全 文 :书广 西 植 物 Guihaia 32(4):557-560 2012年 7 月
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2012.04.025
119种植物种子蛋氨酸含量分析
陈宏伟1,2,3,5,杨进军2,4,饶力群3,邱业先1,2,3,5*
(1.苏州科技学院 化学与生物工程学院,苏州215009;2.江西农业大学 理学院,南昌330045;3.湖南
农业大学 生物科学技术学院,长沙410128;4.天津理工大学 环境科学与安全工程学院,
天津300191;5.江苏省环境功能材料重点实验室,苏州215009)
摘 要:豆科植物蛋白中含硫氨基酸尤其是蛋氨酸含量低,影响其蛋白质的营养价值。为开发出更高甲硫氨
酸含量蛋白质基因资源,采用酸水解法,对我国亚热带常见的119种森林植物种子的蛋氨酸含量进行了测定。
结果表明:93%以上植物种子的蛋氨酸含量较低,只有八仙花、榕叶冬青、山苍子、锌树、龙葵、栾树、商陆和盐
肤木的蛋氨酸含量在10.00mg/g以上,其中盐肤木的蛋氨酸含量为119种植物中最高,达36.89mg/g,可以
作为进一步开发的新型高蛋氨酸蛋白基因资源。
关键词:亚热带植物;贮藏蛋白;蛋氨酸
中图分类号:Q517,Q781,S188 文献标识码:A 文章编号:1000-3142(2012)04-0557-04
* Analysis of methionine contents
in seeds of 119plants
CHEN Hong-Wei 1,2,3,5,YANG Jin-Jun2,4,
RAO Li-Qun3,QIU Ye-Xian1,2,3,5*
(1.College of Chemistry and Bioengineering,Suzhou University of Science and Technology,Suzhou 215009,China;2.College
of Science,Jiangxi Agricultural University,Nanchang 330045,China;3.College of Bioscience and Technology,Hunan
Agricultural University,Changsha 410128,China;4.School of Environmental Science and Safety Engineering,Tianjin
University of Technology,Tianjin 300191,China;5.Jiangsu Key Laboratory for Environment Functional
Materials,Suzhou University of Science and Technology,Suzhou,215009,China)
Abstract:Low content of the sulfur amino acid especialy methionine is responsible for the relatively poor nutritional
quality of legume protein.The methionine content in seeds of 119subtropical plants in our country was determined by
acid hydrolysis method.The results showed that more than 93%plants had low methionine contents.However,the
methionine content of Hydrangea macrophylla,Ilex ficoidea,Litsea cubeba var.formosana,Catalpa ovata,Sola-
num nigrum,Koelreuteria paniculata,Phytolacca acinosa and Rhus chinensis was found to exceed 10.00mg/g,and
that of Rhus chinensis was the highest,which reached 36.89mg/g.The species Rhus chinensis could serve as a new
methionine-rich protein gene resource.
Key words:subtropical plant;storage proteins;methionine
植物能合成它所需的全部氨基酸,而人体需要
供给一些必需氨基酸。但是一种植物蛋白质往往缺
乏一些必需氨基酸,通常谷物蛋白缺乏赖氨酸
(Lys)及色氨酸(Trp),蛋氨酸含量也不高,而豆类
* 收稿日期:2011-12-12 修回日期:2012-04-10
基金项目:江西省新世纪学术与技术带头人项目(20030304);江苏高校优势学科建设工程项目;苏州科技学院基金(XKY201025)[Supported by New
