全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(12): 22972305 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31071440, 30800625), 黑龙江省普通高等学校青年骨干支持计划项目(1155G12), 东北农业大学博士
启动基金(2009RC47)和国家转基因生物新品种培育重大专项(2011ZX08004-004-006-002)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 刘珊珊, E-mail: ars336699@yahoo.com.cn, Tel: 0451-55190521
第一作者联系方式: E-mail: songbo_2010@yahoo.cn, Tel: 13936296646 ** 同等贡献(Contributed equally to this work)
Received(收稿日期): 2012-03-27; Accepted(接受日期): 2012-08-15; Published online(网络出版日期): 2012-10-08.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20121008.1420.024.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.02297
大豆 7S球蛋白 α亚基缺失及(+)亚基双缺失品系的回交转育
宋 波 1,** 蓝 岚 1,** 田福东 2 拓 云 1 白 月 1 姜自芹 1 申丽威 1
李文滨 1 刘珊珊 1,*
1 东北农业大学农学院大豆生物学教育部重点实验室, 黑龙江哈尔滨 150030; 2 内蒙古通辽市农业科学研究院, 内蒙古通辽 028015
摘 要: 7S球蛋白 α与 α亚基是大豆种子贮藏蛋白的重要组分, 是影响大豆营养价值与加工品质的重要因子, 同时还
是主要的大豆致敏原, 降低它们的含量是大豆品质改良育种的最新研究热点之一。以日本育种材料 7S球蛋白(α+α)-
亚基双缺失型日 B 为供体亲本, 黑龙江省主栽大豆品种东农 47 为受体亲本, 采用回交转育方法, 将 α与(α+α)-亚基
缺失特性导入东农 47。结果表明, α-缺失型(Cc)和(α+α)-双缺失型(Cd)品系均能正常生长、结实, 并能稳定遗传; Cc、
Cd 产量组分性状的平均值均远高于轮回亲本, 蛋白质含量平均值均高于双亲, 部分 Cd 株系籽粒蛋白质总量高达
46.7%, 脂肪含量平均值介于双亲之间, 略高于日 B; 导入 α-缺失和(α+α)双缺失性状后, 绝大多数氨基酸组分含量
和氨基酸总量提高, 其中精氨酸和天门冬氨酸平均含量变幅最大。Cd 株系籽粒含硫氨基酸含量(蛋氨酸与胱氨酸之和)
及氨基酸总量分别比东农 47高出 0.11和 5.56个百分点。说明通过常规育种重组 α-缺失或(α+α)-双缺失性状即可提
高大豆含硫氨基酸含量, 并提高其他氨基酸组分含量及氨基酸总量, 在 Cc、Cd 的 BC2F3后代群体中有望筛选到 α-
缺失或 α与 α同时缺失的高产、高含硫氨基酸、优质大豆新品种。
关键词: 大豆; 致敏蛋白缺失; 高含硫氨基酸品系; 回交选育
Development of Soybean Lines with α-Subunit or (α+α)-Subunits Deficiency
in 7S Globulin by Backcrossing
SONG Bo1,**, LAN Lan1,**, TIAN Fu-Dong2, TUO Yun1, BAI Yue1, JIANG Zi-Qin1, SHEN Li-Wei1, LI
Wen-Bin1, and LIU Shan-Shan1,*
1 Soybean Research Institute of Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2 Agriculture Science Institute of Tongliao City, Tongliao
028015, China
Abstract: The α- and α-subunits of 7S globulin, the components of soybean storage protein as well as the main allergens, are
important factors affecting the nutritional and processing quality of soybean. It is currently focused to improve the quality of soy-
bean variety by reducing the contents of α and α-subunits in soybean breeding. In the experiment, we successfully recombined the
character of allergenic proteins deficiency into Chinese soybean, using a Japanese variety “Ri B” with (α+α)-subunits deficiency
of 7S globulin (β-conglycinin) as the donor parent, and soybean variety Dongnong 47 with high oil content, widely planted in
Heilongjiang Province of China, as the recurrent parent. The results showed that the plants of α-subunit-deficient lines (Cc) and
(α+α)-subunit-deficient lines (Cd) could normally grow, set seeds, and stably inherited. The average values of the yield traits in the
two lines (Cc, Cd) increased compared with those in the recurrent parent Dongnong 47. The average protein contents in the two lines
were higher than those in the parents. The protein content reached to 46.7% in the Cd lines. The average oil content in Cc and Cd lines
was ranged between that of both parents and a bit more than that of “Ri B”. Fat content in part lines was 20% more than that in Cc
and Cd lines, respectively. Total Amino acid contents were increased by introducing -subunit and (+α)-subunit, amount of argin-
ine (Arg) and asparagine (Asp) in two lines markedly increased. The sulfur-containing amino acid (Met and Cys) contents and the
total amino acid content in Cd lines were 0.11% and 0.56% more than those in Dongnong 47, respectively. So the recombined lines
have a great potential to enhance food safety and quality, and could be used in soybean breeding for quality.
2298 作 物 学 报 第 38卷

