全 文 ：文章编号 :100028551 (2005) 052336204
转基因抗虫水稻矮秆突变体的品质性状分析
崔海瑞1 　卢美贞1 　沈希宏1 ,2 　吴殿星1 　张明龙1 　沈圣泉1 　舒庆尧1
(11 浙江大学原子核农业科学研究所 ,浙江 杭州　310029 ; 21 中国水稻研究所 ,浙江 杭州　310006)
摘　要 :对转 cry1Ab 基因抗虫水稻矮秆突变体的品质性状与原亲本秀水 11 进行了对比分析 ,
发现在最高粘度、热浆粘度和冷胶粘度等 RVA 谱特征值上两者有显著差异 ,而在外观品质、碾
磨品质、表观直链淀粉含量、胶稠度和淀粉粘滞特性的崩解值、消减值等淀粉食用品质方面基
本相同 ,在蛋白、脂肪、灰分、矿物质和氨基酸等关键营养成分上也不存在显著差异 ,在蒸煮后
的矮杆突变体米粒中也未检测到 Cry1Ab 杀虫蛋白。
关键词 :转基因水稻 ;矮秆突变体 ;品质性状
ANALYSIS OF QUALITY CHARACTER OF THE DWARF MUTANT DERIVED
FROM TRANSGENIC RICE RESISTANT TO INSECT PESTS
CUI Hai2rui1 　LU Mei2zhen1 　SHEN Xi2hong1 ,2 　WU Dian2xing1
ZHANG Ming2long1 　SHEN Sheng2quan1 　SHU Qing2yao1
(11 Institute of Nuclear Agricultural Sciences , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang ,310029 ;
21 China National Rice Research Institute , Hangzhou , Zhejiang ,310006)
Abstract :Quality characters in the gain of dwarf mutant derived from transgenic rice with cry1Ab gene conferring
resistance to insect pests were analyzed and compared with its original parent , Xiushui11. It was found that peak
viscosity , hot paste viscosity and cool paste viscosity of RVA profile between the dwarf mutant and its parent were
significantly different at 1 % level , but apparent amylose content , gel consistence existed and breakdown viscosity of
RVA profile were similar , and no significant differences existed in contents of crude protein , crude fat , total ash ,
amino acids and mineral compositions. Furthermore , no Cry1Ab insecticidal protein was detected in cooked grain of
the mutant .
Key words :transgenic rice ;dwarf mutant ;quality character
收稿日期 :2004211223
基金项目 :国家科技部转基因植物专项 (J20002B2009) 、美国洛克菲勒基金项目 (RF990401 # 374FS020)
作者简介 :崔海瑞 (1963 - ) ,男 ,研究员 ,从事诱变遗传与植物分子改良研究。Email : hrcui @zju. edu. cn
转基因技术已成为作物品种改良的一个重要手段。自 20 世纪 80 年代末以来 ,水稻转基因的研究
取得了较大进展[1 ] ,已在 60 多个水稻新品种 (系) 中导入了抗除草剂、抗虫和抗病等基因[2 ] 。我们利用
