全 文 ：武汉植物学研究 2007，25(3)：270—276
Joarmd D， Wuhan Botanical Research
湖北省优质杂交稻品种贮藏蛋白的比较研究
何 莹 ，邵锦震 ，余夏夏 ，王前和 ，朱伯华 ，丁 毅
(1．武汉大学生命科学学院，植物发育生物学教育部重点实验室，武汉 430072；2．武汉市种子管理站，武汉 430022)
摘 要：研究选取水稻品种共 2O个，其中包括湖北省近两年审定的优质杂交水稻品种 1O个(‘鄂早 17’、‘鄂早
18’、‘两优 1193’、‘武香 880’、‘岳优26’、‘宜优99’、‘协优96’、‘鄂晚 12’、‘鄂中5号’、‘两优 277’)以及7个普
通杂交水稻(‘G98-202’、‘578’、‘两优 637’、‘宜优22’、‘3685’、‘3089’、‘加育 948’)和国家审定的优质水稻品种
3个(‘嘉育 948’、‘两优932’、‘舟 903’)，采用不连续的SDS．PAGE电泳分析种子贮藏蛋白，结果在谷蛋白中主要
分离出 57 kD的蛋白前体、37—39 kD的酸性亚基和 22—23 kD的碱性亚基。同时，选取品种 ‘3089’、‘嘉育 948’、
‘537’、‘舟903’和‘两优932’，利用高效液相色谱法分析了种子贮藏蛋白中的谷蛋白亚基的含量。结果表明，水稻
谷蛋白亚基含量的多少可以作为评价品种营养品质优劣的参考依据之一。
关键词：谷蛋白；醇溶蛋白；SDS．PAGE；高效液相色谱 ；水稻
中图分类号 ：Q512 ．4；s511 文献标识码：A 文章编号：1000．470X(2007)03．0270．07
Study on Storage Protein of High Quality Hybrid Rice in Hubei Province
HE Ying ，SHAO Jin—Zhen ，YU Xia—Xia ，WANG Qian—He ，ZHU Bo—Hua 。DING Yi
(1．Key Laboratory ofMOEfor Plant Developmental Biology，College ofLife Sciences，Wuhan University，Wuhan 430072，China；
2．Wuhan SeedManagement Station，Wuhan 430022，China)
Abstract：Twentv cuhivars of hybrid rice were chosen in this study．of which including ten cuhivars of
high quality hybrid rice(‘Ezao 17’，‘Ezao 18’，‘Liangyou l193’，‘Wuxiang 880’。‘Yueyou 26’，
‘Yiyou 99’，‘Xieyou 96’，‘Ewan 12’，‘Ezhong 5’，‘Liangyou 277’)idenfified by Hubei Province in
two years and seven ones of general hybrid rice(‘G98．202’，‘578’，‘Liangyou 637’。‘Yiyou 22’，
‘3685’，‘3089’，‘JY 948’)，and three kinds of hi gh quality hybrid rice which have passed the national
identifcation(‘Jiayu 948’，‘Liangyou 932’，‘Zhou 903’)as contro1．Using discontinuous SDS—PAGE．
the storage glutelin of rice seeds were separated into fl 57 kD precursor．fl 37—39 kD acidic subunit an d
fl 22—23 kD basic subunit．Five kinds of hybrid rice‘3089’，‘Jiayu 948’，‘537’，‘Zhou 903’and
‘Lian gyou 932’were chosen to an alyze the content of the glutelin subunit by HPLC f high performance
