全 文 ：第 26 卷 第 3 期 作　物　学　报 V ol. 26, N o. 3
2000 年 5 月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA M ay, 2000
小麦 (T. aest ivum )W axy-D 1 基因缺失材料的发现及分析X
王子宁　郭北海　李洪杰　张艳敏　温之雨　李　辉
(河北省农林科学院粮油作物研究所, 河北石家庄, 050031)
提　要　利用 SD S2PA GE 技术, 从河北省及其它省引进小麦地方品种 900 份中, 鉴定出了普通小麦
W ax y 2D 1 基因缺失材料一份, W ax y 2B 1 基因缺失材料 6 份。这些材料的发现, 为我国开展品质育种研
究打下了基础, 尤其是W ax y 2D 1 隐性材料尤为稀少, 是至今为止世界上发现的第二份含有该隐性基
因的地方品种。在小麦淀粉遗传控制研究和品质育种方面具有深远的理论研究和应用价值, 并为培育
蜡质小麦奠定材料基础。
关键词　普通小麦; 地方品种; W x 2D 1 基因; 缺失材料
The D iscovery and Ana lysis of W hea t Cultivar (T. aest ivum ) with W x-
D 1 (nul l) Gene
WAN G Zi2N ing　GUO Bei2H ai　L I Hong2J ie　ZHAN G Yan2M in　W EN Zh i2Yu　L I H ui
( Institu te of Food and O il C rops, H ebei A cad em y of A g ricultural and Forestry S ciences, S hij iazhuang , 050031, P. R. China)
Abstract　O ne W x 2D 1 (null) variety“Baim angbai”and six W x 2B 1 (null) varieties w ere suc2
cessfully selected by 12D SD S2PA GE from 900 landraces in H ebei. T he frequency of no rm al type
> W x 2B1 (null) > W x 2D 1 (null) > W x 2A 1 (null). W x 2D 1 (null) is a very importan t gene. It
again show s that the m aterials in Ch ina are a special group; these m aterials discovered here are a
so lid foundation of the research on w heat quality breeding in Ch ina. T h is variety w ill be valuable
in the theo ry study and app lication in w heat starch genetics and quality breeding. It also has a
very good future in the developm en t and utilization of am ylopectin.
Key words　W heat; L andraces; W x 2D 1 genes; Constitu tion
W ax y 蛋白是结合在禾谷类胚乳淀粉颗粒上的一种蛋白, 也叫淀粉粒合成酶 (GBSS) , 该
酶的表达与否控制直链淀粉的合成, 其基因位点为W x , 在玉米、水稻[ 1, 2 ]、高粱、谷类[ 3 ]和
小麦[ 4 ]均已发现。在小麦上, W ax y 蛋白的编码基因[ 5 ]W x 2A 1, W x 2B 1 和W x 2D 1 分别位于
7A , 4A 和 7D 染色体上, 已发现小麦胚乳中直链淀粉和支链淀粉的含量与这 3 个基因的表
达有关, 该组基因之一缺失时会导致低含量淀粉粒合成酶, 使直链淀粉含量降低, 支链淀粉
含量增加[ 6 ] , 从而改变了小麦的淀粉构成、面粉品质、面团加工及食用品质[ 7 ]。
为了进行上述研究工作, 许多国家争先进行小麦材料筛选。如日本从 80 年代末就开始了
小麦的淀粉构成和面条品质关系的研究, 并开始进行育种工作[ 8, 9 ] , 从各种来源的材料中筛
选到了W ax y 2B1 和A 1 基因缺失材料, 并从一个 1937 年从中国“引进”的地方品种“白火麦”
筛选到了W ax y 2D 1 基因缺失材料[ 10 ] , 这是此前所报道的唯一的一个W ax y 2D 1 缺失材料。澳
X 河北省自然科学基金资助项目
收稿日期: 1998203210, 接收日期: 1999206222

大利亚[ 11 ]也进行了筛选工作, 但只筛选到了W ax y 2B 1 和A 1 缺失材料。
我国虽开展此项工作较晚, 但由于具有材料优势, 有可能筛选到W ax y 2D 1 新材料或新
的W x 基因, 从而为开展小麦新材料培育工作奠定基础。
1　材料和方法
1. 1　实验材料
实验所采用的品种为河北省的地方品种及其它省地方品种, 共 900 份。因地方品种为混
杂群体, 每个品种按籽粒颜色、形状等粗略分为不同类型, 每类型各取 2～ 4 粒进行电泳, 对
电泳结果有差异的品种类型一般再鉴定种子 20～ 100 粒, 以保证结果的准确性和代表性。所
采用的对照品种有: 中国春、中国春缺体、Gabo、N orin67、H albert、Sturdy、Kanto107、
Gam aya、Satan ta 及荷兰小麦。
1. 2　试验方法