农杆菌介导法将苏云金杆菌的杀虫晶体蛋白质基因 cry1Ab 导入水稻 ,培育出抗多种鳞翅目水稻害虫的
转基因水稻[3 ] 。除导入目的基因控制的性状外 ,选育的转基因抗虫水稻的其它性状也发生了不同程度
的变化[4 ] ,这种现象在转基因植物中发生较普遍[5 ,6 ] 。在转 cry1Ab 基因抗虫水稻后代中 ,出现了多种不
同类型的矮化变异[7 ] ,通过选择获得了一个抗虫的矮杆突变体。本文对转 cry1Ab 基因水稻矮秆突变体
与原亲本稻米的理化特性和关键性营养成分进行了比较 ,明确突变体的品质特性 ,以便更合理地利用抗
虫矮杆的突变资源。
633 核 农 学 报　2005 ,19 (5) :336～339
Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
1 　材料和方法
111 　材料
所用材料为抗虫矮秆突变体和原对照粳稻品种秀水 11。其中 ,抗虫矮秆突变体是在培育“克螟稻”
的过程中选择到的。“克螟稻”是通过农杆菌介导法将抗虫基因 cry1Ab 转入秀水 11 ,经遗传鉴定和多代
的选择而培养出的品种[3 ] 。在选育过程中 ,转 cry1Ab 基因的秀水 11 在 T1 和 T2 代出现了包括矮秆等多
种性状的变异[4 ,7 ] ,选择其中的矮杆变异株连续套带自交 ,获得了稳定的矮杆突变体。该突变体携带抗
虫基因 cry1Ab ,株高显著低于秀水 11 ,其它性状也发生了不同程度的变化 (结果将另文报道) 。
112 　方法
11211 　表观直链淀粉含量( AAC)测定和胶稠度分析 　经 Stake 糙米机和精米机脱壳并加工成精米 ,用
旋风式磨粉机 (Cycloning Sample Mill , USDA) 磨成粉末 ,过 100 目筛 ,按中华人民共和国农业部标准
NY147288 测定 AAC ,并进行胶稠度分析。
11212 　淀粉粘滞特性分析　RVA 谱的测定采用澳大利亚 Newport Scientific 仪器公司生产的 32D 型粘度
速测仪 (Rapid Visco Analyzer ,RVA) ,TCW( Thermal Cycle for Windows) 配套软件分析。测定按美国谷物化
学协会 (American Association of Cereal Chemistry , AACC)操作规程 (AACC , 1998 for RVA) ,具体方法为取含
水量为 1410 %的稻米粉 3100g ,加蒸馏水 2510ml 后模拟稻米蒸煮过程 :50 ℃下保持 1min ,恒速 (318min)
升至 95 ℃保持 215min ,再以恒速 (318min) 下降到 50 ℃保持 1215min。搅拌器起始 10s 内转速度为 960
rpmΠmin ,之后保持在 160 rpmΠmin。
淀粉粘滞性值以 RVU(Rapid Visco Units)为单位。RVA 谱特征值以最高粘度、热浆粘度、冷胶粘度、
崩解值 (最高粘度 - 热浆粘度)和消减值 (冷胶粘度 - 最高粘度)等指标表示。
11213 　粗蛋白和粗脂肪测定　按中华人民共和国国家标准 GB2905282 进行粗蛋白分析 ;中华人民共和
国国家标准 GB2906282 测定粗脂肪。测定时均 3 次重复。
11214 　Cry1Ab 毒素蛋白的测定　将脱壳后的米粒和煮熟后的米粒分别研磨成细粉 ,按 3～5ulΠmg 加入
提取液 (Na2 CO3 50 mmolΠL , DTT 10 mmolΠL)混匀 ,4 ℃浸提 3 h 后离心 ,取上清液 ,采用 Western 点杂交测
定 Cry1Ab 毒素蛋白量[9 ] ,以 Cry1Ab 毒素蛋白占总可溶性蛋白的百分数来表示。
11215 　矿物质和总灰分含量测定　按中华人民共和国国家标准 GBΠT14609293 原子吸收分光光度法测
定矿物质含量 ;按中国人民共和国国家标准 GB4800284 分析总灰分含量。测定时 3 次重复。
11216 　氨基酸含量测定 - OPA 柱前衍生法 　参照夏玉宇的方法进行[8 ] 。测定前处理时除去样品中的
脂肪、核酸和无机盐等杂质。酸解处理使蛋白质完全变成游离氨基酸后上柱分析 ,氨基酸分离柱采用键
合型离子交换柱 4mm ×150mm ,炉温 80 ℃,用荧光检测器 (邻苯二醛 ,简称 OPA 作荧光剂) 进行快速显色