liquid chromatography)． e results showed that the content of the utelin subunit could be regarded as fl
standard of distinguishing between high an d low quailty rice．
Key words：Glutelin；Prolamine；SDS．PAGE；HPLC；Rice(Oryza sativa L．)
水稻是世界上重要的农作物之一。其贮藏蛋白
质主要存在于胚乳，按照其溶解度不同可以分为四
类：清蛋白(Albumin)、球蛋白(Globulin)、醇溶蛋白
(Prolamin)和谷蛋白(Glutelin)¨ 。水稻成熟种子
中贮藏蛋白以谷蛋白为主，谷蛋白含量约为胚乳蛋
白总量的60％ 一80％，而另一主要贮藏蛋白是醇溶
蛋白。约占l8％ 一20％ J。
种子贮藏蛋白定位于蛋白体(protein body，简称
PB)。水稻胚乳中存在两种蛋白体(PB．I，PB．I)，
主要富集于亚糊粉层而很少位于稻米粒的中心区
域。在结构上，PB·I是具有片层结构的球体。直径
约 1—2；xm；PB．I是形状不规则的复合物，直径
2—3 ixm 。Tanaka 通过酶切和SDS．PAGE检测
出水稻两种蛋白体，PB—I和PB．Ⅱ，其中PB．Ⅱ由分
子量为 22、37、38、39 kD的多肽组成。两种蛋白体
经过溶解度分步分离确定，22、37、38、39、57 kD多
肽为谷蛋白，l3 kD为醇溶蛋白，l0、l6、26 kD为球蛋
白。Ogawa在1987年成功分离并纯化PB．I。SDS．
PAGE分析显示PB·I中含有多组多肽链，含量最大
的一组是13 kD，含量较小的两组是10 kD和16 kD。
收稿 日期：2006-11-07，修回日期：2007．02．12。
基金项 目：国家 自然科学基金资助项目(30571143)；湖北省科技攻关项 目(2006AA201C04)；武汉市科技攻关计划项 目(20062002043)。
作者简介：何莹(1982一)，女，硕士，专业方向为遗传学(E-mail：7736251@qq．com)。
· 通讯作者(E-mail：yiding@whu．edu．cn)。
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第3期 何 莹等：湖北省优质杂交稻品种贮藏蛋白的比较研究 271
研究表明，水稻谷蛋白首先以57 kD前体的形
式合成，经过蛋白质限制性水解，裂解为成熟的酸性
(仅一)亚基和碱性(B一)亚基，两者以二硫键(S—S)连
接在一起，贮藏于 PB一Ⅱ中l6】。通过 SDS—PAGE分
析，谷蛋 白酸性亚基和碱性亚基分别分离为：仅一1
(39 kD)、ct-2(38 kD)、a-3(37 kD)和 13—1(23 kD)、
13-2(22．5 kD)、13-3(22 kD)[71。
研究还表明，醇溶蛋白的含量和稻米粗蛋白的
含量显著相关 ，但由于其包含于坚实的PB．I中，不
易被胃蛋白酶消化，因而降低了其营养价值 】。
PB一1I能被人胃蛋白酶降解，而 PB—I不能被消
化 。PB一1I是谷蛋白储存体，所以鉴定水稻营养
品质优劣，可用谷蛋 白的多少作为一个参考标准。
我们拟利用水稻种子贮藏蛋白特别是谷蛋白作为鉴
别和评价品种营养品质优劣的参考依据之一，现将
有关实验结果报道如下。
1 材料与方法
1．1 材料
选取水稻(Oryza sativa L．)品种共 20个(见表
1)，其中‘鄂早 17’、‘鄂早 18’、‘两优 1193’、‘武香
880’、‘岳优 26’、‘宜优 99’、‘协优 96’和 ‘鄂晚
12’等 8个品种为2003年通过湖北省农作物品种审
定委员会审定的品种；‘鄂中5号’和‘两优 277’为
2004年通过湖北省农作物品种审定委员会审定的
品种；‘嘉育 948’、‘两优932’和‘舟903’是通过了
国家农作物品种审定委员会审定的品种。所有供试
水稻品种均由有关选育单位友好提供(见表 1)。
表 1 材料来源
Table 1 Souree of materials
品种名称
Varieties
品种来源
Origination
选育单位
PIaces
品质
Species
审定编号
Sample No．
原
17 ：睾黛鹄 51 大学 中熟偏迟籼型早稻 鄂审稻01-203
‘

鄂
Eza
早
o 1
1
8
8
，

