16个水稻品种稻米贮藏蛋白组分比较研究

16个水稻品种稻米贮藏蛋白组分比较研究
王幻予;张晓雷;沈忠伟;石少华;李建粤
【摘要】选取16个水稻品种,其中包括籼稻品种4个(9311、明恢63、轮回422、kasalath)、粳型三系恢复系水稻品种4个(湘晴、C2、C9、C15)以及8个粳型常
规稻、三系保持系或两系恢复系水稻(日本睛、越光、武香075、上师4号、寒丰、秀水09、嘉花1号、优丰),采用不连续的SDS-PAGE电泳分析16种水稻糙米和
精米种子贮藏蛋白组分.各种水稻能够显示清晰的蛋白组分条带主要有:谷蛋白37～39 kD酸性亚基、22～23 kD碱性亚基、谷蛋白57 kD前体多肽和13 kD醇溶蛋白多肽.通过对不同水稻品种蛋白组分的分析,筛选到谷蛋白含量相对较高的籼稻和
粳型材料.开展本试验可为今后利用杂交方法培育高谷蛋白常规水稻以及高谷蛋白
杂交稻组合研究中的亲本选择提供参考.
【期刊名称】《种子》
【年(卷),期】2008(027)012
【总页数】4页(P8-11)
【关键词】水稻;谷蛋白;醇溶蛋白;SDS-PAGE
【作者】王幻予;张晓雷;沈忠伟;石少华;李建粤
【作者单位】上海师范大学生命与环境科学学院,上海,200234;上海师范大学生命
与环境科学学院,上海,200234;上海师范大学生命与环境科学学院,上海,200234;上
海师范大学生命与环境科学学院,上海,200234;上海师范大学生命与环境科学学院,
上海,200234
【正文语种】中文
【中图分类】S511
水稻是全世界重要的粮食作物，还是人们摄取蛋白质的基本来源之一。

水稻种子贮藏蛋白主要存在于胚乳中。

最初Osborne(1924年)根据溶解性质将种子蛋白分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白［1，2］。

谷蛋白是水稻最主要的贮藏蛋白，至少占水稻种子总蛋白的80%，醇溶蛋白大约为总蛋白的5%［3］。

水稻种子贮藏蛋白被定位于蛋白体(protein body简称PB)中。

在水稻胚乳内存在
2种蛋白体:PB-I和PB-Ⅱ。

据Tanaka研究报道，稻米醇溶蛋白储存在PB-Ⅰ中，谷蛋白和球蛋白储存于PB-Ⅱ，而且人体只能消化吸收PB-Ⅱ中的蛋白质［4］。

比较存在于两种蛋白体中的3种水稻贮藏蛋白氨基酸组成，在谷蛋白中，稻米第
一限制性氨基酸——赖氨酸(Lys)含量最高［5］，因此谷蛋白具有较高的营养价值。

已有学者研究证实，水稻谷蛋白在粗面内质网上先合成分子量为57 kD谷蛋白前体，由信号肽介导进入内质网，完整的谷蛋白多肽链通过高尔基体转运到PB-Ⅱ中［3，6，7］，然后 57 kD 前体被水解成α和β两个多肽，由二硫键相连。

其中
α链为酸性亚基，分子量范围37～39 kD(α 1-39 kD、α 2-38 kD、α 3-37 kD)，β链为碱性亚基，分子量为 22～23 kD(β 1-23 kD、β 2-22．5 kD、β 3-22 kD)［3，4］。

Yamagata 通过 SDS-PAGE也已确定在稻米胚乳中，22 kDa、23 kD、37 kD、38 kD、39 kD等多肽属于谷蛋白组分，13 kD为醇溶蛋白主要成员［3］。

