全 文 ：Vol. 30 , No. 5
pp. 481～486 　May , 2004
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 30 卷 第 5 期
2004 年 5 月 　481～486 页
不同高分子量谷蛋白亚基组合的小麦籽粒蛋白组分及其谷蛋白大聚合
体的积累规律
邓志英1 　田纪春1 , 3 　刘现鹏2 Ξ
(1 山东农业大学小麦品质育种研究室 , 山东泰安 271018 ;2 中国科学院遗传研究所 , 北京 100101)
摘 　要 　用 12 个含有不同高分子量谷蛋白亚基 (HMW2GS)的小麦品种 (或品系) 研究了小麦籽粒蛋白、蛋白组分的积累
规律及谷蛋白大聚合体与总蛋白比率的动态变化。结果表明 : (1) 幼粒中的清蛋白和球蛋白含量在灌浆初期快速积累 ,
然后逐渐下降 ,成熟期又略有上升 ;不同 HMW2GS组合对其没有明显影响 ; (2) 醇溶蛋白在花后 16 d 左右大量积累 ,然后
呈逐渐下降趋势 ;优质 HMW2GS组合醇溶蛋白积累较少 ; (3) HMW2GS在花后 20～24 d 左右开始持续快速积累 ,与谷蛋白
大聚合体 ( GMP)含量的动态变化一致 ;优质 HMW2GS组合小麦籽粒的 HMW2GS积累较多 ; (4) GMP 积累量在成熟期达到
高峰 ,其动态变化与其占籽粒蛋白比率的动态变化趋势一致 ,即 GMP 的绝对含量反映了它在籽粒蛋白中的分布 ; (5) 籽
粒总蛋白的积累量在花后 15 d 左右出现一个低谷 ,前、后皆有一个高峰。
关键词 　小麦 ; 蛋白组分 ; 谷蛋白大聚合体 ( GMP) ; 高分子量谷蛋白亚基 (HMW2GS)
中图分类号 :S512. 101
Accumulation Regularity of Protein Components in Wheat Cultivars with Different
HMW2GS
DENG Zhi2Ying1 ,TIAN Ji2Chun1 , 3 , LIU Xian2Peng2
(1 Key Laboratory of Quality Wheat Breeding , Shandong Agriculture University , Tai’an 271018 , Shandong ; 2 Institute of Genetics in Chinese Academy Science , Bei2
jing 100101 , China)
Abstract 　Twelve wheat cultivars with different HMW2GS were used to analyze dynamics of protein components and ratio of
GMP to protein of wheat grain. The fast accumulation for albumin and globulin appeared in early stage of grain filling , then
descended little by little , but slightly ascended at mature stage. A large accumulation for gliadin was as about 16 d after
anthesis , then decreased. For HMW2GS , the continue fast accumulation existed during 20 - 24 d after anthesis , its trend
was the same as GMP. GMP accumulation appeared a peak at mature , which was similar to the ratio of GMPΠPr. The accu2
mulation of the protein of grain showed lowest at 15 d after anthesis and higher both before and after 15 d. Different HMW2
GS composition has no obvious effects on the albumin and globulin , but obvious effects on HMW2GS and GMP.
Key words 　Wheat ;Protein component ; Glutenin macropolymer( GMP) ;HMW2GS
　　小麦籽粒主要由淀粉、蛋白质和脂肪等物质组
成 ,其中蛋白质仅占籽粒干重的 9 %～15 %[1 ,2 ] ,但
蛋白质组分与各组分的分布却是影响小麦加工品质
的重要因素 ,特别是高分子量谷蛋白亚基 ( HMW2
GS)对其影响较大。有关 HMW2GS 与品质的关系前
人已进行大量研究[3～9 ] ,但对不同 HMW2GS 组合的
小麦籽粒蛋白组分及其 GMP 的积累规律研究较少。
本研究的主要目的是揭示不同 HMW2GS 组合小麦 籽粒蛋白各组分的动态变化规律 ,为通过育种和栽培措施合理调控蛋白质组分提供理论依据 ,也为研究不同 HMW2GS组合的小麦加工品质提供参考。1 　材料与方法1. 1 　材料　　鲁麦 20 (L20) (1 , 14 + 15 , 5 + 10) ,绵阳 19 ×PY8521 和 PH1521 ( null , 14 + 15 , 5 + 10) , PH85216 ,Ξ基金项目 :国家计委“山东省聊城市国家大型优质小麦生产基地项目”(200021800) 和山东省科技厅“超级小麦育种技术研究”项目 (20012
500) 。
作者简介 :邓志英 (1976 - ) ,女 ,在读博士 ,从事小麦品质育种工作。E2mail :deng868 @163. com 3 通讯作者 :田纪春 ,教授 ,博士生导师。Tel :
053828241304 或 8242040 ,E2mail : jctian @sdau. edu. cn
Received(收稿日期) :2003205219 ,Accepted(接受日期) :2003211203.

