全 文 ：西北农业学报　 2004, 13( 2): 90～ 93, 100
Acta Agricultur ae Bo rea li-occidentalis Sinica
西藏普通小麦高分子量谷蛋白亚基多态性分析
代寿芬 ,颜泽洪 ,魏育明 ,郑有良
(四川农业大学小麦研究所 ,都江堰　 611830)
摘　要: 采用十二烷基磺酸钠 -聚丙烯酰胺凝胶电泳 ( SDS-PAGE)法 ,对 229份西藏普通小麦高分子量谷蛋白
亚基组成进行了鉴定和分析。研究表明 , 229份西藏普通小麦共检测到 19种亚基组合类型 ,其中以 null, 7+ 8,
2+ 12组合类型居多。 在各位点的等位变异中 ,Glu -B 1位点出现的等位变异最多 ,共 9种 ; Glu -D1和 Glu -A 1
位点均出现 4种等位变异。 Glu-A 1和 Glu-B 1位点分别检测到一个的新亚基 ,暂定名为 5* 和 6* 。品质评分表
明 ,西藏普通小麦的品质评分为 4～ 10分 ,多数品质评分在 6分及 6分以下 ,同时筛选到 2份 ( As1531 and
As1772)评分达 10分的材料。
关键词: 西藏普通小麦 ; HMW-GS; SDS-PAGE; 品质评分
中图分类号: S512. 1; Q786　　　　文献标识码: A　　　　　文章编号: 1004-1389( 2004) 02-0090-04
Allelic Variations of High Molecular Weight Glutenin
Subunits (HMW-GS) in Tibetan Wheat
DAI Shou-fen, YAN Ze-hong, WEI Yu-ming , ZHENG You-liang
( Tri ticeae Research Insti tute of Sichuan Agricul tural Universi ty, Dujiangyan　 611830, China)
Abstract: Allelic v ariation of high molecular w eight g lutenin subunits ( HMW-GS) was investig ated
by using one-dimensional sodium dodecyl sulpha te polyacrylamide gel elect ropho resis from 229 acces-
sions o f Tibetan w heat. 19 subuni ts combinations w ere found, among which, combina tions null, 7+
8 and 2+ 12 w as the most f requent combination. Furthermo re, tw o novel high-molecular-w eight
g lutenin subuni ts, tenta tiv e named 5
*
and 6
* , w ere detected in Tibetan wheat. The quality score of
each Tibetan wheat co llection va ried f rom 4 to 10. The quali ty scores of 177 accessions ( 83. 9% ) w ere
6 o r below , w hi le there had 2 accessions ( i. e. As1531 and As1772) w ith the highest score ( i. e. 10) .
Key words: Tibetan w heat; High M olecular W eigh t Glutenin Subunits ( HMW-GS) ; SDS-PAGE;
Quali ty sco re
　　谷蛋白和醇溶蛋白是小麦种子中的主要贮藏
蛋白 ,是形成面筋的主要成分 ,它们决定了面团的
粘弹性。醇溶蛋白主要决定面团的延伸性 ,谷蛋白
则主要决定面团的弹性。谷蛋白分为高分子量谷
蛋白和低分子量谷蛋白 ;醇溶蛋白包括α、β、γ和ω
四种组分 [1～ 6 ]。种子贮藏蛋白与小麦的加工品质
密切相关。其中 ,高分子量谷蛋白亚基与面包烘烤
品质的关系研究的最清楚。小麦品质变异的 30%
～ 79%归因于 HMW-GS等位基因的变化 ,其中