实验参考 Zhao 的 SD S2PA GE 方法并进行了必要的改进。主要步骤如下:
1. 2. 1　样品制备　　取不带胚的半粒种子, 用钳子夹碎并放入 1. 5 mL 离心管中, 加入 1
mL 蒸馏水, 4 ℃过夜, 去除种皮并悬浮, 16, 000 r ö m in 离心 5 m in, 去上清, 淀粉沉淀用提取
液 (70 mmolö L 的 T ris2HC l pH 6. 8, 含 5% SD S 和 2% 22M E) 悬浮漂洗并离心去上清, 重复 3
次; 用蒸馏水悬浮洗涤沉淀并离心去上清, 重复 3 次, 70% 乙醇悬浮洗涤沉淀并离心, 丙酮
洗涤沉淀并离心, 去上清, 自然风干淀粉。每半粒淀粉样品用 200 LL 提取液提取 2 h, 沸水
浴 5 m in, 冷却样品, 16, 000 r ö m in 离心 10 m in, 取 30 LL 上清液加样。
1. 2. 2　电泳　　电泳采用双胶垂直板不连续 SD S2PA GE 系统, 电泳槽为 P ro tean ˚ , 电泳
仪为M UL T IPHOR ˚ XL , 均由 Pham arcia 公司生产。凝胶大小为 20 cm ×18 cm ×0. 7 cm ,
初始电压为 120 V , 进入分离胶后电压调整为 300 V , 电泳约进行 7 h。
1. 2. 3　检测　　蛋白染色采用银染方法。
1. 2. 4　基因命名　　根据小麦基因符号命名规则, 本研究将 3 个W x 蛋白亚基分别与W x 2
A 1、W x 2B1 和W x 2D 1 三个编码基因对应起来分析。
2　结果与分析
2. 1　小麦地方品种基因构成的特点
从电泳图谱可以看出, 小麦种子胚乳W ax y 蛋白可分为 3 个亚基, 这 3 个亚基已由中国
春缺体鉴定, 分别由W x 2A 1、W x 2B 1 和W x 2D 1 三个基因编码, 基因为显性时, 可从图谱上
检测到该蛋白亚基, 基因缺失时, 电泳图谱上看不到该蛋白亚基。见图 1。
在所分析的 900 份小麦地方品种中, 只发现一个品种缺失W x 2D 1 基因, 品种名称为“白
芒白”, 且其籽粒为白色, 来源于河北。在所检测的 10 份“白火麦”品种中, 本希望能发现
W x 2D 1 缺失基因, 但从中只发现 2 份材料缺失W x 2B 1 基因, 编号为京 2377 和京 2297, 分别
来自河南; 从其它地方品种中发现 4 份W x 2B1 基因缺失材料, 它们是大白皮、红蘖麦、红芒
红和白葫芦头, 产地均为河北。这些缺失W x 2B 1 基因的材料均为红粒品种, 籽粒质地硬, 胚
乳为蜡质类型。其它 893 份材料均具有 3 个显性W ax y 基因。见表 1 和图 1。
2. 2　小麦W x 基因突变频率
由以上结果可以看出,W ax y 蛋白表现正常的品种为893份, 约占所分析的地方品种的
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图 1　　小麦W ax y 蛋白 SDS2PA GE 电泳图谱
F ig. 1　　SDS2PA GE patterns of w heat W ax y p ro teins
1. Gabo; 2. Norin67; 3. Helbert; 4. Sturdy; 5. 中国春; 6. Gam aya; 7. Satanta; 8. 中国春; 9. 白芒白;
10. 红芒红; 11. 白麦; 12. 红蘖麦; 13. 大白皮; 14. 白葫芦头; 15. 中国春
1. Gabo; 2. Norin67; 3. Helbert; 4. Sturdy; 5. CS; 6. Gam aya; 7. Satanta; 8. CS; 9. Baim angbai;
10. Hongm anghong; 11. Baim ai; 12. Hongniem ai; 13. Dabaip i; 14. Baihulutou; 15. CS
表 1　　部分小麦品种W axy 基因表现型
Table 1　　Some wheat var ieties with W axy genes
品种名称
N am e of variety
W x 2A 1 W x 2D 1 W x 2B1
籽粒颜色
Grain co lor
Gabo (CK) + + - red
Norin67 (CK) + + + w hite
Halbert (CK) + + - red
Sturdy (CK) + + + red
Kanto107 (CK) - + - red
Gam aya (CK) + + - red
Satanta (CK) + + - red
Dutch w heat (CK) - + - red
Chinese sp ring (CK) + + + w hite
Baim angbai + - + w hite
Baihuom ai + + - red
Baihuom ai + + - red
Dabaip i + + - red
Hongniem ai + + - red
Hongm anghong + + - red
Baihulutou + + - red
　　注: “+ ”表示含有该基因, “- ”表示基因缺失
Note: “+ ”: w ith th is gene; “- ”w ithout th is gene
99. 22% ; W x 2B 1 突变类型为 6 份, 占
0. 67% ; W x 2D 1 突变体一份, 占所分析品
种的 0. 11%。这一结果与 Zhao (1994) 等
人的研究结果具有共同的特点, 就是:
W ax y 蛋白正常类型出现频率> W x 2B 1
突变频率> W x 2A 1 或D 1 的突变频率, 虽
然从这些品种中未能发现W x 2A 1 突变
体, 但却找到了稀有的、在国外品种中找