Keywords: Soybean (Glycine max [L.] Merr.); Deficiency of allergenic proteins; High sulfur amino acids lines; Backcrossing
大豆(Glycine max [L.] Merr.)种子贮藏蛋白包含 7S球
蛋白(-conglycinin)与 11S球蛋白(glycinin) 2种主要的组
分 , 这两种蛋白共占大豆种子蛋白总量的 70%左右 [1-2],
是大豆蛋白营养价值和功能特性的主要决定组分和研究
热点。研究表明, 7S球蛋白的减少会导致 11S球蛋白的补
偿性增加[2-4]。与 11S 球蛋白(glycinin)相比, 7S 球蛋白的
含硫氨基酸含量及氨基酸总量低, 营养品质差 [5-8], 其食
品功能特性也不及 11S球蛋白, 以 11S球蛋白为原料形成
的凝胶硬度更强[9-11]。另外, 大豆致敏蛋白亚基主要集中
在 7S 球蛋白中, 3 个主要亚基 α′, α 和 β 都是大豆致敏
原[12-15]。鉴于以上原因, 降低 7S 球蛋白的含量成为大豆
蛋白质组分改良育种的重要目标及最新研究热点。
7S球蛋白是由 -(76 kD)、-(72 kD)和 -(52~54 kD)
亚基组成的分子量为 150 kD 的三聚体化合物[5,16-18]。到
目前为止, 人们已经得到了一系列经自然变异或人工诱
变产生的具有 7S与 11S球蛋白不同亚基缺失表现的育种
材料[19-29]。借助这些育种材料, 对大豆 7S 球蛋白 3 个主
要亚基的研究日趋深入。氨基酸分析及溴化氰裂解分析表
明, -亚基内含有 3~4个蛋氨酸残基, -亚基内含有 2个
蛋氨酸残基而-亚基不含有蛋氨酸残基[30]。Krishnan等[4]
研究证实, 7S球蛋白亚基含量的降低与 11S球蛋白含量
的增加相关, 亚基含量的减少可以提高大豆蛋白的营养
品质。Salleh等[11]的研究表明, 7S球蛋白 3个亚基对豆腐
凝胶硬度的影响各不相同, 在 11S 球蛋白含量一致的前
提下, 亚基缺失型原料豆腐凝胶的硬度比  亚基缺失型
和正常型原料豆腐的硬度大, 亚基对凝胶硬度的影响是
3个亚基中最小的。以上结果表明, 7S球蛋白各亚基对大
豆制品营养及加工品质指标的影响各不相同, 通过调整
大豆 7S球蛋白的亚基组成可以在有效去除致敏蛋白的同
时 , 提高大豆蛋白的营养品质 , 改善大豆蛋白的加工品
质。
目前, 已有通过选育 7S球蛋白亚基缺失型大豆品种
减少或除去致敏蛋白, 同时改良大豆营养与加工品质的
成功报道[13,15,25,29,31]。本研究以回交转育方法, 经过 2 代
回交, 将大豆 7S 球蛋白 α-亚基缺失和(α+α)亚基双缺失
性状导入东农 47。以期选育 α-缺失或 α与 α同时缺失的
高产、高含硫氨基酸、优质大豆新品种, 丰富我国致敏蛋
白缺失型大豆的种质基础, 为大豆在食品加工及动物饲
料方面的广泛、安全应用提供物质保证。
1 材料与方法
1.1 亲本材料
以黑龙江省主栽大豆品种东农 47为受体亲本, 致敏
蛋白缺失、7S 球蛋白亚基组成为(α+α)-双缺失型日本材
料日 B 为供体亲本。2008 年夏季配制杂交组合, 双亲主
要农艺和品质性状见表 1。

表 1 杂交亲本特征
Table 1 Characteristics of soybean parents in backcrossing
项目
Item
东农 47 (受体亲本)
Dongnong 47 (recurrent parent )
日 B (供体亲本)
Ri B (donor parent)
亚基表现 Subunits phenotype (α and α) + + – –
株高 Plant height (cm) 82.50 —
分枝数 Number of branches 3 —
花色 Color of flower 白花 White 紫花 Purple
主茎节数 Number of stem nodes 21 —
熟性 Maturity 中熟 Medium 晚熟 Late
单株荚数 Pod number per plant 86 —
单株粒数 Grain number per plant 189 —
百粒重 100-grain weight (g) 19.47 16.77
单株产量 Seed weight per plant (g) 36.64 —
蛋白质含量 Protein content (%) 40.30 43.40
脂肪含量 Fat content (%) 22.50 18.80
+: 亚基正常型; –:亚基缺失型; —: 因生育期过长, 日 B在黑龙江省大田栽培无法正常收获, 没能得到标准数据。
+: subunit normal type; –: subunit deficiency type. —: Ri B could not be harvested in Heilongjiang Province, so that the traits data were not
available.

