全 文 ：麦类作物学报　 2000, 20( 4): 1～ 5
Journal of T riticeae Crops
文章编号: 1009-1041( 2000) 04-0001-05
波兰小麦醇溶蛋白遗传差异及其
与新疆稻麦的关系
⒇
杨 瑞 武 , 周 永 红 , 郑有 良 , 胡　超
(四川农业大学 , 四川雅安市 625014)
摘　要: 利用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ( APAGE)对 9份波兰小麦和 2份新疆稻麦进行了醇溶蛋白分析。
结果表明 , ( 1)波兰小麦具有明显的醇溶蛋白多态性 , 9份材料具有 7种醇溶蛋白带型 ,电泳分离出的 27条带
中 , 23条具有多态性 ; ( 2)供试波兰小麦间遗传距离在 0～ 0. 75之间 ,平均值为 0. 49,遗传变异较大。 供试波兰
小麦在遗传距离 0. 49水平上聚为 3类 ,其醇溶蛋白聚类与收集地关系不大 ; ( 3)新疆稻麦与波兰小麦的醇溶蛋
白电泳图谱具有一定的相似性 ,新疆稻麦所分离出的醇溶蛋白谱带 ,绝大多数都可在波兰小麦醇溶蛋白图谱中
找到 ,表明新疆稻麦与波兰小麦具有较近的亲缘关系。
关键词: 波兰小麦 ; 新疆稻麦 ; 醇溶蛋白 ; 遗传距离 ; 聚类分析
中图分类号: S 512. 332. 2　　　　　　　　　文献标识码: A
醇溶蛋白是小麦种子胚乳中的主要贮藏蛋白 ,在成熟种子中 ,醇溶蛋白约占总蛋白含量的 40% 。醇
溶蛋白决定了面团的粘着性和延展性 [1 ] ,因而与小麦面粉的烘烤品质具有密切关系。醇溶蛋白在结构上
为单亚基 ,经过酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ( acid poly acry lamide gel elect ropho resis, 简称 APAGE)后 ,
其电泳谱带按其分子量的大小和迁移率的不同 ,分为 α、β、γ、ω四个区。在遗传上 ,醇溶蛋白的编码基因
主要位于第 1和第 6部分同源群染色体的短臂上 [2 ]。醇溶蛋白在小麦品种间存在明显的差异 ,其电泳图
谱的带纹多少及组合方式完全受基因型控制 ,几乎不受环境的影响 ,可以构成品种的指纹 ( fing er
print )
[2 ]。 由于 APAGE技术操作简单、稳定 ,花费少 ,重复性好 ,所需实验材料少 (一粒或半粒种子即
可 ) ,近年来 ,国内外已将醇溶蛋白电泳分析应用到遗传育种和种子生产上 ,如品种鉴定、种子纯度检验、
亲缘关系分析、代换系和易位系以及体细胞无性系变异鉴定、品质预测等方面 [2, 3 ]。
波兰小麦 ( Tri ticum polonicum L. )为四倍体裸粒栽培小麦 ,主要分布于地中海沿岸和埃塞俄比亚 ,
叙利亚、土耳其、伊朗、阿富汗、外高加索和中国等地有少量种植。它具有穗大、粒大、品质好的优点 ,可以
作为小麦育种的原始亲本 [4 ]。四川农学院早在 1969年就用普通小麦 N P824与阿夫 ( Funo )的杂种后代
和波兰小麦杂交育成了矮秆大粒的 N PFP系统的普通小麦品种 [4 ]。 前苏联曾用它与硬粒小麦品种
Wapk和野生黑麦的杂种杂交 ,育成了一个硬粒小麦品种 [ 4]。墨西哥国际玉米小麦改良中心 ( CIMMY T)
选育成功的产量高达 18 t /hm2的小麦新品种 ,其分蘖力强的特性就来自波兰小麦 [5 ]。 新疆稻麦 ( T .