Century Learning and Technical Leader Project of Jiangxi Province(20030304);Project Funded by the Priority Academic Program Development of Jiangsu
Higher Education Institutions(PAPD);Suzhou University of Science and Technology Foundation(XKY201025)]
作者简介:陈宏伟(1978-),男,湖南茶陵人,博士生,讲师,主要从事植物生物化学与分子生物学研究,(E-mail)hwchen2000@163.com。
*通讯作者:邱业先,博士生导师,教授,研究方向为生物化学与分子生物学,(E-mail)qyx542@mail.usts.edu.cn。
和多数蔬菜蛋白主要缺少含硫氨基酸,如蛋氨酸
(Met)和半胱氨酸(Cys)。因此依靠单一农作物(如
水稻、玉米)为主粮的人和动物,其营养是不均衡的,
尤其是含硫氨基酸(蛋氨酸和半胱氨酸)缺乏,常常
使得蛋氨酸成为第一限制性氨基酸(WHO,2007),
所以改善农作物的蛋白质品质,特别是提高蛋白质
的氨基酸成分,以便使它更适合于人类营养平衡的
需要,已成为当今植物育种学家的一个主要目标。
获取异源高蛋氨酸蛋白基因,通过基因工程的方法
提高作物的蛋氨酸含量是一条重要途径(赵文明,
1995)。迄今为止,已从巴西栗(Philippe等,1990;
Susan等,1992)、玉米(Chui等,1995)、向日葵和花
生(Basha等,1981)等作物中筛选分离了一些高含
硫氨基酸主要是蛋氨酸的种子贮藏蛋白基因,并且
成功地在转基因烟草、油菜、大豆、水稻(Tsuzuki
等,1986)、马铃薯(Tu等,1998;李雷等,2000)、苜蓿
(Amira等,2005;吕德扬等,2000)等植物中提高了
含硫氨基酸的含量。为了开发出更高甲硫氨酸含量
蛋白质基因资源,本研究通过对119种常见亚热带
森林植物种子的贮藏蛋白进行蛋氨酸含量测定和分
析,以明确其含量,发现高蛋氨酸森林植物资源,为
新型高蛋氨酸种质资源的开发提供依据。
1 材料与方法
1.1试验材料
119种常见亚热带植物种子均采自江西农业大
学校园内和江西省南昌市梅岭。选取籽粒饱满的成
熟种子,去壳后磨粉,收集干粉备用。
1.2试验方法
酸水解法水解种子蛋白质,用 Hitachi835-50高
速氨基酸自动分析仪测定氨基酸含量。
1.3精密仪器和药品规格
日本日立公司生产的 Hitachi835-50高速氨基
酸自动分析仪。药品均为分析纯。
2 结果与分析
2.1蛋氨酸含量分析
2.1.1含量分析 由表1可以得知,在所测定的54
科119种常见亚热带森林植物种子中,其种子干粉
平均蛋氨酸含量为4.55、10.00mg/g以下的共有
111种之多,占比在93%以上,其中有22种植物种
子蛋氨酸含量极微。
2.1.2种属分析 由表1可以看出,每克种子干粉
中蛋氨酸含量低于1.00mg的22种,含量在1.00
~2.00mg/g的有1种,含量在2.00~3.00mg/g
的有21种,含量在3.00~4.00mg/g的有21种,含
量在4.00~5.00mg/g的有19种,含量在5.00~
6.00mg/g的有6种,含量在6.00~7.00mg/g的
有9种,含量在7.00~8.00mg/g的有8种,含量在
8.00~9.00mg/g的有3种,含量在9.00~10.00
mg/g的有1种,含量在10.00~20.00mg/g的有5
种,含量在20.00~30.00mg/g的有2种,含量在
30.00mg/g以上的只有1种,即盐肤木,为36.89
mg/g。多数同属中不同种的植物蛋氨酸含量较为
接近,如樟科樟属的樟树、阴香、细叶香桂的蛋氨酸
含量相近。
2.1.3科属分析 本研究测定的119种植物分属54
个科,相对而言,同科植物中,蛋氨酸含量也大多接
近,只在无患子科、漆树科、茄科、樟科、商陆科的少数
不同属或者不同种的植物中,蛋氨酸含量相差较大。
3 讨论
上述分析结果表明,大多数植物的蛋氨酸含量
较低,这与多数植物较为缺乏蛋氨酸相符。各科属
植物中种子蛋氨酸含量也较为接近,只有少数植物
如八仙花、榕叶冬青、山苍子、锌树、龙葵、栾树、商陆
和盐肤木等种子贮藏蛋白蛋氨酸含量较高,其中盐
肤木的种子干粉中蛋氨酸含量即已达36.89mg/g,
即3.69%,扣除种子中淀粉等物质的比例,其蛋氨
酸含量大大超过了联合国粮农组织(FAO)和世界
卫生组织(WHO)规定的标准氨基酸比例(每种必
需氨基酸占总蛋白的3.5%),我们有理由相信盐肤
木种子贮藏蛋白具有乐观的研究和开发前景。
近年来,将编码高含硫氨基酸的基因转入相对
缺乏含硫氨基酸的农作物中改善氨基酸平衡已经取
得一些进展。Tu等(1998)将巴西豆2S蛋白基因
导入植物显著提高了转基因植株中含硫氨基酸的含
量,李雷等(2000)将玉米醇溶蛋白基因导入马铃薯
也明显提高了马铃薯块茎中含硫氨基酸的含量,吕
德扬等(2000)也成功获得了高含硫氨基酸的转基因
苜蓿。但目前从GenBank上获得的高蛋氨酸蛋白
基因序列只有166条记录,且绝大部分为昆虫蛋白
基因,植物源仅有34条,其中玉米源高蛋氨酸蛋白
855 广 西 植 物 32卷
表1 119种植物种子中蛋氨酸含量的测定 (单位:mg/g)
