秋水仙素处理对水稻种子内胚乳蛋白的影响

2023-11-28 理论教育版权反馈

【摘要】：秋水仙素处理后水稻种子内胚乳蛋白的差异性比较分析黄群策黄雅琴谢慧波摘要经过秋水仙素对二倍体水稻品种圭630处理后，其后代材料在蛋白质水平上表现出明显的差异性。染色体组的倍性水平对水稻种子内胚乳蛋白的表达量有明显的影响。SDS－PAGE分析结果表明，经过秋水仙素诱导后，试验材料的种子内蛋白质亚基的类型没有出现新的变异，而蛋白质亚基的表达量发生了明显的变化。以此为材料，对种子中总蛋白质含量进行测定。

秋水仙素处理后水稻种子内胚乳蛋白的差异性比较分析⁽¹⁾

黄群策　黄雅琴　谢慧波

摘要　经过秋水仙素对二倍体水稻品种圭630(2)处理后，其后代材料在蛋白质水平上表现出明显的差异性。染色体组的倍性水平对水稻种子内胚乳蛋白的表达量有明显的影响。经过秋水仙素处理后，在具有嵌合性特征的植株上大粒种子与原始亲本的种子在总蛋白含量上存在着明显的差异，大粒种子与小粒种子的差异也很明显。染色体组的多倍化对原始亲本的胚乳蛋白含量有明显的影响，由此所获得的同源四倍体水稻株系，其种子内的蛋白质含量比较多。SDS－PAGE分析结果表明，经过秋水仙素诱导后，试验材料的种子内蛋白质亚基的类型没有出现新的变异，而蛋白质亚基的表达量发生了明显的变化。

关键词　秋水仙素;水稻;胚乳蛋白;差异性

在植物物种的系统发育过程中，染色体组的多倍化效应在一定程度上促进了植物物种由低级向高级不断地演化，从而导致植物物种的遗传多样性范围不断拓展^［1］。根据杂交水稻育种的战略设想和水稻育种实践，在稻属植物内还存在着很大的产量潜力有待于进一步挖掘，通过不断地改进育种技术可以在更高的层次上进一步探索利用水稻杂种优势效应的途径^［2］。目前，关于水稻生物学的有关知识和水稻遗传育种学原理主要来源于以二倍体水稻(2n=2x=24)为研究材料所获得的研究结果，而对于多倍体水稻的生物学特性我们所积累的经验太少。现有的研究结果表明，多倍体水稻的特征特性有待于我们进行更加深入的研究，其潜在价值还有待于我们不断地挖掘^［3，4］。关于同源四倍体水稻的特征特性，我们曾进行过一些探索性研究^［5－10］。本试验以二倍体水稻品种圭630(2)为基础，通过种芽诱导法获得了具有不同染色体组倍性和不同粒型大小的后代株系，对其种子内胚乳蛋白的表达特征进行了比较分析，旨在阐明经过秋水仙素处理后具有不同染色体组倍性的试验材料在蛋白质水平上的特异性表达特征。

1　试验材料和方法

在试验中所采用的材料包括水稻品种圭630和以圭630为材料通过种芽诱导法所获得的具有不同染色体组倍性和不同粒型大小的后代株系。2005年秋，我们在经过秋水仙素处理的圭630当代群体内获得了1株具有嵌合性特征的植株。在该植株的稻穗上，有两种种子的外观形态存在着明显的差异(即大粒种子和小粒种子)，并且大粒种子的稃尖有芒而小粒种子的稃尖无芒。随后，经过2个世代纯化和筛选以及利用根尖细胞染色体数目鉴定后获得了由大粒种子所繁殖的同源四倍体水稻的3份纯合体株系［将其分别命名为圭630(4)－A、630(4)－B和630(4)－C］和由小粒种子所繁殖的二倍体水稻的纯合体株系［将其分别命名为圭630(2)－回复株系］。

图1　蛋白质含量测定的标准曲线

在试验中各类种子全蛋白的提取方法参照陈豫等所采用的方法进行^［11］。对种子中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量测定则采用逐级提取的方法。对试验材料种子中胚乳蛋白的含量测定方法主要以1976年由Bradford建立的考马斯亮蓝染色法(Bradford法)为依据进行测定^{［12－14］}。以小牛血清蛋白为标准蛋白绘制标准曲线，用紫外分光光度计TU1901测定蛋白溶液在595nm的OD值，由此获得蛋白质含量测定的标准曲线(图1)。以标准曲线为基础对试验结果进行分析比较。

2　结果及其分析

2.1　不同染色体组倍性的水稻种子内蛋白质含量的差异性

在经过秋水仙素处理的圭630(2)的当代群体内获得了1株具有嵌合性特征的植株，在其稻穗上，有两种种子的外观形态存在着明显的差异(即大粒种子和小粒种子)。以此为材料，对种子中总蛋白质含量进行测定。测定结果表明，在总蛋白含量上，大粒种子比圭630(2)有极显著的增加，小粒种子与大粒种子也存在着一定的差异。在胚乳蛋白各组分的含量方面，大粒种子的清蛋白和球蛋白比圭630(2)种子的清蛋白和球蛋白明显减少，而前者的醇溶蛋白和谷蛋白含量比后者的醇溶蛋白和谷蛋白含量均有极显著的增加。小粒种子与圭630(2)相比，两者在总蛋白含量上并没有表现出明显的差异(表1)。由此可见，经过秋水仙素处理后，在具有嵌合性特征的植株上大粒种子与原始亲本的种子在总蛋白含量上存在着明显的差异，大粒种子与小粒种子的差异也很明显。

