全 文 ：文章编号 :100028551 (2001) 0620321206
辐射与杂交结合提高小麦高分子量麦谷蛋白
优质亚基转化效果的研究
张宏纪1 　孙　岩1 　程爱华2 　吴玉梅3
(11 黑龙江省农科院作物育种研究所 ,黑龙江 哈尔滨　150086 ; 21 黑龙江省农科院谷物分析中心 ,
黑龙江 哈尔滨　150086 ; 31 黑龙江省庆安县农业局 ,黑龙江 庆安县　152400)
摘要 :本文利用核质互作与辐射处理研究了促进优质 HMW2GS 基因的转化。结果表
明 ,不同组合处理间 F1 籽粒优质亚基 ( Glu2D1 5 + 10) 的转化存在差异 ,辐射处理的多
以杂合型出现。F2 分离群体中 ,反交及反交结合辐射处理的抽穗期明显倾向于早熟
的亲本 ,细胞质与辐射具有促进抽穗期的作用。F3 植株 Glu2D1 5 + 10 亚基的表达频
率 ,不论是哪种组合 ,反交时 5 + 10 亚基的表达频率高于正交 ;无论正交还是反交 ,辐
射处理提高了 5 + 10 亚基的表达频率 ,而且在不同组合间存在差异。
关键词 :春小麦 ;核质互作 ;核辐射 ;HMW2GS
收稿日期 :2001202222
作者简介 :张宏纪 (1969～) ,男 ,河南西平人 ,黑龙江省农科院作物育种所在职博士生 ,从事春小麦辐射育种及品质改良
研究工作
小麦是重要的粮食作物和植物蛋白来源 ,其品质的优劣直接关系其在粮食生产上的利用
价值。小麦品质与高分子量麦谷蛋白亚基 ( HMW2GS) 的组成密切相关[2 ,4 ,6 ] 。有针对性地导入
优质亚基已成为改善小麦品质的有效途径。研究指出[1 ,5 ] , Glu2D1 位点的 5 + 10 为优质亚基 ,
可以作为优质小麦育种的选择标记 ;而我国大多数小麦资源都缺少 5 + 10 亚基。导入 5 + 10
优质亚基已成为小麦品质改良的重要手段。利用常规杂交的方法导入 5 + 10 优质亚基的研究
已取得成功 ,但在如何加快优质亚基的遗传转化 ,尤其是结合核技术促进小麦麦谷蛋白优质亚
基的导入研究尚未见报导。本研究旨在利用核质互作与辐射处理促进优质 HMW2GS 基因转
化 ,创造出含有 HMW2GS 优质亚基组成的优质小麦新种质 ,加快新品种的选育。
1 　材料与方法
111 　材料
格来尼 (HMW2GS 组成为 Glu2A1 2 3 、Glu2B1 7 + 8、Glu2D1 5 + 10) 为高分子量麦谷蛋白优质
亚基基因供体 ,无芒 ,颖壳灰绿色 ,品质优异 ,秆高易倒伏 ,不抗赤霉病 ,产量较低 ;龙辐 92K809
( HMW2GS 组成为 Glu2A1 1、Glu2B1 7 + 9、Glu2D1 2 + 12)和龙福 950113 (HMW2GS 组成为 Glu2A1 1、
Glu2B1 7 + 8、Glu2D1 2 + 12)为受体 ,这两个品系皆无芒 ,颖壳黄绿色 ,品质较差 ,但秆强 ,抗倒 ,
123　核 农 学 报　2001 ,15 (6) :321～326Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
产量高 ,较抗赤霉病。
112 　方法
11211 　正反交组合 　(1)正交分别以龙辐 92K809、950113 为母本 ,格来尼为父本。(2) 反交以
格来尼为母本 ,分别以龙辐 92K809、龙辐 950113 为父本。1998 年做杂交组合 ,取杂交后的部分
F0 种子以 80Gy 的γ射线照射 ,将辐射处理及未辐照的种子种植于温室加代。成熟后 ,每组合
与处理随机取 5 株 ,采取 SDS2PAGE法[3 ]测定籽粒胚乳的 HMW2GS 组成 ,分析不同组合与处理
对优质亚基导入的影响。
11212 　F2 代获得与考察 　1999 年按组合与处理随机选取 F1 15 株籽粒在田间种植 ,考察不同
组合与处理 F2 植株抽穗期的变化 ,同时按育种程序进行单株选择。
11213 　F3 代性状变异及优质亚基分析 　2000 年田间种植 15 个不同组合与处理且农艺性状优
异的 F3 代株系 ,生育期间进行性状调查 ,收获后测定籽粒的 HMW2GS 组成。
2 　结果与分析
211 　不同组合与处理 F1 籽粒 HMW2GS 的变化
不同组合与处理 F1 籽粒 HMW2GS 的测定结果列于表 1、表 2。从所列结果看出 ,在龙辐
92K809 与格来尼组合中 ,无论正交与反交 ,在 Glu2A1 位点上亚基未发生转化 ,个别籽粒 Glu2A1
的 1 或 2 3 亚基不表达 ;但在 Glu2D1 位点上正反交都出现了 2 + 5 + 10 + 12 的杂合型 ,所占比率
分别为 40 %和 60 %。正反交结合辐射处理的与未处理的相比较 ,辐射处理的 Glu2A1 位点上都
有 2 3 亚基表达 ,而且在 Glu2D1 位点上除具有较高转化频率的 2 + 5 + 10 + 12 杂合型外 ,还有 5
+ 10 亚基纯合型出现。说明辐射处理对优质亚基基因的转化有促进作用。在龙辐 950113 与