Table 1 Determination of met content in seeds of 119plants
植物种类
Plant species
蛋氨酸
含量
Met
content
植物种类
Plant species
蛋氨酸
含量
Met
content
植物种类
Plant species
蛋氨酸
含量
Met
content
柿树科 Ebenaceae 省沽油科Staphyleaceae 忍冬科 Caprifoliaceae
1.罗浮柿Diospyros morrisiana 5.12 44.银鹊树Tapiscia sinensis 6.22 85.金银花Lonicera japonica 3.23
茶科 Theaceae 45.野鸭椿Euscaphis japonica 3.89 86.茶荚蒾Viburnum setigerum -
2.木荷Schima saperba 6.00 46.锐尖山香圆Turpinia arguta 4.99 87.宜昌荚蒾V.ichangense -
3.黄瑞木Adinandra millettii 3.40 榆科 Ulmaceae 88.南方荚蒾V.fordiae 3.54
4.油茶Camellia oleifera 3.54 47.榔榆Ulmus parvifolia 3.83 89.陆英Sambucus chinensis 5.62
壳斗科Fagaceae 蔷薇科 Rosaceae 槭树科 Aceraceae
5.麻栎Quercus acutissima 4.06 48.光叶石楠Photnia glabra 7.61 90.三峡槭Acer wilsonii 6.27
6.苦槠Castanopsis sclerophylla 2.49 49.小叶石楠P.parvifolia 3.27 91.中华槭A.sinense 6.28
7.青冈Cyclobalanopsis glauca - 50.桃叶石楠P.prunifolia 2.73 猕猴桃科 Actinidia lanceolata
8.滑皮石枥Lithocarpus skanianus - 51.大果花楸Sorbus megalocarpa - 92.小叶猕猴桃A.lanceolata 3.53
9.水青冈Fagus longipetiolata 2.02 52.金樱子Rosa laevigata - 茄科Solanaceae
豆科 Leguminosae 53.高粱泡Rubus lambertianus - 93.野海茄Solanum japonense 6.39
10.马缨花Albizzia julibrissin 7.24 柏科 Cupressaceae 94.龙葵S.nigrum 18.29
11.山蚂蟥Deamodium racemosum 6.20 54.侧柏Platycladus orientalis 2.26 山矾科Symolocaceae
千屈菜科 Lythraceae 石榴科Punicaceae 95.南岭山矾Symplocos confusa 2.58
12.紫薇Lagerstroemia indica 5.40 55.石榴Punica granatum 4.85 马鞭草科 Verbenaceae
虎耳草科Saxifragaceae 樟科 Lauraceae 96.紫珠Callicarpajaponica 3.65
13.八仙花Hydrangea macrophylla 10.50 56.山苍子Litsea cubeba var.formosana 11.46 百合科 Liliaceae
14.鼠刺Itea chinensis 3.66 57.木姜子L.cubeba 3.14 97.山姜Polygonatum cyrtonema 4.49
茜草科 Rubiaceae 58.山胡椒Lindera glaucca - 98.黄精P.sibiricum 2.22
15.粗叶木Lasianthus chinensis 4.47 59.乌药 .L.aggregata 2.83 99.土茯苓Smilax glabra 2.69
16.黄栀子Gardenia jasminoides 9.20 60.樟树Cinnamomum camphora 4.59 旋花科 Convolvulaceae
17.山黄皮Randia cochinchinensis 2.30 61.细叶香桂C.subavenium 4.35 100.菟丝子Cuscuta chinensis 3.71
18.狗骨柴Thicalysia dubia 7.48 62.阴香C.burmannii 3.01 金粟花科Chloranthaceae
19.流苏Thysanospermum deffusum 3.42 63.湘楠Phoebe hunanensis - 101.草珊瑚Sarcandra glabra 3.26
20.毛鸡矢藤Paederia scandens 7.42 芸香科 Rutaceae 紫金牛科 Myrsinaceae
悬铃木科Platanaceae 64.黄蘖Phellodendron amurense 2.28 102.朱砂根Ardisia crenata 2.26
21.悬铃木Plantanus acerifolia 2.04 大戟科 Euphorbiaceae 103.铁凉伞A.bicolor 4.84