petropavlovskyi Udacz. et Migusch)为六倍体栽培裸粒小麦 ,原产中国新疆东南部和天山南部 ,属炎热
干旱气候条件下绿洲农区类型 ,是中国特有的小麦种 [6 ]。 新疆稻麦与波兰小麦在形态学上极为类似 ,在
细胞遗传学上也有较密切的关系 [7～ 10 ] ,因此关于新疆稻麦起源的假说都直接涉及波兰小麦。
本研究利用 APAGE技术对波兰小麦和新疆稻麦进行分析 ,旨在对波兰小麦的醇溶蛋白多样性及
其在醇溶蛋白上与新疆稻麦的关系进行分析 ,为波兰小麦的育种利用和新疆稻麦的起源问题提供醇溶
蛋白方面的资料。
⒇ 收稿日期: 2000-04-25　　　　修回日期: 2000-08-03
基金项目: 四川农业大学科技基金资助项目。
作者简介: 杨瑞武 ,男 , 1969年生 ,硕士 ,讲师 ,从事植物学教学和小麦资源研究工作。
1　材料与方法
1. 1　实验材料
供试材料为 9份波兰小麦、 2份新疆稻麦。 醇溶蛋白标准材料为中国春 ( T . aestivum L. cv . Chi-
nese spring)。 所有供试材料列于表 1。
表 1　供试材料
Table 1　Materials used in this study
序号
No.
材料
Materials
种名
Species
来源
Origin
备注
Remarks
0
中国春
Chinese spring
T . aestivum L.
四川农业大学小麦研究所
Tri ticeae Research Insti tute,
Sich uan Agricultural Universi ty
1
波兰小麦
Poli sh w heat
T . polon icum L. 新疆吐鲁番
Xinjiang tulufan
矮秆
Dwarf
2
波兰小麦
Poli sh w heat
T . polon icum L.
新疆吐鲁番
Xinjiang tulufan
无芒
No aw n
3
波兰小麦
Poli sh w heat
T . polon icum L. 新疆阿克苏
Xin jiang akesu
4
波兰小麦
Poli sh w heat
T . polon icum L.
新疆和田
Xinjiang h etian
短芒
Sh ort aw n
5
波兰小麦
Poli sh w heat
T . polon icum L.
新疆和田
Xinjiang h etian
长芒
Long aw n
6
波兰小麦
Poli sh w heat
T . polon icum L. 新疆青河
Xinjiang qingh e
分枝
Branch
7
波兰小麦
Poli sh w heat
T . polon icum L.
新疆霍城
Xinjiang h uoch eng
短芒
Sh ort aw n
8
波兰小麦
Poli sh w heat
T . polon icum L. 新疆拜城
Xinjiang baicheng
长芒
Long aw n
9
波兰小麦
Poli sh w heat
T . polon icum L.
日本
Japan
10
新疆稻麦
Xinjiang rice w heat
T . petropavlovskyi Udacz. et M igush
新疆阿克苏
Xin jiang akesu
11
新疆稻麦
Xinjiang rice w heat
T . petropavlovskyi Udacz. et M igush 新疆吐鲁番
Xinjiang tulufan
1. 2　方法
本实验采用 IST A( 1986)颁布的酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ( acid po lyacrylamide gel elect ropho re-
sis, 简称 APAGE) ( pH3. 1)标准程序 (稍加改进 )分析醇溶蛋白 [11 ]。电泳仪器为北京六一仪器厂生产的
DYYⅢ -28B型电泳槽。
1. 2. 1　样品提取　每份材料取单粒种子称重 ,用钳夹碎后放入 1. 5 ml离心管中 ,按 1 mg加 5μl的比
例加入样品提取液 ( 25% 2-氯乙醇、 0. 05%甲基绿 ) ,振荡器上振荡混匀 ,室温浸提过夜。使用前 1 000 r /
min离心 10 min。取上清液点样。