格来尼组合中 ,在 Glu2A1 位点上 ,反交提高了 2 3 的转化比率 ,反交和正交结合辐射处理促进了
2 3 亚基的转化 ,而反交结合辐射处理的作用并不明显。在 Glu2D1 位点上 ,正交与反交相比 ,虽
然纯合型 5 + 10 的比率无差异 ,但在反交中杂合型 2 + 5 + 10 + 12 的比率明显高于正交 ;辐射
处理与未辐射处理间相比较 ,辐射处理显著提高了杂合型 2 + 5 + 10 + 12 的比率 ,其中反交与
辐射处理的表现最高 ,达到 60 % ,说明反交及反交结合辐射处理更有利于其 5 + 10 亚基的转
化。
表 1 　龙辐 92 K809 与格来尼组合结合辐射处理 F1 籽粒亚基表达频率
Table 1 　Expressive frequency of HMW2GS in the cross of Longfu 92K809 and Glenlea with
irradiation treatment in F1 grains
组合
cross and treatment
HMW2GS　组成　HMW2GS components
Glu2A1 1、(2 3 ) Glu2B1 7 + 8 Glu2D1 2 + 5 + 10 + 12、(5 + 10)
正交 direct cross 80、(0) 60 40、(0)
反交 reciperocal cross 80、(0) 40 60、(0)
正交×辐射
direct cross ×irradiation 60、(20) 40 40、(20)
反交×辐射
reciperocal cross ×irradiation 80、(20) 60 40、(40)
223 核　农　学　报 15 卷
表 2 　龙辐 950113 与格来尼组合结合辐射处理 F1 籽粒亚基表达频率
Table 2 　Expressive frequency of HMW2GS in the cross of Longfu 950113 and Glenlea with
irradiation treatment in F1 grains
组合与处理
cross and treatment
HMW2GS　组成　HMW2GS components
Glu2A1 1、(2 3 ) Glu2B1 7 + 8 Glu2D1 2 + 5 + 10 + 12、(5 + 10)
正交 direct cross 100、(0) 100 0、(40)
反交 reciperocal cross 80、(20) 100 20、(40)
正交×辐射
direct cross ×irradiation 80、(20) 100 40、(20)
反交×辐射
reciperocal cross ×irradiation 100、(0) 100 60、(20)
212 　不同组合与处理 F2 群体的抽穗变化
不同组合与处理 F2 群体的抽穗期变化列于表 3、表 4。由表可看出 ,龙辐 950113 与格来尼
表 3 　龙辐 950113 与格来尼正反交及辐射处理 F2 群体抽穗变化
Table 3 　Heading date of direct reciperocal cross of Longfu 950113 with Glenlea and its
irradiation treatment in F2 population
组合与处理
cross and treatment
不同时期抽穗株数 (月2日)
number of heading plant in various date (M2D)
06216 06217 06218 06219 06220 06221 06222 06223 06224 06225 06226 06227 06228
正交 direct cross 4 19 25 22 26 20 11 5 2
反交 reciperocal cross 5 16 22 20 20 8 6 5
正交×辐射
direct cross + irradiation 3 15 21 27 17 9 5 4
反交×辐射
reciperocal cross + irradiation 2 7 33 38 32 15 8 4
格来尼 Glenlea 2 13 20 29 17 6 4
龙辐 950113 Longfu 950113 1 5 17 26 31 18 7
表 4 　龙辐 92 K809 与格来尼正反组合及辐射处理 F2 群体抽穗变化
Table 4 　Heading date of direct reciperocal cross of Longfu 92K809 with Glenlea and its
irradiation treatment in F2 population
组合与处理
cross and treatment
不同时期抽穗株数 (月2日)
number of heading plant in various date (M2D)