蓝果树科 Nyssaceae 65.油桐Vernicia fordii 3.54 104.杜茎山 Maesa japonica 7.98
22.喜树Camptotheca acuminate 8.60 66.乌桕Sapium sebiferum 4.50 105.血党Ardisia brevicaulis -
木兰科 Magnoliaceae 67.山乌桕Sapium didcolor - 胡桃科Juglandaceae
23.野含笑 Michelia skinneriana 4.38 68.酸味子Antidesma japonicum 4.35 106.青钱柳Cyclocaryapaliurus 4.96
24.紫花含笑 M.crassipes 4.13 69.野南瓜Glochidion puberum 2.68 棕榈科 Arecaceae(palmaceae)
25.深山含笑 M.maudiae 6.76 杉科 Taxodiaceae 107.棕榈Trachycarpus fortunei 2.98
26.乐昌含笑 M.chapensis 1.80 70.柳杉Cryptomeria fortunei - 莎草科 Cyperaceae
27.南五味子Kadsura longepedunculata8.61 71.杉木Cunninghamia lanceolata 3.55 108.莎草Scirpus triqueter 7.46
木犀科 Oleaceae 五加科 Araliaceae 石蒜科 Amarylidaceae
28.女贞Ligustrum lucidum 4.28 72.楤木Aralia chinensis - 109.石蒜Lycoris radiate 2.61
29.小蜡树L.sinensis var.myrianthum5.71 73.黄毛楤木A.decaisneana 5.08 山茶科 Theaceae
30.流苏树Chionanthus retusus 4.56 74.星毛鹅掌柴Schefflera minutistellata 3.61 110.杨桐Cleyera japonica 6.53
冬青科 Aquifoliaceae 无患子科Sapindaceae 111.柃木Euryajaponica 4.20
31.榕叶冬青Ilex ficoidea 11.46 75.无患子Sapindus mukorossi - 玄参科Scrophulariaceae
32.毛冬青I.pubescens 4.60 76.栾树 Koelreuteria paniculata 20.51 112.毛泡桐Paulownia tomentosa 7.19
33.凹叶冬青I.championii 2.72 木通科 Lardizabalaceae 113.泡桐P.fortune 7.13
34.铁冬青I.rotunda 2.64 77.紫花牛姆瓜 Holboellia fargesii - 红豆杉科 Taxaceae
35.落霜红I.serrata 2.09 桃金娘科 Myrtaceae 114.南方红豆杉Taxus mairei 3.67
松科Pinaceae 78.乌口树Syzygium cumini - 商陆科Phytolaccaceae
36.马尾松Pinus massoniana 8.62 79.赤楠S.buxifolium 2.88 115.商陆Phytolacca acinosa 23.89
9554期 陈宏伟等:119种植物种子蛋氨酸含量分析
续表1
植物种类
Plant species
蛋氨酸
含量
Met
content
植物种类
Plant species
蛋氨酸
含量
Met
content
植物种类
Plant species
蛋氨酸
含量
Met
content
37.黄山松P.taiwanensis - 小蘖科Berberidaceae 116.洋商陆P.americana 5.89
38.黑松P.thunbergii - 80.阔叶十大功劳 Mahonia bealei 6.58 桑科 Moraceae
漆树科 Anacardiaceae 苏木科 Caesalpiniaceae 117.琴叶榕Ficus pandurate 4.73
39.盐肤木Rhus chinensis 36.89 81.皂荚Gleditsia sinensia - 卫矛科 Celastraceae
40.野漆树R.sylvestris 3.31 海桐花科Pittosporaceae 118.哥兰叶Celastrus gemmaatus -
41.南酸枣Choerospondias axillaris 3.31 82.短萼海桐Pittosporum brevicalyx 4.81 鼠李科 Rhamnaceae
紫葳科Bignoniaceae 83.崖花海桐P.sahnianum - 119.小叶冻绿Rhamnus vigata 2.90
42.锌树Catalpa ovata 10.34 楝科 Meliaceae
野茉莉科Styracaceae 84.苦楝 Melia azedarach -
43.小叶白辛树Pterostyrax corymbosa 2.14
注:“—”表示蛋氨酸含量极微
Note:“—”presents infinitesimal content of Met.
