全 文 ：文章编号 :100028551 (2009) 022193204
卫星搭载小麦 SP3 代高分子麦谷
蛋白亚基的 SDS2PAGE 分析
张素娜1 　吕金印2
(1. 西北农林科技大学理学院 ,陕西 杨陵　712100 ; 2. 西北农林科技大学生命科学学院 ,陕西 杨陵　712100)
摘 　要 :利用十二烷基磺酸钠2聚丙烯酰胺凝胶电泳 (SDS2PAGE) 技术对返回式卫星搭载两个小麦品种
SP3 代籽粒的高分子麦谷蛋白亚基 (HMW2GS)进行了分析 ,并按照相关评分方法计算了高分子量麦谷蛋
白 Glu21 位点的品质得分。结果表明 ,经卫星搭载可产生较高频率的 HMW2GS 基因变异 ,陕 253 和西农
1043 两个品种 SP3 代 HMW2GS 组成的变异频率分别为 27108 %和 27145 %。陕 253 和西农 1043 SP3 代的
小麦品质得分分别为 7 分和 6 分 ,陕 253 SP3 代变异株为优质小麦。
关键词 :卫星搭载 ; 小麦 ; 高分子麦谷蛋白 ; SDS2PAGE
SDS2PAGE ANALYSIS OF HIGH MOLECULAR WEIGHT GLUTENIN SUBUNITS
IN SP3 FROM SPACEFLIGHT CARRIED WHEAT
ZHANG Su2na1 　LV Jin2yin2
(1. College of Science , Northwest A &F University , Yangling , Shaanxi 　712100 ; 2. College of Life Science , Northwest A &F University , Yangling , Shaanxi 　712100)
Abstract :The compositions of high molecular weight glutenin subunits (HMW2GS)of the third generation (SP3 ) of two wheat
varieties spaceflight carried were analyzed by SDS2PAGE. The quality score of Glu21 of each site was calculated according to
the quality rating system. The results showed that the sace flight carried could result in a higher frequency of HMW2GS gene
mutation. The variance frequency of HMW2GS in SP3 of Shaan253 and Xinong1043 were 27108 % and 27145 % , and the
quality score in SP3 of Shaan253 and Xinong1043 were 7 and 6 , respectively. Shaan253 SP3 generation mutants were
considered as high2quality wheat .
Key words :spaceflight ; wheat ; HMW2GS ; SDS2PAGE
收稿日期 :2008207219 　接受日期 :2008210210
基金项目 :农业部农业公益性行业科研专项 (200803034) ,西北农林科技大学校重点科研项目 (2005)
作者简介 :张素娜 (19802) ,女 ,河北石家庄人 ,在读硕士研究生 ,主要从事植物辐射生物学方面的研究。E2mail :suna. zhang @163. com