06217 06218 06219 06221 06222 06223 06224 06225 06226 06227 06228 06229
正交 direct cross 2 8 25 37 24 6 2
反交 reciperocal cross 9 22 36 38 19 8
正交×辐射
direct cross + irradiation
2 7 17 20 39 22 16 3
反交×辐射
reciperocal cross + irradiation
4 11 5 37 20 17 4
格来尼 Glenlea 2 13 20 29 17 6 4
龙辐 92K809 Longfu 92K809 3 14 28 32 30 6
323　6 期 辐射与杂交结合提高小麦高分子量麦谷蛋白优质亚基转化效果的研究
的 F2 群体抽穗期有倾早亲现象 ,而龙辐 92K809 与格来尼的组合与处理的抽穗期倾早亲现象
不明显 ,说明 F2 群体抽穗期的变化与不同组合有关。同时从表 3、表 4 中还可看出 ,虽然不同
组合与处理的抽穗期大都倾向于早熟亲本 ,但反交及反交结合辐射处理的抽穗期倾早熟亲本
的现象更明显。这表明细胞质对抽穗期的提前作用大于细胞核 ,辐射处理又增强了这种作用。
213 　F3 株系变异分析
不同组合与处理的 F3 株系变异分析列于表 5、表 6。由结果可知 ,虽然颖壳颜色在组合与
处理间出现一定程度的差异 ,但差异不明显 ;而芒型在不同组合与处理间有不同变化 ,龙辐
92K809 与格来尼正反交及其辐射处理的均未出现芒分离 ;而龙辐 950113 与格来尼的正反交及
其辐射处理间芒型出现复杂变化 ,正交结合辐射处理的无芒与芒分离株系所占比例分别为
87 %和 13 % ,而反交结合辐射处理的无芒与芒分离株系所占比例分别为 93 %和 7 %。在芒分
离株系中 ,正交结合辐射处理的有芒株、无芒株、顶芒株分别占 35 %、16 %和 49 % ;反交结合辐
射处理的有芒株、无芒株和顶芒株分别占 26 %、17 %和 57 % ,以上结果说明 ,辐射处理在促进
优质亚基转化的同时 ,也容易诱发其它性状的变异 ,这种变异可能与亲本的遗传背景有关。龙
辐 92K809 是新克旱 9 经组培与毒素筛选获得的后代 ,而龙辐 950113 是新克旱 9 与龙辐麦 3 号
的杂交后代 ,其中新克旱 9 为无芒 ,龙辐麦 3 号为有芒。龙辐 950113 的有芒基因可能处于沉
默状态 ,与格来尼杂交后经辐射处理产生了基因的恢复突变。
表 5 　龙辐 92 K809 与格来尼组合与辐射处理 F3 株系变异分析
Table 5 　Variance analysis of F3 head lines derived from the cross of Longfu 92K809 with
Glenlea and its irradiation treatmeat
组合与处理
cross and treatment
株地高度分布 (个)
number of distribution
of plant height
芒型分布 (个)
number of distribution
of awn type
颖壳颜色分布 (个)
number of distribution
of glume colour
> 100cm
　
　
80～
100cm
　
< 80cm
　
　
无芒
awnless
　
芒分离
segregat2ion
of awness
有芒
awn
　
灰绿色
greyish2
green
分离
segreg
ation
黄绿色
yellow2
green
正交 direct cross 9 7 4 15 0 0 5 6 4
反交 reciperocal cross 0 14 1 15 0 0 5 8 2
正交×辐射
direct cross ×irradication 0 12 3 15 0 0 3 6 6
反交×辐射
reciperocal cross ×irradiation 0 14 1 15 0 0 2 5 7
214 　F3 植株籽粒 Glu2D1 5 + 10 优质亚基的表达频率
F3植株籽粒优质亚基 Glu2D1 5 + 10 的重组表达频率如表 7。由表中可看出 ,在龙辐 92K809
与格来尼组合与处理间 ,5 + 10 优质亚基正交的表达频率最低 (13130 %) ,反交结合辐射处理的
表达频率最高 (6215 %) ;龙辐 950113 与格来尼组合与处理间 5 + 10 的表达频率与前者相似 ,经
双因素方差分析表明 (表 8) ,F3 代 5 + 10 亚基的表达频率在不同组合与处理间差异显著 ,但在
不同亲本间差异不明显。综合上述结果看出 : (1) 不论是哪种组合 ,反交时 5 + 10 亚基的表达
频率高于正交 ; (2)辐射结合正反交都提高了 5 + 10 亚基的表达频率 ,而且在不同组合间存在
差异。
423 核　农　学　报 15 卷
表 6 　龙辐 950113 与格来尼组与辐射处理 F3 株系变异分析