D9401 ,98 中 18 ,小偃 6 号 (null 或 1 ,14 + 15 ,2 + 12) ,
鲁麦 19 (L19) ,鲁麦 15 (L15) (1 ,7 + 8 ,2 + 12) ,矮孟牛
Ⅰ型 (1 ,7 + 9 ,2 + 12) ,矮孟牛 Ⅱ型 (1 ,7 + 8 ,2 + 12) ,
矮孟牛 Ⅵ型 (1 ,7 + 9 ,4 + 12) 。
于 2000 年按随机区组方式 (重复 1 次) 种植于
山东农业大学泰郊实习农场 ,试验条件及栽培措施
完全一致 ; 土壤基础全氮及有效硫含量分别为
(0. 89 ±0. 05) gΠkg , (5. 75 ±0. 04)μgΠg ;小区长度 2
m ,小区面积 12 m2 ;重复 1 次。收获时按品种 (或品
系)混收。
1. 2 　方法
1. 2. 1 　粗蛋白含量的测定
利用瑞士 Buchi 公司生产的半自动凯氏定氮
仪 ,按 GB2905282 (半微量凯氏法) 进行测定 ,蛋白质
指数取 5. 7。
1. 2. 2 　蛋白组分的提取及含量测定
1. 2. 2. 1 　蛋白组分的提取方法参考 Herbert Wieser
(1998) [10 ] , Verbruggen I M (1998) [11 ] ,略有改动。全
麦粉用 0. 4 molΠL NaCl + 0. 067 molΠL HKNaPO4 (pH
7. 6) 溶液提取清蛋白和球蛋白 ,然后再用 50 %
( VΠV)异丙醇提取醇溶蛋白 ,最后用 50 % ( VΠV ) 异
丙醇 + 1 %( WΠV) DTT + 0. 08 molΠL Tris2HCl (pH 8. 0) 提取谷蛋白亚基。1. 2. 2. 2 　蛋白组分含量测定用双缩脲法。1. 2. 2. 3 　HMW2GS 的提取及含量测定参考刘现鹏[12 ]所采用的方法。1. 2. 3 　GMP 含量的测定参考孙辉等[13 ]的方法。向 0. 1 g 小麦全麦粉中加入 2 mL 1. 5 %的 SDS提取液 ,常温下 15 500 ×g 离心 15 min ,弃上清液 ,用双缩脲法 (AACC46215 ,1983)测定残余物中氮的含量作为 GMP 的近似含量。2 　结果与分析2. 1 　不同 HMW2GS 组合小麦籽粒清蛋白和球蛋白的积累规律从供试小麦品种籽粒清蛋白和球蛋白含量在灌浆期的动态变化 (图 1) 可以看出 ,清蛋白和球蛋白在灌浆初期便开始快速积累 ,含量较高 ,以后随灌浆进程逐渐降低 ,在花后 24 d 左右降到最低点 ,大部分品种在花后 20～28 d 有一个持续的低谷期 ,成熟期清蛋白和球蛋白含量又有一定回升。但不同亚基组合小麦籽粒清蛋白和球蛋白含量在灌浆期的动态变化没有较大的差异 ,这说明 HMW2GS 组成对籽粒清蛋白和球蛋白的积累影响较小。
图 1 　不同亚基组合小麦灌浆期到成熟期籽粒清蛋白、球蛋白含量动态变化
Fig. 1 　Dynamic changes of albumin and globulin content of kernel with different subunits combination from filling stage to mature stage
(a :含 5 + 10 亚基对小麦品种 ;b :含 null ,14 + 15 ,2 + 12 亚基对小麦品种 ;c :含 1 ,14 + 15 ,2 + 12 亚基对小麦品种 ;d :矮孟牛近等基因系。)
(a :Cultivars with 5 + 10 ; b :Cultivars with null ,14 + 15 ,2 + 12 ; c :Cultivars with 1 ,14 + 15 ,2 + 12 ; d :Aimengniu near2isogenic lines. )
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2. 2 　不同 HMW2GS 组合籽粒醇溶蛋白的积累规
律
　　灌浆期至成熟期籽粒醇溶蛋白的积累规律 (图
2)和清蛋白与球蛋白的积累规律相似。但是 ,对大
多数品种而言 ,醇溶蛋白的含量是在花后 16 d 左右
才开始增加并达到高峰 ,高峰期一般持续到花后
24～28 d ,此后醇溶蛋白的含量开始下降 ,直至成熟
期。不同 HMW2GS 组合的小麦品种醇溶蛋白的积
累规律有所不同 :含 5 + 10 亚基组合的品种 ,醇溶蛋
白含量的高峰出现的较早 ,然后持续下降 ,花后 28 d
之后下降幅度加大 (图 22a) ;含 14 + 15 亚基的品种
(图 22c)以及含 4 + 12 的品种 (图中矮孟牛 Ⅵ型曲 线)花后 16 d 左右出现积累高峰 ,然后逐渐下降 ,但花后 28 d 之后下降的幅度小于含 5 + 10 的品种 ;含7 + 8 (图 22b 和矮孟牛 Ⅱ型曲线) 的品种从灌浆初期就保持较高的醇溶蛋白积累速率 ,花后 28 d 左右 ,醇溶蛋白含量的增幅加大 ,直至成熟期。结果表明 ,含 HMW2GS 5 + 10 和 14 + 15 的品种 ,灌浆后期醇溶蛋白的含量减少 ,相应 HMW2GS(见 2. 3 的分析) 的增幅加大 ,从而改善了小麦的最终加工品质 ;而含其他亚基或组合的品种 ,灌浆后期醇溶蛋白的含量增加 ,这可能是影响小麦最终加工品质提高的原因之一。