通讯作者 :吕金印 (19602) ,男 ,陕西岐山人 ,博士 ,教授 ,主要从事植物抗逆生理及核农学方面的研究。E2mail : Jinyinlu @163. com　　航天诱变育种是利用太空的特殊环境 ,如强辐射、微重力、弱磁场、超真空和超洁净等因素使植物产生突变。该技术作为一项高科技育种新技术 ,为获得新种质资源提供了快速有效的途径。从 20 世纪 80 年代后期开始 , 我国就开展了农作物的航天诱变育种研究工作。目前 ,已利用航天诱变技术育成了多个小麦新品种 ,并开展了主要农艺性状变异规律的研究[1～4 ] ,但在卫星搭载后优良变异品种筛选、品质分析及鉴定方面的相关报道较少。麦谷蛋白是小麦籽粒中主要的贮藏 蛋白之一 ,由高分子量麦谷蛋白亚基 ( HMW2GS) 和低分子量麦谷蛋白亚基 (LMW2GS) 组成 ,与面粉品质、面包烘烤品质密切相关[5 ,6 ] ,所以小麦 HMW2GS 组成已成为评价小麦品质的主要指标之一。本研究用 SDS2PAGE法分析了卫星搭载小麦的 SP3 代 HMW2GS 组成的变异情况 ,并按照相关评分方法计算了高分子量麦谷蛋白 Glu21 位点的品质得分 ,旨在为航天诱变优质高产小麦的培育提供理论依据。
391　核 农 学 报　2009 ,23 (2) :193～196Journal of Nuclear Agricultural Sciences
1 　材料与方法
111 　材料
选用陕 253 和西农 1043 两个纯系小麦品种的干
种子为试验材料。陕 253 小麦属冬性小麦 ,耐寒性较
好 ,株型紧凑 ,早熟 ,田间综合耐病性好。西农 1043 为
节水、抗逆、高产旱地小麦 ,适于在陕西渭北和黄土高
原旱地类似地区种植。以中国春小麦 (Null、7 + 8、2 +
12)为麦谷蛋白标准对照。
112 　方法
11211 　卫星搭载处理 　采用精选的陕 253 和西农 1043
纯系种子各两份 ,一份密封实验室保存作为对照 ;另一
份于 2003 年 11 月 3 日搭载我国第 18 号返回式试验卫
星 ,在太空绕行 18d ,卫星轨道高度距地面 200～350km ,
舱内温度为 10 ℃～30 ℃,真空度为 10 - 9～10 - 5 Pa ,辐照
强度为 180～186mR ,微重力为 10 - 3～10 - 5 g。
11212 　种子种植与后代处理 　2004 年 10 月将卫星搭
载返回的种子及对照 (未经卫星搭载的陕 253、西农
1043)播种于温室 ,常规管理 ,成熟后单株收获 ,不做选
择。2005 年 10 月将各品种所收获的 SP1 代全部单株
在田间按单株单粒点播 ,每隔 15 行种植 2 行相应的对
照。陕 253 SP2 代共种了 54 行 ,总计 1620 个单株 ;西
农 1043 SP2 代共种了 58 行 ,总计 1740 个单株。出苗
后详细观察了苗姿、生育状况和主要农艺性状等 ,并按
育种目标进行了严格筛选 ,从陕 253 SP2 代 1620 个单
株中选出了 48 株 ,从西农 1043 SP2 代 1740 个单株中
选出了 51 株。2006 年 10 月将 SP2 代所选植株收获种
子以株行种植 ,陕 253 共种 48 行 ,总计 2835 个单株 ;西
农 1043 共种 51 行 ,总计 3870 个单株 ,并种植相应的对
照 ,成熟后得到 SP3 代干种子。
113 　测定分析
11311 　麦谷蛋白的提取 　将 SP3 代干种子研成粉末 ,
称 50～100mg 放入 115ml 离心管中 ,加入 1ml 70 %乙
醇 ,40 ℃提取 1h , 12000rΠmin 离心 10min ,弃上清 ;在沉
淀中加入 113ml 二甲亚砜 ,过夜提取 ;离心 ,弃上清 ;沉
淀用 70 %乙醇洗涤 2 次 ,加入等体积 Tris2HCl 缓冲液
(01063molΠL) ,充分混匀后室温下提取 30min ;放入沸
水浴中 (100 ℃) 加热 5min ;12000rΠmin 离心 3min ,收集
上清供蛋白电泳分析。
11312 　SDS2PAGE 　采用 SDS 不连续缓冲系统 ,分离
胶浓度为 10 % ,浓缩胶浓度为 5 % ,加入 Tris2甘氨酸电
极缓冲液 ( Tris 25mmolΠL , 甘氨酸 192mmolΠL , SDS
011 %(WΠV) ,pH 813) ,每孔点样 30μl ,30mA 稳流下电
泳 4～5h。
11313 　染色 　在染色液 (水∶甲醇∶冰醋酸 = 45∶45∶
10 ,015 %考马斯亮蓝 R250) 内染色过夜。在蒸馏水内