1. 2. 2　酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ( APAGE)　采用连续分离系统。取每板大约 40 ml凝胶溶液 (丙烯酰
胺 10%、 N-N甲叉双丙烯酰胺 0. 4%、尿素 6%、抗坏血酸 0. 1%、硫酸亚铁 0. 004% ) ,按 1 m l∶ 1μl的
比例加入 10%过硫酸胺和 N , N, N′, N′- 四甲基乙二胺 ,迅速摇匀 ,灌胶 ,插好样品梳 ,让其在 5～ 10
min内完全聚合。小心拔出样品梳 ,用电极缓冲液 (每 1 000m l含 4 m l冰醋酸和 0. 4 g甘氨酸 )冲洗加样
孔。每个样品上样量为 10μl。 加入电极缓冲液 ,恒压 500 V ,恒温 10～ 15℃ ,电泳时间为甲基绿前沿指
示剂迁移至板底所需时间的三倍。每块凝胶吸取 1%考马斯亮蓝 R250 5 ml,再加 10%三氯乙酸 200 ml
染色过夜。在 7%醋酸中保存 ,统计 ,拍照。
1. 2. 3　 U PGMA聚类　电泳图谱按条带有无分别赋值 ,有带记为 1,无带记为 0。按 Nei ( 1979)的方
·2· 麦　类　作　物　学　报 20卷
法 [12 ]计算波兰小麦不同居群间的相似系数 ( GS)。
　　 GS= 2Nij / ( Ni+ Nj )
其中 , Ni 为材料 i中出现的电泳谱带数 , Nj为材料 j中出现的电泳谱带数 , Nij为材料 i和 j共有的谱
带数。遗传距离 ( GD)= 1- GS,利用 GD值按非加权成对群算术平均法 ( UPGMA)进行聚类。统计分析
在 N TSY S-pc软件 [13 ]系统下进行。
图 1　供试波兰小麦和新疆稻麦的 APAGE图谱
(材料编号同表 1)
　 Fig. 1　 Patterns of gliadins of T . polonicum & T .
petropavlovskyi af ter APAGE ( the material order
is the same as that in table 1)
2　结果与分析
以中国春作为醇溶蛋白标准 ,所有材料在
同一条件下电泳 ,结果如图 1所示。
2. 1　波兰小麦的醇溶蛋白多态性
9份波兰小麦共分离出 27条相对迁移率
不同的谱带 ,每份材料可分离出 8～ 17条带 ,
其中仅 4条 ( 14. 8% )带为 9份材料的共同带 ,
4条共同带分别存在于 β ( 2条 )、γ( 1条 )和ω( 1
条 )区 ,而在α区不存在共同带纹。其余 23条
( 85. 2% )带具有多态性。 9份波兰小麦具有 7
种不同的带型 ,其图谱带型在α、β、γ、ω四个区
均存在较大的差异 ,在α区和γ区有 7种变异
类型 ,β区有 5种变异类型 ,ω区有 4种变异类
型。新疆和田与霍城的短芒波兰小麦具有相同
的醇溶蛋白图谱带型 ,同为长芒的新疆和田波
兰小麦和新疆拜城波兰小麦也具有相同的带
型 ,其余材料的醇溶蛋白图谱均可区分开 ,且
谱带差异明显。说明波兰小麦的醇溶蛋白在种
内不同居群间存在较高的多态性 ,可以运用醇
溶蛋白图谱来区分不同来源的波兰小麦和分析其种内遗传关系。
表 2　波兰小麦的醇溶蛋白遗传距离
Table 2　Matrix of genetic distances of T . polonicum based on gliadin data
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 0. 00
2 0. 67 0. 00
3 0. 50 0. 75 0. 00
4 0. 73 0. 57 0. 55 0. 00
5 0. 75 0. 46 0. 56 0. 25 0. 00
6 0. 60 0. 46 0. 62 0. 50 0. 39 0. 00
7 0. 73 0. 57 0. 55 0. 00 0. 25 0. 50 0. 00
8 0. 75 0. 46 0. 56 0. 25 0. 00 0. 39 0. 25 0. 00
9 0. 57 0. 53 0. 65 0. 56 0. 47 0. 27 0. 56 0. 47 0. 00
注: 材料编号同表 1。
No te: The Materials o rd er i s th e same as th at in Table 1.