反应 ,氨基酸自动分析仪 (Analyzer2830)测定 ,3 次重复。
2 　结果分析
211 　外观品质及淀粉品质
籽粒品质性状测定结果显示 ,转基因矮杆突变体的子粒长度比原亲本显著变小 ,粒宽、外观品质和
碾磨品质 , 表观直链淀粉、胶稠度等理化特性与对照相比无明显差异 (表 1) 。但在反映淀粉特性的一些
指标上 ,如最高粘度、热浆粘度和冷胶粘度上两者有显著差异 ,而崩解值和消减值则与对照无显著差异
(图 1 和表 2) 。
212 　蛋白质和脂肪含量
矮杆突变体与对照在粗脂肪和粗蛋白含量上无差别。在矮杆突变体的糙米和精米中检测到
Cry1Ab 蛋白 ,但在蒸煮后的米粒中 ,无论是矮杆突变体还是对照均未检测到 Cry1Ab 蛋白 (表 3) 。
213 　总灰分和矿物质含量
733　5 期 转基因抗虫水稻矮秆突变体的品质性状分析
矮杆突变体中总灰分含量和磷、铁、钙、钠、钾、镁各种矿物质元素含量与秀水 11 基本相同 (表 4) 。
表 1 　矮杆突变体及对照秀水 11 的籽粒品质性状
Table 1 　Grain quality characteristics of the dwarf
mutant and Xiushui 11 (CK)
品质性状
quality characteristics
矮杆突变体
dwarf mutant
秀水 11(CK)
Xiushui 11
粒长 grain length (mm) 514 3 610
粒宽 grain length (mm) 212 213
糙米率 brown rice ( %) 8516 8311
整精米率 head milled rice ( %) 7811 7516
精米率 milled rice ( %) 6912 6712
垩白率 chalkiness( %) 5 5
透明度 (级) translucency(grade) 1 1
表观直链淀粉 apparent amylose ( %) 1712 1618
胶稠度 gel consistency(mm) 81 80
　　注 : 3 表示 5 %水平上差异显著。Note : 3 means significant at 5 % level . 图 1 　矮杆突变体与秀水 11 (对照)的 RVA 谱Fig. 1 　RVA profiles of the dwarf mutantand Xiushui 11 (CK)
表 2 　矮杆突变体和对照秀水 11 的淀粉粘滞特性
Table 2 　Starch viscosity characteristics of the dwarf mutant and Xiushui 11 (CK) (RVU)
试验材料
materials
最高粘度
peak viscosity
热浆粘度
hot paste viscosity value
冷胶粘度
cool paste viscosity value
崩解值
breakdown value
消减值
setback value
矮杆突变体 dwarf mutant 15519 3 3 10019 3 3 19314 3 3 5510 3715
秀水 11 Xiushui 11 (CK) 20015 13912 22613 6113 2518
注 : 3 3 表示 1 %水平上差异显著。Note : 3 means significant at 1 % level
表 3 　矮杆突变体和秀水 11(对照)的蛋白质与脂肪含量
Table 3 　Protein and fat content in the grain of the dwarf mutant and Xiushui 11 (CK)
材料
meterials
粗脂肪
crude fat ( %)
粗蛋白
crude protein ( %)
Cry1Ab 杀虫蛋白 Cry1Ab insecticidal protein ( %)
糙米
brown rice
精米
milled rice
熟米
cooked rice
矮杆突变体 dwarf mutant 1191 813 0116 0120 0100
秀水 11 Xiushui 11 (CK) 1189 812 010 010 010
表 4 　矮杆突变体及秀水 11(对照)中总灰分及各种矿物质的含量
