重离子辐照对小麦籽粒蛋白及加工品质的影响_郭明明.pdf

11期3201收稿日期：2022-01-27基金项目：江苏省政策引导类计划（苏北科技专项）（SZ-LYG202041）；江苏省农业科技自主创新资金项目（CX 21 2001）；江苏现代农业（小麦）产业技术体系建设项目（JATS 2022 174）通讯作者：樊继伟（1982-），https:/orcid.org/0000-0002-7941-5860，副研究员，主要从事小麦高产抗病育种研究工作，E-mail：fan-第一作者：郭明明（1988-），https:/orcid.org/0000-0001-6187-4869，主要从事小麦育种及高产优质栽培研究工作，E-mail：重离子辐照对小麦籽粒蛋白及加工品质的影响郭明明1，张广旭1，王康君1，谭一罗1，李晓峰1，谭维娜2，代丹丹2，樊继伟1*（1连云港市农业科学院，江苏连云港222000；2连云港市农业农村局，江苏连云港222000）摘要：【目的】探明重离子辐照对小麦籽粒蛋白及加工品质的影响，为小麦优质育种提供新思路和理论依据。【方法】以适宜江苏淮北地区种植的中强筋小麦品种连麦12和中筋小麦品种淮麦20为供试材料，设0（CK）、30、60和90 Gy 4个不同辐照剂量水平，分析不同处理下小麦籽粒蛋白质含量、磨粉品质、面团粉质特性和拉伸特性的变化规律。【结果】重离子辐照对小麦籽粒加工品质产生一定的负效应，随着辐照剂量的增加，连麦12和淮麦20籽粒总蛋白及各蛋白组分含量均明显降低，以总蛋白和谷蛋白含量下降较明显，同时湿面筋含量、容重、沉降值、硬度、粉质参数和拉伸参数也不断降低，在90 Gy辐照剂量下，小麦加工品质指标均降至最低值，连麦12和淮麦20籽粒总蛋白含量、湿面筋含量、稳定时间和拉伸面积分别为13.49%、31.1%、6.8 min、61 cm2和13.19%、28.1%、3.9 min、25 cm2。重离子辐照对小麦品质的影响在2个品种间存在一定差异，30 Gy辐照剂量下，连麦12籽粒总蛋白含量降幅为2.14%，高于淮麦20（1.43%），而磨粉品质降幅小于淮麦20；当辐照剂量增至60 Gy，连麦12籽粒总蛋白含量和磨粉品质较淮麦20下降明显。在3090 Gy辐照剂量下，淮麦20面团粉质参数和拉伸参数降幅均高于连麦12，其中在90 Gy辐照剂量下，淮麦20面团吸水率、稳定时间、粉质质量指数、最大拉伸阻力、拉伸面积和延伸性降幅分别达5.18%、30.36%、44.29%、35.51%、45.65%和26.53%。【结论】重离子辐照对小麦诱变群体籽粒品质存在一定的负效应，且随辐照剂量的增加，负效应越大，低剂量重离子辐照对淮麦20磨粉品质影响较大，而中高剂量重离子辐照对连麦12磨粉品质影响较大，淮麦20面团流变学特性对重离子的敏感度相对较高。关键词：小麦；重离子辐照；籽粒蛋白；加工品质中图分类号：S512.109.2文献标志码：A文章编号：2095-1191（2022）11-3201-08Effects of heavy ion irradiation on grain protein andprocessing quality of wheatGUO Ming-ming1，ZHANG Guang-xu1，WANG Kang-jun1，TAN Yi-luo1，LI Xiao-feng1，TAN Wei-na2，DAI Dan-dan2，FAN Ji-wei1*（1LianyungangAcademy ofAgricultural Sciences，Lianyungang，Jiangsu 222000，China；2LianyungangAgricultural and Rural Bureau，Lianyungang，Jiangsu 222000，China）Abstract：【Objective】Exploring effects of heavy ion irradiation on grain protein and processing quality of wheat，inorder to provide new ideas and theoretical basis for high-quality wheat breeding.【Method】Medium-strong gluten wheatLianmai 12 and medium gluten wheat Huaimai 20，which were suitable for planting in Huaibei region of Jiangsu，were usedas test materials.Four irradiation dose treatments of 0（CK），30，60 and 90 Gy were set to analyze changes of grain proteincontent，milling quality，flour properties and extension properties of wheat.