因此采用SDS-PAGE对不同水稻品种稻米中提取的蛋白质组分进行比较，即可以从中筛选出谷蛋白含量相对较高的材料。

本研究选取了一些常规水稻品种、杂交稻亲本共16个材料，采用SDS-PAGE分析比较了它的蛋白质组分。

1．1 材料
16个水稻材料见表1。

本试验的水稻种子于2007年5～10月按常规栽培与管理
收获。

1．2 方法
1．2．1 材料准备
将水稻种子剥去颖壳。

每个水稻品种各取60粒饱满糙米，将其分为两组，一组糙米直接放在研钵内磨成细粉，另一组进行去糙处理，制备精米。

用解剖刀片挖去种胚，并均匀刮去糙米表面的果皮和糊粉层直至为原重量的约75%，然后再用研钵
将精米磨成细粉。

所有稻米粉末均采用100目筛子过筛，并于60℃干燥12 h后
备用。

1．2．2 稻米全蛋白的提取
参照Maruta的方法［8］稍有改进。

精确称取50．0 mg稻米粉末，加入1 ml
的全蛋白提取液(0．125 mol/L Tris-HCl pH 6．8，4%SDS，4 mol/L 尿素，
5%2-巯基乙醇)，4℃，180 r/min，振荡过夜。

离心，保留上清液，连续3次，
得到全蛋白溶液。

1．2．3 聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)
采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶垂直平板电泳分析样品全蛋白。

分离胶和浓缩胶浓度分别为15%和4%，全蛋白溶液加样量均为10 μl，恒压110 V，垂直电泳170 min，考马斯亮蓝染色后常规脱色。

操作方法主要参照《分子克隆实验指南》［9］。

整个试验从材料准备到电泳检测操作共重复2次。

每批制备样品全蛋白溶液的电
泳检测操作至少重复4次。

2．1 4种籼型水稻稻米蛋白组分比较
4种籼型水稻蛋白组分电泳结果显示，无论是糙米还是精米，kasalath水稻的条
带都最深，轮回422的条带次之，明恢63条带颜色相对最浅。

比较kasalath和
轮回422糙米和精米13 kD醇溶蛋白条带显色程度，两者比较接近，但是kasalath精米谷蛋白37～39 kD酸性亚基和22～23kD碱性亚基条带都明显比轮
回422更深(图1)。

由此推测，在本试验选取的4种籼型水稻中，kasalath水稻
种子不仅总蛋白含量可能比另外3种水稻相对较高，而且谷蛋白含量也是最高的。

2．2 4种粳型三系恢复系稻米蛋白组分分析
全蛋白电泳结果表明，4种粳型恢复系水稻糙米和精米各种蛋白条带显色程度差异较小(图2)。

由此推测，4种粳型三系恢复系水稻总蛋白含量、谷蛋白含量和13
kD醇溶蛋白含量都可能比较接近。

由图1和图2可以看出，在4种籼型水稻中，除了明恢63，另外3个水稻品种糙米谷蛋白碱性亚基、酸性亚基以及57 kD谷蛋白前体和13 kD醇溶蛋白条带的显色都比4种粳稻恢复系品种糙米高。

由此推测，kasalath、轮回422和9311糙
米总蛋白含量可能比4种粳型三系恢复系高。

分析图1和图2每个水稻品种由糙
米加工成精米后，谷蛋白碱性亚基和酸性亚基的含量变化，4种籼型水稻精米谷蛋白亚基含量减少程度比4种粳稻恢复系水稻更明显。

在本试验中，发现C 2水稻糙米全蛋白SDS-PAGE带型较其他品种在14．4～20．1 kD之间多出两个细细的条带。

采用提取稻米全蛋白溶液同样的方法，对C 2糙米、只去除胚的糙米及精米分别提取总蛋白。

在进行SDS-PAGE电泳时，将
加样量增加至20 μl。

结果显示，在精米中未发现有多出的条带，而在糙米和只去除胚的糙米泳道中具有比其他水稻多出的两条条带(图3，箭头显示为多出的条带)。

由此可以初步确定这种特异的蛋白可能是在种子表皮或亚糊粉层中表达。

2．3 8种粳型常规稻、三系保持系或两系恢复系水稻稻米蛋白组分分析
本试验还选取了8种粳型常规稻、三系保持系或两系恢复系材料，对这些水稻糙
米和精米蛋白组分进行比较，结果见图4。

越光和日本晴是两种中稻品种，在谷蛋白酸性亚基(37～39 kD)和碱性亚基(22～23 kD)处条带显色程度，不论是糙米还
是精米，越光水稻都明显比日本晴高。

其余6种晚稻品种，就糙米谷蛋白酸性亚
基(37～39 kD)和碱性亚基(22～23 kD)处条带显色程度比较，上师4号、寒丰的
条带颜色较深，秀水09、嘉花1号和优丰略微次之，再者是武香075;从精米相应条带分析，秀水09、嘉花1号、上师4号和寒丰条带显色程度比较接近，优丰和武香075相对略浅。