英国品种为 47% ,西班牙品种为 43% ,德国品种为
30% ,中国品种为 69% [ 7, 8]。
控制小麦高分子量麦谷蛋白亚基的基因位于
第一同源群染色体 ( 1A, 1B和 1D)长臂上的 Glu-1
位点 ,每个位点内都有 2个紧密连锁的基因 ,分别
编码分子量较大的 x-型亚基和分子量较小的 y-型
亚基 [6 ]。 从理论上讲 ,普通小麦 ( AABBDD)应该
收稿日期: 2003-09-18　　修回日期: 2004-02-16
基金项目:国家自然科学基金 ( 30370882) ;四川省教育厅自然科学基金预研项目。
作者简介:代寿芬 ( 1976- ) ,女 ,四川泸县人 ,主要从事小麦遗传育种。 028-87283949。
有 6条 HMW-GS带 ,由于基因沉默效应 ,大多数
品种只有 3～ 5条能够表达的 HMW-GS带。其中 ,
2条由 Glu-D1控制 , 1或 2条由 Glu -B 1控制 , 0或
1条由 Glu-A 1控制。几乎所有品种都有 1Bx、 1Dx
和 1Dy亚基 ,有的品种还有 1Ax和 /或 1By亚
基 [2, 4 ]。各位点均存在大量的等位变异 ,其中 ,Glu-
B 1有 11种 ; Glu-D1有 6种 ,而 Glu -A 1仅 3种 [4 ]。
各亚基对面包烘烤品质的影响不同 ,亚基 1A2* ,
1Dx5+ 1Dy10, 1Bx17+ 1By18等与小麦面包烘烤
品质正相关 ,而亚基 1Dx2+ 1Dy12以及 1Bx20等
则与小麦面包烘烤品质负相关 [ 9]。
西藏是麦类作物的次生起源中心 ,小麦是其
主要粮食作物之一 [10 ]。受独特的地理和气候条件
影响 ,西藏形成并保存了各式各样的农家品种。这
些农家品种大多具有耐寒、耐旱、多花多实、粒大
粒重等到优良特性 ,是不可多得的遗传资
源 [11, 12 ]。本文通过对其 HMW-GS组成进行分析 ,
以为有效利用该资源提供依据。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
供试材料为 1988年四川农业大学小麦研究
所在国际遗传资源委员会 ( IBPGR)资助下 ,收集
于西藏堆龙德庆、工布江达、江孜、墨竹工卡、曲
水、日喀则、拉萨、贡嘎、乃东、琼结和泽当等地的
普通小麦 ,共 229份。 材料来源及份数见表 1。以
中国春 ( nul l; 7+ 8; 2+ 12)和川育 12( 1; 7+ 8; 5+
10)为谷蛋白标准对照。
1. 2　方　法
1. 2. 1　种子蛋白提取　每份材料取半粒种子研
磨成细粉 ,置于 1. 5 mL离心管中 ,按每毫克样品
加入 25μL蛋白提取缓冲液 [62. 5 mmo l /L Tris-
HCl pH值 6. 8, 2% (W /V ) SDS, 10% ( V /V ) 甘
油 , 2% DT T, 0. 002% (W /V )溴酚兰 ]于室温下
提取 2 h ,其间涡旋混匀几次。
1. 2. 2　 SDS-PAGE分析　采用 Tris-硼酸系统。
SDS分析所用分离凝胶浓度为 10% ;浓缩胶浓度
为 3% ;染色液为 0. 001%考马斯亮蓝 , 25%异丙
醇 , 10%冰醋酸 ;固定液为 10%冰醋酸。
将蛋白样品于沸水中煮 2 min, 8 000 r /min
离心 5 min,取上清液 7μL点样。恒流 20 mA电
泳 ,待溴酚蓝走出分离胶 30 min后 ,取下胶用染
色液染色过夜 ,脱色液脱色至凝胶背景清淅后保
存于固定液中 ,照相保存 SDS-PAGE结果。
表 1　供试材料及来源
Table 1　Material and it s origin
材料采集地
Locat ion
大致海拔高度 /m
Es timated elevat ion
材料份数
Accesion number
材料采集地
Location
大致海拔高度 /m
Es timated elevation
材料份数
Accesion num ber
墨竹工卡
Muo zh ugongka
3658 89
乃东
Naidong
3500 11
堆龙德庆
Dui longdeqing
3680 24
琼结
Qiongjie
3900 1
日喀则 -拉萨
Rikaze-lash a
3658～ 3860 33 工布江达
Gong bujiangda
3700 1
曲水
Qushui
3680 25
乃东 -琼结
Naidong-qiong jie
