全 文 ：第 20 卷　第 2 期　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2000 年　4 月
Vol.20　No.2　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH April , 　2000
经大豆 DNA 溶液处理的水稻后代种子
的粗蛋白和氨基酸含量分析初报
李建粤　周根余　许　燕　胡骏日文
(上海师范大学生物系　200234)
摘　要　以大豆为外源 DNA供体 ,用浸种及幼苗期浇灌法和花粉管通道法直接将
大豆总 DNA 导入受体水稻 ,经常规栽培获得水稻后代种子 。采用微量凯氏定氮法
和氨基酸自动分析仪进行水稻后代种子糙米的粗蛋白含量和氨基酸含量的测定。
结果显示:三组经大豆 DNA 溶液处理获得的水稻后代种子糙米粗蛋白平均含量分
别为 16.42%、 16.80%和 19.87%,与对照组相比有明显提高 ,统计分析都达到极
显著的差异(P<0.01);在氨基酸含量测定中 ,有些材料的总氨基酸(除色氨酸以
外)含量高达 17.20%、16.86%和 16.09%,其中赖氨酸的含量分别为 0.60%、0.
60%和 0.57%, 与对照组相比也有明显提高 ,统计分析差异也都达到极显著水平
(P<0.01)。本试验结果充分说明 ,利用大豆总 DNA 的导入方法有可能达到迅速
有效地提高稻米蛋白质及赖氨酸含量的目的 。
关键词　大豆;水稻;外源 DNA导入;浸种及幼苗期浇灌法;花粉管通道法;糙米粗
蛋白含量;氨基酸含量
THE CONTENT ANALYSESOF CRUDE PROTEIN ,
AMINO ACID IN RICE SEEDS
INDUCED BY EXOGENOUS DNA FROM SOYBEAN
LI Jian-yue　ZHOU Gen-yu　XU Yan　HU Jun-min
(Department Of Biolo gy , Shanghai Normal University , Shanghai 200234)
Abstract　DNA was ext racted and purified f rom soybean seeds.The exogenous DNA
from soybean w as int roduced into rice seeds by soaking seeds , moreover i rrigating
seedling s , and through the pollen-tube pathw ay af ter self-pollination.The contents
of crude protein and amino acid in the offspring′s seeds were analyzed.The results in-
dicated:(1).The average contents of crude pro tein in three groups of the of fspring′s
seeds induced by exogenous DNA from soybean w ere 16.42%、16.80% and 19.87%
上海市高等学校科技发展基金资助项目(CL94002)收稿日期:1999-7-29
(Table 1), increasing distinct ly over thei r cont rasts.(2).All of the contents of amino
acid(except try)in some offspring′s seeds induced by exogenous DNA from soybean
were 17.20%、16.86% and 16.09%(Table 2), greatly increasing over the contrasts.
The lysine contents in the three of fspring′s seeds w ere respectively 0.60%、0.60%and
0.57%(Table 2).
Key words　Rice;Soybean;Exogenous DNA;crude protein content;amino acid con-
tent
蛋白质是生命的基础 ,它对人体有着极其重要的作用。人体摄入蛋白质不足 ,必将影响
机体健康 。人体对于蛋白质的摄取主要以直接或间接的方式从植物种子中获得 。中国是水
稻种植和消费大国 ,对于这样一个以稻米为主食的国家来说 ,许多地区 ,尤其是贫困地区的
人们从植物种子中摄取的蛋白质有较大部分将来自于稻米 。
近年来 ,水稻育种学家们对水稻育种提出了新的要求。提高稻米的蛋白质含量 ,培育高
蛋白水稻新品种不仅在我国 ,而且在国际上都已受到了极大的重视。国际水稻研究所也已
