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中国部分普通小麦核心种质HMW-GS特征剖析及与品质性状的关联性探究

一、引言

1.1研究背景与意义

小麦（TriticumaestivumL.）作为世界上最重要的粮食作物之一，在全球粮食供应中占据着举足轻重的地位。中国是小麦生产和消费大国，小麦的稳定供应对于保障国家粮食安全和满足人民生活需求至关重要。随着人们生活水平的提高和食品加工业的发展，对小麦品质的要求也越来越高，不仅要求小麦具有较高的产量，还需要具备优良的加工品质和营养品质。

高分子量麦谷蛋白亚基（HighMolecularWeightGluteninSubunits，HMW-GS）是小麦籽粒贮藏蛋白的重要组成部分，约占小麦贮藏蛋白的10%。HMW-GS由位于第一同源群1A、1B和1D染色体长臂上的Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1位点（统称为Glu-1位点）上的复等位基因所控制，存在多个等位变异。这些亚基通过分子内和分子间二硫键相互作用，形成复杂的麦谷蛋白聚合体，是构成小麦面团骨架的主要组分，决定了面团的强度和弹性，对小麦的加工品质起着关键作用。不同的HMW-GS组成和含量会导致小麦面筋质地、胶合性、面团流变学特性以及面包体积、馒头品质等加工品质的显著差异。例如，含有优质亚基5+10的小麦品种，其面团的强度和弹性通常较好，更适合制作面包等需要强筋品质的食品；而含有亚基2+12的小麦品种，面团的延展性相对较好，但强度较弱，可能更适合制作面条等食品。

了解小麦核心种质HMW-GS的特点及其与品质性状的关联，对于小麦品质改良和新品种选育具有重要意义。通过对HMW-GS的研究，可以明确不同小麦品种的品质潜力，为小麦育种提供理论依据和优质种质资源。同时，在小麦生产和加工过程中，根据HMW-GS的特点选择合适的品种，可以提高小麦的加工适应性和产品质量，满足市场对不同品质小麦的需求，从而提高小麦的经济价值和市场竞争力。此外，深入研究HMW-GS与品质性状的关联，有助于揭示小麦品质形成的分子机制，为小麦品质遗传改良提供新的思路和方法。

1.2国内外研究现状

国内外学者对普通小麦核心种质HMW-GS组成及与品质性状的关联进行了大量研究。在HMW-GS组成方面，Payne等最早对小麦HMW-GS进行了系统研究，明确了Glu-1位点上的等位变异及其编码的亚基类型。此后，众多研究在不同小麦种质资源中鉴定出丰富的HMW-GS等位变异。例如，在中国小麦主产区的研究中，发现Glu-A1位点常见的等位变异有Null、1、2等；Glu-B1位点等位变异更为丰富，包括7、7+8、7+9、6+8、14+15、13+16、17+18、7+8等；Glu-D1位点常见的有2+12、4+12、5+10、2.2+12等。不同地区的小麦种质在HMW-GS组成上存在一定差异，如河北省小麦品种中Glu-1各位点以亚基Null、7+9和2+12为主；四川省以亚基Null、7+9和2+12为主；河南省则以亚基1、7+9和5+10为主。

在HMW-GS与品质性状关联方面，大量研究表明HMW-GS对小麦的多种品质性状有显著影响。在Glu-A1位点，亚基1和1通常被认为对小麦品质有积极影响，大于亚基Null，但亚基2和亚基1之间的效应高低尚存在分歧。在Glu-B1位点，多数研究表明各亚基对品质的效应大小基本表现为17+18＞7+8＞7+9＞6+8。在Glu-D1位点，亚基5+10对小麦品质的影响优于其他亚基，如能显著提高面团的强度和面包体积。不同HMW-GS组合也会对品质性状产生不同影响，一些优质亚基组合，如（1/7+8/5+10）和（1/7+9/5+10）被认为是较优的亚基组合，在小麦品质改良中应予以关注。

然而，目前的研究仍存在一些空白与不足。一方面，虽然对不同地区小麦种质的HMW-GS组成有了一定了解，但对于一些特定生态区或地方特色小麦种质的研究还不够深入，其HMW-GS组成特点及遗传多样性有待进一步挖掘。另一方面，在HMW-GS与品质性状关联研究中，多数研究集中在常见的品质指标，如蛋白质含量、湿面筋含量、沉淀值、面团流变学特性等，对于一些新兴的品质指标，如营养品质（维生素、矿物质含量等）、加工过程中的功能性（抗氧化性、抗老化性等）与HMW-GS的关联研究较少。此外，HMW-GS与品质性状之间的分子调控机制尚未完全明确，需要进一步深入研究。

1.3研究目标与内