1.2 田间回交选育
2008年在东北农业大学试验站, 分期播种两亲本(解
决花期不遇问题), 采用常规杂交方法, 人工去雄、授粉,
以东农 47 为母本, 日 B 为父本配制杂交组合。将收获的
杂交种子送到海南南繁基地单粒点播, 每个 F2代(包括 F2,
BC1F2和 BC2F2), 仅以 α-亚基缺失为标准筛选单株, 2010
年春季, 收获 α 缺失(隐性纯合)、α显性杂合型 BC1F2种
子, 同年 7月中旬, 用该类型植株 R1080上的 6朵花为母
第 12期 宋 波等: 大豆 7S球蛋白 α亚基缺失及(+)亚基双缺失品系的回交转育 2299


本 , 回交得到 BC2F1种子 , 南繁加代 , 2011 年 3 月收获
BC2F2种子: L13-1、L13-4和 L13-7, 以上 3株的 α亚基基
因仍继续分离, 其自交 BC2F2代种子的亚基表现型如表 2
所示, 分别收获正常型、α-缺失型、α-缺失型、(α+α)-双
缺失型种子 67、18、15 和 7 粒(图 1)。上文提及的 F1、
F2, 及后文提及的 BC1F1、BC1F2、BC2F1、BC2F2、BC2F3、
BC3F2 均为种子世代。采用同样的冬季南繁加代, 春季
SDS-PAGE 法筛选缺失个体, 夏季回交加快世代进程。
2009—2011 年在东北农业大学育种试验站同步进行田间
小区试验, 试验地肥力中等, 行长 3 m, 行距 70 cm, 每年
5月播种, 人工点播, 调查主要农艺性状, 成熟后收获种
子进行品质分析。

图 1 7S球蛋白 α-缺失和(α+)-双缺失型大豆品系的回交选育过程
Fig. 1 Schematic map of introgressing α-null and (α+α)-null traits into variety Dongnong 47

1.3 α与 α-亚基缺失特性检测(SDS-PAGE梯度电泳法)
称取 5 mg大豆粉, 加 0.5 mL抽提缓冲液 (0.05 mol
L–1 Tris-HCl, pH 8.0, 0.2% SDS, 5 mol L–1尿素)充分混匀,
静置过夜(室温), 再加 10 L 巯基乙醇, 充分混匀, 4℃,
18 000×g离心 15 min, 取 20 L上清液进行 SDS-PAGE
电泳及考马斯亮蓝染色[32]。
1.4 田间调查与考种
田间调查性状有生育期、株高、分枝数和主茎节
数。考种性状有单株荚数、单株粒数、百粒重和单株产
量。
1.5 品质分析
用 Perten 8620近红外谷物分析仪测定蛋白质、脂肪
含量 , 按照国际标准 GB/T 18246-2000 法 , 利用日立
L-8800氨基酸分析仪测定氨基酸含量。
2 结果与分析
2.1 α-亚基缺失型和(α+α)-亚基双缺失型品系的回交选
育
回交转育的每个 F1代(包括 F1, BC1F1和 BC2F1)杂交
种子经自交后, 其 F2代分离群体中正常型与 α-缺失型、α-
缺失型和(α+α)-双缺失型性状的分离比率符合 9∶3∶3∶
1的理论值。以上 BC2F2种子的代表性 SDS-PAGE图谱如
图 2 所示, 种子的亚基表现型包括正常型(图 2, 第 3~5、
7~9、11、12和 14泳道); α缺失型(图 2, 第 6和第 13泳
道); α缺失型(图 2, 第 10泳道)和(α+α)-双缺失型(图 2, 第
2泳道)。表 2中所示 L13-1用作留种, L13-4和 L13-7中
的 α缺失和(α+α)-双缺失型种子在 2011 年 5 月播种于东
北农业大学试验站, 用于培育 α-缺失和(α+α)-双缺失型
2300 作 物 学 报 第 38卷

BC2F2:3 群体。BC2F3 代 α-缺失和(α+α)-双缺失型纯合株
系种子的代表性 SDS-PAGE 图谱如图 3-A 和 B 所示, 致
敏蛋白 α缺失和(α+α)双缺失特性均可以稳定遗传, 以上
2株系分别定名为 Cc和 Cd (图 1)。

图 2 BC2F2代(2011春)种子 7S球蛋白亚基组成的代表性 SDS-PAGE图谱
Fig. 2 Banding patterns of proteins from BC2F2 seeds (2011 spring) by SDS-PAGE
1: 轮回亲本东农 47; 2: (α+α)-缺失型种子; 3~5、7~9、11、12和 14: 正常型种子; 6和 13: α-缺失型种子; 10: α-缺失型种子;
15: 回交母本 R1080 (α-缺失型, 2010)。
1: recurrent parent Dongnong 47; 2: (α+α)-null type; 3–5, 7–9, 11, 12, and 14: normal type; 6 and 13: α-null type; 10: α-null type;
15: R1080 (α-null type, female parent in 2010 for backcrossing).