3700 13
拉萨
Lasa
3658 4
泽当
Zedang
3500 8
贡嘎
Gongga
3680 11
工布江达 -拉萨
Gong bujiangda-lasa
3680 4
江孜
Jiangzi
4000 5
总计
To tal
229
1. 2. 3　 Glu-1位点品质评分　品质评分按照
Payne et al ( 1987)
[6 ]的标准进行 ,各材料总评分
为 3个位点评分的总和。
2　结果与分析
2. 1　HMW-GS组合类型及分布
对 229份西藏普通小麦的高分子量谷蛋白亚
基 SDS-PAGE分析 (表 2和图 1) ,共检测到 19种
高分子量谷蛋白亚基组合类型。 其中 ,亚基组合
N ull , 7+ 8, 2+ 12出现频率最高 , 229份材料中有
175份材料具有该亚基组合 ,占 76. 4%。 其次为
N ull , 6+ 8, 2+ 12, Null, 7, 2+ 12和 1, 7+ 8, 2+
12,分别有 11、 11和 7份材料。其余 15种类型仅占
少数 ,且每种类型不超过 5份材料。
由 Glu-A1、 Glu -B 1和 Glu -D1位点的等位变
·91·2期　　　　　　　　　　代寿芬等:西藏普通小麦高分子量谷蛋白亚基多态性分析　　　　　　　　　　　　　　
异频率可见 (表 3) , Glu-B 1位点出现的等位变异
最多 ,共 9种 ;而 Glu-D1和 Glu-A1位点均出现 4
种等位变异。 本研究发现 2种以前未报道的新亚
基。一种新亚基为 Glu -A 1编码 ,其迁移率比 Dx5
稍快 ,暂命名为 5* 。另一种新亚基由Glu-B 1编码 ,
其迁移率介于 6和 7之间 ,但更接近 7,暂命名为
6* 。在 Glu-A 1位点检测到 4种等位变异 ,分别是
null、 1、 2* 和 5* 。其中 , null最为普遍 ,出现频率高
达 94. 3%。 在 Glu-B 1位点上 ,共发现 9种等位变
异 ,分别是 7、 7+ 8、 7+ 9、 6* + 8、 6+ 8、 8、 17+ 18、
20和 22。其中 , 7+ 8出现频率最高 ,达 84. 3% ;仅
少数材料拥有 7+ 9、 17+ 18、 20或 22。 在 Glu-D1
位点 ,检测到 4种等位变异 ,其中 2+ 12出现频率
高达 94. 3%。仅少数材料具有 5+ 10和 2+ 10以及
一些稀有亚基组合 ,如 2. 1+ 10. 1。
2. 2　HMW-GS品质评分
从品质评分来看 ,在 Glu-A1位点 ,最高评分
为 3分 ,即具有 1和 2* 亚基的材料 ;最低 1分 ,即具
有 Null的材料。多数材料为 1分。在 Glu-B 1位点 ,
最高为 3分 ,即具有 7+ 8和 17+ 18的材料 ;最低 1
分 ,即具有 7和 6+ 8的材料 ;多数材料为 3分。在
Glu-D1位点 ,最高为 4分 ,即具有 5+ 10的材料 ;
最低 2分 ,即具有 2+ 12的材料。多数材料为 2分。
由于 20, 8, 22, 2+ 10, 6* + 8, 2. 1+ 10. 1和 5* 等 7
种亚基或亚基组合没有具体的品质评分标准 ,故
18份材料不能给出总评分。 在给出总评分的 211
份材料中 ,品质总评分为 10分的材料 2份、 9分的
材料 1份、 8分的材料 8份 ,而 177份 (占 83. 9% )材
料的品质评分为 6分。其中 , 23份 (占 10. 9% )材料
的品质评分仅为 4或 5分。这些结果表明 ,西藏普
通小麦优质高分子量谷蛋白基因出现频率极低。
表 2　西藏普通小麦高分子量谷蛋白亚基组合类型及品质评分
Table 2　 Combinations and quality scores of the high-molecular-weight glutenin subunit of Tibetan wheat
亚基组合类型
Subunit s combination
Glu-A 1 Glu-B 1 Glu-D1
品种数
Accession
number
比例%
Percentag e
总评分
Total quali ty
scores
Null 7+ 8 2+ 12 175 76. 42 6
Null 6+ 8 2+ 12 11 4. 80 4
Null 7+ 8 5+ 10 1 0. 44 8
Null 7 2+ 12 11 4. 80 4
Null 20 2+ 12 1 0. 44 ?
