冬小麦醇溶蛋白图谱与田间生物性状的相关性研究

    张玉凤 刘自成 周锋

    

    

    

    摘要：以冬小麦新品系陇育0914的126个株行系为试验材料，进行田间生物性状鉴定，再用聚丙烯酰胺电泳凝胶（A-PAGE）技术对陇育0914醇溶蛋白进行分析。结果发现，醇溶蛋白A-PAGE图谱的变异与田间生物性状的穗色、株高和蜡质层有关，而田间生物性状的叶耳色、护颖、颖肩和颖嘴的变异在图谱上并没有明显变化。

    关键词：冬小麦;醇溶蛋白;A-PAGE;生物性状

    中图分类号：S512.1? ? ? ?文献标志码：A? ? ? ?文章编号：1001-1463（2020）09-0027-04

    doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.09.008

    Abstract：In this study， 126 lines of the new winter wheat strains of 0914 were used as experimental materials for field biological characteristics identification， and then polyacrylamide electrophoresis gel （A-PAGE） was used for analysis of 0914 gliadin. The results showed that the anomaly of the electrophoretogram by A-PAGE is connected with the color of ear， plant height and wax coat observed by the identification of the biological character， however， the anomaly of the electrophoretogram has been found no correlation with the color of auricle， empty glume， glume shoulder and mouth of glume.

    Key words：Winter wheat;Prolamin;A-PAGE;Biological character

    小麦醇溶蛋白是小麦种子中的主要贮藏蛋白之一，约占小麦胚乳贮藏蛋白总量的50%～60%[1 ]，为单肽链，分子量较小，通过分子内二硫键、氢键和疏水作用形成球状结构，无分子间二硫键，它赋予面筋延展性[2 ]。高分子量麦谷蛋白决定着面团的弹性和强度，醇溶蛋白的组成和含量决定面团的黏着性和延伸性[3 - 4 ]。国内外许多学者对大麦和小麦的醇溶蛋白进行了遗传表达和品种鉴定研究，认为醇溶蛋白作为一种种子贮藏蛋白，其变异几乎不受环境的影响，是由遗传因素决定的，因而醇溶蛋白的聚丙烯酰胺凝胶电泳图谱可作为品种的生化指纹，用于鉴定品种的真实性和纯度，用种子醇溶蛋白电泳技术区分和鉴定小麦品种已经被很多国家和地区接受[5 - 8 ]。小麦醇溶蛋白有数十条电泳带纹，可划分为α、β、γ、ω区[9 ]。酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（Acid polyacrylamide gel electrophoresis， A-PAGE）是目前国际上绘制小麦醇溶蛋白“指纹图谱”的常用方法[10 ]，具有分辨率高，重复性强等特点。

    我们采用观测田间生物性状和实验室酸性聚丙烯酰胺电泳凝胶法（Acid polyacrylamide gel electrophoresis，A-PAGE）对冬小麦0914的126个株行系进行了对比，以期找到更快更准确的纯度检验方法，为小麦品种的纯度检验提供依据。

    1? ?材料与方法

    1.1? ?材料

    1.1.1? ? 供试材料? ? 指示冬小麦材料为陇东学院培育的高代稳定品系陇育0914，试验以在陇东学院冬小麦试验农场播种的126个陇育0914的株行系作为试验材料。试验行长2 m，行距0.2 m。2018年9月播种，2019年在每个生育阶段对各性状进行田间检验，成熟时从每个株行系中选取1～2株作为试验材料进行室内A-PAGE鉴定。

    1.1.2? ? 仪器? ? 电泳仪、摇床、离心机。

    1.1.3? ? 试剂? ? 凝胶缓冲溶液：冰醋酸、甘氨酸。凝胶溶液：丙烯酰胺、N-N甲叉双丙烯酰胺、尿素、抗坏血酸、硫酸亚铁。H2O2溶液：30%的H2O2溶液。电极缓冲液：冰醋酸、甘氨酸。染色液：10%三氯乙酸、考马斯亮蓝R250。

    1.2? ?试验方法

    1.2.1? ? 蛋白提取? ? 每株材料取單粒种子磨成粉末状待用。将获得的单粒样品置于1.5 mL离心管中，加入1.0 mL蛋白提取液，置于37 ℃的摇床中震荡1 h。

    1.2.2? ? 样品离心? ? 将样品置于 4 ℃、1.2 万 rpm 的离心机中离心15 min，取上清液。

    1.2.3? ? 样品获取? ? 取 60 μL 相同浓度的样品按质量比4∶1加入样品缓冲液。将样品充分涡旋混匀并煮沸 3～5 min 待用。

    1.2.4? ? PAGE 凝胶电泳? ? 十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳采用不连续垂直凝胶电泳，凝胶厚度1 mm，浓缩胶浓度 5%，分离胶浓度 12.5%。组装凝胶模具，按说明书组装好灌胶模具，封底时加入混合均匀的7 mL凝胶溶液和1滴0.6% H2O2的混合液，等待10 min后再加入混合均匀的8 mL凝胶溶液和1滴0.6% H2O2的混合液，插入样品梳，10 min后完全聚合。每个样品上样量为10 μL。加入电极缓冲液，恒压500V恒温10～15 ℃，电泳时间为甲基绿前沿指示剂前一直底板所需时间的3倍。放置于染色液中过夜。在7%乙酸溶液中保存、拍照。