图 2 　不同亚基组合小麦从灌浆期到成熟期籽粒醇溶蛋白含量动态变化
Fig. 2 　Dynamic changes of glidian content of kernel with different subunits combination from filling stage to mature stage
(a : 含 5 + 10 亚基对小麦品种 ;b :含 7 + 8 亚基对小麦品种 ;c :含 14 + 15 亚基对小麦品种 ;d :矮孟牛近等基因系。)
(a :Cultivars with 5 + 10 ;b :Cultivars with 7 + 8 ;c :Cultivars with 14 + 15 ;d :Aimengniu near2isogenic lines. )
2. 3 　HMW2GS 的积累规律
不同 HMW2GS 亚基组合小麦品种灌浆期到成
熟期籽粒 HMW2GS 含量动态变化总体趋势是一致
的 :即从花后 16 d 左右开始积累 ,以后积累速率逐
渐加快 ,至成熟期达到积累高峰。尽管总体积累趋
势一致 ,但不同亚基组合小麦品种的积累规律有差
异 ,特别是含有 5 + 10 亚基和不含 5 + 10 亚基品种
间的 HMW2GS的动态积累差异较明显 ,前者在整个
小麦籽粒灌浆期保持一个较高水平的持续稳定积
累 ,并且在成熟期积累速率还有所加快 (图 32a 折线
图) ;而后者多数品种在花后 20 d 之前的积累波动
较大 ,从花后 20～24 d 前后积累量才开始持续增加
(图 32b～图 32d 折线图) 。而含 14 + 15 亚基对和含
7 + 8 及含 7 + 9 亚基对的品种间 HMW2GS 积累差别
不大 (图 32b、图 32c 和图 32d 折线图) 。以上结果说
明 ,1D 位点亚基对 HMW2GS 积累的影响比 1B 位点
的亚基影响较大。
对比 HMW2GS 含量的动态变化曲线 (图 32a～
图 32d 折线图) 和 HMW2GS 与籽粒总蛋白比率的变
化曲线 (图 3a～图 3d 柱形图)发现 ,二者变化趋势基
本一致。这现象也为我们将来通过提高蛋白质总量
的同时在一定范围内间接提高 HMW2GS 含量 ,改善
小麦品质提供理论基础。
384　5 期 邓志英等 :不同高分子量谷蛋白亚基组合的小麦籽粒蛋白组分及其谷蛋白大聚合体的积累规律 　　　

图 3 　不同亚基组合小麦灌浆期到成熟期籽粒 HMW2GS 含量动态变化(柱形图表示 GMPΠPr ,折线图表示 HMW2GS 含量)
Fig. 3 　Dynamic changes of HMW2GS content of kernel with different subunits combination from filling stage to mature stage
(a :含 5 + 10 亚基对小麦品种 ;b :含 7 + 8 亚基对小麦品种 ;c :含 14 + 15 亚基对小麦品种 ;d :矮孟牛近等基因系。)
(a :Cultivars with 5 + 10 ;b :Cultivars with 7 + 8 ;c :Cultivars with 14 + 15 ;d :Aimengniu near2isogenic lines. )
2. 4 　不同 HMW2GS 组合的 GMP积累规律
2. 4. 1 　GMP 的积累动态
由图 4 可知 :在花后 28 d 之前 ,小麦籽粒 GMP
含量在较低水平上维持着相对恒定的积累速率 ,从
花后 28 d 之后开始快速积累。不同亚基对 GMP 的
积累有不同的影响 ,含 5 + 10 和 (或) 含 14 + 15 亚基
对的品种在成熟期 GMP 含量增幅比前期有很大提
高 (图 42a 和图 42b) ,但前者的增幅似乎更大 ,由于
前者的亚基组合为 1Πnull ,14 + 15 ,5 + 10 ,而后者的
亚基组合为 1Πnull ,14 + 15 ,2 + 12 ,说明 5 + 10 亚基
对 GMP 的积累比 2 + 12 亚基具有更为有利的影响。
而含 1 ,7 + 8 ,2 + 12 亚基组合品种的 GMP 积累量在
成熟期增幅很小 (图 42c) 。已知 GMP 是衡量小麦面 包加工品质的一个重要指标 ,而含 2 + 12 亚基组合品种后期 GMP 积累量相对较少 ,是含有该亚基小麦品种品质较差的原因之一。总之 ,对面包烘焙品质具有正向作用的亚基对成熟期小麦 GMP 的积累具有有利的影响 ,而且亚基组合中具有正向作用的亚基的数量越多 ,这种有利影响越大 ,表明了这些亚基对小麦的加工品质的影响具有累加效应。2. 4. 2 　部分品种 GMPΠPr 的动态变化小麦籽粒中 GMP 含量的动态变化与 GMP 占籽粒蛋白比率的动态变化 (图 5) 趋势基本一致。说明HMW2GS与 GMP 的关系非常密切 ,同时也说明 GMP作为籽粒蛋白中重要的一部分 ,其绝对含量显著影响着籽粒蛋白成分的粒度分布。
