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小麦谷蛋白聚合体与加工品质性状的关系及其对氮肥和环境的反应

作　者: 姜鸿明
导　师: 余松烈；于振文
学　校: 山东农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 小麦谷蛋白聚合体 GMP SGP 加工品质氮肥环境
分类号: TS211.2
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

小麦谷蛋白对小麦加工品质具有重要作用。迄今为止，人们利用不同的分离分析方法，将小麦蛋白质分解成不同的组分，并对各个组分尤其是小麦谷蛋白进行了大量研究。但由于大多数蛋白质分级方法都是以传统的Osborne分级法为基础，不同组分之间存在严重的相互重叠、相互污染现象，因此很难把握各组分的实际。本研究利用新的蛋白质丙醇提取法，排除了各组分之间相互污染的现象，并能对不同谷蛋白聚合体进行严格分离提纯和精细分级，为研究谷蛋白及其组分与小麦加工品质的关系提供了有效的手段。在新的蛋白质丙醇分离提纯方法的基础上，建立了快速测定谷蛋白大聚合体(GMP)和可溶性谷蛋白聚合体(SGP)的分析方法。本试验利用该方法在分析大量样本的基础上，对我国小麦品种的谷蛋白聚合体进行了系统探讨，研究了我国小麦品种的谷蛋白聚合体含量及其粒度分布状况、谷蛋白聚合体与加工品质参数的关系、控制谷蛋白聚合体重要组成成分——高分子量谷蛋白亚基遗传基础的Glu-1位点的变异类型、以及这些变异类型通过高分子量谷蛋白亚基对谷蛋白聚合体的影响，并进一步研究了谷蛋白聚合作用对增施N肥的反应以及环境对小麦不同品种谷蛋白聚合体的含量及其粒度分布的影响。主要研究结果如下： 1、丙醇—双缩脲改良测定法用不同浓度的丙醇溶液将小麦面粉蛋白质分离为功能截然不同的单体蛋白、可溶性谷蛋白和不可溶性谷蛋白三部分，然后通过改良双缩脲测定法对不同组分进行定量分析。该方法避免了谷蛋白与传统的Osborne分级法所产生的其他蛋白质组分之间交叉污染的现象，而且快速稳定。作为区分不同小麦品种蛋白质质量(尤其是与面团和面要求有关的)差异的相对简便快速、有效的测试方法，具有可靠的实用价值。 2、对我国主要产麦区126个有代表性的品种和新近育成品系不同谷蛋白组分分布的研究结果表明，我国小麦品种面粉谷蛋白大聚合体(GMP)含量的分布范围在1.70％～6.60％之间，平均含量为3.87％；GMP在面粉蛋白质中所占的比例平均为31.21％，低的仅有17.26％，而高者也只占面粉蛋白质含量的41.87％；面粉可溶性·2－姜鸿明：小麦谷蛋白聚合体与加工品质性状的关系及其对氮肥和环境的反应谷蛋白（sGP）含量平均为1．75％，占面粉蛋白质的N．32％；谷蛋白聚合体（GMP＋SGP）在面粉蛋白质中所占的比例平均为 45．53％，分布范围在35．86W52．19％之间。面粉GMP含量和GMP在总蛋白质中所占的比例以及SGP在总蛋白质中所占比例的品种间变异均较大，而面粉SGP含量的品种间变异相对较小。表明，GMP、GMPNr和SGP／Pr主要是品种特性，不同品种之间其含量有明显差异。 3、谷蛋白总量在总的面粉蛋白质中所占比例与加工品质关系密切，且蛋白质中的谷蛋白含量越高，形成的谷蛋白大聚合体GMP越多，而可溶性谷蛋白SGP含量越低。小麦面粉中谷蛋白大聚合体GMP含量和可溶性谷蛋白SGP含量对烘烤品质特性变异具有同等作用，但作用的方向相反。GMP和GMP／Pr含量对优良加工品质参数具有正向效应，其含量的提高有利于改善面粉的加工品质。而SGP和SGP／Pr含量为负向效应，其含量的变化会反向影响面粉的加工品质。且SGPrpr含量的变化比面粉SGP含量的变化对品质参数的影响更大；面粉GMP含量、GMPrpr、面粉SGP含量和SGP／Pr对蛋白质含量、沉淀值、干面筋含量、湿面筋含量及加工品质参数的影响具有线性关系，但他们之间的变化更符合非线性趋势。说明，谷蛋白聚合体各组分的含量在不同范围内对品质参数的影响程度不同。在对GMP与各品质性状之间关系的研究中发现，对加工品质具有正向效应的各品质参数随面粉GMP含量变化而变化的趋势可分为3个区域：低值区域，近直线增长区域和缓慢增长区域。每个区域对应一个大致的面粉 GMP含量范围。当面粉 GMP含量小于 3石6％时，各品质参数的值均较低，说明GMP含量低于3石6％时，面粉加工品质一般较差。同时也说明，在此范围内，通过栽培措施或品种改良提高品种的GMP含量会较大幅度地改善加工品质性状。当GMP含量超过5．27％时，各品质参数值亦相应较高，这部分品种的面粉加工品质一般较好。之后品质参数随GMP含量的增加而得以改善的程度不大。当GMP含量在3．66％一5．27％范围内时，优良加工品质参数随GMP含量的增加几乎呈线性增加的趋势。在此范围内，通过提高面粉GMP含量同样可较大幅度地改善小麦的加工品质。沉淀值和 GMP含量与面包体积的线性正相关系数最高（分别为 0．857和 0．766），高于其他品质参数如干面筋、湿面筋、蛋白质和揉面仪参数。并且GMP含量与沉淀值的线性相关系数（0．766）高于蛋白质与沉淀值的线性相关系数（0．565）以及干、湿面筋与沉淀值的线性相关系数（分别为0．496和0．553）。表明GMP含量可以作为面包加工品质的一项重要品质指标，并且比面筋或蛋白质含量更为重要。 4、我国目前育成品种（系）的GIu－l位点变异范围较广，由不同等位基因编码的高分子量谷蛋白亚基类型丰富，尤其是与优良品质性状相联系的优质亚基（如5＋10，17＋旧等）出现频率比

