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籽粒硬度是影响小麦食品加工品质的重要性状之一，研究籽粒硬度形成的生化和分子基础对于小麦品质改良具有重要意义。本研究以来自CIMMYT的171份六倍体小黑麦和57份人工合成小麦作为研究材料，利用单籽粒谷物特性测试仪和。PCR扩增、酶切及DNA测序技术，结合改良的friabilin提取及电泳分析方法，研究其籽粒硬度形成的生化和分子机理。对山东省的431个农家品种、63个历史品种和29个当前主栽品种的籽粒硬度分布以及Pina和Pinb等位变异类型进行了研究，探讨山东小麦籽粒硬度的演变规律。将构建完成的Pina和Pinb融合表达载体转入四倍体的硬粒小麦中，利用转基因技术进行Pina和Pinb基因功能的验证。主要研究结果分为以下四个部分：
1．171份六倍体小黑麦的籽粒硬度变异范围很大，最软的SKCS值为8.6，最硬的为84．9。软质小黑麦的friabilin表达量显著高于硬质小黑麦，说明friabilin蛋白直接参与小黑麦籽粒硬度的形成。发现了控制小黑麦friabilin蛋白表达的Secaloindoline-a和Secaloindoline-b等位基因，分别命名为．Sina一尺J6和．Sinb-RIc，其编码蛋白命名为SINAb和SINBc。与SINAa相比较，SINAb在第44个氨基酸处由色氨酸(Trp)变为精氨酸(Arg)。与SINBa相比，SINBc有多处氨基酸组成的改变，其中78位的甘氨酸(Gly)变为丝氨酸(Set)，115位的甘氨酸(Gly)变为精氨酸(Arg)，而且在信号肽区域有一个半胱氨酸(Cys)的插入。
2．57份人工合成六倍体小麦是由野生二粒小麦与山羊草杂交形成的，其SKCS硬度值变异较大，从10.5到42.6，其中15到30之间的占78％。共有Pina-Dla、Pina-Dlc、Pinb-Dlh和Pinb-DIj四种等位变异型，基因型为Pina-Dla/Pinb-DIj的8个，占14％，基因型为Pina-Dlc/Pinb-Dlh的49个，占86％。基因型Pina-Dla/Pinb-DIj与Pina-Dlc/Pinb-Dlh对籽粒硬度的影响差异不显著，但父本山羊草和母本野生二粒小麦以及二者间的互作对籽粒硬度有显著影响，说明除了Pina和Pinb外，还有其他微效基因影响籽粒硬度的形成。
3．山东农家品种、历史品种和当前主栽品种的籽粒硬度具有不同的分布特点，软质、硬质和混合麦比例在不同时期有显著变化。农家品种、历史品种和当前主栽品种中硬质麦比例分别为75.6％、12.7％和27.6％，混合麦分别占20.4％、19.0％和13.8％，而软质麦分别占3.9％、68.3％、和58.6％。农家品种中共有6种基因型，Pina-Dlb/Pinb-Dla和Pina-Dla/Pinb-Dlp分别占38％和59.6％。历史品种中有4种基因型，Pina-DIb/Pinb-Dla占23-1％，Pina-Dla/Pinb-Dlb占53.9％，而Pina-Dla/Pinb-Dlp只占15.4％。当前主栽品种中8份硬质麦全部是Pina-Dla/Pinb-Dlb类型。长芒透垅白等3个品种的Pinb基因的核营酸序列发生了双突变，起始密码子下游的96bp处碱基C突变为A，而且在265bp处发生了A碱基的缺失，命名为Pinb-Dlp+。
根据Pina基因的保守序列设计引物Pina-DF/Pina-DR，对参试材料进行Pina-Dlb的PCR检测，PINA蛋白表达分析结合Pinb基因型的鉴定表明，该引物作为Pina-Dlb的分子标记，准确可靠。
4．以软质小麦京411作为Pina和Pinb基因的供体，将Pina、Pinb基因融合后，与基础质粒pG4AB上的O和poly(A)等增强基因表达的调控序列及pAHC25上的Ubiqutin启动子和bar基因表达盒相连接，完成了Pina、Pinb融合基因植物高效表达载体pFUBPaPb的构建。利用基因枪转化硬粒小麦幼胚16000多枚，得到再生植株2390棵。经biolaphos筛选和PCR鉴定，35棵为阳性植株，共得到T<,1>代籽粒356粒，对种子量较多的16个T<,1>单株籽粒进行蛋白表达分析，其中2株检测到基因表达产物。