将水稻营养品种育种列为优先开发的课题。
根据研究 ,人体在合成自身的蛋白质时 ,将会从种子蛋白质中按比例地吸收自身不能合
成的多种必需氨基酸 。假如蛋白质含量或必需氨基酸不平衡就会造成人体营养不良和对蛋
白质利用的浪费[ 1] 。
众所周知 ,一般稻米不仅蛋白质含量较低 ,而且八种必需氨基酸中的赖氨酸含量也较
低[ 2 ,3] ,这是影响稻米营养品质的两大因素 。然而 ,稻米营养品质的两大不足 ,正好是大豆
种子的优良之处 。能否将大豆的这些性状转移到水稻种子中去 ,从而提高稻米的营养品质 ,
是一项十分令人感兴趣的研究 。本文以大豆为供体 ,采用浸种及幼苗期浇灌法和花粉管通
道法将大豆总 DNA直接导入受体水稻 ,然后测定水稻后代糙米的粗蛋白含量 、氨基酸含
量。本工作的开展可为利用大豆改良水稻种子的营养品质提供参考资料。
1　材料与方法
1.1　供试材料
外源 DNA 供体为南京农业大学大豆研究所提供的南农 87-C38 大青豆(Glycine
max),受体为上海农科院作物所提供的越光粳稻(Oryza sat iva subsp.japonica)。
1.2　总 DNA 制备
大青豆干种子经蒸馏水浸泡 24小时后 ,剥取胚根和胚芽 。采用 Bendich等人的方法为
基础的快速提取植物组织 DNA 的方法制备供体 DNA[ 4 , 5] 。提纯后的 DNA经紫外光谱测
定 A260/230=2.31 , A260/280=2.03 ,符合作为外源 DNA 的导入要求[ 6] 。
1.3　外源 DNA导入
外源 DNA导入分别采用浸种及幼苗期浇灌法和花粉管通道法[ 7] 。由 DNA 溶液浸泡
后的种子以及由 DNA 溶液浇灌后培育而成的植株简称浸 D1 ,由浸 D1结的种子为浸 D2。
由连续两年 DNA溶液浸种及幼苗浇灌后培育而成的水稻植株简称浸 2D1 ,由浸 2D1结的
种子为浸 2D2。将大豆DNA经花粉管通道法处理后收得的种子简称花 D1 ,由花 D1结的种
子简称花 D2。不同的导入方法都同时用 0.1×SSC 溶液为对照做相同处理。
190 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　20 卷
1.4　稻谷处理
取稻谷数粒 ,剥去颖壳后 ,于研钵内研磨成粉 。
1.5　粗蛋白含量测定采用微量凯氏定氮法[ 8] 。
1.6　氨基酸含量测定
糙米的氨基酸含量由中国科学院上海生物化学研究所采用 HITACHI(日立)835-50
型氨基酸自动分析仪进行测定 。
1.7　数据分析[ 9]
粗蛋白含量 、氨基酸含量数据均采用显著性测验进行统计分析。
2　结　果
2.1　.经大豆 DNA溶液处理的水稻后代种子的粗蛋白含量测定
以 0.1×SSC 溶液处理获得的水稻后代种子为对照 ,分析了从 81株浸 D1植株上收获
的浸 D2种子 ,从 112株浸 2D1植株上收获的浸 2D2种子和 13株花 D1植株上收获的花 D2
种子的粗蛋白含量。在分析过程中发现 ,三组经大豆 DNA处理获得的水稻种子糙米的粗
蛋白含量均表现出较宽的变异范围 , 而且粗蛋白平均含量都比对照组(平均含量为 12.
91%)有明显提高 ,分别为 16.42%、16.80%和 19.87%(见表 1)。根据统计分析结果显示 ,
每一组处理材料的糙米粗蛋白含量都与对照组有极显著的差异(P<0.01)。比较三组经大
豆DNA处理获得的材料 ,由浸种及幼苗期浇灌得到的浸 D2和浸 2D2种子糙米的粗蛋白平
均含量和变异范围都比较接近 ,而由花粉管通道法得到的花 D2种子糙米的粗蛋白平均含
量高达 19.87%,变异范围偏向高含量一方 ,与浸种及幼苗期浇灌法得到的浸 D2和浸 2D2
种子糙米的粗蛋白含量相比 ,差异也都达到极显著水平(P<0.01)。
2.2　经大豆 DNA 溶液处理的水稻后代种子的氨基酸含量测定
根据粗蛋白含量测定结果 ,从经过大豆 DNA 溶液处理的水稻后代中选出十二个粗蛋
白含量相对较高的材料进行氨基酸含量测定 ,同时从对照组中也挑选两个材料一同进行氨
基酸含量的测定 。由于色氨酸在盐酸水解时遭破坏 ,所以在本次试验中测得的氨基酸总量
是不包括色氨酸在内的其它氨基酸的总含量 。测试结果显示 ,对照材料的氨基酸总含量分
别为 9.18%和 9.69%,十二个经大豆 DNA 溶液处理的水稻后代种子的氨基酸总含量分别
为14.34%、 16.09%、15.11%、11.67%、14.98%、11.88%、 14.88%、13.16%、13.15%、
16.86%、15.49%和 17.20%(见表 2)。两组不同处理材料的氨基酸总含量经统计分析差异
为极显著(P<0.01)。在氨基酸总含量分析中 ,我们发现其中有六个经大豆 DNA 溶液处理
的水稻后代种子的赖氨酸含量超过 0.5%(见表 2),为 0.57%、0.53%、0.54%、0.60%、0.