图 3 BC2F3代种子(2011秋)7S球蛋白亚基组成的代表性 SDS-PAGE图谱
Fig. 3 Banding patterns of proteins from BC2F3 seeds (2011 autumn) by SDS-PAGE
A: α-亚基缺失型株系; M: 蛋白 marker; 1: 轮回亲本东农 47; 2~11: Cc 5-1~10 α-缺失型种子; 12: 非轮回亲本日 B。
B: (α+α)-亚基双缺失型株系; M: 蛋白 marker; 1: 轮回亲本东农 47; 2~11: Cd 6-1~10: (α+α)-双缺失型种子; 12: 非轮回亲本日 B。
A: α-subunit null line; M: protein marker; 1: recurrent parent Dongnong 47; 2–11: Cc5-1–10: α-null type seeds; 12: donor parent Ri B.
B: (α+α)-subunit null line; M: protein marker; 1: recurrent parent Dongnong 47; 2–11: Cd6-1–10: (α+α)-null type seeds; 12: donor parent Ri B.

2.2 α-亚基缺失型和(α+α)-亚基双缺失型品系的主要农
艺性状表现
将轮回亲本东农 47和 Cc、Cd两品系于 2011年春季
一起在东北农业大学育种试验站种植成株系, 二者均能
正常生长、结实(图 4-A); BC2F2:3植株的花色均为白色, 与
东农 47相同(图 4-B); BC2F3代种子籽粒饱满、种皮黄色、
有光泽(图 4-C)。
从表 3和表 4看出, Cc、Cd主要农艺性状与双亲(表
1)比较, BC2F2 植株的生育期为 125 d, 与我省中熟品种
(121~130 d)的生育期接近。二者的株高、分支数和主茎节
数的平均值均大于轮回亲本。其中 Cd株高的标准差较大,
其 BC2F2:3 群体内包含无限型, 亚有限型和有限型植株,
进一步筛选株高适宜(85~95 cm)、抗倒伏、产量高的亚有
限型植株是该品系下一步选育工作的重点。
由表 4可知, 两品系的单株荚数、单株粒数和单株产
量的平均值都远高于轮回亲本, 而且各组数据的标准差
较大, 针对以上 3个产量性状进一步筛选最佳株系是下一
步育种工作的重点。两品系百粒重的平均值均低于双亲,
表 2 南繁收获 BC2F2种子的亚基组成表现(2011年春)
Table 2 Subunit phenotypes of BC2F2 seeds harvested in 2011 spring
BC1F2组合(2010) BC1F2 cross (2010) BC2F2种子的亚基组成表现(2011春南繁收获种子) Subunit phenotypes of BC2F2 seeds (harvested in 2011 spring)
正常型 Normal type α-缺失 α-null α′-缺失 α′-null (α′+α)-缺失 (α′+α)-null
轮回亲本
Recurrent parent
母本基因型(2010)
Genotype of female parent
(2010)
母本单株代码(2010)
Plant number of female
parent (2010)
BC2F1:2株系代码
Plant number of
BC2F1:2
粒数
Grain number
粒数
Grain number
种子代码 1)
Seed code 1)
粒数
Grain
number
种子代码 1)
Seed code 1)
粒数
Grain
number
种子代码 1)
Seed code 1)
L13-1 41 8 4, 17, 27, 28, 30, 42, 47 4 5, 10, 19, 51 1 43
L13-4 17 8 2, 5, 7, 11, 23, 26, 35, 47 8
1, 15, 16, 27,
28, 38, 43,
46
4 17, 34, 36, 41
东农 47
Dongnong 47
α缺失(隐性纯合), α′显性
杂合型母本
α-null is recessive homo-
zygous and α′-null is domi-
nant heterozygous
R1080
L13-7 9 2 1, 8 3 5, 12, 15 2 3, 13
各种亚基表现型种子总数 Total number of seeds harvested in 2011 spring 67 18 15 7
1) SDS-PAGE 单粒分析对应的种子编码。1) Seed codes marked in SDS-PAGE analysis for each seed.

表 3 2种致敏蛋白缺失型大豆田间农艺性状比较
Table 3 Comparison of agronomic traits between two recombined lines
株高 Plant height (cm) 分枝数 Number of branches 主茎节数 Number of stem nodes 品系
Line
亚基组成
Subunit
composition
生育期
Growth
period (d)
平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min
最大值
Max
平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min
最大值
Max
平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min
最大值
Max
轮回亲本 1)
Recurrent parent 1)
正常型
Normal type
123 82.5 3 21
Cc
α′-缺失型
α′-null type 125 89.0 3.61 85 92 7 2.65 5 10 24 1.15 23 25
Cd
(α′+α)-缺失型
(α′+α)-null type 125 91.2 12.99 74 109 7.40 1.34 6 9 25 1.87 23 28
1) 轮回亲本为东农 47。1) Recurrent parent is Dongnong 47.
2302 作 物 学 报 第 38卷


图 4 2种致敏蛋白缺失型大豆品系的代表性农艺性状表现
Fig. 4 Representative agronomic traits of two recombined lines
A: 植株 Cd 6[(α+α)-亚基缺失型]; B: 花(BC2F2:3); C: 种子(BC2F3)。
A: plant Cd 6 [(α+α)-subunit null type]; B: flower (BC2F2:3); C: seeds (BC2F3).