加热脱色 ,至背景清晰后 ,利用凝胶成像系统 (BIORAD
Gel Dec EQ)照像。
11314 　HMW2GS 组分分析　Glu21 位点编码的 HMW2GS
编号按 Payne[7 ] 的方法命名。品质评分标准参考 Payne
等[8 ]将各亚基 (对)对面包小麦烘烤品质贡献大小进行
系统研究的结果 :5 + 10 亚基规定为 4 分 ;1 亚基、2 亚
基、17 + 18 亚基、7 + 8 亚基、13 + 16 亚基规定为 3 分 ;7 +
9 亚基、2 + 12 亚基、3 + 12 亚基规定为 2 分 ;7 亚基、6 + 8
亚基、4 + 12 亚基和 Null 亚基规定为 1 分。而 14 + 15 亚
基 ,则参照王瑞的评分标准[9 ]评为 3 分。
2 　结果与分析
211 　卫星搭载陕 253 的 SP3 代籽粒 HMW2GS组成变异
由 SDS2PAGE分析的 HMW2GS 电泳图谱 (图 1) 可
看出 ,陕 253 对照的 HMW2GS 组成为 1、14 + 15、5 + 10
亚基 ,在测定的 48 株 SP3 代中有 13 株 HMW2GS 组成
发生了变异 (图 1 箭头所示) ,变异频率为 27108 % ,变
异株的亚基组成为 1、7、5 + 10。在本试验中 ,调控陕
253 SP3 代 HMW2GS 基因变异的是等位基因变异 ,即
Glu21B14 和 Glu21B15 变为 Glu21B7 (1、7、5 + 10) 。
212 　卫星搭载西农 1043 SP3 代籽粒 HMW2GS 组成
变异
由图 2 可以看出 ,西农 1043 对照 HMW2GS 组成为
1、7 + 8、5 + 10 ,变异株的 HMW2GS 组成为 Null、7 + 8、5
+ 10。在测定的 51 株卫星搭载的 SP3 代中有 14 株
HMW2GS 组成发生了变异 (图 2 中箭头所示) ,变异频
率为 27145 %。由测定结果看出 ,卫星搭载可以引起
较高频率的 HMW2GS 变异 , 调控西农 1043 SP3 代
HMW2GS 基因变异的是 Glu21A 位点缺失 (Null、7 + 8、5
+ 10) 。
213 　卫星搭载陕 253 和西农 1043 SP3 代变异株 HMW2
GS 品质评分
对陕 253 和西农 1043 SP3 代发生变异的 HMW2GS
组成与其对照的 HMW2GS 组成进行品质评分并进行比
较 (表 1) 可以看出 ,陕 253 和西农 1043 均为优质小麦 ,
Glu21D 位点均是 5 + 10 亚基 ,品质评分都为 10 分。陕
253 的 Glu21B 位点是 14 + 15 优质亚基 ,但卫星搭载陕
253 SP3 代中有 13 株 Glu21B 位点变成了非优质亚基 7 ,
491 核　农　学　报 23 卷
品质评分为 7 分。在卫星搭载西农 1043 的 SP3 代中有
14 株的 Glu21A 位点出现了缺失 ,品质得分为 6 分。由
品质评分结果可以看出 ,卫星搭载处理后两个小麦品种
的品质评分均有所下降 ,但其 Glu21D 位点均是 5 + 10 优
质亚基 ,陕 253 SP3 代变异株仍为优质小麦 ,其品质评分
高于我国小麦品种 617 的平均得分[10 ,11] 。
图 1 　卫星搭载陕 253 的 SP3 代 HMW2GS的电泳图
Fig. 1 　SDA2PAGE of HMW2GS diagrams of SP3 generation of Shaan 253 treated with spaceflight
图 A、B、C中 CK:陕 253 对照 ;1～16 :陕 253 SP3 代 ,共 48 株 ;17 :中国春
CKof A、B、C: Shaan 253 control ;1～16 :Shaan 253 SP3 generation ;17 :Chinese spring
图 2 　卫星搭载处理西农 1043 SP3 代 HMW2GS电泳图谱
Fig. 2 　SDS2PAGE of HMW2GS diagrams of SP3 generation of Xinong 1043 treated with spaceflight