1 20 2+ 12 1 0. 44 ?
1 7+ 8 2+ 12 7 3. 06 8
Null 8 2+ 12 3 1. 31 ?
Null 22 2+ 12 2 0. 87 ?
1 17+ 18 5+ 10 1 0. 44 10
1 7+ 8 5+ 10 1 0. 44 10
Null 7+ 9 2+ 12 1 0. 44 5
1 7+ 9 5+ 10 1 0. 44 9
Null 17+ 18 2+ 12 2 0. 87 6
Null 7+ 8 2+ 10 5 2. 18 ?
Null 6* + 8 2+ 12 2 0. 87 ?
Null 7+ 8 2. 1+ 10. 1 2 0. 87 ?
2* 7+ 8 2. 1+ 10. 1 1 0. 44 ?
5* 7+ 8 2+ 10 1 0. 44 ?
　　注: “?”表示品质评分尚不清楚。 Note: ? Repres en t the quality sco res hav e not b een determined
·92· 西　北　农　业　学　报 13卷
1.川育 12( 1, 7+ 8, 5+ 10) ; 2. Chines e spring( Nul l, 7+ 8, 2+ 12) ;
3. Null, 6* + 8, 2+ 12; 4. Null, 22, 2+ 12; 5. Nu ll, 8, 2+ 12; 6.
Null , 6+ 8, 2+ 12; 7. Nu ll, 7+ 8, 2+ 12; 8. 5* , 7+ 8, 2+ 10; 9. 1, 7
+ 8, 5+ 10; 10. Null, 7+ 8, 2+ 12; 11.川育 12( 1, 7+ 8, 5+ 10) ; 12.
Chinese spring( Nul l, 7+ 8, 2+ 12) ; 13. Nul l, 20, 2+ 12; 14. Null,
7, 2+ 12; 15. Null, 7+ 9, 2+ 12; 16. Null , 7+ 8, 2. 1+ 10. 1; 17.
Null , 7+ 8, 5+ 10; 18. 1, 20, 2+ 12; 19.川育 12( 1, 7+ 8, 5+ 10 ) ;
20. Chines e spring ( Null , 7+ 8, 2+ 12 ) ; 21.川育 12( 1, 7+ 8, 5+
10) ; 22. 1, 7+ 9, 5+ 10; 23. 1, 17+ 18, 5+ 10; 24. Nul l, 17+ 18, 2+
12; 25. 1, 7+ 8, 2+ 12; 26. Nul l, 7+ 8, 2+ 10; 27. Chines e spring
( Null , 7+ 8, 2+ 12) ; 28.川育 12( 1, 7+ 8, 5+ 10) ; 29. 2* , 7+ 8, 2.