表 4 2种致敏蛋白缺失型大豆收获后产量性状比较
Table 4 Comparison of yield traits between two recombined lines
单株荚数 Pod number per plant 单株粒数 Grain number 品系
Line
亚基组成
Subunit composition 平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min.
最大值
Max.
平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min.
最大值
Max.
轮回亲本 RP 1) 正常型 Normal type 86 189
Cc α-缺失型 α-null type 203 51.19 159 259 331 76.96 271 418
Cd (α+α)-缺失型 (α+α)-null type 236 46.40 184 292 398 65.74 294 421
百粒重 100-grain weight (g) 单株产量 Seed weight per plant (g) 品系
Line
亚基组成
Subunit composition 平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min.
最大值
Max.
平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min.
最大值
Max.
轮回亲本 RP 1) 正常型 Normal type 19.47 36.64
Cc α-缺失型 α-null type 13.45 1.57 12.06 15.16 45.36 16.01 32.67 63.35
Cd (α+α)-缺失型 (α+α)-null type 13.81 1.50 12.26 16.20 54.54 7.73 48.18 66.77
1) 轮回亲本为东农 47。1) Recurrent parent is Dongnong 47. RP: recurrent parent.

分别为 13.45 g和 13.81 g, 通过进一步回交转育, 筛选百
粒重与东农 47更接近的株系, 有望克服百粒重低的不足。
2.3 α-亚基缺失型和(α+α)-亚基双缺失型品系的营养品
质表现
2.3.1 蛋白质与脂肪含量 由表 5 看出, 两品系蛋白质
含量的平均值均高于其双亲(表 1), 分别比轮回亲本高出
3.33和 4.83个百分点, 其中 Cd的蛋白质含量最高, 该群
体内最优株系的蛋白质总量高达 46.70%。两品系脂肪含
量的平均值介于双亲中间, 略高于日B, 分别为 19.67%和
19.20%。一般认为蛋白质含量高于 45%的为高蛋白品种,
脂肪含量高于 21%的为高油品种, 脂肪含量大于 20%, 同
时蛋脂总量超过 63%的品种被认为是“双高(高油、高蛋
白)”品种。根据以上标准, 从 2 种致敏蛋白缺失型 BC2F3
后代群体中筛选出“双高”、优质大豆新品种是完全可能
的。
2.3.2 17 种氨基酸组分含量 从表 6 看出, 两品系 17
种氨基酸总量的平均值均高于双亲, 与东农 47 相比, 分
别高出 2.67和 2.68 个百分点, 其中, Cd氨基酸总量的平
均值最大, 为 40.87, 该家系内最优株系氨基酸总量的最
大值为 43.75。两品系脯氨酸含量的平均值均低于东农 47,
此外, Cc的酪氨酸、Cd的谷氨酸和蛋氨酸含量的平均值
略低于东农 47, 其他各氨基酸组分含量的平均值均高于
东农 47。2种类型缺失体氨基酸含量变幅最大的是精氨酸,
其次为天门冬氨酸 , 前者的平均值分别比东农 47高出
0.84(Cc)和 0.68(Cd)个百分点, 其中 Cc品系内精氨酸含量
的最高值为 4.03, 比东农 47 高出 1.20 个百分点; 后者的
平均值分别比东农 47 高出 0.52(Cc)和 0.53(Cd)个百分点,
其中, Cd 天门冬氨酸含量的最高值为 5.45, 比东农 47 高
出 0.95 个百分点。Cc 和 Cd 中必需氨基酸含量增加最多
的是亮氨酸, 比东农 47 增加 0.24 个百分点, 其次是 Cd
中的苏氨酸, 增长 0.22 个百分点。Cc 和 Cd 胱氨酸含量
的平均值均比东农 47 高, Cd 中筛选到胱氨酸含量最高
第 12期 宋 波等: 大豆 7S球蛋白 α亚基缺失及(+)亚基双缺失品系的回交转育 2303


表 5 2种致敏蛋白缺失型大豆蛋白质和脂肪含量的差异
Table 5 Variation of protein and fat content between two recombined lines
蛋白含量 Protein content (%) 脂肪含量 Fat content (%) 品系
Line
亚基组成
Subunit composition 平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min.
最大值
Max.
平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min.
最大值
Max.
轮回亲本 RP 1) 正常型 Normal type 40.30 22.50
Cc α-缺失型 α-null type 43.63 1.01 43.00 44.80 19.67 0.90 18.80 20.60
Cd (α+α)-缺失型 (α+α)-null type 45.13 1.51 43.10 46.70 19.20 0.78 18.60 20.30
1) 轮回亲本为东农 47。1) Recurrent parent is Dongnong 47. RP: recurrent parent.

