小麥對(duì)賴氨酸加蘇氨酸抗性的觀察與篩選

姬玉梅 徐小慧

摘要：為了篩選高抗賴氨酸加蘇氨酸的小麥（Triticum aestivum L.）品種，利用高賴氨酸含量基因型能抗較高濃度外源氨基酸脅迫這一原理，設(shè)置不同賴氨酸與蘇氨酸（L+T）濃度的脅迫培養(yǎng)基，對(duì)40個(gè)小麥品種的胚進(jìn)行培養(yǎng)處理，觀察各品種植株的生長反應(yīng)。結(jié)果表明，普通小麥品種在L+T=（1+1） mmol/L的培養(yǎng)基上生長較正常，無抑制作用或僅有輕微抑制；在L+T=（2+2） mmol/L的培養(yǎng)基上多數(shù)品種生長受到嚴(yán)重抑制。硬粒小麥和四川來源小麥品種E277、E93、E100、E229、川50等對(duì)賴氨酸與蘇氨酸共同脅迫有較強(qiáng)的抗性，河南地區(qū)小麥品種抗性普遍較弱。抗性強(qiáng)和抗性弱的品種間抗性差異較小，抗性較強(qiáng)的品種比例也較小。

關(guān)鍵詞：小麥（Triticum aestivum L.）；賴氨酸；蘇氨酸；抗性；篩選

中圖分類號(hào)：S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）05-1101-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.05.004

Resistance Observation and Screening of Lysine Plus Threonine in Wheat

JI Yu-mei1，XU Xiao-hui2

（1.Hebi Vocational and Technical College， Hebi 458030， Henan， China；

2.Shanchengqu Food and Drug Supervision Brigade， Hebi 458030， Henan， China）

Abstract： To screen highly resistant varieties of wheat to lysine plus threonine， according to the principle that the varieties with high lysine content genotype has high resistance to exogenous amino acids， embryo of 40 varieties of wheat was cultured using the stress medium with different lysine and threonine （L+T） concentration， and plant growth and reaction was also observed. The results showed that the common varieties grew normal and had no inhibition or a slight suppression in the culture medium with L+T=（1+1） mmol/L； however， the most varieties were serious inhibited in the culture medium with L+T=（2+2） mmol/L. Tritium durum and varieties form Sichuan， such as E277， E93， E100， E229， Chuan 50， had high resistance to lysine plus threonine， while varieties form Henan generally had weak resistance to lysine plus threonine. Moreover， the difference between varieties that had strong resistance or weak resistance to lysine plus threonine was small， and the ratio of the former was also small.

Key words： wheat（Triticum aestivum L.）；lysine； threonine； resistance； screening

小麥（Triticum aestivum L.）是世界上重要的糧食作物，全世界約有35%～40%的居民以小麥為口糧[1]。小麥的營養(yǎng)品質(zhì)，除維生素、稀有脂肪酸和其他活性物質(zhì)外，主要指8種必需氨基酸和2種條件必需氨基酸。其中賴氨酸、蘇氨酸、纈氨酸和異亮氨酸因含量較低，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)小麥的主要限制指標(biāo)[2]。