1+ 10. 1; 30. Ch inese spring( Null , 7+ 8, 2+ 12)
图 1　西藏普通小麦高分子量谷蛋白
亚基 SDS-PAGE检测结果
Fig. 1　 SDS-PAGE patterns of HMW-GS
of Tibetan wheat
表 3　Glu-A1, Glu-B1和Glu-D 1位点
等位变异及出现频率
Table 3　 Allelic variations and it s f requency in each of the
Glu-A1, Glu-B1 andGlu-D1 Locus
位点
Locus
亚基
Subunit
材料数
Acces sions n umber
频率 /%
Frequency
Glu-A1 1 11 4. 87
2* 1 0. 44
nul l 216 94. 32
5* 1 0. 44
Glu-B1 7 11 4. 80
7+ 8 193 84. 28
7+ 9 2 0. 87
6* + 8 2 0. 87
6+ 8 11 4. 80
8 3 1. 31
17+ 18 3 1. 31
20 2 0. 88
22 2 0. 88
Glu-D1 2+ 12 216 94. 32
5+ 10 4 1. 75
2+ 10 6 2. 62
2. 1+ 10. 1 3 1. 31
3　讨　论
粟站稳 [13 ]和张学勇等 [14 ]研究表明 ,中国地方
小麦品种资源的谷蛋白亚基组成以 Null, 7+ 8, 2
+ 12组合类型为主 ,本研究结果体现了这一趋势。
但西藏普通小麦的谷蛋白亚基组成并不单一 ,出
现了一些栽培小麦中没有或非常稀少的类型。 如
亚基 2. 1和 10. 1,这在节节麦中已有报道 ,但在普
通栽培小麦中报道很少。在Glu-A 1和Glu-B 1位点
均发现以前栽培小麦中没有报道过的新亚基 , 5*
和 6* 。由于小麦的自花授粉习性及自然隔离 ,群体
间基因交流非常有限 ,造成一些等位基因仅存在
于相对狭小和范围内。同时 ,西藏普通小麦中还具
有一些地方品种中几率非常小的优质亚基或亚基
组合 ,如 , 2* , 17+ 18, 5+ 10等。
高分子量谷蛋白亚基及组成对小麦的加工品
质影响极大。从西藏普通小麦 Glu -1位点的评分来
看 ,多数材料为 6分 ,仅少数材料达 10分。 程爱
华 [15 ]等研究表明 ,强筋小麦的品质评分应在 6. 5
分以上。 这说明西藏普通小麦大部分材料都不具
有优质谷蛋白亚基。 仅有少部分材料具有优良亚
基或亚基组合 ,如 As1772 ( 1, 7+ 8, 5+ 10)和
As1531( 1, 17+ 18, 5+ 10)。由于高分子量谷蛋白、
醇溶蛋白的组成和含量以及栽培气候条件等环境
因素对小麦的品质均有重要作用。大多数不具有
优质亚基组合 (品质评分不达 10分 )的西藏普通小
麦也并不表明其品质一定差。
(下转第 100页 )
·93·2期　　　　　　　　　　代寿芬等:西藏普通小麦高分子量谷蛋白亚基多态性分析　　　　　　　　　　　　　　
用量少 ,提取温度低 ,提取时间短和次数少等显著
优点。因此 ,笔者认为超声波辅助提取是一种非常
值得推广的提取方法。其次 ,实验中发现如何在萃
取之前将将博落回粗提物全部溶解在水或水与其
它溶剂的混合溶液中 ,将会直接影响生物碱的萃
取效果。如果有部分粗提取因溶解完全将直接导
致部分生物碱的丢失。 研究结果证明本实验工艺
Ⅲ是解决这一问题的有效方法 ,而且笔者认为这
一方法对于解决类似的问题具有的通用价值。
参考文献:
[1 ]　安彩贤 ,海　松 ,符军梅 ,等 .用正交试验法优选小果博落回
生物碱提取工艺 [ J ].中成药 , 2001, 23(11): 824～ 825.
[2 ]　郁建生 ,杨　冰 .博落回注射液生产工艺及质量研究 [ J ].
中兽医药杂志 1998, 17( 6): 11～ 13.
[3 ]　董娟娥 ,马柏林 .超声波提取杜仲叶仲有效成分工艺研究
[ J] .西北林学院学报 2003, 18( 3): 66～ 68.
[4 ]　肖培根 ,连文琰 .中药植物原色图鉴 [M ].北京:中国农业
出版社 , 1999 . 133～ 134.
[5 ]　曾建国 ,张　胜 .不同生长期博落回果实中血根碱与白屈
菜红碱的含量 [ J ] .中药材 , 1999 , 22( 5) : 229 .