表 6 2种致敏蛋白缺失型大豆 BC2F3种子的氨基酸组成
Table 6 Amino acid composition in soybean seeds of two recombined BC2F3 seeds
亲本 Parents Cc, α-缺失型 α-null type Cd, (α+α)-缺失型 (α+α)-null type 氨基酸
Amino acid
(%)
日 B
RiB
东农 47
Dongnong 47
平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min.
最大值
Max.
平均值
Mean
标准差
SD
最小值
Min.
最大值
Max.
天门冬氨酸 Asp 4.57 4.5 5.02 0.10 4.94 5.13 5.03 0.27 4.70 5.45
苏氨酸 Thr 1.76 1.62 1.74 0.03 1.71 1.76 1.84 0.08 1.74 1.92
丝氨酸 Ser 2.04 2.11 2.37 0.05 2.31 2.41 2.36 0.12 2.22 2.53
谷氨酸 Glu. 5.34 7.21 7.41 0.20 7.25 7.63 7.11 0.58 6.71 8.03
甘氨酸 Gly 1.68 1.66 1.83 0.04 1.78 1.86 1.93 0.08 1.86 2.06
丙氨酸 Ala 1.81 1.69 1.84 0.00 1.84 1.84 1.86 0.09 1.77 1.99
胱氨酸 Cys 1) 0.69 0.67 0.68 0.03 0.66 0.71 0.72 0.04 0.67 0.78
缬氨酸 Val. 1.76 1.72 1.82 0.03 1.80 1.85 1.83 0.09 1.71 1.93
蛋氨酸 Met 1) 0.62 0.55 0.55 0.01 0.54 0.56 0.52 0.03 0.47 0.55
异亮氨酸 Ile 1.48 1.67 1.68 0.04 1.64 1.71 1.69 0.08 1.59 1.81
亮氨酸 Leu 2.91 2.99 3.23 0.08 3.15 3.31 3.23 0.16 3.05 3.46
酪氨酸 Tyt 1.18 1.42 1.33 0.05 1.29 1.38 1.44 0.07 1.35 1.54
苯丙氨酸 Phe 1.85 2.02 2.07 0.05 2.03 2.13 2.03 0.13 1.90 2.23
赖氨酸 Lys 2.54 2.55 2.68 0.08 2.61 2.76 2.65 0.11 2.50 2.79
组氨酸 His 1.13 1.04 1.20 0.04 1.16 1.24 1.23 0.07 1.15 1.34
精氨酸 Arg 4.68 2.83 3.67 0.32 3.43 4.03 3.51 0.18 3.29 3.68
脯氨酸 Pro 1.43 1.94 1.75 0.02 1.74 1.77 1.90 0.04 1.85 1.94
氨基酸总量 Tall 37.47 38.19 40.86 0.73 40.05 41.46 40.87 1.90 38.77 43.75
1)为含硫氨基酸。1) Sulfur-containing amino acids.

为 0.78的个体, 比东农 47的胱氨酸含量高出 0.11个百分
点。两品系含硫氨基酸 (蛋氨酸与胱氨酸的和) 含量的平
均值均高于轮回亲本, 其中 Cd 含硫氨基酸总量的最大值
为 1.33, 比轮回亲本高出 0.11 个百分点。Cd 最优株系的
各种氨基酸组分含量均比东农 47 高或相同, 含硫氨基酸
含量及氨基酸总量分别比东农 47高出 0.11和 5.56个百分
点, 该株系将在后续育种工作中重点选育。
3 讨论
近年来, 众多育种实践表明, 7S球蛋白亚基缺失, 可
以改善大豆种子蛋白的氨基酸配比, 提高大豆蛋白质含
量[4,31], 在含硫氨基酸含量增加的同时保持或提高大豆种
子的蛋白质总量[4,13,15,29,33-34]。低 7S球蛋白株系的选育因
此成为大豆蛋白质组分改良育种的新思路。Takahashi 等[33]
通过杂交育种方法, 获得 7S 与 11S 球蛋白全部缺失型突
变体, 尽管缺失 2种主要的贮藏蛋白使该缺失体萌发、生
长、开花和结实均无明显异常表现, 但该品系的自由氨基
酸(free amino acids)含量由常规大豆的 0.3%~0.8%增长为
4.5%~8.2%, 比对照高出 5~8倍, 其中精氨酸(Asp)、天门
冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)和组氨酸(His)的含量均大幅提
高。2010年, 该课题组利用以上亚基缺失型种质, 通过转
基因手段调整大豆氨基酸组成 , 进一步证实 , 大豆种子
贮藏蛋白含量的减少会补偿性地促进氮同化代谢途径的
活化 , 从而导致自由氨基酸大量增加 , 贮藏蛋白亚基的
缺失的确可以改善大豆种子的氨基酸配比[34]。本研究表
明, α-缺失和(α+α)双缺失特性的导入伴随着绝大多数氨
基酸组分含量和氨基酸总量的提高, 其中精氨酸和天门
冬氨酸平均含量的变幅最大(表 6), 组氨酸含量的平均值
也都比轮回亲本东农 47高, 这与 Takahashi等[33-34]报道的
结果相同, 但谷氨酸含量略有不同, α-缺失型谷氨酸含量
2304 作 物 学 报 第 38卷