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2. 5 　籽粒蛋白的动态变化规律
从图 6 可以看出 ,不论是矮孟牛 HMW2GS 近等
基因系还是其他普通品种 ,籽粒蛋白的动态变化具
有相同的规律 :在花后 20 d 左右籽粒蛋白的积累量
有一个明显的低谷 ,而在此前、后都相对有一个积累
高峰。通过前面的结果与分析 ,可知前一个蛋白积
累高峰主要受清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白积累的影
响 ,后一个高峰主要是受谷蛋白积累的影响。
图 4 　灌浆期至成熟期部分小麦籽粒 GMP含量的动态变化
Fig. 4 　Dynamic changes of GMP content of kernel with different subunits combination from filling stage to mature stage
(a :含 5 + 10 亚基对小麦品种 ;b :含 14 + 15 亚基对小麦品种 ;c :含 7 + 8 亚基对小麦品种。)
(a :Cultivars with 5 + 10 ; b : Cultivars with 14 + 15 ; c : Cultivars with 7 + 8. )
图 5 　部分品种 GMP含量和 GMPΠPr 动态变化图
Fig. 5 　Dynamic changes of GMP content and GMPΠPr from filling stage to mature stage
3 　讨论
小麦从开花到成熟一般经历 35～40 d。籽粒发
育可分为 3 个阶段 ,即籽粒形成阶段、灌浆阶段和成
熟阶段。籽粒形成历时 9～11 d ,此时籽粒长度增加
不多 ,主要是水分迅速减少。本研究选择花后 12 d
取样是因为此时是一个转折点 ,小麦由籽粒形成阶
段转为灌浆阶段。由于开花后 30 d 左右时自然条
件 (雨水)的影响 ,32 d 时没有取样 ,而且这些品种的
成熟期相差 1～2 d 左右 ,这些可能会影响研究结
果 ,需进一步证实。
584　5 期 邓志英等 :不同高分子量谷蛋白亚基组合的小麦籽粒蛋白组分及其谷蛋白大聚合体的积累规律 　　　

图 6 　籽粒总蛋白含量的动态变化
Fig. 6 　Dynamic changes of protein content of kernel of wheat
　　此外 ,长期以来 ,对小麦品质的研究多注重籽粒
蛋白质 ,而对蛋白组分及 GMP 对小麦品质的重要作
用 ,特别是含有不同 HMW2GS 组合的籽粒蛋白组分
及 GMP 含量研究较少。从本研究中清蛋白、球蛋
白、醇溶蛋白及 HMW2GS 的变化曲线可知 ,不同
HMW2GS组合对清、球蛋白的积累没有明显影响 ,而
对后两者有较大影响 ,即优质 HMW2GS 组合的小麦
品种灌浆后期醇溶蛋白含量减少 ,而 HMW2GS 的含
量增加。从 GMP 和 GMPΠPr 变化曲线可知 ,某些
HMW2GS组合有利于 GMP 的积累。因此 ,依据它们
的积累规律 ,可通过一定的栽培措施 ,在合适的时期
增加所需组分 ,减少非所需组分 ,改良籽粒蛋白的品
质 ;或通过现代育种技术实现某些 HMW2GS 的聚
合 ,以达到改善小麦品质的目的。
由于本实验材料样本数偏少 ,考虑的亚基组合
数较多 ,而且不同品种或品系的遗传背景不同 ,因此
对含有不同高分子量谷蛋白亚基组合的小麦籽粒蛋
白组分及其谷蛋白大聚合体的积累规律还需进一步
研究 ,以证实该结论的可靠性。
References
[ 1 ] Xu Z2F(徐兆飞) ,Zhang H2Y(张惠叶) , Zhang D2Y(张定一) . Wheat
Quality and Improvement (小麦品质及其改良) . Beijing : Meteorology
Press , 2000
[2 ] Payne P I. Genetics of wheat storage proteins and the effect of allelic
variation on bread2making quality. Ann Rev Physiol , 1987 ,38 :141 - 153
[ 3 ] Zhu J2B(朱金宝) . Relationship between wheat quality characteristic ge2
netics and environment and high or low molecular weight glutenin sub2