【Result】Heavy ion irradiation negatively in-fluenced grain processing quality of wheat to some extent.As irradiation dose increased，content of total grain protein andits components of Lianmai 12 and Huaimai 20 decreased significantly，with content of total protein and gluten decreasedobviously.At the same time，wet gluten content，volume weight，sedimentation value，hardness，flour parameters andextension parameters of wheat decreased.Under 90 Gy irradiation dose，wheat processing quality indexes was the lowestvalue and total protein content，wet gluten content，stability time and extension area of Lianmai 12 and Huaimai 20 were13.49%，31.1%，6.8 min，61 cm2and 13.19%，28.1%，3.9 min，25 cm2respectively.There were some differences regarding南方农业学报Journal of Southern Agriculture2022，53（11）：3201-3208ISSN 2095-1191；CODEN NNXAABhttp:/DOI：10.3969/j.issn.2095-1191.2022.11.02153卷南 方 农 业 学 报 32020引言【研究意义】小麦作为全球种植面积最大的粮食作物（Liu et al.，2018），同时也是我国重要的粮食作物之一，在农业生产中有着举足轻重的地位（赵广才等，2018）。近年来，我国小麦育种工作不断取得突破，但同时小麦品种的同质化现象较严重，遗传背景逐渐趋向单一（韩微波等，2005）。因此，寻求小麦育种的新途径成为育种家的研究重点。随着科学技术的发展，辐射诱变育种技术逐渐在小麦生产中得到应用（陈恒雷等，2005；郭明明等，2018），其中重离子作为一种高效的诱变辐射源，近年来被广泛应用于生物育种（刘建光等，2016）。相较于低能离子，具有高传能线密度（LET）的重离子辐照后会有一个能量沉积过程，更容易使DNA双链发生断裂，并诱导染色体发生改变，最终引起的损伤更大（王超等，2015）。该手段能打破基因连锁，丰富育种材料的遗传背景（缪建顺等，2014），达到改良小麦品种的目的。因此，研究重离子辐照对小麦籽粒蛋白及加工品质的影响，对于丰富小麦优质种质资源具有重要意义。【前人研究进展】重离子辐照在作物生长发育过程中能产生一定效应。唐掌雄等（2005）研究认为，随着重离子辐照剂量的增加，冬小麦当代幼苗的生长抑制程度逐渐提高，但在M2代可产生早熟、矮秆等较多有益变异。赵连芝等（2006）研究认为，重离子束注入小麦种子的胚乳后，能诱发后代发生突变，且产生的突变具有遗传性。张录卫（2008）研究表明，低剂量的重离子辐照能显著提高小麦幼苗的存活率和生长量，高剂量辐照则会抑制幼苗生长发育，通过重离子辐照可有效提高小麦叶锈病的抗性。刘青芳等（2013）研究表明，低剂量离子束辐照对小麦幼苗生长有一定的促进作用，而高剂量辐照对幼苗生长发育有抑制作用。Zhao等（2018）认为低剂量重离子束可能会激活生物代谢，而高剂量重离子束辐照可能诱导植物的抗逆性。周文期等（2019）认为，随着辐照剂量的增加，玉米种子发芽率、株高、穗位高和花粉活力等均呈下降趋势；在30 Gy辐照处理下，产生多种农艺性状表型的变异突变体，当辐照剂量达60 Gy，出现植株矮化、穗位高度降低、叶片皱缩、叶色黄化等现象。【本研究切入点】前人关于重离子辐照对小麦影响的研究多集中于小麦种子萌发、幼苗生长及相关生理指标等方面（刘青芳等，2013；梁俊青，2017），对重离子辐照后小麦籽粒品质的变化规律鲜有报道。【拟解决的关键问题】选用2个小麦品种进行不同剂量的重离子辐照，探究小麦诱变群体籽粒加工品质、面团流变学特性及拉伸特性等参数的变化，为小麦优质育种提供新思路和理论依据。1材料与方法1.1试验材料供试品种为适宜江苏淮北地区种植的2个品质类型小麦品种连麦12和淮麦20，其中连麦12为中强筋小麦品种，淮麦20为中筋小麦品种。选取籽粒饱满、无破损的小麦种子。试验于20202021年在连云港市农业科学院东辛试验基地进行，试验田前茬为玉米，020 cm土层土壤有机质12.4 g/kg，全氮1.2g/kg，碱解氮61.38 mg/kg，速效磷51.6 mg/kg，速效钾266.4 mg/kg，土壤pH 7.31。1.2试验设计采用中国科学院近代物理研究所兰州重离子加 速 器（Heavy ions research facility in Lanzhou，HIRFL）TR4生物浅层辐照终端进行12C6+重离子辐照，辐照能量为80 Mev/U，剂量率为40 Gy/min。试验采用裂区设计，以供试品种为主区，以重离子辐照effects of heavy ion irradiation on grain quality between 2 wheat varieties existed.Under 30 Gy irradiation dose，decrea-sing range of grain toatl protein content of Lianmai 12 was 2.14%，which was higher than that of Huaimai 20（1.43%），while decreasing range of milling quality of Lianmai 12 was lower than that of Huaimai 20；as irradiation dose reached 60Gy，total protein and milling quality of Lianmai 12 decreased more obviously compared to Huaimai 20.Under irradiationdose of 30-90 Gy，decrease range of farinograph parameter and extension paramet