國外對(duì)小麥氨基酸含量的改良起步較早。1903年加拿大選育了賴氨酸含量較高的硬紅春麥品種馬奎斯（Marguis）[3]。1966年美國成立了小麥品質(zhì)改良的專門機(jī)構(gòu)，投入巨資開始進(jìn)行小麥賴氨酸含量遺傳研究[4]。20世紀(jì)70、80年代，國外小麥賴氨酸平均含量達(dá)0.4%以上[5]。在中國，20世紀(jì)70年代才開始有少數(shù)研究單位著手小麥營養(yǎng)品質(zhì)測(cè)試鑒定。1976 — 1983年，中國研究人員對(duì)小麥屬的20 000份普通小麥品種進(jìn)行了賴氨酸含量分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些品種中賴氨酸含量的變異范圍為0.25%～0.80%[6]。1985年由全國小麥育種協(xié)作攻關(guān)組發(fā)起召開了全國小麥品質(zhì)改良研討會(huì)，標(biāo)志著中國小麥育種工作進(jìn)入了以改良品質(zhì)為重要內(nèi)容的新階段[7]。1996年，王曉燕等[8]對(duì)48個(gè)小麥品種的16種氨基酸進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)48個(gè)品種的賴氨酸含量平均為0.36%，和其他氨基酸相比含量最低，且賴氨酸含量變異系數(shù)小，改良困難。本研究擬在小麥個(gè)體水平，即用種子的胚在不同濃度的賴氨酸和蘇氨酸的試管中發(fā)芽生長，根據(jù)生長反應(yīng)，測(cè)定不同小麥品種對(duì)賴氨酸和蘇氨酸的抗性，了解該基因型氨基酸的合成能力[9]。同時(shí)篩選賴氨酸和蘇氨酸含量較高的種子，為育種改良提供優(yōu)良品質(zhì)基因。

1 材料與方法

1.1 材料

搜集近年來河南和四川兩地區(qū)生產(chǎn)中種植的小麥品種和正在區(qū)域試驗(yàn)中的小麥品種和資源材料40份作為供試材料。

1.2 方法

1.2.1 培養(yǎng)基 發(fā)芽脅迫基本培養(yǎng)基（對(duì)照）：N6基本培養(yǎng)基，附加0.1 mg/L IBA，2.5%蔗糖，0.5%瓊脂粉固化，pH 5.8。氨基酸濃度處理為在對(duì)照培養(yǎng)基基礎(chǔ)上附加賴氨酸和蘇氨酸（L+T），賴氨酸和蘇氨酸濃度分別設(shè)置為（1+1） mmol/L（A）和（2+2） mmol/L（B），pH 5.8，簡寫為L+T=（1+1） mmol/L、L+T=（2+2） mmol/L。

1.2.2 材料處理 挑選發(fā)芽率好且大小一致的小麥種子，用紗布包扎，每品種包扎一包，每包40粒，經(jīng)無菌處理（75%乙醇20～30 s，無菌水沖洗2次）后，無菌發(fā)芽浸泡24 h。

種子萌動(dòng)后消毒（0.1% HgCl2消毒 6～8 min，無菌水沖洗4次），按常規(guī)無菌接種方法將胚剝出，接種在培養(yǎng)基上，每個(gè)處理接種4個(gè)試管，每管3粒胚，盾片端朝下。有關(guān)方法參考文獻(xiàn)[10]。

1.2.3 培養(yǎng)條件 接種材料在溫度為20～25 ℃、濕度75%左右、光照度1 000～1 400 lx、光照時(shí)間12 h/d條件下培養(yǎng)。

1.2.4 觀察分析 在接種4 d后開始觀察，注意小麥開始發(fā)芽時(shí)間。小麥發(fā)芽后觀察幼苗生長情況，以后每隔4～5 d觀察一次幼苗在試管中的生長狀況，直到接種后14 d。

2 結(jié)果與分析

2.1 各小麥品種對(duì)賴氨酸加蘇氨酸的抗性表現(xiàn)

在接種后14 d，分別觀察記錄各小麥品種在試管中的生長狀況，量取小植株的莖葉長度（分蘗節(jié)處至葉片伸展的長度）和根長（根系最大長度），每個(gè)品種統(tǒng)計(jì)6～10株，40個(gè)小麥材料在CK、處理A、處理B的培養(yǎng)基中發(fā)芽培養(yǎng)結(jié)果見圖1和表1。