Table 6 　Variance analysis of F3 head lines derived from the cross of Longfu 950113 with
Glenlea and its irradiation treatmeat
组合与处理
cross and treatment
株行高度分布 (个)
number of distribution
of plant height
芒型分布 (个)
number of distribution
of awn type
颖壳颜色分布 (个)
number of distribution
of glume colour
> 100cm
　
　
80～
100cm
　
< 80cm
　
　
无芒
awnless
　
芒分离
segregation
of awness
有芒
awn
　
灰绿色
greyish2
green
分离
segreg
ation
黄绿色
yellow2
green
正交 direct cross 0 13 2 15 0 0 5 7 3
反交 reciperocal cross 0 15 0 15 0 0 3 10 2
正交×辐射
direct cross ×irradication 0 15 0 13 2 0 3 10 2
反交×辐射
reciperocal cross ×irradication 6 9 0 14 1 0 5 9 1
表 7 　不同组合与处理 F3 不同植株籽粒 Glu2D1 5 + 10 表达频率
Table 7 　Expressive frequency of Glu2D1 5 + 10 in F3 grains of various cross and treatment
组合与处理
cross and treatment
Glu2D1 5 + 10 表达频率 expressive frequency of Glu2D1 5 + 10 ( %)
龙辐 92K809 与格来尼组合
Longfu 92K809 and Glenlea
龙辐 950113 与格来尼组合
Longfu 950113 and Glenlea
正交 direct cross 13130 14140
反交 reciperocal cross 40100 41160
正交×辐射 direct cross ×irradication 25100 50100
反交×辐射 reciperocal cross ×irradication 62150 57110
表 8 　不同组合与处理 F3 不同植株籽粒 Glu2D1 5 + 10 表达频率双因素方差分析
Table 8 　Variance analysis of two factors of cross and treatment on the effect of expressive
frequency of Glu2D1 5 + 10 in grains of F3 plants
方差来源
source of variance
平方和
sum of square
自由度
degree of freedom
均方
mean square
F 比
F value
临界值
threshold value
组合与处理
cross and treatment 2039125 3 679175 10132 3 F0105 (313) = 9128
不同品系
head lines 73181 1 73181 1112 F0105 (113) = 1011
误　　差 error 197170 3 65190
总　　和 total 2310176 7
3 　结 　论
11 不同组合处理间 F1 籽粒优质亚基 ( Glu2D1 5 + 10) 的转化存在差异 ,辐射处理的多以杂
合型出现。杂合型多 ,有利于优质亚基在后代中的重组。
21F2 分离群体中抽穗期在不同组合处理间有不同变化 ,其中 ,反交及反交结合辐射处理
523　6 期 辐射与杂交结合提高小麦高分子量麦谷蛋白优质亚基转化效果的研究
的抽穗期明显倾向于早熟亲本 ,这表明细胞质与辐射具有促进抽穗期的作用。因此 ,通过胞质
互作与辐射有利于筛选早熟的后代材料。
31 由不同组合与处理 F3 植株 Glu2D1 5 + 10 亚基的表达频率看出 :不论是哪种组合 ,反交
时 5 + 10 亚基的表达频率高于正交 ;无论正交还是反交 ,辐射处理提高了 5 + 10 亚基的表达频
率 ,而且在不同组合间存在差异。
41 结合农艺性状的选择与 HMW2GS 亚基分析 ,利用组培快繁技术 ,温室加代 ,可缩短育种
年限 ,提高育种效率。
参考文献 :
[1 ] 　李保云 ,等. 小麦高分子量麦谷蛋白亚基与小麦品质性状关系的研究 ,作物学报 ,2000 ,26 (3) :321～326
[2 ] 　马传喜. 高分子量麦谷蛋白亚基作为面包小麦品种烘烤品质评价指标的研究 ,安徽农业大学学报 ,1995 ,22 (2) :117～
222