(上接第 93页 )
　　未给出品质评分的亚基 ,如 20、 2+ 10、 2. 1+
10. 1以及新亚基 5* 和 6* 等 ,除亚基 20外 ,其品质
效应还有待考证。 对高分子量谷蛋白基因测序表
明 ,与 7亚基相比 , 20亚基缺少了两个在形成小麦
面筋网络二硫键的至关重要的半胱氨酸。 它很可
能是一个烘烤品质非常差的亚基 [9 ]。因此 ,我们将
采用近等基因系或基因测序对西藏普通小麦中发
现的新亚基进行深入研究 ,进一步评价其品质效
应。
参考文献:
[1 ]　 Payne P I, Harris P A, Law C N, et al . Th e High m olecu-
lar-w eight subuni t s of glu tenin: St ructu re, gen etics and re-
lationsh ip to bread-making quali ty [ J ]. Annl Tech nol Argi ,
1980, 29: 309～ 320.
[2 ]　 Payne P I, Law C N, Mudd E E. Cont rol by homologous
group 1 ch romosomes of th e high-molecular-w eight sub-
uni t s of glutenin , a majo r p ro tein of wh eat endosperm [J ].
Th eor. Appl. Genet. , 1980, 58: 113～ 120.
[3 ]　 Payn e P I, Holt L M , Kret ti ger, et al . Relationships be-
tw een seed quality and HMW glutenin subuni t com posi ti on
determined using wh eats g row n in Sprain [ J ]. J Cereal
Sci. , 1988, 7: 229～ 235.
[4 ]　 Payn e P I, Law rence G J . Catalogue of alleles for th e com-
plex gen e loci, Glu-A 1, Glu-B 1, and Glu-D 1 which code
fo r high m olecular-w eigh t sub uni t s of g lutenin in hexaploid
wh eat [ J ]. Cereal Research Communications , 1983, 11: 29
～ 35.
[5 ]　 Payne P I, Nigh tingale M A, Krat ti ger A F. Th e relation-
ship betw een HMW gu tenin subuni t composi tions and the
bread-making quali ty of Bri ti sh-g row n w heat variety [ J ].
Journal Sci Food Ag ri. , 1987, 40: 51～ 65.
[6 ]　 Payne P I. Genetics of wh eat s to rage protein and the effect
of allelic variation in b read making quali ty [ J] . Ann. Rev.
Plant. Physid. , 1987, 38: 141～ 153.
[7 ]　张正斌 . 小麦遗传学 [M ] . 北京:中国农业出版社 , 2001.
222～ 234.
[8 ]　王　瑞 . 小麦胚乳贮藏蛋白的组成、遗传特性及其与面包
品质的关系 [ J ]. 国外农学—麦类作物 , 1995, ( 4): 34～ 37.
[9 ]　 Sh ew ry P R, Gilber t S M , Savage A W , et al . Sequence and
properties of HMW subuni t 1Bx20 f rom Pas ta Wheat
( Trit icum durum ) Which is associated wi th poor end use
properties [ J] . Th eo r . Appl. Genet , 2002, 106( 4): 744～
750.
[10]　陈庆富 . 中国特有小麦起源探讨 [ J ]. 贵州农业科学 ,
1999, 27( 1): 20～ 25.
[ 11 ]　黄亨履 . 西藏山南地区的小麦资源 [ J] . 作物品种资源 ,
1983( 4): 9～ 15.
[12 ]　邵启全 ,李长森 ,巴桑次仁 . 西藏半野生小麦 [ J ]. 遗传学
报 , 1980, 7( 2): 149～ 156.
[13 ]　粟站稳 .小麦主要贮藏蛋白在我国种质资源中的分布 [ J ].
北京农业科学 , 1995, 13( 6): 21～ 24.
[14 ]　张学勇 ,庞斌双 ,游光霞 ,等 .中国小麦品种资源 Glu-1位点
组成概况及遗传多样性 [ J ].中国农业科学 , 2002, 35( 11):
1302～ 1310.
[15 ]　程爱华 ,王乐凯 ,赵乃新 ,等 . 高分子量麦谷蛋白亚基评分
系统的改进及应用 [ J ]. 麦类作物学报 , 2002, 22( 1): 19～
22.
·100· 西　北　农　业　学　报 13卷