小麦对赖氨酸加苏氨酸抗性的观察与筛选

姬玉梅 徐小慧

摘要：为了筛选高抗赖氨酸加苏氨酸的小麦（Triticum aestivum L.）品种，利用高赖氨酸含量基因型能抗较高浓度外源氨基酸胁迫这一原理，设置不同赖氨酸与苏氨酸（L+T）浓度的胁迫培养基，对40个小麦品种的胚进行培养处理，观察各品种植株的生长反应。结果表明，普通小麦品种在L+T=（1+1） mmol/L的培养基上生长较正常，无抑制作用或仅有轻微抑制；在L+T=（2+2） mmol/L的培养基上多数品种生长受到严重抑制。硬粒小麦和四川来源小麦品种E277、E93、E100、E229、川50等对赖氨酸与苏氨酸共同胁迫有较强的抗性，河南地区小麦品种抗性普遍较弱。抗性强和抗性弱的品种间抗性差异较小，抗性较强的品种比例也较小。

关键词：小麦（Triticum aestivum L.）；赖氨酸；苏氨酸；抗性；筛选

中图分类号：S512.1 文献标识码：A 文章编号：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.）是世界上重要的粮食作物，全世界约有35%～40%的居民以小麦为口粮[1]。小麦的营养品质，除维生素、稀有脂肪酸和其他活性物质外，主要指8种必需氨基酸和2种条件必需氨基酸。其中赖氨酸、苏氨酸、缬氨酸和异亮氨酸因含量较低，被认为是优质小麦的主要限制指标[2]。

国外对小麦氨基酸含量的改良起步较早。1903年加拿大选育了赖氨酸含量较高的硬红春麦品种马奎斯（Marguis）[3]。1966年美国成立了小麦品质改良的专门机构，投入巨资开始进行小麦赖氨酸含量遗传研究[4]。20世纪70、80年代，国外小麦赖氨酸平均含量达0.4%以上[5]。在中国，20世纪70年代才开始有少数研究单位着手小麦营养品质测试鉴定。1976 — 1983年，中国研究人员对小麦属的20 000份普通小麦品种进行了赖氨酸含量分析，结果发现，这些品种中赖氨酸含量的变异范围为0.25%～0.80%[6]。1985年由全国小麦育种协作攻关组发起召开了全国小麦品质改良研讨会，标志着中国小麦育种工作进入了以改良品质为重要内容的新阶段[7]。1996年，王晓燕等[8]对48个小麦品种的16种氨基酸进行了研究，结果发现48个品种的赖氨酸含量平均为0.36%，和其他氨基酸相比含量最低，且赖氨酸含量变异系数小，改良困难。本研究拟在小麦个体水平，即用种子的胚在不同浓度的赖氨酸和苏氨酸的试管中发芽生长，根据生长反应，测定不同小麦品种对赖氨酸和苏氨酸的抗性，了解该基因型氨基酸的合成能力[9]。同时筛选赖氨酸和苏氨酸含量较高的种子，为育种改良提供优良品质基因。

1 材料与方法

1.1 材料

搜集近年来河南和四川两地区生产中种植的小麦品种和正在区域试验中的小麦品种和资源材料40份作为供试材料。

1.2 方法

1.2.1 培养基 发芽胁迫基本培养基（对照）：N6基本培养基，附加0.1 mg/L IBA，2.5%蔗糖，0.5%琼脂粉固化，pH 5.8。氨基酸浓度处理为在对照培养基基础上附加赖氨酸和苏氨酸（L+T），赖氨酸和苏氨酸浓度分别设置为（1+1） mmol/L（A）和（2+2） mmol/L（B），pH 5.8，简写为L+T=（1+1） mmol/L、L+T=（2+2） mmol/L。

1.2.2 材料处理 挑选发芽率好且大小一致的小麦种子，用纱布包扎，每品种包扎一包，每包40粒，经无菌处理（75%乙醇20～30 s，无菌水冲洗2次）后，无菌发芽浸泡24 h。

种子萌动后消毒（0.1% HgCl2消毒 6～8 min，无菌水冲洗4次），按常规无菌接种方法将胚剥出，接种在培养基上，每个处理接种4个试管，每管3粒胚，盾片端朝下。有关方法参考文献[10]。

1.2.3 培养条件 接种材料在温度为20～25 ℃、湿度75%左右、光照度1 000～1 400 lx、光照时间12 h/d条件下培养。

1.2.4 观察分析 在接种4 d后开始观察，注意小麦开始发芽时间。小麦发芽后观察幼苗生长情况，以后每隔4～5 d观察一次幼苗在试管中的生长状况，直到接种后14 d。

2 结果与分析

2.1 各小麦品种对赖氨酸加苏氨酸的抗性表现

在接种后14 d，分别观察记录各小麦品种在试管中的生长状况，量取小植株的茎叶长度（分蘖节处至叶片伸展的长度）和根长（根系最大长度），每个品种统计6～10株，40个小麦材料在CK、处理A、处理B的培养基中发芽培养结果见图1和表1。

2.2 小麦生长表现分析

从表2可以看出，40个小麦品种中1级品种有7个，2级品种12个，3级品种21个，抗性筛选率为17.5%。D814、D825、小黑麦669、D820、MYT-4（8X）等品种在L+T=（1+1） mmol/L时，茎叶生长仍较正常，受赖氨酸和苏氨酸的抑制不明显，而在L+T=（2+2） mmol/L的培养基中已基本停止生长，受赖氨酸和苏氨酸的抑制十分明显，表明这些品种对赖氨酸和苏氨酸的抗性很弱。普通小麦中也存在对L+T抗性较强的基因型，如D811、E277等，在L+T=（2+2） mmol/L的培养基中仍能基本正常生长，受赖氨酸和苏氨酸的抑制不明显。

