中国核心小麦种质资源与面条品质相关的生物化学特性分析

论文摘要

小麦是世界上主要的的粮食作物之一，是世界上食品安全、战略储备和谷物贸易的最主要粮食种类。20世纪80年代以前，我国的小麦育种工作者的研究重点在小麦高产、稳产、抗病上，20世纪80年代以后，小麦品质育种和优质资源筛选成为研究重点，我国的小麦育种工作者已选育出了一批优质小麦品种、专用小麦品种，从而缓解了国内市场对不同小麦的要求。但由于我国对小麦的需求大，不同地区消费差异大，因此，对小麦品质问题的研究依然任重而道远。本研究以中国农科院贾继增、张学勇教授提供的我国9大麦区共243份核心小麦种质资源品种和17份国外小麦品种为研究材料，对其进行了与面条品质相关的生物化学特性分析。鉴定了Waxy基因类型、测定了籽粒蛋白质含量、灌浆期间籽粒蛋白质和干物质积累规律、不同品种籽粒戊聚糖含量和在小麦籽粒灌浆期间多酚氧化酶同工酶及其活性变化，其研究结果如下：1．本研究利用PCR和SDS-PAGE方法对243份中国核心小麦种质和17份国外品种进行分析，筛选得到了17个新的Wx蛋白亚基缺失材料。其中Wx-A1缺失材料2个，分别为：芒小麦、潮安小麦。Wx-B1缺失材料14个，分别是：内麦11；小白麦；小红皮；江东门；吉春1016；春麦；红秃子；丰产3号；Early Premium（早洋麦）；山麦；白大头；红芒麦；红须麦；无芒春麦。Wx-D1缺失材料1个，是来自黄淮冬麦区的地方品种“秃芒麦”。为优质面条小麦育种提供了新的种质资源；同时筛选得到的三对PCR引物可以用于快速、有效筛选Wx基因缺失材料。2．通过对不同核心种质小麦品种蛋白质含量的分析得出：我国小麦品种间蛋白质含量差异比较大，品种间遗传变异大，品种选育潜力也大，其中最低的“六柱头”含量只有11.860％，最高的“江东门”达到了含量20.450％；不同麦区间蛋白含量也存在着差异；得到适宜用于面条专用小麦品种育种的有：钱交麦、Lovrin 10（国外引进）、潮安小麦、碧蚂4号、石家庄54、济南2号、百农3217、黄瓜先、半截芒、大口麦、老齐麦、白蚂蚱、青春28、红花麦、成都光头、汉中月、紫皮、郑麦9023、偃展1号共20个。晚熟小麦品种籽粒蛋白质含量积累呈现出有规律的变化，在整个灌浆期间小麦籽粒总蛋白质含量变化呈“高—低—高”的变化趋势，蛋白质积累速率较正常生长条件明显加快，整个灌浆时间缩短，比正常条件下灌浆期短13-18天，且由于高温的影响籽粒总蛋白质含量较正常条件下有所提高。晚熟小麦籽粒灌浆期间干物质整个增长过程近似“S”形，表现为前慢、中快、后慢的积累规律，且灌浆期缩短，干物质的积累在较短的时间内完成，品种间差异表现更明显。且在高温的条件下，由于灌浆期缩短，后期灌浆迅速结束，小麦干物质的积累主要聚中在灌浆中期的9-18天间，此期间小麦积累的干物质占到了整个成熟籽粒的2／3以上，是影响晚熟小麦品种产量稳定的关键期。因此应加强此期间的管理，以提供充足的养份以满足生长需要。3．我国核心种质品种间戊聚糖含量差异较大，核心种质资源小麦品种（系）的可溶性戊聚糖、不可溶性戊聚糖和总戊聚糖平均含量分别为0.636％、5.472％和6.108％，三者变异幅度分别为0.249％-2.253％、3.734％-8.145％和、4.533％-10.398％。水溶性戊聚糖含量主要集中在0.4％-0.7％之间，总戊聚糖含量主要集中在5％-7％之间。不同麦区间戊聚糖含量存在明显差异。黄淮冬麦区籽粒水溶性戊聚糖含量与西北麦区之间差异均达5％显著水平；西北麦区总戊聚糖含量与北部麦区、东北麦区、华南麦区、黄淮麦区、新疆麦区品种之间差异均达5％显著水平，与东北麦区、黄淮麦区之间差异达到1％显著水平。国外引进品种在可溶性戊聚糖含量上与我国核心品种之间无明显差异，总戊聚糖含量与青藏麦区和西北麦区的差异达5％显著水平，与西北麦区的差异达1％显著水平，我国的小麦品种在总戊聚糖含量上与国外品种差异较大，国内核心品种含量偏高而国外品种含量较低。经分析得出，水溶性戊聚糖含量低的核心品种3个，分别为定兴寨、延安11和早小麦，其含量均低于0.3％；水溶性戊聚糖含量高的核心品种5个，分别为中优9507、新曙光6号、红秃子、定西24、兴义4号，其可溶性戊聚糖含量均高于1.4％。总戊聚糖含量低的核心品种4个，分别为碧蚂4号、新曙光1号、定兴寨和一个国外品种南大2419，其总戊聚糖含量均低于4.5％，可用于饲料小麦的育种选育；总戊聚糖含量高的品种有7个，分别为丰产3号、红秃子、大白麦、兴义4号、中优9507、蝉不吱、乌江草，其总戊聚糖含量均高于8.0％，适宜用于培育保健性强的食用小麦。4．同品种间的PPO高分子量同工酶差异较小；在中低分子量区，在相同的发育阶段不同品种间在中分子量区的酶带数和酶带颜色深浅具有较大的差异，不同品种间在同工酶数和量上在籽粒行成过程中有差异，而在相同品种的整个发育过程中分子量的酶带变化较稳定，而低分子量酶带变化幅度较大。