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中文摘要  8-12
1 引言  12-27
  1．1 谷蛋白聚合体的分离及测定方法研究  13-16
  1．2 谷蛋白及其组分与烘烤品质的关系  16-20
    1．2．1 谷蛋白组分与烘烤品质之间的统计关系  16-17
    1．2．2 谷蛋白聚合体的粒度分布与烘烤品质的关系  17-18
    1．2．3 谷蛋白的结构功能关系和与面包烘烤品质有关的加工过程的变化  18-20
  1．3 高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）与烘烤品质的关系  20-24
    1．3．1 谷蛋白亚基的组成与品质的相关性  20-22
    1．3．2 高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）与烘烤品质的统计关系  22-24
  1．4 环境对小麦谷蛋白聚合体和面包烘烤品质的影响  24-25
  1．5 小麦蛋白质聚合作用对增施氮肥的反应  25-26
  1．6 本项研究的目的  26-27
2 材料与方法  27-33
  2．1 供试材料与试验设计  27-28
    2．1．1 小麦谷蛋白聚合体（GMP和SGP）、蛋白质、Zeleny沉淀值、干面筋、湿面筋等品质参数测定与分析  27-28
      2．1．1．1 供试材料  27-28
      2．1．1．2 试验设计  28
    2．1．2 小麦Glu-1位点等位基因变异分析（SDS-PAGE）  28
      2．1．2．1 供试材料  28
    2．1．3 面包烘烤试验  28
      2．1．3．1 供试材料  28
    2．1．4 氮肥试验  28
      2．1．4．1 供试材料  28
      2．1．4．2 试验设计  28
    2．1．5 环境对小麦谷蛋白聚合作用的影响  28
      2．1．5．1 供试材料  28
      2．1．5．2 试验设计  28
  2．2 测定项目与方法  28-33
    2．2．1 小麦谷蛋白组分的分离与定量  28-30
    2．2．2 面粉蛋白质含量的测定  30
    2．2．3 湿面筋及干面筋含量的测定  30
    2．2．4 Zeleny沉淀值的测定  30
    2．2．5 揉面仪参数的测定  30-32
    2．2．6 高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）的SDS-PAGE  32-33
3 结果与分析  33-93
  3．1 我国126个小麦品种（系）的谷蛋白聚合体等的分布及其与加工品质参数的关系  33-56
    3．1．1 谷蛋白聚合体和加工品质参数在126个小麦品种（系）中的分布  33-38
      3．1．1．1 GMP、SGP、GMP／Pr、SGP／Pr等在126个小麦品种（系）中的分布  33-34
      3．1．1．2 蛋白质、沉淀值等品质参数在126个小麦品种（系）中的分布  34
      3．1．1．3 揉面仪参数在126个小麦品种（系）中的分布  34-35
      3．1．1．4 与揉面曲线图分级相对应的谷蛋白聚合体和蛋白质参数的分布  35-38