[3 ] 　Bushuk W. Glutenin of Marquis wheat as a reference for estimating molecular weights of glutenin subunits by sodium dodecyl sulfate2
polyacrylamide gel electropheresis. Cereal Chem. 1987 ,64 (4) :324～327
[4 ] 　Gupta R B. Prediction of physical dough properties from glutenin subunits compositionin bread wheat :correlation studies. Cereal Chem.
1991 ,68 (4) :328～333
[5 ] 　Khelifi D. The effects of HMW and LMW subunits of glutenin and of gliadins on the technological of progeny from four crosses between
poor breaking quality and strong wheat cultivars J Cereal Sci . 1992 ,16 :195～209
[6 ] 　Shewer P R , et al . High2molecular2weight subunits of wheat glutenin. J Cereal Sci . 1992 ,15 :105～120
EFFECT OF GENE TRANSFORMATION OF WHEAT HMW2GS GENE
BY COMBINATION OF CROSS AND IRRADIATION
ZHANG Hong2ji1 　SUN Yan1 　CHENG Ai2hua2 　WU Yu2mei3
(11 Crop Breeding Institute of Heilongjiang Academy of Agricultural Science , Harbin Heilongjiang prov . 　150086 ;
21 Center of Cereal Quality , Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences , Harbin Heilongjiang prov . 　150086 ;
31Agricultural Bureau , Qingan , Heilongjiang prov . 　152400)
ABSTRACT :Irradiation treatment and the interaction of nuclear and cytoplasm were employed to
promote the transformation of HMW2GS gene with high wheat quality. The results showed that
there were differences among treatments in transformation of high quality gene( Glu2D1 5 + 10) in
F1 grains , and heterozygous type was more frequently appeared in the treatment of irradiation.
In the F2 segregative population , heading date deviated to early2mature parent in the treatment of
reciperocal cross and its combination with irradiation , indicating that cytoplasm and irradiation
could promote the heading. In F3 the expressive frequency of ( 5 + 10) gene in the cross was lower
than that in reciperocal cross , and irradiation treatment could raise the expressive frequency of( 5
+ 10) gene. These results showed varience in different crosses.
Key words :spring wheat ; interaction of nuclear and cytoplasm ; irradiation ; HMW2GS gene
623 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2001 ,15 (6) :321～326