‘中早81’／‘嘉早935’ 蓊晃薯窬 鍪 瑟裔所 迟熟籼型早稻 鄂审稻02．203
。I=i要 19393， ‘103S’／‘81093’ 武汉大学 中稻 鄂审稻005-203
· 煮： ．0， ‘武香A’／‘8o’ 粱奢 业科学院水稻研究所 中熟偏迟籼型晚稻 鄂审稻oo6．203
。‘Y 261， ‘岳4A’／‘咸恢26’ 咸宁市农业科学研究所 中熟偏迟籼型晚稻 鄂审稻007-203
篡99， ‘宜陵1A’／‘桂9’ 宜昌市农业科学研究所 中熟偏迟籼型晚稻 鄂审稻0o8枷3
· ， ‘协青早A’／‘R96’ 猜幕窬 惑 窨究所 中熟籼型晚稻 鄂审稻o o-20o3
(原f ．o5，) ‘8 02 ‘筑紫晴’ 黄冈市农业科学研究所 中熟晚稻 鄂审稻o1_2003
瓣 西班牙引进的水稻种子变异单株 韭 檗籍 囊箅蓥举鬈究所中稻 ~20401
( 器 ) ‘Yw s’／‘双七’ 湖北省农科院作物育种栽培研究所 中迟熟籼型晚稻 鄂审稻20o4o12
：嘉育 4 ： tYD4-4，／t嘉育293．q8Ji ，ayu 948 ‘ ’ 月 ‘7J‘
。
‘两优932’
， tW9593S，／Li
an ·胜优2号，gyou 932 ‘ ’ 且i仉‘i
。
‘舟 903’
， t红突80，／Zhou 903 ·电412， ‘ ’ 吧’J‘
‘两优 637’
‘Liangyou 637’ 一
‘宜优 22’
‘Yiyou 22’ 一
‘3685’ 一
‘G98-202’ 一
‘3089’ 一
‘578’ 一
‘加育948’
‘ 948’ 一
浙江省嘉兴市农业科学院 早籼
湖北省农科院作物育种栽培研究所 一
浙江省舟山市农科所 一
湖北省农科院提供
湖北省农科院提供
湖北省农科院提供
湖北省农科院提供
湖北省农科院提供
湖北省农科院提供
湖北省农科院提供
国审稻2001018
国审稻2001017
杂交水稻
杂交水稻
杂交水稻
杂交水稻
杂交水稻
杂交水稻
杂交水稻
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第 3期 何 莹等：湖北省优质杂交稻品种贮藏蛋白的比较研究
图 lO ‘舟 903’谷蛋白HPLC图谱
Fig．10 HPLC map of glutelin of‘Zhou 903’
表 6 ‘舟 903’谷蛋白HPLC结果分析
Table 6 Analyzing HPLC map of glutelin of‘Zhou 903’
‘
9 03ou (m in) Area Area(％) U； ’ narne ( 一 一 (uA)
Peak l
Peak 2
Peak 3
Peak 4
Peak 5
1．168
1．412
1．69O
1．97l
2．3l3
2．521
l1762
8378
25768
2826
l499
35743
l3．68 l405
9．74 l147
29．97 3088
3．29 488
1．74 303
41．57 7983
由以上 HPLC的结果 可以将 ‘537’、‘嘉育
948’、‘3089’、‘两优932’和‘舟 903’五个样品的谷
蛋白依据出现时间以及 Au值，将其对应多肽分别
分为峰 1、峰2、峰 3、峰4和峰5(见图6～图 lO)。
首先比较‘两优932’和‘舟903’两种优质水稻
谷蛋白，由表7可知，它们的峰 1和峰 3的峰高相对
差、峰面积相对差都小于 0．1，说明峰 1和峰 3的值
比较稳定；峰 2、峰4、峰 5的峰高相对差和峰面积相
对差都比较大，由大到小排列为：峰 2>峰4>峰5>
峰 1>峰3。作为对照的‘两优 932’和‘舟 903’两
种优质水稻的谷蛋白亚基含量的差异主要表现在
峰 2、峰4、峰 5上，而峰 1、峰3相对差异较小。
表 7 比较‘两优 932’和‘舟 903’谷蛋白HPLC结果
Table 7 Comparison of HPLC map of glutelin between
‘Liangyou 932’and ‘Zhou 903’
再分别以‘舟 903’作对照，比较‘537’、‘嘉育
948’和‘3089’三个样品。由表 8～表 lO可知，由于
‘537’、‘3089’、‘两优 932’、‘舟903’的峰 4和峰5
之间出现新的没有命名峰，这是由于分辨率的原因
所致 ，5个样品的 HPLC图谱中的峰 3和峰 4、未命
名峰和峰 5相连。重点考察峰 1、峰 2和峰 3。对
‘537’、‘嘉育 948’、‘3089’三个样品和‘舟903’进