    3．1．2 我国126个小麦品种（系）的谷蛋白聚合体与加工品质参数的关系  38-41
      3．1．2．1 揉面仪参数等品质性状与面包烘烤品质的关系  38-39
      3．1．2．2 GMP、SGP、GMP／Pr、SGP／Pr与加工品质参数的相关分析  39-41
    3．1．3 几个主要品质性状对GMP和SGP的一元回归分析  41-56
      3．1．3．1 几个主要品质性状对GMP的一元回归分析  41-49
      3．1．3．2 几个主要品质性状对GMP／Pr的一元回归分析  49-55
      3．1．3．3 几个主要品质性状对SGP和SGP／Pr的一元回归分析  55-56
  3．2 Glu-1位点的变异与小麦谷蛋白组分及加工品质参数的关系  56-72
    3．2．1 Glu-1位点等位基因变异的高分子量谷蛋白亚基的类型  56-62
    3．2．2 Glu-1位点等位基因变异（HMW-GS）与谷蛋白聚合体及其他品质性状的关系  62-72
      3．2．2．1 Glu-1位点主要等位基因变异的谷蛋白聚合钵、蛋白质参数及和面特性  62-66
      3．2．2．2 Glu-1位点不同基因组合对谷蛋白聚合体的影响  66-68
      3．2．2．3 Glu-1位点不同基因组合对蛋白质、沉淀值、干（湿）面筋含量及揉面仪参数的影响  68-72
  3．3 小麦谷蛋白聚合作用对增施氮肥的反应  72-83
    3．3．1 产量、品质参数、蛋白质组分的变异来源  72-77
    3．3．2 N肥对农艺性状、品质指标和蛋白质组分的影响  77-83
  3．4 环境对小麦谷蛋白聚合体和面粉加工品质的影响  83-93
    3．4．1 基因型和环境对谷蛋白聚合体和蛋白质参数的影响  84-87
      3．4．1．1 基因型影响  84-86
      3．4．1．2 环境影响  86-87
    3．4．2 基因型和环境对面团和面特性的影响  87-89
      3．4．2．1 基因型影响  87
      3．4．2．2 环境影响  87-89
    3．4．3 基因型和环境对谷蛋白聚合体及面团和面特性的相对影响  89-90
      3．4．3．1 基因型和环境对谷蛋白聚合体和蛋白质参数的相对影响  89
      3．4．3．2 基因型和环境对揉面仪参数的相对影响  89-90
    3．4．4 环境对面粉蛋白质、谷蛋白聚合体的含量及其分布之间相互关系的影响  90-93
4 讨论  93-98
  4．1 GMP和SGP／Pr作为烘烤品质预测指标的可能性  93-94
  4．2 从谷蛋白聚合体分布评价我国小麦品质状况  94-95
  4．3 和面时间作为加工品质指标的最佳范围  95
  4．4 Glu-1位点等位基因的变异通过谷蛋白聚合体的分布对品质作用的生化基础的推测  95-96
  4．5 Glu-1位点等位基因的变异（HMW-GS类型）作为品质预测指标的局限性  96-97
  4．6 环境对谷蛋白聚合体粒度分布的影响可能形成不同环境下加工品质差异的基础  97-98
5 结论  98-102
参考文献  102-117
英文摘要  117-121
附录  121-123
致谢  123

小麦谷蛋白聚合体与加工品质性状的关系及其对氮肥和环境的反应

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