2. 2　波兰小麦的醇溶蛋白遗传
距离
9份波兰小麦之间的醇溶蛋
白遗传距离列于表 2。 从表 2可
以看出 ,供试波兰小麦的遗传距
离变异范围在 0～ 0. 75之间 ,平
均为 0. 49。来自新疆和田与霍城
的短芒波兰小麦的遗传距离为
0,二者在醇溶蛋白标记上没有差
异 ,可视为同一材料。同为长芒的
新疆和田波兰小麦与新疆拜城波
兰小麦之间的遗传距离也为 0,
二者也应合并为同一材料。 同来自新疆和田的短芒波兰小麦与长芒波兰小麦之间的遗传距离为 0. 25,
表明波兰小麦的短芒与长芒类型之间存在一定的遗传差异。 同来自新疆吐鲁番的矮秆波兰小麦与高秆
波兰小麦之间的遗传距离为 0. 67,表明波兰小麦的矮生性是由于遗传上发生了变化而引起的。
2. 3　波兰小麦的醇溶蛋白聚类分析
对波兰小麦的醇溶蛋白遗传差异按 U PGMA法进行聚类分析 ,结果 (图 2)表明 , 9份波兰小麦在遗
·3·4期 杨瑞武等: 波兰小麦醇溶蛋白遗传差异及其与新疆稻麦的关系
图 2　供试波兰小麦的醇溶蛋白聚类图 (材料编号同表 1)
Fig. 2　 A dendrogram generated from gliadin of T . polonicum
(The number of 1～ 9 refers to the materials listed in Table 1)
传距离 0. 65水平上全部聚为一类。
在遗传距离 0. 49水平上聚为 3类 ,
第Ⅰ 类包括矮秆波兰小麦和来自新
疆阿克苏的波兰小麦 ;第Ⅱ类为新疆
吐鲁番的无芒波兰小麦 ;第Ⅲ类包括
其余 6份波兰小麦。第Ⅲ类又可明显
区分为两个亚类 ,第Ⅰ亚类包括分枝
波兰小麦与来自日本的波兰小麦 ,其
余 4份波兰小麦为第Ⅱ亚类。聚类结
果表明 ,波兰小麦的醇溶蛋白遗传聚
类在一定程度上能够反映出其形态
的相似性 ,而与其收集地关系不大。
2. 4新疆稻麦与波兰小麦的醇溶蛋
白比较
2份新疆稻麦共产生 17条迁移
率不同的谱带 ,其中 14条为共同带 ,仅新疆吐鲁番的新疆稻麦比新疆阿克苏的新疆稻麦多了 3条谱带 ,
其多态性极低 ,可以将 2份新疆稻麦视为同一材料。新疆稻麦与波兰小麦的醇溶蛋白电泳图谱具有一定
的差异 ,六倍体的新疆稻麦比四倍体的波兰小麦的醇溶蛋白带纹丰富。但新疆稻麦与波兰小麦的醇溶蛋
白电泳图谱也存在一些共同的带纹 , 4条在 9份波兰小麦中共同具有的带纹 ,在新疆稻麦中存在 3条 ,
不计波兰小麦的种内差异 ,新疆稻麦所分离的 17条带中 ,有 15条均可在波兰小麦中找到 ,仅 2条在波
兰小麦中不具有 ,这 2条带可能是新疆稻麦的 D染色体组上的醇溶蛋白基因控制的 ,从对照材料中国
春的醇溶蛋白图谱也可以看出这一点。不同来源的波兰小麦与新疆稻麦的共同带纹数有差异 (表 3) ,新
疆和田和新疆霍城的短芒波兰小麦与新疆吐鲁番的新疆稻麦具有 11条 ( 61. 11% )共同的醇溶蛋白
带纹。
表 3　波兰小麦与新疆稻麦的醇溶蛋白共同带纹数目
Table 3　 Gliadin pattern number of T . polon icum & T .
petropavlovskyi in common
材料序号
Materials ord er
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 5 5 7 9 7 6 9 7 6
11 8 6 10 11 8 7 11 8 8
注: 材料编号同表 1。
No te: The Materials o rd er i s th e same as th at in Table 1.