比较谷蛋白57 kD前体处条带，上师4号、寒丰、秀水09、嘉花1号的糙米条带颜色最深，越光、武香075、优丰次之，日本晴条带颜色相
对最浅。

分析精米57 kD条带，日本晴和优丰条带颜色相对较浅，其余水稻品种
差异较小。

8种水稻品种在13 kD醇溶蛋白处条带，对于秀水09和嘉花1号糙米和精米，在谷蛋白酸性亚基和碱性亚基与其他水稻品种显色程度相当的情况下，其13 kD醇溶蛋白显色相对最浅。

由此推测，在秀水09和嘉花1号稻米中谷蛋白相对含量比其他6种水稻更高。

谷蛋白是水稻种子最主要的贮藏蛋白，它不仅具有较高的营养价值，而且容易被人体消化和吸收，它的含量高低直接影响稻米的营养品质。

何莹等［10］在采用SDS-PAGE以及高效液相对湖北省优质杂交稻品种贮藏蛋白比较研究后提出，水
稻谷蛋白亚基含量的多少可以作为评价品种营养品质优劣的参考依据之一。

综合前人的研究，我们也认为在筛选高蛋白营养水稻时，应该以高谷蛋白及低醇溶蛋白含量作为筛选依据。

本试验所选用的16种水稻材料，大多是目前已在上海等周边地区水稻生产中被推广应用的优质常规水稻品种(秀水09、嘉花1号、优丰)，以及
优质杂交稻的亲本(9311、明恢 63、湘晴、C 9、C 15、武香 075、寒丰、嘉花 1号)。

目前利用这些杂交稻亲本已成功培育了许多优质杂交稻组合。

本研究首次对
这些优质常规水稻品种和优质杂交稻的亲本稻米蛋白组分进行评价，试图从营养品质的角度能够对这些水稻材料有更深入的了解。

通过本研究，已筛选到谷蛋白含量相对较高的籼稻和粳稻材料。

在本试验选取的4种籼型水稻品种中，kasalath水稻具有相对较高的谷蛋白含量;
对于4种粳型三系恢复系水稻，谷蛋白含量比较接近;8种粳型常规稻、三系保持
系或两系恢复系水稻材料，上师4号、寒丰、秀水09、嘉花1号谷蛋白含量也都
相对较高。

黄英金［11］等人在对稻米蛋白质及其4种组分含量的遗传研究中提出，要选择营养品质好的组合，双亲的谷蛋白含量及蛋白质含量要高，醇溶蛋白含量要低;选配适宜的亲本配组完全可能选育出营养品质优良的组合;从总的狭义遗传率来看，以谷蛋白含量的遗传率为最大，并提出在低世代选择有效。

结合本试验研究结果认为，如要利用杂交技术培育新的高谷蛋白、低醇溶蛋白含量常规水稻，可以选取kasalath水稻分别与、秀水09、嘉花1号、上师4号或寒丰水稻配成组合。

嘉花1号与C 15杂交组合秋优金丰是近年来培育的高产杂交稻优质新组合，目前在上海等地已有较大的推广种植面积。

在本试验中，秀水09和嘉花1号谷蛋白含量都相对较高，而且秀水09糙米13kD醇溶蛋白含量可能比嘉花1号更低(图4，第13、15泳道比较)，上师4号糙米谷蛋白含量比嘉花1号更高，也可以尝试将秀水09和上师4号常规水稻制备的不育系为母本与C 15等粳型三系恢复系水稻杂交配组，或许有可能获得更富有营养价值的杂交稻新组合。

江绍玫等［12］曾采用SDS-PAGE分析168份水稻稻米蛋白组分，从中筛选到3个谷蛋白突变体。

其中有一个材料谷蛋白酸性和碱性亚基含量降低，而13kD醇溶蛋白含量明显增加。

在本试验中，获得了稻米蛋白条带比一般水稻增加两条的突变体水稻，这多出的蛋白条带具有什么功能，还有待于进一步的研究。

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