全 文 ：植物生理学通讯 第 40 卷 第 1期，2004 年 2 月 51
水稻强弱势籽粒核酸和蛋白质含量的差异
黄升谋* 邹应斌
湖南农业大学水稻科学研究所，长沙 410128
提要 水稻抽穗当天，强势粒（上部一次枝梗籽粒）子房中总 RNA、mRNA 含量都高于弱势粒（下部二次枝梗籽粒），
蛋白质含量却低于弱势粒。抽穗后第 5 天，强势粒子房中总 RNA 含量仍然高于弱势粒，mRNA 含量两者差异不大，蛋
白质含量依然低于弱势粒。抽穗后 0~5 d，强势粒子房中总 RNA、mRNA 含量变化不大，蛋白质含量下降显著；弱势粒
子房中总 RNA 含量上升显著，mRNA 含量、蛋白质含量变化不大。抽穗当天和抽穗后第 5 天，强势粒子房中有一些小
分子 rRNA 带出现；弱势粒则相反，小分子 rRNA 基本上看不见。
关键词 强势粒； 弱势粒； 总 RNA； mRNA； 蛋白质
Difference of Nucleic Acid and Protein Contents in Superior Grains and Infe-
rior Grains of Rice
HUANG Sheng-Mou*, ZOU Ying-Bin
Rice Research Institute, Hunan Agricultural University, Changsha 410128
Abstract In the heading day of rice, the contents of the total RNA, mRNA in the superior grains (upper
primary branches grains) ovaries were higher than that in the inferior grains (lower secondary branches grains)
ovaries, whereas, protein content lower than that of it. In the fifth day after heading, the contents of the total
RNA in the superior grains ovaries were still higher than that in the inferior grains ovaries, the difference of the
mRNA contents was not significant, protein contents lower than that of it. From the first day to the fifth day after
heading, the contents of the total RNA, mRNA in the superior grains ovaries varied little, protein content
declined significantly, the contents of the total RNA in the inferior grains ovaries increased, mRNA and protein
contents varied little. There were small molecule rRNA in the superior grains ovaries in the heading day and the
fifth day after heading, but could hardly be seen in the inferior grains ovaries.
Key words superior grains; inferior grains; total RNA; mRNA; protein
收稿 2003-01-03 修定　2003-11-13
资助 国家“九五”重点攻关项目（99 - 0 2 2）、湖南省自然
科学基金（01JJY2035）和湖北省教育厅中青年科学基
金(2002)项目。
* 现在湖北孝感学院工作（湖北孝感 432100），E-mail:
huangsmou@yahoo.com.cn。
水稻强弱势粒的结实率和充实度差异很
大，有的达 25% 左右[1]。由于弱势粒结实率和