units. Ph D. Dissertation of Beijing Agriculture University(北京农业大
学博士论文) ,1993
[4 ] Yan X2D (阎旭东) . The relative relationship between co2influence of
glidian and high molecular weight glutenin of common wheat and quality
and major physics characteristics. Master Thesis of Hebei Agriculture
University(河北农业大学硕士论文) ,1993
[ 5 ] Lu Y(陆燕) , Ma C2X(马传喜) . Study on high molecular glutenin sub2
units changes and processing quality. Tritical Crops Acta Agro Sin (麦类
作物学报) , 2000 ,20 (4) :32 - 36
[6 ] Sun H(孙辉) , Li B2Y(李保云) ,Wang Y2G(王岳光) , Li G2T(刘广
田) . Relationship between wheat glutenin subunits and baking quality.
Journal of Agricultara Universitatis Sinica (中国农业大学学报) , 2000 ,
5 (3) :18 - 24
[7 ] Hiro Nakamura. The relationship between high2molecular2weight glutenin
subunit composition and the quality of Japanese hexaploid wheat lines. J
Agric Food Chem , 2000 ,48 :2648 - 2652
[8 ] Lafferty J , Lelley T. Introduction of high2molecular2weight glutenin sub2
unit 5 + 10 for the improvement of the bread2making quality of hexaploid
Triticale. Plant Breeding , 2001 ,120 :33 - 37
[9 ] Brites C , Carrille J M. Influence of high2molecular2weight ( HMW) and
low2molecular2weight (LMW) glutenin subunits controlled by Glu21 and
Glu23 loci and Durum weight quality. Cereal Chem , 2001 ,78 (1) :59 -
63
[ 10 ] Herbert Wieser Susanne Antes , Werner Seilmeier. Quantitative determi2
nation of gluten protein types in wheat flour by reversed2phase high per2
formance liquid chromatography. Cereal Chem , 1998 ,75 (5) :644 -
650
[11 ] Verbruggen I M , Veraverbeke W S , Vandamme A , Delcour J A. Si2
multaneous isolation of wheat high molecular weight and low molecular
weight glutenin subunits. J Cereal Sci , 1998 ,28 :25 - 32
[12 ] Liu X2P(刘现鹏) . The relationship between the quality and the protein
of kernel of wheat . Master Thesis of Shandong Agriculture University(山
东农业大学硕士论文) , 2002
[13 ] Sun H (孙辉) . Relationship between wheat glutenin subunits , GMP
content and quality and study on gene multistyle of Glu2D1. Ph D Dis2
sertation of Agricultara Universitatis Sinica (中国农业大学博士论
文) , 1998
684 　　　作 　　物 　　学 　　报 30 卷