的平均值仅比东农 47 高 0.20 个百分点, 而(α+α)-双缺失
型品系谷氨酸含量的平均值比东农 47 低, 这可能是本研
究材料的亚基缺失组合与报道的亚基缺失类型不同所致。
对 7S球蛋白各个亚基的遗传效应及遗传机理的明晰, 还
有待进一步深入研究。
本研究在同一杂交-回交组合(东农 47/日 B)内, 在转
育 α-亚基缺失特性的同时, 经过 2 代回交, 将大豆 7S 球
蛋白 α-亚基缺失和(α+α)亚基双缺失特性成功导入中国
大豆遗传背景 , 打破了一组回交组合 , 只能培育一种新
品种的局限性, 大大节约了人力和物力。目前, 通过 SSR
标记辅助背景选择回交转育 α-亚基缺失型新品种的研究,
已经筛选到双亲东农 47 和日 B 间多态性良好, 分辨率较
高, 带型质量好、平均分布在大豆全基因组 20 条连锁群
上的引物 98 对(结果待发表), 利用以上引物对 α缺失和
(α+α)双缺失品系的分子标记辅助背景选择工作已经开
始, 要得到与受体亲本东农 47 相同遗传背景的 α缺失和
(α+α)双缺失型新品种, 还需要借助分子标记筛选试验的
顺利进行(预计 2012 年底完成相关分析)或再进行 2~3 轮
回交转育。另外, BC2F3群体中筛选到的 α缺失型种子仍
包含 α显性杂合体, 筛选 α缺失且 α为显性纯合的个体用
于下一步回交育种是 α缺失型品种选育中需注意的。各个
类型新品系的自由氨基酸组成情况如何, 将在今后的研
究中加以确认。
References
[1] Derbyshire E, Wright D B, Boulter D. Legumin and vicilin, stor-
age proteins of legume seeds. Phytochem, 1976, 15: 3–24
[2] Hill J E, Breidenbach R W. Proteins of soybean seeds: I. Isola-
tion and characterization of the major components. Plant Physiol,
1974, 53: 742–746
[3] Ogawa T, Tayama E, Kitamura K, Kaizuma N. Genetic im-
provement of seed storage proteins using three variant alleles of
7S globulin subunits in soybean (Glycine max L.). Jpn J Breed,
1989, 39: 137–147
[4] Krishnan H B. Engineering soybean for enhanced sulfur amino
acid content. Crop Sci, 2005, 45: 454–461
[5] Than V H, Shibasaki K. Beta-conglycinin from soybean proteins.
Isolation and immunological and physicochemical properties of
the monomeric forms. Biochem Biophys Acta, 1977, 490:
370–384
[6] Staswick P E, Hermodson M A, Nielsen N C. Identification of
the acidic and basic subunit complexes of glycinin. J Biol Chem,
1981, 256: 8752–8755
[7] Kaviani B, Kharabian A. Improvement of the nutritional value of
soybean [Glycine max (L.) Merr.] seed with alteration in protein
subunit of glycinin (11S globulin) and beta-conglycinin (7S
globulin). Turk J Biol, 2008, 32: 91–97
[8] Tsukada Y, Kitamura K, Harada K, Kaizuma N. Genetic analysis
of subunits of two major storage protein (β-conglycinin and gly-
cinin) in soybean seeds. Jpn J Breed, 1986, 36: 390–400
[9] Koshiyama I. Chemical and physical properties of a 7S protein in
soybean globulins. Cereal Chem, 1968, 45: 394–404
[10] Utsumi S, Kinsella J E. Forces involved in soy protein gelation:
effects of various reagents on the formation, hardness and solu-
bility of heat-induced gels made from 7S, 11S and soy isolate. J
Food Sci, 1985, 50: 1278–1282
[11] Salleh M R B, Maruyama N, Takahashi K, Yagasaki K, Higasa T,
Matsumura Y, Utsumi S. Gelling properties of soybean beta-
conglycinin having different subunits compositions. Biosci Bio-
technol Biochem, 2004, 68: 1091–1096
[12] Ogawa T, Bando N, Tsuji H, Nishikawa K, Kitamura K. Al-
pha-subunit of beta-conglycinin, an allergenic protein recognized
by IgE antibodies of soybean-sensitive patients with atopic der-
matitis. Biosci Biotechnol Biochem, 1995, 59: 831–833
[13] Ogawa T, Samoto M, Takahashi K. Soybean allergens and hypo-
allergenic soybean products. J Nutr Sci Vitaminol, 2000, 46:
271–279
[14] Krishnan H B, Kim W S, Jang S, Kerley M S. All three subunit
of soybean beta-conglycinin are potential food allergens. J Agric
Food Chem, 2009, 57: 938–943
[15] Samoto M, Fukuda Y, Takahashi K, Tabuchi K, Hiemori M, Tsuji
H, Ogawa T, Kawamura Y. Substantially complete removal of
three major allergenic soybean proteins (Glym Bd 30K, Glym Bd
28, and the alpha-subunit of β-conglycinin) form soy protein by
using a mutant soybean, Tohoku 124. Biosci Biotechnol Biochem,
1997, 61: 2148–2150
[16] Thanh V H, Shibasaki K. Heterogeneity of beta-conglycinin from
soybean seeds. Biochem Biophys Acta, 1976, 439: 326–338
[17] Thanh V H, Shibasaki K. Major proteins of soybean seeds: sub-
unit structure of beta-conglycinin. J Agric Food Chem, 1978, 26:
692–695
[18] Higgins T J V. Synthesis and regulation of major proteins in
seeds. Annu Rev Plant Physiol, 1984, 35: 191–221
[19] Kitamura K, Kaizuma N. Mutant strains with low level of subunit
of 7S globulin in soybean (Glycine max Merr.) seed. Jpn J Breed,
1981, 31: 353–359
[20] Harada K, Toyokawa Y, Kitamura K. Genetic analysis of the
most acidic 11S globulin subunit and related characters in soy-
bean seeds. Jpn J Breed, 1983, 33: 23–30
[21] Kaizuma N, Kowata H, Odanaka H. Genetic variation on soy-
bean seed proteins induced by irradiation. Rep Tohoku Br Crop
Sci Jpn, 1989, 32: 97–99
第 12期 宋 波等: 大豆 7S球蛋白 α亚基缺失及(+)亚基双缺失品系的回交转育 2305