充实度较低，限制了水稻高产潜力的发挥。因
此，不少学者从植物激素及与籽粒灌浆有关的
酶等方面对强弱势粒进行了一些生理生化特性的
研究[2~11]，揭示了强弱势粒的结实率和充实度差
异的一些生理原因。然而,关于强弱势粒核酸和
蛋白质代谢差异的研究尚未见报道。一般认为生
理差异主要是由于基因的差异和基因表达的量和
质差异即核酸和蛋白质含量和种类差异造成的。
据此，本文通过剥取水稻子房，测定其中总
R N A、m R N A 和蛋白质含量，并采用甲醛 - 琼
脂糖凝胶电泳技术，检测强弱势粒中核酸的组成
差异，以揭示水稻强弱势粒结实率和充实度差异
的原因。
材料与方法
实验材料为水稻(Oriza sativa)品种两优培九
（培矮 64s/9311）。于单穗抽穗当天、第 5 天各
取整齐一致的 200 穗，分别剥取强势粒（上部 3
个一次枝梗上抽穗当天开花的籽粒）和弱势粒
（下部 3 个二次枝梗上除去顶粒后的籽粒）的子
房，立即投入液氮中，置于 - 7 0℃冰箱保存。
植物生理学通讯 第 40 卷 第 1期，2004 年 2 月52
总RNA的提取按Qiagen公司的RNeasy Plant
Mini kit的说明书进行。先取100 mg样品放入液
氮中研磨并匀浆，后加入450 μ L的胍基硫氢酸
缓冲液，并涡旋振荡，使核酸酶变性失活，以
得到完整的核酸。把样品液移入 QIAshredder旋
转柱中，在20℃下以 18 000× g离心 2 min，上
清液中加入225 μ L的乙醇，提供硅胶膜束缚核
酸的条件，把样品加入到含有硅胶膜的 RNeasy
mini 旋转柱中，总 RNA 吸附到硅胶膜上，用缓
冲液洗脱去各种污染物。最后用无核糖核酸酶的
水把总 RNA 从 RNeasy mini 旋转柱中洗脱下来。
用DU-640核酸蛋白分析仪测定其含量和纯度，以
甲醛 - 琼脂糖凝胶电泳法对其进行电泳，BI O -
RAD Gel Doc 1000 凝胶成像系统照相。
mRNA的分离和纯化按Qiagen公司 oligtexTM
Kit 说明书进行。在 250 μ L 的总 RNA 样品中加
入250 μL的OBB缓冲液和15 μL的oligotex悬
浮液并混合均匀，在70℃水浴中温育3 min，室
温下放10 min，使mRNA的 Poly-A与 oligotex粒
子杂交，然后在20℃下以18 000×g离心2 min，
以沉淀oligotex-mRNA复合物。用400 μL的OW2
缓冲溶液重新悬浮oligotex-mRNA并转移到一个小
旋转柱中,在20℃下以18 000×g离心1 min，重
复此步骤1次。最后加OEB缓冲液于小旋转柱中,
在 20℃下以 18 000 × g离心 1 min，把 mRNA 从
oligotex-mRNA中洗脱下来。用DU-640核酸蛋白
分析仪测定其含量和纯度。
提取蛋白质时，准确称取0.5 g样品,放入研
钵中，加入2 mL 0.1 mol.L-1 NaOH, 研磨成匀浆，
转入到10 mL的离心管中，再用6 mL 0.1mol.L-1
NaOH 分 3 次洗涤研钵，洗液一并转入到 10 mL
的离心管中，用玻棒搅拌，放置 30 min，此期
间间断搅拌数次，以4 500 × g离心 15 min，上
清液转入到50 mL 容量瓶中，用蒸馏水定容至刻
度，摇匀，得可溶性蛋白。沉淀用 7 0 % 的乙醇
浸泡 30 min，重复上述步骤，得醇溶蛋白。
测定蛋白质含量时，吸取0.1 mL提取液,放入
10 mL具塞刻度玻璃试管中，加5 mL考马斯亮蓝
G-250 试剂，混匀，放置 2 min，置于 10 mm 光
径的比色杯中，于595 nm 波长处用DU-640 核酸
蛋白分析仪测定 OD 值，根据标准曲线计算出蛋
白质的含量。
实验结果
1 强弱势籽粒总 RNA、mRNA 和蛋白质含量的
变化
从表 1 可知，提取的总 R N A 、m R N A 纯度
都达 1.9 以上，达到了两者的纯度要求。水稻抽
穗当天，强势粒中总 R N A 、m R N A 含量都高于
弱势粒，蛋白质含量却低于弱势粒。抽穗后第 5
天，强势粒中总 R N A 含量仍然高于弱势粒，
mRNA 含量两者差异不大，蛋白质含量依然低于
弱势粒。抽穗后 0~5 d，强势粒总 RNA、mRNA