Table 4 　Total ash content and mineral composition of the dwarf mutant and Xiushui 11 (CK)
材料
materials
总灰分
ash content ( %)
矿物质 mineral elements (mgΠ100g ±SD)
P Fe Ca Na K Mg
秀水 11 Xiushui 11 (CK) 3118 ±0104 380 ±6150 1125 ±0105 365 ±5125 2155 ±0109 265 ±6185 101 ±0199
矮杆突变体 dwarf mutant 3108 ±0103 380 ±6136 1120 ±0103 370 ±5130 2150 ±0110 268 ±5195 102 ±1102
214 　氨基酸含量
转基因抗虫水稻矮杆突变体与原亲本秀水 11 相比 ,其氨基酸总量基本相等 ,每种氨基酸得含量差
异也不显著 (表 5) 。
3 　讨论
本文对转 cry1Ab 基因水稻矮秆突变体与原亲本稻米的理化特性和关键性营养成分进行了比较 ,发
现在最高粘度 ,热浆粘度和冷胶粘度等 RVA 谱特征值等有显著差异 ,而在外观品质、碾磨品质、表观直
链淀粉含量、崩解值、胶稠度和淀粉粘滞特性等淀粉食用品质方面基本相同 ,在粗蛋白、粗脂肪、总灰分、
833 核　农　学　报 19 卷
表 5 　矮杆突变体及秀水 11(对照)
中各种氨基酸的含量
Table 5 　Amino acid composition of the dwarf
mutant and Xiushui 11 (CK)
氨基酸
amino acid
含量 content (gΠ100g ±SD)
秀水 11(CK)
Xiushui 11
矮杆突变体
dwarf mutant
天冬氨酸 Asp 1129 ±0102 1138 ±0102
谷氨酸 Glu 2118 ±0103 2127 ±0103
丝氨酸 Ser 0125 ±0102 0126 ±0102
组氨酸 His 0147 ±0102 0145 ±0101
甘氨酸 Gly 0139 ±0102 0141 ±0102
苏氨酸 Thr 0131 ±0102 0133 ±0102
精氨酸 Arg 0171 ±0103 0169 ±0103
丙氨酸 Ala 0151 ±0102 0153 ±0103
酪氨酸 Tyr 0119 ±0101 0117 ±0102
蛋氨酸 Met 0108 ±0101 0108 ±0103
缬氨酸 Val 0149 ±0101 0148 ±0101
苯丙氨酸 Phe 0127 ±0102 0126 ±0101
异亮氨酸 Ile 0150 ±0101 0152 ±0103
亮氨酸Leu 0159 ±0101 0150 ±0103
赖氨酸Lys 0131 ±0101 0136 ±0101
氨基酸和矿物质等关键性营养成分上不存在显著差异。
由此表明 ,在水稻遗传转化操作过程中并未显著改变原
亲本的上述品质性状 ,突变体仍保留原亲本的稻米品质
特征。此外 ,蒸煮后的矮杆突变体米粒中未检测到
Cry1Ab 杀虫蛋白。
转基因植物及其衍生品关键性营养成分与亲本之间
的差异是衡量转基因产品食用安全性的重要指标之一。
目前普遍公认的营养成分的比较研究是依据国际经合组
织的“实质等同性”原则进行的。Shirai 等[10 ] 和 Padgette
等[11 ]对转抗草甘膦基因大豆研究结果表明 ,转基因大豆
与常规大豆之间在主要营养成分上不存在明显差异。
Noteborn 等[12 ]和 Kuiper 等[13 ] 对 Bt 抗虫番茄进行了分析 ,
发现转基因番茄的主要营养成分也无明显变化。日本学
者 Momma 等[14 ]就转大豆球蛋白基因水稻的关键性营养
成分进行了研究 ,结果发现转基因水稻的蛋白质含量要
高于对照 20 %左右 ,所有必需氨基酸含量均超过非转基
因对照 ,而其它关键营养成分与对照非转基因植株之间
无显著差异。蛋白质和氨基酸含量的这种差异显然是导
入大豆球蛋白基因造成的。本研究的结果也说明 ,从关
键性营养成分的角度来看 ,衍生于转 cry1Ab 基因抗虫水
稻的矮秆突变体仍保留原亲本的稻米品质特征 ,是可以安全利用的。
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