本研究表明，在测试的20个品种，PPO活性较低的有白花麦蜀万8号，白齐麦，安徽3号，晋麦8号，婺源春，白花麦，蜀万8号，崇阳红麦1号，内乡5号；不同品种间的PPO活性变化存在极大的差异；小麦籽粒中PPO活性的变化分为两种类型，一种活性变化平稳，一类活性变化幅度较大，这种现象的出现同小麦品种相关，受基因型控制，这可能是小麦成熟籽粒中PPO酶活性存在差异的原因之一。因此，我们可以通过对小麦籽粒灌浆发育过程中的PPO活性的变化性况的观测来分析不同小麦品种成熟籽粒中PPO酶的活性，从而进一步推测其对面条品质的影响，对小麦品质育种分析也有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 文献综述
• 1.1 糯小麦研究进展
• 1.1.1 小麦中淀粉及其与小麦品质的关系
• 1.1.2 淀粉合成酶的研究进展
• 1.1.3 糯基因的DNA序列特征
• 1.1.4 不同Waxy基因型对小麦淀粉含量（糯性）的影响
• 1.1.5 小麦糯性的鉴定方法和技术研究进展
• 1.1.6 糯性小麦的品质特性及其利用研究进展
• 1.2 小麦籽粒蛋白质研究进展
• 1.2.1 蛋白质含量对面条品质的影响
• 1.2.2 灌浆期间温度对小麦籽粒品质影响研究进展
• 1.3 小麦中戊聚糖研究进展
• 1.3.1 戊聚糖的分类和分子结构
• 1.3.2 戊聚糖与小麦品质的关系
• 1.3.3 戊聚糖的营养功能
• 1.4 小麦中多酚氧化酶研究进展
• 第一章 中国小麦核心种质资源中Waxy基因的筛选与鉴定
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1材料
• 2.2Wx基因的分子标记筛选
• 2.2.1 基因组DNA的提取
• 2.2.2 引物合成
• 2.2.3 PCR扩增
• 2.2.4 PCR产物检测
• 2.2.5 SDS-PAGE法验证Waxy小麦
• 3 结果与分析
• 3.1 Wx小麦的分子标记筛选
• 3.1.1 Wx-A1位点的筛选
• 3.1.2 Wx-B1位点的筛选
• 3.1.3 Wx-D1位点的筛选
• 3.2 筛选结果的SDS-PAGE验证
• 3.3 核心种质资源中Wx蛋白带型和Wx小麦地区分布分析
• 4 讨论
• 5 结论
• 第二章 核心种质资源蛋白质和干物质积累规律分析
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 核心种质资源蛋白含量分析材料
• 2.1.2 蛋白质积累和小麦籽粒干物质积累规律分析材料
• 2.2 方法
• 2.2.1 取样
• 2.2.2 干物质称取
• 2.2.3 凯氏定氮法测定籽粒蛋白质含量
• 3 结果与分析
• 3.1 核心种质资源蛋白含量及分析
• 3.2 不同麦区间蛋白质含量遗传差异分析
• 3.3 晚熟小麦品种籽粒蛋白质和干物质在高温逼熟条件下的积累规律
• 3.3.1 高温晚熟条件下小麦籽粒蛋白质和干物质积累规律的初步研究
• 3.3.2 晚熟小麦品种籽粒发育过程中干物质积累规律
• 3.3.3 结果与讨论
• 4 结论
• 第三章 中国核心小麦品种籽粒戊聚糖含量的初步研究
• 1 前言
• 2 材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 仪器和试剂
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 样品制备
• 2.3.2 木糖标准曲线的绘制
• 2.3.3 水溶性戊聚糖含量的测定
• 2.3.4 总戊聚糖含量的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 核心种质品种戊聚糖含量测定与遗传变异分析
• 3.2 不同麦区核心种质品种戊聚糖含量变化分析
• 3.3 国外引进小麦品种戊聚糖分析
• 3.4 不同麦区核心种质品种戊聚糖含量差异分析
• 4 讨论
• 5 结论
• 第四章 小麦籽粒发育过程中多酚氧化酶活性及其同工酶的变化
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.2 方法
• 2.2.1 酶液提取
• 2.2.2 电泳
• 2.2.3 染色
• 2.2.4 PPO酶活性的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 相同品种籽粒灌浆不同时期PPO的同工酶谱
• 3.2 不同品种籽粒灌浆相同时期PPO的同工酶谱
• 3.3 PPO在品种间的差异及其在不同时期的活性变化
• 4 讨论
• 参考文献
• 附表1:核心种质资源材料及其蛋白质和戊聚糖含量测定结果
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表和待发表的论文