含量变化不大，蛋白质含量下降显著，弱势粒总
R N A 含量上升显著，m R N A 含量、蛋白质含量
变化不大。不论是强势粒还是弱势粒，从抽穗到
抽穗后 5 d，其总 RNA、mRNA 和蛋白质单粒含
量都有显著的增加，但其含量却并非总是同步增
加。可见强弱势粒抽穗后基因表达活性增强或启
动了新的基因表达，同时也说明基因表达除受转
录调节外，可能还受 R N A 加工、运输，m R N A
寿命、翻译效率等转录后调节控制。
2 总RNA的种类差异
植物总 RN A 包括 rR N A、t R N A、m R N A 和
表1 强弱势粒子房中总RNA、mRNA 和蛋白质含量
Table 1 The contents of total RNA, mRNA and protein of the superior and inferior grains
总RNA mRNA

籽粒 抽穗后时间/d
纯度 含量/μg.（100 mg）-1 纯度 含量/μg.（100 mg）-1
蛋白质含量/%
强势粒 0 1.98 48.9 1.90 0.43 3.8
5 1.96 45.6 1.92 0.40 3.1
弱势粒 0 2.01 28.5 1.91 0.35 4.7
5 1.98 36.6 1.96 0.38 4.2
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核内小分子 R N A。t R N A、m R N A 和核内小分子
RNA 分子较小，含量较低，而 rRN A 分子较大，
含量较高，其含量和种类反映了细胞蛋白质合成
的状况。两优培九强弱势粒子房总 RNA 甲醛 - 琼
脂糖凝胶电泳如图 1 所示：
由图 1 可知，总 RNA 降解较少，抽穗当天，
强势粒子房中18S rRNA带较弱势粒浓，且18S带
上方有一些小分子 r R N A 带出现；弱势粒则相
反，18S rRNA 带较淡，小分子 rRNA 基本上看
不见。抽穗后第 5 天，强势粒子房中总 R N A 与
抽穗当天相似，弱势粒子房中 25S rRNA 和 18S
r R N A 带较浓，但小分子 rRNA 仍看不见。可见
强势粒基因表达过程中小分子rRNA含量先于弱势
粒增加，有利于核糖体的组装，从而有利于蛋白
质的合成。
讨 论
从本文结果可知：（1）水稻强弱势粒基因
表达即核酸和蛋白质的代谢存在着差异，抽穗当
天，强势粒子房中总 R N A 、m R N A 含量都高于
弱势粒，并且有小分子 rRNA 出现，而弱势粒没
有。这说明抽穗后，强势粒与籽粒灌浆有关的基
因优先大量转录，翻译出与籽粒灌浆有关的蛋白
质，所以强势粒灌浆较早，结实率和充实度较
高；而弱势粒则相反，抽穗后，由于没有立即启
动与籽粒灌浆有关的基因转录，不能产生相应的
功能蛋白质，所以弱势粒灌浆较晚，结实率和充
实度较低。我们认为，强势粒之所以能优先启动
与灌浆有关的基因表达，可能与其开花受精较早
有关。强势粒抽穗当天即开花受精，受精启动了
新的基因转录；而弱势粒开花受精晚 7 d 左右，
所以其启动与灌浆作用有关的基因表达较迟。这
种基因表达的时序差异所导致的籽粒灌浆期营养
差异可能是强弱势粒结实率和充实度差异的原因
之一。（2）抽穗当天，强势粒总 R N A 、m R N A
含量都高于弱势粒，蛋白质含量低于弱势粒；强
弱势粒开花后第 0~5 天 ，总 RNA、mR N A 含量
变化不大，蛋白质含量下降显著。这可能是由于
开花受精（强势粒抽穗当天即开花受精，而弱势
粒开花受精作用要晚 7 d 左右）后，籽粒开始灌
浆，碳水化合物大量进入，籽粒总 RNA、mR NA
和蛋白质含量相对下降，但以单粒计算的含量则
增 加 。
参考文献
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图1 强弱势粒子房中总RNA的
甲醛-琼脂糖凝胶电泳
Fig.1 The formaldehyde-agarose gel electrophoresis of the
total RNA in the superior and inferior grains ovaries
第 1、2 分别为抽穗当天弱强势粒子房中总 RNA; 第 3、4
分别为抽穗后第 5 天强弱势粒子房中总 RNA。