[22] Odanaka H, Kaizuma N. Mutants on soybean storage proteins
induced by γ-ray irradiation. Jpn J Breed, 1989, 39 (suppl-1):
430–431 (in Japanese)
[23] Kitagawa S, Ishimoto M, Kikuchi F, Kitamura K. A characteristic
lacking or decreasing remarkably 7S globulin subunits induced
with γ–ray irradiation in soybean seeds. Jpn J Breed, 1991,
41(suppl-2): 460–461 (in Japanese)
[24] Takahashi K, Banda H, Kikuchi A, Ito M, Nakamura S. An in-
duced mutant line lacking the -subunit of β-conglycinin in soy-
bean (Glycine max [L.] Merr). Breed Sci, 1994, 44: 65–66
[25] Yagasaki K, Kaizuma N, Kitamura K. Inheritance of glycinin
subunits and characterization of glycinin molecules lacking the
subunits in soybean (Glyxine max [L.] Merr.). Breed Sci, 1996,
46: 11–15
[26] Takahashi K, Mizuno Y, Yumoto S, Kitamura K, Nakamura S.
Inheritance of the -subunit deficiency of β-conglycinin in soy-
bean (Glycine max [L.] Merrill) line induced by γ-ray irradiation.
Breed Sci, 1996, 46: 251–255
[27] Hajika M, Takahashi M, Sakai S, Igita M. A new genotype of 7S
globulin (β-conglycinin) detected in wild soybean (Glycine soja
Sieb.et Zucc.). Breed Sci, 1996, 46: 385–386
[28] Hayashi M, Harada K, Fujiwara T, Kitamura K. Characterization
of a 7S globulin-deficient mutant of soybean (Glycine max L.
Merrill). Mol Gen Genet, 1998, 258: 208–214
[29] Liu S-S(刘珊珊), Teng W-L(滕卫丽), Zhang B-B(张彬彬), Ge
Y-J(葛玉君), Diao G-Z(刁桂珠), Zheng T-H(郑天慧), Jiang
Z-Q(姜自琴), Zeng R(曾蕊), Wu S(吴帅), Li W-B(李文滨).
Development of soybean germplasm lacking of 7S globulin
α-subunit. Acta Agron Sin (作物学报), 2010, 36 (8): 1–5 (in
Chinese with English abstract)
[30] Coates J B, Medeiros J S, Thanh V H, Nielsen N C. Characteri-
zation of the subunits of β- conglycinin. Arch Biochem Biophys,
1985, 243: 184–194
[31] Herman E M, Helm R M, Jung R, Kinney A J. Genetic modifica-
tion remove an immunodominant allergen from soybean. Plant
Physiol, 2003, 132: 36–43
[32] Yagasaki K, Takagi T, Sakai M, Kitamura K. Biochemical char-
acterization of soybean protein consisting of different subunits of
glycinin. J Agric Food Chem, 1997, 45: 656–660
[33] Takahashi M, Uematsu Y, Kashiwaba K, Yagasaki K, Hajika M,
Matsunaga R, Komatsu K, Ishimoto M. Accumulations of high
levels of free amino acids in soybean seeds through integration of
mutations conferring seed protein deficiency. Planta, 2003, 217:
577–586
[34] Kita Y, Nakamoto Y, Takahashi M, Kitamura K, Wakasa K, Ishi-
moto M. Manipulation of amino acid composition in soybean
seeds by the combination of deregulated tryptophan biosynthesis
and storage protein deficiency. Plant Cell Rep, 2010, 29: 87–95