56%和 0.60%。统计分析了这两组不同处理的水稻后代种子的赖氨酸含量 ,差异也是极显
著的(P<0.01)。
3　分析与讨论
目前在利用 DNA直接导入法改良水稻品种方面的研究已取得较大的成功[ 10～ 18] 。如
谢道昕等人利用这一技术 ,成功地将对鳞翅目昆虫具有毒杀作用的 Bt基因导入水稻;又比
如潘重光等人也曾应用此技术将小牛胸腺 DNA 导入水稻 ,从而提高了水稻的抗病性 。所有
这些成功的研究充分表明 ,利用 DNA直接导入法来改良水稻等作物品种 ,是一项可行的技
1912 期　　李建粤等:经大豆 DNA溶液处理的水稻后代种子的粗蛋白和氨基酸含量分析初报
术。
虽然在利用此项技术改良水稻品种方面已有如此多的成功报道 ,但是在采用蛋白质及
赖氨酸含量都非常高的 、而亲缘关系又较远的大豆来改良水稻的营养品质方面的研究目前
还从未见报道。
表 1　对照和大豆 DNA溶液处理的水稻后代种子糙米粗蛋白含量/mg/100mg
Tab.1　The crude protein contents in the offspring′s seeds induced by exogenous DNA
from soybean and the contrast′s seeds/mg/100mg
对照
Cont rasts
一次 DNA 浸种及幼苗浇灌(浸 D2)
Treat ing w ith DNA once by soaking
seeds and irrigat ing seedlings
两次 DNA 浸种及幼苗浇灌(浸 2D2)
T reating wi th DNA tow times by soaking
seeds and i rrigat ing seedlings
花粉管
途径导入
DNA
(花 D2)
Inducing
DNA
through
pollen-tube
pathw ay
13.25 13.32
13.57 12.81
13.04 13.85
13.90 11.69
12.76 12.29
13.23 12.89
13.62 14.10
10.31 12.29
12.06 12.33
13.46 13.60
12.69　　　
13.78 12.45 14.52 15.42 17.95 19.91
14.46 12.49 12.48 18.87 17.07 15.82
14.70 13.36 15.25 15.82 16.23 14.91
14.67 20.28 18.42 15.22 17.08 20.59
13.21 12.75 17.63 13.69 16.34 16.28
14.26 18.25 13.67 19.90 17.46 17.41
16.40 13.88 12.13 14.66 16.47 19.30
16.05 17.12 13.57 19.10 13.66 18.16
18.22 16.36 14.88 12.46 15.30 20.56
16.87 15.75 16.60 17.49 18.17 16.15
18.10 17.41 18.23 18.09 19.90 12.90
18.64 17.88 15.93 19.16 20.47 16.90
15.62 17.47 16.01 16.12 14.65 18.47
17.39 18.30 20.23　　　　　　　　　
16.23 14.69 18.72 15.64 15.60 19.28 13.45 16.58
20.10 19.45 15.35 14.77 13.72 15.77 20.44 16.98
16.57 16.75 17.72 17.45 14.90 17.19 19.22 17.62
17.59 16.60 15.13 16.11 15.16 17.13 15.98 20.06
18.71 17.18 15.75 15.99 15.88 17.92 14.75 17.23
18.85 15.54 14.33 16.85 16.09 18.71 16.20 15.75
19.85 15.53 16.28 20.45 13.32 18.12 14.51 15.79
17.13 13.76 13.21 14.14 14.04 14.93 15.40 20.29
13.21 13.91 18.83 19.89 18.42 19.67 14.20 19.05
18.35 15.38 16.96 16.53 14.78 13.46 13.17 18.76
14.48 13.63 15.53 14.05 14.63 14.15 14.08 19.64
19.57 20.96 18.16 19.31 17.41 17.37 13.14 17.52