    2? ?结果与分析

    2.1? ?田间生物性状

    在田间生物性状鉴定的126个株行系中，叶耳颜色变异的有2种，其中红色26个株行系，占20.63%;白色100个株行系，占79.37%。护颖形状变异的有4种，其中长圆形19个株行系，占15.08%;长方形2个株行系，占1.59%;椭圆形98个株行系，占77.78%;卵圆形7个株行系，占5.56%。颖肩形状变异的有4种，方肩17个株行系，占13.49%;丘肩有4个株行系，占3.17%;无肩有35个株行系，占27.78%;斜肩有70个株行系，占55.56%。颖尖形状的变异有4种，钝形有13个株行系，占10.32%;鸟喙形有6个株行系，占3.96%;銳形有107个株行系，占84.92%。有蜡质层的有118个株行系，占93.65%;无蜡质层有8个株行系，占6.36%。将株高高于或低于平均值10 cm以上的植株定义为变异株行系，平均值为103.12 cm，株高偏低的有2个株行系，占1.58%。穗色变异的有3种，红色4个株行系，占17%;黄色113个株行系，占89.68%;绿色9个株行系，占7.14%。

    2.2? ?生物性状和电泳结果比较

    比较田间生物性状鉴定与醇溶蛋白A-PAGE电泳结果，发现田间生物性状鉴定中出现性状变异的小麦在电泳过程中有很大的概率会产生不一样的图谱。第8、10、105、107株行系田间生物性状检测无变异（表1）;醇溶蛋白A-PAGE电泳的图谱如图1所示，从左到右第1、3、4、6分别为第8、10、105、107株行系的图谱显示没有变异。表1中的第9、106株行系的田间生物性状检测的株高、抽穗期的穗色及蜡质层发生变异;图1中的第2、5分别为9、106株行系的小麦图谱，其性状显示株高偏低、穗色为绿色，其图谱也与田间观察未变异小麦的图谱有所不同，它们的图谱异常是由于穗色和株高的变异造成的。统计发现，肉眼观察的小麦变异率与电泳图谱间的变异率较为接近，因此在醇溶蛋白A-PAGE图谱的变异研究中，穗色、株高和蜡质层变异则小麦的图谱也会有明显不同，具有高度的相关性。尤其是株高和穗色。只要穗色、株高或蜡质层中任何一项发生变异，其醇溶蛋白A-PAGE图谱便会发生变异。

    田间生物性状检测小麦的叶耳色、护颖、颖肩和颖嘴的变异在图谱上并没有明确显示，如第72～78行（表2、图2）。第72、74行的叶耳颜色有变化，而图谱没有异常。

    3? ?结论与讨论

    通过生物性状和凝胶电泳纯度鉴定发现，小麦的株高、抽穗期的穗色及蜡质层的有无可引起电泳图谱发生变化，而作为小麦品种纯度鉴定重要生物性状的叶耳的颜色的变异在电泳图谱中没有显示出来，因此小麦的株高、抽穗期的穗色及蜡质层的有无可以作为品种纯度鉴定的生物性状[11 - 12 ]，而叶耳的性状变异不会反映在APAGE电泳图谱中，这还有待进一步研究。

    参考文献：

    [1] 郑? ?竹，李? ?鹏，张素勤.? 一粒葡8-5-2和P5小麦杂交后代种子贮藏蛋白分析[J].? 安徽农业科学，2009（1）：107-108.

    [2] 马永强，韩春然，石忠志.? 小麦醇溶蛋白的研究进展[J].? 食品科学，2006（12）：796-800.

    [3] 吴春太，徐如宏，张庆勤.? 节燕98-1 98-2 98-3的高分子量谷蛋白亚基的比较研究[J].? 西南农业大学学报（自然科学版），2004（3）：59-63.

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    [10] 郎明林，卢少源，赵家发，等.? 适合我国小麦醇溶蛋白“指纹图谱”绘制的改良APAGE分子标记技术[J].? 河北农业大学学报，1998（4）：1-5.

    [11] 张守润.? 利用幼苗及籽粒形态鉴定玉米品种真实性和纯度的研究[J].? 甘肃农业科技，2010（5）：11-14.

    [12] 张守润.? 等电聚焦电泳法在3种蔬菜种子真实性及纯度鉴定中的应用[J].? 甘肃农业科技，2010（7）：22-24.

    （本文责编：郑立龙）