行比较，可以看出峰 1稳定上升但幅度不大；峰 2的
变化幅度大，也呈上升趋势，其中‘3089’的变化幅
度最明显；峰3的变化呈下降趋势，变化幅度很大，
其中也以‘3089’的变化最明显。如果我们将这 3
个样品的品质与这些峰的变化趋势联系起来看，
‘537’、‘嘉育 948’和‘3089’三个水稻样品的品质
按很好、较好和好排列，则 ‘537’>‘嘉育 948’>
‘3089’。很明显，其中峰2和峰3表现随品质变化
而变化，而且变化明显。在 HPLC的结果中出现的
峰 1一峰 5分别代表样品中谷蛋白的亚基，这些结
果表明，水稻谷蛋白亚基含量的多少可以作为评价
品种营养品质优劣的参考依据之一。但是，由于我
们所分析的材料目前还不多，是否所有的材料都是
这种情况，还需要做进一步的研究。
表 8 比较‘537’和‘舟 903’谷蛋白HILC结果
Table 8 Comparison ofHPLC map of gluteln
between ‘537’and ‘Zhou 903’
表 9 比较‘嘉育 948’和‘舟 903’谷蛋白 HPLC结果
Table9 Comparison ofHPLC map ofgluteln
betwen ‘Jiayu 948’and ‘Zhou 903’
表 lO 比较‘3o89’和‘舟 9O3’谷蛋白HPLC结果
Table 10 Comparison ofHPLC map ofglutelin
be twen ‘3089’an d‘Zhou903’
3 讨论
在实验中我们首先对谷蛋白的提取方法进行了
改进。将以往常用的乳酸提取谷蛋白，用碱中和。沉
淀谷蛋白的方法省去中和步骤，改用超滤管浓缩。
这样简化了提取谷蛋白的方法。水稻与绝大多数的
禾本科植物不同的是贮藏蛋白以谷蛋白为主：谷蛋
白含量约为胚乳蛋白总量的60％ ～80％ ，而另一主
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276 武 汉 植 物 学 研 究 第25卷
要贮藏蛋 白是醇溶蛋白，约 占 18％ 一20％ 。用
70％的乙醇提取水稻种子中的醇溶蛋白；用乳酸来
提取水稻种子中谷蛋白。SDS—PAGE是通过蛋白亚
基的分子量大小对其进行分离的，可以分离大小差
异为0．5 kD的蛋白质亚基分子。水稻种子贮藏蛋
白中的谷蛋白在分离胶浓度为 10％ 一14％进行不
连续的 SDS．PAGE电泳分析能分离出亚基：包括酸
性亚基和碱性亚基，酸性亚基至少能分离出 3条带
谱，同时碱性亚基至少能分离出 2条带谱。结果表
明，谷蛋白的多态性较高，而醇溶蛋白的多态性很
弱。虽然谷蛋白的电泳结果还不能单独用来鉴定水
稻品种的营养品质，但这种电泳体系对研究谷蛋白
的多态性以及对谷蛋白的生化研究有一定帮助。
同时我们用高效液相色谱进行检验，进一步证
实了谷蛋 白量 的变化。由 HPLC的结果可以将
‘537’、‘嘉育 948’、‘3089’、‘两优 932’和‘舟903’
五个样品的谷蛋白依据出现时间以及 AU值 ，将其
对应多肽分别分为峰 1、峰2、峰 3、峰4、峰5和未知
峰。通过对 5个样品的 HPLC结果数据的统计分
析，可初步判定峰 1、峰 2和峰 3的峰值和水稻品种
品质的优差有一定的联系，从峰 1、峰2和峰 3的比
较可以初步鉴定样品的品质。这提示水稻谷蛋白亚
基含量的多少，可以作为评价品种营养品质优劣的
参考依据之一。
水稻醇溶蛋白由一个约 80—100个拷贝的基因
家族所编码，其中多为假基因 J。所以对这类蛋白
进行含量和质量上的改良工作很不容易。现已证
实，水稻谷蛋白是 由一个多基 因家族编码 的，分
GluA和 GluB两个亚族，GluA和 GluB各自至少由4
个成员组成 J。GluA-4和 GluB-4转录区域内含
有终止密码子，是两个假基因 ．1引。由此推测谷蛋
白变异要远远比醇溶蛋白容易得多。绝大多数的禾
本科植物的主要贮藏蛋白是谷蛋白和醇溶蛋白。改
善大米的营养价值可通过提高谷蛋白的含量来实
现。例如为了满足肾脏病人和糖尿病人的需求，低
蛋白食品市场的需求越来越大，也可通过改变谷蛋
白的含量来加以实现。从以上的结果看出水稻谷蛋
白不仅有质的变异性还具有很高的多态性 ，通过改
变谷蛋白的基因方法来改良谷蛋白的品质是很有可
能的。
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