17.85 20.13 20.30 15.74 16.69 16.16 20.49 18.58
17.89 18.66 18.25 17.62 15.84 19.95 21.83 16.63
16.38
15.40
16.91
22.37
19.54
23.63
22.06
16.40
19.76
25.73
23.67
15.87
20.54
平均含量
为 12.91%
变异范围:
(10.31-14.10)%
The average
content was
12.91%
The range of
contentsw as
10.31%-14.10%
平均含量为 16.42%
变异范围:(12.13-20.59)%
The average content was 16.42%
The range of contents was(12.13-20.59)%
平均含量为 16.80%
变异范围:(13.17-21.83)%
The average content w as 16.80%
The range of contents was(13.17-21.83)%
平均含
量为 19.87%
变异范围:
(15.40-25.73)%
The average
content w as
19.87%
The range of
contents w as
(15.40-25.73)%
192 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　20 卷
表 2　两组不同处理水稻后代种子的氨基酸总含量(除色氨酸外)和赖氨酸含量/mg/
100mg
Tab.2　All of amino acid contents(except Try)and the lysine contents in some off-
spring′s seeds induced by exogenous DNA from soybean and the contract′s seeds
(mg/100mg)
不同处理
T reating w ith different solutions
对照
Contrasts
DNA 溶液
DNA solution
氨基酸总含量(除色氨酸外)
all of amino acid contents
(except T ry)
9.18
9.69
14.34　16.09　15.11　11.67　14.98　11.88
14.88　13.16　13.15　16.86　15.49　17.20
对应赖氨酸含量
lysine contents
0.35
0.37
0.50 　 0.57 　 0.53 　 0.41 　 0.54 　 0.41
0.49 　 0.47 　0.46 　 0.60　 0.56 　 0.60
在改良水稻营养品质中 ,最重要的是能够迅速有效地提高稻米的蛋白质及赖氨酸含量。
过去人们主要采用辐射育种以及传统的杂交育种等手段 ,然而这两种育种方式很难在短时
期内实现这一愿望。近年来 ,随着现代生物技术研究的不断深入 ,也有人采用细胞培养技术
进行水稻高赖氨酸细胞突变体的筛选[ 19] 。虽然已从中选出个别材料的糙米赖氨酸含量也
可达到 0.5%以上 ,但由于此项技术设备条件要求太高 ,不便推广。在本研究中 , 经大豆
DNA溶液处理的水稻后代种子除了可表现为高蛋白变异外 ,也同样能够获得赖氨酸含量高
于 0.5%的变异材料。由于本研究对技术设备条件要求并不太高 ,所以我们认为 ,假如这些
变异材料的蛋白质含量和氨基酸含量都能稳定地遗传下去 ,那么利用大豆总 DNA 的导入
来改良水稻的营养品质就是一个能够迅速有效地提高稻米蛋白质及赖氨酸含量和便于推广
的好方法。朱新产等人也曾利用 DNA 直接导入法将豌豆花 DNA导入小麦 ,使小麦后代籽
粒蛋白质含量明显提高[ 20] 。
在本试验中 ,一次经大豆 DNA溶液浸种及幼苗期浇灌处理的浸D2和两次经大豆DNA
溶液浸种及幼苗期浇灌处理的浸 2D2种子的糙米粗蛋白平均含量及变异范围都没有明显
差异 ,这也许是由于水稻种子及幼苗对外源大豆 DNA 的吸收有一个量的限制。利用花粉
管通道法导入大豆 DNA比利用浸种及幼苗期浇灌法更有利于提高水稻后代籽粒的蛋白质
含量 ,这也许是因为借助于水稻自花授粉时形成的花粉管通道更容易将外源大豆 DNA 导
入受体水稻 。然而经大豆 DNA处理已表现出较高的粗蛋白含量和氨基酸含量的变异材料
能否在下一代中继续保持这些优良特性 ,还有待于进一步的深入研究 。
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