图 A、B、C中 CK:西农 1043 对照 ; 1～17 :西农 1043 SP3 代 ,共 51 株 ;18 :中国春
CKof A、B、C:Xinong 1043 control ; 1～17 :Xinong 1043 SP3 generation ;18 :Chinese spring
表 1 　陕 253 和西农 1043 SP3 代突变株 HMW2GS的品质评分
Table 1 　HMW2GS composition and quality scores of the
mutants in SP3 of Shaan253 and Xinong1043
材料
material
Glu21
A1 B1 D1
品质评分
quality scores
陕 253 对照
Shaan 253 control 1 14 + 15 5 + 10 10
陕 253 SP3 代
Shaan 253 SP3 generation
1 7 5 + 10 7
西农 1043 对照
Xinong 1043 control
1 7 + 8 5 + 10 10
西农 1043 SP3 代
Xinong 1043 SP3 generation
N 7 + 8 5 + 10 6
3 　讨论
不同小麦品种的 HMW2GS 组成是由遗传因素决
定的 ,不受环境因素的影响[12 ] 。从陕 253 和西农 1043
SP3 代籽粒的高分子量麦谷蛋白亚基 ( HMW2GS) 组成
变异中可以看出 ,通过卫星搭载可产生较高频率的
HMW2GS 基因变异 ,本试验中调控 HMW2GS 基因的变
异有两种 :一是等位基因变异 ( Glu21B14、Glu21B15 变
为 Glu21B7) ,二是 Glu21A 位点缺失 (N、7 + 8、5 + 10) 。
591　2 期 卫星搭载小麦 SP3 代高分子麦谷蛋白亚基的 SDS2PAGE分析
这与张宏纪等[13 ] 在春小麦航天诱变入选后代突变的
研究结果相类似。本研究中陕 253 SP3 代 HMW2GS 组
成变异均发生在 Glu21B 位点 ,西农 1043 SP3 代 HMW2
GS组成变异均发生在 Glu21A 位点。可能是不同基因
型材料对空间环境、如电离辐射、微重力、高真空等因
素具有不同的敏感性所致。同时也表明航天诱变可使
麦谷蛋白产生丰富的遗传变异 ,这对小麦的品质遗传
改良具有积极意义。
HMW2GS 组成与小麦品质密切相关 ,品质变异的
30 %～79 %归因于其等位基因变异。通常每个小麦品
种包含 3～5 个 HMW2GS , Payne 等[9 ] 将各亚基 (对) 对
面包小麦烘烤品质贡献大小进行了系统研究。国内学
者研究认为[12 ,14 ] ,14 + 15 亚基也属于优质亚基。王
瑞[11 ]等在小麦杂交后代中将该亚基对对品质性状的
贡献大小与 Payne 等评价过的上述亚基 (对) 对品质性
状的贡献大小进行了比较研究 ,认为该对亚基品质评
分应为 3 分。按照此评分标准 ,本研究供试材料陕 253
和西农 1043 均是优质小麦 ,陕 253 Glu21B 位点是 14 +
15 优质亚基 , Glu21D 位点是 5 + 10 优质亚基 ;西农
1043 Glu2D1 位点是 5 + 10 优质亚基 ,品质评分都为 10
分。而在陕 253 SP3 代中有 13 株 Glu2B1 位点 14 + 15
优质亚基变成了非优质亚基 7 ,品质评分为 7 分 ,但仍
属优质小麦。在西农 1043 SP3 代中有 14 株的 HMW2
GS 变异属于 Glu21A 位点缺失 ,品质评分降为 6 分。可
见 ,卫星搭载为小麦品质改良提供了可选择的空间。
本研究中两种材料的 SP3 代中优质亚基变成了非优质
亚基的等位变异和在 Glu21A 位点的缺失突变以及突
变株小麦品质评分的变化 ,可能与试验材料的基因型、
数量以及航天诱变存在的随机性有关。由于空间环境
的复杂性 ,以及本研究只局限于两个品种。对卫星搭
载不同基因型小麦 HMW2GS 所产生的不同染色体位
点变异机理还有待进一步探讨。
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