基因序列达19条,其他基因分别来源于荞麦、番茄、
巴西豆、向日葵、高粱、花生、水稻、豆类植物等。
本文对我国资源丰富的亚热带常见森林植物种
子贮藏蛋白的甲硫氨酸的含量进行了测定,发现盐
肤木、商陆和栾树等森林植物种子贮藏蛋白中具有
高含量的蛋氨酸,这无疑将丰富高蛋氨酸蛋白基因
资源的生物多样性,并为广泛开展高蛋氨酸蛋白基
因性状的遗传和分子机理研究提供有效的科学依
据;通过基因组学和蛋白质组学的研究也将为高蛋
氨酸蛋白基因克隆、蛋白质工程和转基因作物的研
究挖掘更多的基因资源。
参考文献:
赵文明.1995.种子蛋白质基因工程[M].西安:陕西科技出
版社
Amira G,Ifat M,Tal1A,et al.2005.Soluble methionine enhances
accumulation of a 15kDa zein,a methionine-rich storage protein,
in transgenic alfalfa but not in transgenic tobacco plants[J].J
Exp Bot,56(419):2 443-2 452
Bagga SC,Potenza C,Ross J,et al.2005.A transgene for high
methionine protein is posttranscriptionaly regulated by methio-
nine[J].In Vitro Cell Dev-Pl,41(6):731-741
Basha SM,Pancholy SK.1981.Identification of methionine-rich
polypeptides in peanut(Arachis hypogaea)seed[J].J Agric
Food Chem,29(2):331-335
Benner MS,Philips RL,Kirihara A,et al.1989.Genetic analysis
of methionine-rich storage protein accumulation in maize[J].
Theor Appl Genet,78(6):761-767
Chui CF,Falco SC.1995.A new methionine-rich seed storage
protein from maize[J].Plant Physiol,107:291
Li L(李雷),Liu SM(刘松梅),Hu YL(胡鸢雷),et al.2000.The
transferred 10Ku maize zein genes increase in sulfur containing
amino acid content in potato tubers(导入玉米10ku醇溶蛋白
基因提高马铃薯块茎中含硫氨基酸的含量)[J].Chin Sci
Bull(科学通报),45(12):1 313-1 316
LüDY(吕德扬),Fan YL(范云六),Yu MM(俞梅敏).2000.
Regeneration of HNP transgenic alfalfa plants by agrobacterium
mediated gene transfer[J].Acta Genet Sin,27(4):331-337
Philippe G,Elionor RP,De A,et al.1990.Expression of the 2S
albumin from Bertholetia excelsa in Brassica napus[J].Mol
Gen Genet,221:306-314
Susan BA,Karen WP,Filomena WL,et al.1992.Accumulation of
a Brazil nut albumin in seeds of transgenic canola results in en-
hanced levels of seed protein methionine[J].Plant Mol Biol,8
(3):235-245
Tsuzuki E,Furusho M.1986.Studies on the characteristics of
scented rice.A trail of rice breeding for high protein variety[J].
Japan J Crop Sci,55(1):7-14
Tu HM,Godfrey LW,Sun SS.1998.Expression of the Brazil nut
methionine-rich protein and mutants with increased methionine
in transgenic potato[J].Plant Mol Biol,37:829-838
WHO.2007.Technical Report Series[R].No.935.
Wu YW,Goettel W,Messing J.2009.Non-Mendelian regulation
and alelic variation of methionine-rich delta-zein genes in maize
[J].Theor Appl Genet,119(4):721-731
065 广 西 植 物 32卷