小麥籽粒氨基酸含量及其遺傳分析.pdf

1、小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪饕霓r(nóng)作物之一，是人體所需能量、蛋白質(zhì)和膳食纖維的主要來源。小麥的營養(yǎng)品質(zhì)主要由組成蛋白質(zhì)的氨基酸含量及其平衡程度決定。小麥籽粒蛋白質(zhì)中氨基酸含量不平衡，必需氨基酸含量特別是賴氨酸含量較低。因此，小麥籽粒氨基酸含量的改良是小麥品質(zhì)育種的一項重要任務(wù)。本研究首先以小麥主要近緣種和我國微核心種質(zhì)為材料鑒定篩選高氨基酸含量特別是高賴氨酸含量的材料；同時利用雙列雜交和QTL定位分析方法研究小麥籽粒氨基酸含量的遺傳規(guī)律；并深入探討

2、了小麥制粉和饅頭加工過程中蛋白質(zhì)和氨基酸含量的變化情況。從氨基酸的種質(zhì)資源、遺傳變異規(guī)律和食品加工應(yīng)用方面對小麥籽粒氨基酸含量進行了全面研究，為小麥籽粒氨基酸的遺傳改良和營養(yǎng)品質(zhì)育種提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.17份小麥主要近緣種蛋白質(zhì)的平均含量為16.67％，比普通小麥高23.21％。小麥近緣種蛋白的賴氨酸（2.74％）、蘇氨酸（2.83％）、苯丙氨酸（4.17％）、異亮氨酸（3.42％）、纈氨酸（3.90％）

3、、組氨酸（2.81％）、谷氨酸（29.96％）、脯氨酸（9.12％）、甘氨酸（3.59％）、丙氨酸（3.37％）和半胱氨酸（1.57％）等氨基酸含量均高于普通小麥；其它6種氨基酸含量低于普通小麥。栽培一粒小麥、波斯小麥和圓錐小麥籽粒蛋白的限制性氨基酸含量（如賴氨酸、蘇氨酸）較高。小麥近緣種籽粒蛋白的賴氨酸（49.8％）和蘇氨酸（70.7％）的評分最低，是其主要限制性氨基酸。含有染色體組AA和SS的近緣種籽粒蛋白質(zhì)和必需氨基酸含量較高。二

4、倍體材料的蛋白質(zhì)（16.91％）、苯丙氨酸（4.78％）、異亮氨酸（3.53％）、亮氨酸（6.16％）和纈氨酸含量（4.09％）均高于其它倍數(shù)染色體組材料。
　　 2.225份我國小麥微核心種質(zhì)籽粒的賴氨酸含量在品種間存在極顯著差異（p<0.01），賴氨酸含量的平均值為0.44％，變幅為0.28-0.79％，55.11％的小麥品種籽粒的賴氨酸含量為0.40-0.50％。供試材料中有7個賴氨酸含量高于0.60％的特異高賴氨酸材料，

5、其中小麥品種老禿頭籽粒的賴氨酸含量最高，為0.79％，其次是陽麥（0.70％）、紅麥（0.66％）、同家壩小麥（0.64％）、矮豐3號（0.63％）、白火麥（0.61％）和江東門（0.60％）。將微核心種質(zhì)按原產(chǎn)地及麥區(qū)分別歸類分析得出，西北春麥區(qū)小麥的賴氨酸含量最高，顯著高于東北春麥區(qū)、北部春麥區(qū)和新疆冬春麥區(qū)（p<0.05），其他麥區(qū)小麥籽粒的賴氨酸含量之間的差異不顯著。冬麥區(qū)與春麥區(qū)以及國內(nèi)小麥品種與國外引進品種賴氨酸含量之間的差

6、異不顯著（p<0.05）。
　　 3.利用5個普通小麥品種進行完全雙列雜交，采用包括種子、細胞質(zhì)和母體植株遺傳效應(yīng)的三倍體種子胚乳數(shù)量性狀遺傳模型和統(tǒng)計分析方法，系統(tǒng)的分析了小麥籽粒17種氨基酸含量受多套遺傳體系影響的遺傳規(guī)律。結(jié)果表明，17種氨基酸含量的遺傳受種子直接基因效應(yīng)、細胞質(zhì)效應(yīng)和母體效應(yīng)等多套遺傳體系的控制，并存在極顯著的基因×環(huán)境互作效應(yīng)（酪氨酸除外）。賴氨酸、酪氨酸、精氨酸、蛋氨酸和谷氨酸含量的遺傳主要受控于種子

7、直接加性和母體加性效應(yīng)，異亮氨酸和絲氨酸含量的遺傳主要受種子直接加性效應(yīng)的控制，蘇氨酸含量的遺傳主要受母體加性效應(yīng)的影響，其他9種氨基酸含量的遺傳主要受顯性效應(yīng)控制。酪氨酸、精氨酸、賴氨酸和蘇氨酸含量的普通遺傳率較高，分別為36.3％、45.8％、24.7％和21.4％；苯丙氨酸、脯氨酸和組氨酸含量的互作遺傳率較高，分別為36.1％、39.5％和25.7％。
　　 4.以含有168個株系的DH群體為材料，利用含有323個標(biāo)記的分

8、子遺傳圖譜對控制小麥籽粒17種氨基酸和氨基酸總量的QTL進行定位。兩年數(shù)據(jù)聯(lián)合分析表明，檢測到控制蘇氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、絲氨酸和甘氨酸含量的12個加性QTL位點，其中，控制谷氨酸和絲氨酸含量的主效QTL，均位于3A染色體Xbarc86-Xwmc21標(biāo)記區(qū)間，表型貢獻率分別為10.1％和12.4％；同時檢測到控制蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸含量的6對上位性QTL。2008年檢測到控制氨基酸含量

9、的32個QTL，單個QTL解釋表型變異的4.86-30.95％，這些QTL主要分布于在3A、6D和7D等3條染色體上；其中10個為主效QTL，分別控制著甘氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、絲氨酸、組氨酸和精氨酸的含量。2009年檢測到控制氨基酸含量的53個QTL，單個QTL解釋表型變異的4.39-23.87％，這些QTL主要分布于1A、3A、4A、4B、5B、6A、6B、6D和7D等9條染色體上，其中9個為主效QTL，分別控制著天冬氨酸、絲氨酸、

10、谷氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、組氨酸和賴氨酸的含量。檢測到的QTL分布有區(qū)域化趨勢，兩年共檢測到13個QTL簇，其中有4個QTL簇在兩年均被檢測到。這4個QTL簇分別位于染色體3A、6B和7D，其中在3A染色體Xbarc86標(biāo)記附近檢測到控制13種氨基酸含量的QTL，該標(biāo)記附近同時存在著控制小麥籽粒蛋白質(zhì)、濕面筋含量的基因位點，可用于分子標(biāo)記輔助育種和分子聚合育種。
　　 5.以山農(nóng)11（軟麥）和山農(nóng)12（硬麥）兩個小麥品種為材料，

11、分別測定并比較了其在制粉和饅頭加工過程中蛋白質(zhì)和氨基酸含量的變化。結(jié)果表明，17種氨基酸含量在磨粉過程中都會減少，其中蘇氨酸（18.0％）在磨粉過程中損失最高，脯氨酸（15.5％）、蛋氨酸（15.1％）及組氨酸（15.1％）次之。酪氨酸和賴氨酸在磨粉過程中平均損失最低，分別為8.1％和9.7％。所有氨基酸含量在饅頭加工過程中也均有損失，其中丙氨酸和蛋氨酸在饅頭加工過程中損失量最多，分別為17.1％和15.1％；酪氨酸（12.5％）和半胱