表1　蛋白含量(mg/100mg种子粉末)

*和＊＊:分别表示该材料的蛋白质含量与圭630(2)在蛋白质含量上存在着显著差异(P＜0.05)和极显著差异(P＜0.01)

以原始亲本圭630(2)为对照，对同源四倍体水稻的3个纯合体株系的蛋白含量进行了分析比较。测定结果表明，3株同源四倍体水稻株系在总蛋白含量上均有极显著的增加，其中，A株的蛋白含量明显高于B株和C株的蛋白含量。在蛋白质各组分的含量方面，A株的清蛋白和球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量比对照均有极显著的增加。B株的清、球蛋白含量比对照显著性增加，谷蛋白含量有极显著增加，而醇溶蛋白含量则无显著变化。C株的清蛋白和球蛋白含量与对照相比无显著性差异，而在醇溶蛋白和谷蛋白含量上C株与对照相比均有极显著增加。由此可见，染色体组的多倍化对原始亲本的胚乳蛋白含量有明显的影响，由此所获得的同源四倍体水稻株系，其种子内的蛋白质含量比较多(表2)。

表2　蛋白含量(mg/100mg种子粉末)

＊和＊＊:分别表示圭630(2)与同源四倍体材料在蛋白质含量上存在着显著差异(P＜0.05)和极显著差异(P＜0.01)

2.2　不同染色体组倍性的水稻种子内全蛋白质含量的SDS－PAGE电泳图谱特征

以圭630(2)、大粒种子、小粒种子、回复株系和3份同源四倍体株系为材料，对其种子内全蛋白含量进行电泳扫描分析。研究结果表明，大粒种子、回复株系、同源四倍体A株系和B株系的蛋白质亚基类型与圭630(2)的蛋白质亚基类型基本一致，而A株系和B株系在蛋白质亚基的表达量上明显高于圭630(2)。小粒种子的蛋白亚基类型与圭630(2)相比，少了一条89kDa蛋白质亚基，且54kDa蛋白质亚基的表达量很低。C株系与圭630(2)在蛋白质亚基上差异比较明显，前者的89kDa和54kDa蛋白质亚基均缺失(图2)。

图2　全蛋白SDS－PAGE图谱

M:低相对分子质量标准蛋白; 1:圭630(2); 2:大粒种子; 3:小粒种子; 4:回复株系; 5: A株系; 6: B株系; 7: C株系

以圭630(2)、大粒种子、小粒种子、回复株系和3份同源四倍体株系为材料，对其种子内的清蛋白和球蛋白进行电泳扫描的分析结果表明，后6份材料的蛋白质亚基类型与圭630(2)的蛋白质亚基类型基本上一致。在26kDa球蛋白质亚基表达量上小粒种子明显地高于圭630(2)，而在其他蛋白质亚基的表达量上两者基本上一致。所以，小粒种子内清蛋白和球蛋白含量的增加源于26kDa亚基的大量表达所致。3份同源四倍体水稻株系在16kDa清蛋白质亚基、26kDa球蛋白质亚基的表达量上明显地多于圭630(2)，这一测定结果与蛋白质含量的测定结果相一致(图3)。(www.chuimin.cn)

图3　全蛋白SDS－PAGE结果扫描分析

3　讨论

前人的研究结果已经证实，在水稻种子内依胚乳储藏蛋白的溶解性可以将其分为4种类型，即清蛋白(albumin)、球蛋白(globulin)、醇溶蛋白(prolamin)和谷蛋白(glutelin)。清蛋白的分子质量多为16kDa，由1个单拷贝基因所编码;球蛋白主要由10kDa和26kDa亚基组成，由相对较小的基因家族所编码;醇溶蛋白的主要成分为13kDa，由1个有80～100个拷贝的基因家族所编码;谷蛋白的亚基类型包括57kDa、37～39kDa和22～23kDa，编码谷蛋白的基因到目前为止已经发现了8个^［15］。对同源四倍体水稻种子内营养成分的分析结果表明，在同源四倍体水稻的种子内含有更多的蛋白质^［16］。

本项研究从不同染色体组倍性的水稻种子内胚乳蛋白含量及其蛋白质亚基类型这两个方面的特异性，对圭630及其秋水仙素诱导后代株系的特点进行了比较分析，旨在探讨经过秋水仙素处理后不同水稻材料在胚乳蛋白含量及其蛋白质亚基类型上所表现出的特殊性。测定结果表明，染色体组的倍性水平对水稻种子内胚乳蛋白的表达量有明显的影响。经过秋水仙素处理后，在具有嵌合性特征的植株上大粒种子与原始亲本的种子在总蛋白含量上存在着明显的差异，大粒种子与小粒种子的差异也很明显。染色体组的多倍化对原始亲本的胚乳蛋白含量有明显的影响，由此所获得的同源四倍体水稻株系，其种子内的蛋白质含量比较多。SDS－PAGE分析后表明，经过秋水仙素诱导后，试验材料的种子内蛋白质亚基的类型没有出现新的变异，而蛋白质亚基的表达量发生了明显的变化。

参考文献

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【注释】

(1)该文曾在《中国稻米》［2009，15(3):25～27］刊出

秋水仙素处理对水稻种子内胚乳蛋白的影响

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