2.2 小麥生長表現(xiàn)分析

從表2可以看出，40個(gè)小麥品種中1級(jí)品種有7個(gè)，2級(jí)品種12個(gè)，3級(jí)品種21個(gè)，抗性篩選率為17.5%。D814、D825、小黑麥669、D820、MYT-4（8X）等品種在L+T=（1+1） mmol/L時(shí)，莖葉生長仍較正常，受賴氨酸和蘇氨酸的抑制不明顯，而在L+T=（2+2） mmol/L的培養(yǎng)基中已基本停止生長，受賴氨酸和蘇氨酸的抑制十分明顯，表明這些品種對(duì)賴氨酸和蘇氨酸的抗性很弱。普通小麥中也存在對(duì)L+T抗性較強(qiáng)的基因型，如D811、E277等，在L+T=（2+2） mmol/L的培養(yǎng)基中仍能基本正常生長，受賴氨酸和蘇氨酸的抑制不明顯。

2.3 不同來源品種的抗性分析

硬粒小麥-1、D811和四川來源小麥品種E277、E93、E100、E229、川50等對(duì)賴氨酸加蘇氨酸有較強(qiáng)的抗性，河南地區(qū)和正在參加區(qū)試的小麥品種抗性普遍較弱。并且抗性強(qiáng)和抗性弱的品種間差異較小，抗性較強(qiáng)的品種比例也較小。

2.3.1 河南省小麥品種的抗性表現(xiàn) 抗性強(qiáng)的品種：硬粒小麥-1；抗性一般的品種：新麥23、中麥895、周麥28、平安8號(hào)；抗性弱的品種：中育9398、中麥875、MYT-4（8X）、小黑麥669、節(jié)節(jié)麥。

2.3.2 四川省小麥品種的抗性表現(xiàn) 抗性強(qiáng)的品種：E277、川50、E93、E100、E229；抗性一般的品種：川25、川26、川8、E218、E246、E46；抗性弱的品種：川9、川39、E52、E53、E54、E82、E112、E219、E234、E17。

2.3.3 參加區(qū)試的小麥品種抗性表現(xiàn) 抗性強(qiáng)的品種：D811；抗性一般的品種：D815、鄂麥14；抗性弱的品種：D825、D812、D813、D814、D820、D822。

3 討論

創(chuàng)造、篩選優(yōu)良營養(yǎng)品質(zhì)基因是高賴氨酸等品質(zhì)基因改良的關(guān)鍵。本研究在試驗(yàn)中使用的外源氨基酸脅迫是作物生化育種技術(shù)和方法的有價(jià)值的探索。

3.1 試管氨基酸脅迫是篩選高賴氨酸小麥品種的有效方法

氨基酸直接脅迫小麥有兩個(gè)作用，一是脅迫能誘導(dǎo)新突變體產(chǎn)生，二是創(chuàng)造選擇壓力篩選經(jīng)誘變處理的新基因型。不論誘導(dǎo)或篩選，其原理是天冬氨酸族氨基酸主要是反饋抑制，那些對(duì)終產(chǎn)物氨基酸不敏感的基因型在細(xì)胞中可積累較高濃度的特殊氨基酸，生長不受抑制，這種類型是選擇的靶目標(biāo)，高蛋白質(zhì)、高氨基酸基因型有該方面的特征[11]。反之，那些低蛋白質(zhì)含量基因型，在較高濃度外源氨基酸環(huán)境下，體內(nèi)一旦有氨基酸積累，生長往往受到不同程度的抑制。在這些脅迫過程中，新基因型突變體或高含量變異體因生長正常可被選擇出來[12]。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，D811、E277、川50、E93、E100、E229、硬粒小麥-1在賴氨酸與蘇氨酸的共同脅迫下能夠正常發(fā)芽生長，表現(xiàn)出較強(qiáng)抗性；D825、MYT-4（8X）、D820、小黑麥669、節(jié)節(jié)麥在賴氨酸與蘇氨酸的共同脅迫下忍耐性差，抗性較弱。表明小麥胚在離體下發(fā)芽生長表現(xiàn)出對(duì)賴氨酸與蘇氨酸共同脅迫的抗性大小與自身對(duì)賴氨酸和蘇氨酸的抗性有關(guān)，即抗性強(qiáng)的氨基酸的合成能力也強(qiáng)。