2.3 不同来源品种的抗性分析

硬粒小麦-1、D811和四川来源小麦品种E277、E93、E100、E229、川50等对赖氨酸加苏氨酸有较强的抗性，河南地区和正在参加区试的小麦品种抗性普遍较弱。并且抗性强和抗性弱的品种间差异较小，抗性较强的品种比例也较小。

2.3.1 河南省小麦品种的抗性表现 抗性强的品种：硬粒小麦-1；抗性一般的品种：新麦23、中麦895、周麥28、平安8号；抗性弱的品种：中育9398、中麦875、MYT-4（8X）、小黑麦669、节节麦。

2.3.2 四川省小麦品种的抗性表现 抗性强的品种：E277、川50、E93、E100、E229；抗性一般的品种：川25、川26、川8、E218、E246、E46；抗性弱的品种：川9、川39、E52、E53、E54、E82、E112、E219、E234、E17。

2.3.3 参加区试的小麦品种抗性表现 抗性强的品种：D811；抗性一般的品种：D815、鄂麦14；抗性弱的品种：D825、D812、D813、D814、D820、D822。

3 讨论

创造、筛选优良营养品质基因是高赖氨酸等品质基因改良的关键。本研究在试验中使用的外源氨基酸胁迫是作物生化育种技术和方法的有价值的探索。

3.1 试管氨基酸胁迫是筛选高赖氨酸小麦品种的有效方法

氨基酸直接胁迫小麦有两个作用，一是胁迫能诱导新突变体产生，二是创造选择压力筛选经诱变处理的新基因型。不论诱导或筛选，其原理是天冬氨酸族氨基酸主要是反馈抑制，那些对终产物氨基酸不敏感的基因型在细胞中可积累较高浓度的特殊氨基酸，生长不受抑制，这种类型是选择的靶目标，高蛋白质、高氨基酸基因型有该方面的特征[11]。反之，那些低蛋白质含量基因型，在较高浓度外源氨基酸环境下，体内一旦有氨基酸积累，生长往往受到不同程度的抑制。在这些胁迫过程中，新基因型突变体或高含量变异体因生长正常可被选择出来[12]。

从试验结果可以看出，D811、E277、川50、E93、E100、E229、硬粒小麦-1在赖氨酸与苏氨酸的共同胁迫下能够正常发芽生长，表现出较强抗性；D825、MYT-4（8X）、D820、小黑麦669、节节麦在赖氨酸与苏氨酸的共同胁迫下忍耐性差，抗性较弱。表明小麦胚在离体下发芽生长表现出对赖氨酸与苏氨酸共同胁迫的抗性大小与自身对赖氨酸和苏氨酸的抗性有关，即抗性强的氨基酸的合成能力也强。

3.2 同一小麦品种对同一种选择剂抗性表现也有明显差异

外源氨基酸的胁迫作用使得试管培养的小麦生长性状表现出差异性。试验中可以观察到，在一些品种中试管生长量与赖氨酸加苏氨酸的抗性有较强的相关性，但在相关统计分析时未达到显著水平，这里可能存在试验误差，主要是生长量。在生长量调查时发现，在一些生长反应好的品种中，一些植株生长高度高，但另一些植株生长则很差。例如，D811、E277、川50、E93、E100、E229、硬粒小麦-1等品种在L+T=（2+2） mmol/L的培养基中，有些苗生长情况很好，有些却不是很理想，可能原因：一是在种胚消毒时，小麦种胚上的酒精和HgCl2没有冲洗干净；二是种子发芽率低。

3.3 直接选择高赖氨酸小麦的方法

因不同基因型小麦对同一浓度选择剂反应有明显差异，因此可利用试管技术，在以过量氨基酸为选择压力的条件下，在试管中选择抗性突变体。具有高赖氨酸基因型的小麦对外源氨基酸的抗性相对较好，可以根据小麦生长状况来判定赖氨酸含量的高低：茎叶高、根长长则赖氨酸含量高，茎叶低、根长短则赖氨酸含量低。

利用这种简便的试管培养方法，筛选高赖氨酸含量的小麦品种，将其用于农业生产，有望为人们更好地提供赖氨酸的来源。

参考文献

[1] 金善宝.中国小麦学[M].北京：中国农业出版社，1996.1-3.

[2] 刘易科，佟汉文，朱展望，等.湖北省小麦营养品质状况分析[J].麦类作物学报，2012（5）：175-178.

[3] 靖 华，崔欢虎，闫翠平，等.小麦品质及其改良的回顾与发展对策[J].河南职业技术师范学院学报，2002，4（30）：4-6.

[4] 徐兆飞，张惠叶，张定一.小麦品质及其改良[M].北京：气象出版社，2000.

[5] 敦惠下，林竞春.国内外小麦营养品质育种的研究进展[J].内蒙古农业科技，1990（4）：37-39.

[6] 董玉琛，曹永生.粮食作物种质资源的品质特性及其利用[J].中国农业科学，2003，36（1）：111-114.

[7] 劉广田.我国北方几个主要的冬小麦品种、品质、性状研究[J].北京农业科学，1985（1）：13-16.

[8] 王晓燕，宋广哲.对48个小麦品种营养品质的研究[J].河北农业大学学报，1996，19（2）：14-18.

[9] 沈 同，王镜岩，赵邦悌，等.生物化学：下册[M].第二版.北京：高等教育出版社，1980.696-699.

[10] 李晓琳，孙海燕，李友勇，等.氨基酸胁迫对小麦种子幼苗生长和体内游离氨基酸水平的影响[J].中国农学通报，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.离体小麦胚胎对赖氨酸和苏氨酸的抗性反应[J].河南职业技术师范学院学报，1999，27（2）：8-11.