3　讨 论
本研究结果表明 ,不同收集
地的波兰小麦表现出一定的醇溶
蛋白多态性 ,醇溶蛋白图谱可以
用来区分不同来源的波兰小麦和
分析其种内遗传关系。 张学勇等
( 1995)认为 ,醇溶蛋白酸性聚丙
烯酰胺凝胶电泳技术可以作为一
种手段 ,用来找出同一材料或相似材料的重复 ,减少资源保存和利用过程中人力和物力的浪费 ,提高种
质资源工作的效率 [2 ]。 本实验中 ,同为短芒的新疆和田与霍城的波兰小麦、同为长芒的新疆和田与拜城
波兰小麦分别具有相同的醇溶蛋白图谱带型 ,在资源保存和育种利用时可将它们分别合并。新疆阿克苏
的波兰小麦具有较丰富的醇溶蛋白电泳带纹 ,其醇溶蛋白含量明显地高于其它 8份波兰小麦 ,这份材料
可以作为小麦育种中改良小麦蛋白质品质的较为理想的四倍体小麦种质资源。矮秆波兰小麦是颜济教
授等于 80年代在新疆吐鲁番考察时发现的一天然四倍体小麦矮源 ,根据其醇溶蛋白电泳结果 ,它与同
来自新疆吐鲁番的高秆波兰小麦之间的遗传距离为 0. 67,表明波兰小麦的矮生性是由于遗传上发生了
变化而引起 ,从聚类结果来看 ,它与新疆阿克苏的波兰小麦聚在一起。关于矮秆波兰小麦的起源及其矮
生性遗传规律和矮秆基因定位等 ,目前正在进行研究。
新疆稻麦与波兰小麦在形态学上类似 ,在细胞遗传学上二者也具有较密切的关系 ,关于新疆稻麦的
·4· 麦　类　作　物　学　报 20卷
起源假说都直接涉及到波兰小麦。陈勤等 ( 1985)从细胞遗传学角度认为 ,新疆稻麦是由波兰小麦与普通
小麦杂交再与普通小麦回交后产生的 [7 ]。 Yang ( 1992)认为新疆稻麦是由波兰小麦与节节麦天然杂交并
双二倍化而形成 [ 10]。陈庆富等 ( 1998)发现新疆稻麦中普遍含有显性杂种黄化基因 Ch 1,波兰小麦的一
些居群中也存在 Ch 1基因 ,认为新疆稻麦可能来源于含有 Ch 1基因的波兰小麦类型 [11 ] ,并支持 Yang
( 1992)的观点。本研究表明 ,波兰小麦与新疆稻麦的醇溶蛋白电泳图谱具有一定的相似性 ,其中有的居
群的波兰小麦与新疆稻麦的共同醇溶蛋白带纹达到 61. 11% ,表明六倍体的新疆稻麦与四倍体的波兰
小麦具有较近的亲缘关系 ,从醇溶蛋白方面证明了新疆稻麦起源于波兰小麦的可能性。
参　考　文　献
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Genetic Differences and the Relationship of Gliadin between
T . polonicum andT . petropavlovskyi
YANG Rui-wu, ZHOU Yong-hong, ZHENG You-liang, HU Chao
( Sich uan Agricultural University, Yaan, 625014)
Abstract: The g liadin pat ter ns o f 9 Triticum polonicum and 2 T . petropavlovskyi were analy zed
by acid polyacrylamide gel electrophoresis ( APAGE) method. The results w ere as fo llow s: ( 1) T .
polonicum had significant g liadin ploymo rphism , and among the to tal 9 materials there existed 7
g liadin genotypes. 23 bands of among 27 g liadin bands separated by electrophoresis show ed polymo r-
phism. ( 2) The genetic distance ( GD) among T . polonicum was rela tiv ely higher, ranging f rom 0 to
0. 75, w ith an average o f 0. 49. Cluster analysis show ed tha t the studied T . polonicum could be classi-
fied into 3 clusters at the lev el of GD 0. 49, w hose g liadin clusters had lit t le to do wi th i t s o rigin. ( 3)
The gliadin pat terns of T . polonicum were simila r to tho se of T . petropavlovskyi , a nd the majo ri ty of
those sepa ra ted from the lat ter could be found in those of the fo rmer, which indicated tha t T .
petropavlovskyi and T . polonicum had close af fini ty.
Key words: T . polonicum; T . petropavlovskyi ; Gliadin; Genetic distance; Cluster analysis
·5·4期 杨瑞武等: 波兰小麦醇溶蛋白遗传差异及其与新疆稻麦的关系