦品种的蛋白质含量和微量沉淀值中等偏高,面包烘烤品质则较差,品种间差别较大。高、低分子量麦谷蛋白亚基的等位变异与面包烘烤品质密切相关,Glu-D1位点具有5＋10亚基和Glu-B3位点具有h亚基的品种,其面包各烘烤品质参数均显著优于具有其他亚基的品种,而Glu-B3j亚基（即1B/1R易位）对微量沉淀值、比沉淀值和面包体积、颈高、外观、质地、结构、色泽、评分等品质参数均具有较大的负向作用。沉淀值对非1B/1R易位系面包体积和评分的作用远大于蛋白质含量的贡献,而单位蛋白质含量的沉淀值即比沉淀值对1B/1R易位系的面包体积和评分更重要。在育种中应针对非1B/1R易位系和1B/1R易位系采用不同的品质改良策略,对非1B/1R易位系可考虑通过提高沉淀值,对1B/1R易位系则应考虑通过提高比沉淀值来改良面包烘烤品质。

体外消化/Caco-2细胞方法评价富铁小麦生物利用率

目的通过研究生物强化富铁小麦面粉的铁生物利用率,筛选出最具潜力的富铁小麦品种。方法采用体外消化/Caco-2方法对10种生物强化富铁面粉进行铁生物利用率比较,以人Caco-2细胞铁蛋白生成量来反映铁生物利用率。结果发现不同面粉间铁生物利用率差异有显著性,出粉率78%的安阳中优9507和京冬8号面粉的铁生物利用率最高。结论生物强化富铁小麦安阳中优9507和京冬8号是最具潜力品种。

不同小麦面粉铁和锌吸收率的分析比较

目的分析比较不同小麦面粉中铁、锌的吸收率,为小麦的最佳制粉工艺提供参考数据。方法采用体外消化/Caco-2细胞模型模拟人体对食物的胃肠消化和吸收过程,通过测定Caco-2细胞超声破碎液中铁和锌的含量,比较2个品种(CA0045和京冬8号)、2个产地(北京和高碑店)、7种出粉率(40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%)的小麦面粉的铁和锌吸收率。结果2个品种、2个产地、7种出粉率小麦面粉的铁、锌吸收率各不相同;面粉锌吸收率一般高于铁吸收率;铁和锌吸收率均随出粉率增高而降低;一般以40%～70%出粉率面粉的铁和锌吸收率较高,且差异不大,其中CA0045北京产小麦面粉铁和锌吸收率最高。结论CA0045和京冬8号的小麦面粉铁、锌吸收率不同;北京和高碑店两产地的小麦面粉铁、锌吸收率不同;出粉率对小麦面粉的铁、锌吸收率有影响;综合经济和营养学角度考虑,70%是小麦面粉较优的出粉率,CA0045北京产小麦是最佳品种。