不到的W x 2D 1 缺失品种。我们以前对地
方品种麦谷蛋白的分析时, 曾发现河北省
的一些地方品种在 Glu2A 1 和B 1 位点具
有稀有等位基因[ 12 ]。本研究再次证明, 我
国的地方品种具有自己独特的特点, 与国
外材料相比, 含有许多稀有基因, 具有丰
富的遗传多样性, 我们必须加以充分研究
和利用。
该研究所采用的地方品种中未发现
W x 2A 1 基因缺失材料和W x 2A 1B 1 缺失材料, 与日本和澳大利亚等国材料相比, 出现频率有
差异, 这可能与本实验所用材料多集中于河北省省内有关。
2. 3　小麦W x -7D 缺失基因的地理分布
根据本研究和以往日本人的结果, 现在世界上共发现两份材料具有W x 2D 1 缺失基因,
一份是“白芒白”, 在河北; 另一份是“白火麦”, 由于该品种是 1937 年, 日本人从中国“引
9523 期　　　　　　王子宁等: 小麦 (T. aestivum )W ax y 2D 1 基因缺失材料的发现及分析　　　　　　　　　

进”, Yam amori(1996)提供的资料说, 该材料引自中国江苏 (刘华, 贾继增, 待发表) ; 但分析
其来源也有可能是中国北方, 因为参考中国品种资源目录, 可以查到 11 份白火麦品种分布在
中国北方 (见表 2) , 在山西有 4 份, 河南有 4 份, 山东 2 份, 甘肃 1 份; 由于本研究时间的限
制, 没有分析其它与“白火麦”相关的品种, 很有可能从中找到缺失W x 2D 1 的品种, 这一实验
还在继续中。
表 2　　小麦地方品种“白火麦”来源
Table 2　　Some landraces with the name of“Ba ihuoma i”
品种名称
N am e of variety
编号
N um ber
保存单位
P reserving unit
来源产地
O rigin
Baihuom ai ZM 1568 J ing 1233 Shanxi
Baihuom ai ZM 1569 J ing 1234 Shanxi
Baihuom ai ZM 1600 J ing 1265 Shanxi
Baihuom ai ZM 1643 J ing 1309 Shanxi
Baihuom ai ZM 2057 L u 153 Shandong
Baihuom ai ZM 2130 J ing 1630 Shandong
Baihuom ai ZM 3349 J ing 2297 Henan
Baihuom ai ZM 3411 J ing 2377 Henan
Baihuom ai ZM 5015 Ganp ing A 14 Gansu
Baihuom ai 1947 J iangsu Henan
Baihuom ai 1948 J iangsu Henan
　　小麦W ax y 基因缺失, 会影响胚乳中直
链淀粉的含量, 从而影响小麦的加工品质和
食用品质。W ax y 27D 缺失材料“白芒白”是
一个白粒品种, 在小麦品质育种、材料创新
及近等基因系培育方面具有潜在的应用价
值, 在小麦糯性遗传和分子遗传方面具有理
论研究价值。由于小麦与水稻、玉米不同,
是一个异源多倍体, 目前尚未发现 3 个W x
位点全都缺失的自然突变体, W ax y 27D 缺
失材料的发现, 使得我们有可能创造出糯性
的或不含直链淀粉的小麦新材料。
2. 4　小麦W x 基因材料的研究和利用
利用不同小麦W x 基因缺失材料培育蜡
质小麦是该研究的最终目的。我们已知小麦品质与麦谷蛋白、麦醇溶蛋白和淀粉特性等许多
因素有关, 因此, 在培育蜡质小麦时, 要把蜡质基因与上述诸因素结合起来综合考虑, 特别
应注意的是淀粉特性对品质的影响, 这是先前品质研究比较薄弱的地方; 在育种方法上, 利
用有性杂交结合小麦花药培养或玉米诱导小麦单倍体技术, 使重组基因快速纯化, 采用基因
标记跟踪技术, 筛选目的基因材料, 使短期内培育出蜡质小麦新材料成为可能。
除利用地方品种的优良基因外, 育成种优良的农艺性状和W x 基因多态性也是可以利用
的重要方面。本研究注意到, 育成种中存在着较高的W x 基因突变频率 (王子宁, 郭北海; 待
发表) , 应加以充分研究和利用。
参　考　文　献
1　Echt C S, C Schw artz. Genetics, 1981, 99: 275～ 284
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5　Chao S, P J Sharp. T heoretical and A pp lied Genetics, 1989, 78: 495～ 504
6　Clarke J R , M Robertson, P lant M olecular B iology , 1991, 16: 1099～ 1101
7　M iura H , S Tanii. E uphy tica, 1994, 72: 171～ 176
8　O da N H , P A Seib. Cereal Chem istry , 1983, 60: 433～ 438
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10　N acam ura T , M Yam amory, P lant B reed ing , 1993b, 111: 99～ 105
11　Zhao X, P J Sharp. In: P roceed ing of the 7 th W heat B reed ing S ociety of A ustralian A ssem bly , W B SA , A d elaid e. 1994,
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