3.2 同一小麥品種對(duì)同一種選擇劑抗性表現(xiàn)也有明顯差異

外源氨基酸的脅迫作用使得試管培養(yǎng)的小麥生長性狀表現(xiàn)出差異性。試驗(yàn)中可以觀察到，在一些品種中試管生長量與賴氨酸加蘇氨酸的抗性有較強(qiáng)的相關(guān)性，但在相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)未達(dá)到顯著水平，這里可能存在試驗(yàn)誤差，主要是生長量。在生長量調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，在一些生長反應(yīng)好的品種中，一些植株生長高度高，但另一些植株生長則很差。例如，D811、E277、川50、E93、E100、E229、硬粒小麥-1等品種在L+T=（2+2） mmol/L的培養(yǎng)基中，有些苗生長情況很好，有些卻不是很理想，可能原因：一是在種胚消毒時(shí)，小麥種胚上的酒精和HgCl2沒有沖洗干凈；二是種子發(fā)芽率低。

3.3 直接選擇高賴氨酸小麥的方法

因不同基因型小麥對(duì)同一濃度選擇劑反應(yīng)有明顯差異，因此可利用試管技術(shù)，在以過量氨基酸為選擇壓力的條件下，在試管中選擇抗性突變體。具有高賴氨酸基因型的小麥對(duì)外源氨基酸的抗性相對(duì)較好，可以根據(jù)小麥生長狀況來判定賴氨酸含量的高低：莖葉高、根長長則賴氨酸含量高，莖葉低、根長短則賴氨酸含量低。

利用這種簡便的試管培養(yǎng)方法，篩選高賴氨酸含量的小麥品種，將其用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有望為人們更好地提供賴氨酸的來源。

參考文獻(xiàn)

[1] 金善寶.中國小麥學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996.1-3.

[2] 劉易科，佟漢文，朱展望，等.湖北省小麥營養(yǎng)品質(zhì)狀況分析[J].麥類作物學(xué)報(bào)，2012（5）：175-178.

[3] 靖 華，崔歡虎，閆翠平，等.小麥品質(zhì)及其改良的回顧與發(fā)展對(duì)策[J].河南職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，4（30）：4-6.

[4] 徐兆飛，張惠葉，張定一.小麥品質(zhì)及其改良[M].北京：氣象出版社，2000.

[5] 敦惠下，林競春.國內(nèi)外小麥營養(yǎng)品質(zhì)育種的研究進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，1990（4）：37-39.

[6] 董玉琛，曹永生.糧食作物種質(zhì)資源的品質(zhì)特性及其利用[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（1）：111-114.

[7] 劉廣田.我國北方幾個(gè)主要的冬小麥品種、品質(zhì)、性狀研究[J].北京農(nóng)業(yè)科學(xué)，1985（1）：13-16.

[8] 王曉燕，宋廣哲.對(duì)48個(gè)小麥品種營養(yǎng)品質(zhì)的研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，19（2）：14-18.

[9] 沈 同，王鏡巖，趙邦悌，等.生物化學(xué)：下冊(cè)[M].第二版.北京：高等教育出版社，1980.696-699.

[10] 李曉琳，孫海燕，李友勇，等.氨基酸脅迫對(duì)小麥種子幼苗生長和體內(nèi)游離氨基酸水平的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（24）：56-61.

[11] AZEVEDO R A，ARRUDA P，TURNER W L，et al.The biosynthesis and metabolism of the aspartate derived amino acid in higher plants[J].Phytochemistry，1997，46（3）：395-419.

[12] 王巧玲.離體小麥胚胎對(duì)賴氨酸和蘇氨酸的抗性反應(yīng)[J].河南職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，27（2）：8-11.