覃 鵬 孔治有 段修安

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所1，成都 611130）

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院2，昆明 650201）

（保山學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院3，保山 678000）

（保山市種子管理站4，保山 678000）

Wx基因?qū)π←湹矸凵锖铣珊头e累的影響

覃 鵬1，2孔治有3段修安4

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所1，成都 611130）

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院2，昆明 650201）

（保山學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院3，保山 678000）

（保山市種子管理站4，保山 678000）

為研究Wx基因的缺失對小麥淀粉生物合成的影響，本研究以8個Wx小麥近等基因系為材料，在灌漿期的10、20、30和40 d取籽粒測定直鏈淀粉、支鏈淀粉、總淀粉的含量及合成速度。結(jié)果表明：直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量及積累速率在花后逐漸增加，以花后10～20 d最大，此后逐漸降低。3個Wx基因?qū)χ辨湹矸鄣暮考胺e累速率的影響依次為Wx-B1＞W(wǎng)x-A1＞W(wǎng)x-D1；小麥Wx基因型對直鏈淀粉的合成及積累速率影響較大，而對支鏈淀粉的影響較小，其對總淀粉含量及其積累的影響主要通過直鏈淀粉進行。

小麥 淀粉 Wx近等基因系 灌漿期

淀粉是小麥籽粒的重要組成部分，一般由20%～30%直鏈淀粉和70%～80%支鏈淀粉組成，其中由Waxy基因（Wx gene）編碼的顆粒結(jié)合型淀粉合成酶（Granule bound starch synthase，GBSS）是合成直鏈淀粉的關(guān)鍵酶。六倍體小麥的Waxy蛋白受3個不同的Wx基因編碼，其缺失、突變或遺傳表達障礙會使胚乳中直鏈淀粉含量減少和支鏈淀粉含量增加［1-4］。Miura等［5-7］研究得出，控制直鏈淀粉含量的3個基因以上位方式起作用；Wx-B1基因缺失或被其缺失位點代換對直鏈淀粉含量影響最大，Wx-A1和Wx-D1基因的缺失影響較小。同時還有其他的觀點認為，不同Wx基因的效應(yīng)可能有所不同，不僅受劑量效應(yīng)的影響，修飾基因也可能發(fā)揮作用，而且位點間存在明顯的互作效應(yīng)［5-8］。Miuro等［9］利用近等基因系研究了直鏈淀粉含量與淀粉黏度特性的相關(guān)性，Nakamura等［10］通過比較中國春糯性位點近等基因系8種基因類型的蛋白質(zhì)含量發(fā)現(xiàn)差異并不顯著。此外，小麥直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例影響淀粉的黏度、成膠性、糊化特性和凝膠化作用，支鏈淀粉比例越高，面粉黏度越大，糊化溫度低、峰值黏度高、衰減值大、最終黏度低，具有較高面粉膨脹體積和延展性，抗老化能力也越強［11-13］。

不同Wx基因的缺失在很大程度上會影響小麥的淀粉含量，但是對于作為淀粉合成動態(tài)的影響尚鮮見報道，而此前有關(guān)小麥淀粉合成的研究因受到遺傳背景的限制會有很大程度的局限性。如果將Wx基因轉(zhuǎn)入遺傳差異較大非糯小麥品種中培育出相應(yīng)的近等基因系，并以其研究Wx基因?qū)π←湹矸鄯e累動態(tài)的影響，可以更好地排除遺傳背景差異對研究結(jié)果所造成的影響，真實反映Wx基因?qū)π←湹矸酆铣傻淖饔?。本研究以小麥Wx近等基因系小麥品種為材料研究了各個Wx基因?qū)π←湹矸鄯e累的影響和作用，對進一步研究Wx基因?qū)π←湹矸燮焚|(zhì)和農(nóng)藝性狀的影響具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

自主選育的8個小麥Wx近等基因系（寧麥14背景）種植于云南農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)基地（表1），于花后每隔10 d取樣測定籽粒淀粉含量。

表1 8個小麥Wx近等基因系

1.2 方法

從開花起標記同一天開花的8個基因型的穗子，在花后10、20、30和40 d取樣，每個基因型每次取5穗（即5次重復(fù)）；剝?nèi)≈胁康?個小穗籽粒用于淀粉含量的測定和分析。

直鏈淀粉和支鏈淀粉以雙波長法［14］進行測定，總淀粉含量為二者之和。測定儀器為DR6000紫外分光光度計：美國哈希（HACH）公司。

1.3 統(tǒng)計分析

每個基因型重復(fù)5次，以SAS9.0進行統(tǒng)計分析，顯著性標記為P＜0.05和P＜0.01。

2 結(jié)果與分析

基因型間的直鏈淀粉和總淀粉含量、直鏈淀粉和總淀粉合成速度均達到極顯著或顯著差異，而支鏈淀粉含量及其合成速度無顯著差異（表2）；花后時間之間在直鏈淀粉、支鏈淀粉、總淀粉的含量及合成速度方面均達到極顯著水平。

支鏈淀粉含量和合成速度在所有基因型間均無顯著差異（表3）；野生型的直鏈淀粉含量、總淀粉含量均最高，Wx ABD的最低，其他基因型介于二者之間，3個基因缺失時直鏈淀粉含量降低幅度為Wx B＞W(wǎng)x A＞W(wǎng)x D。

隨花后時間推移，直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量均顯著增加（表4）；直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉合成速度以花后10～20 d時最大，花后30～40 d時最小。

直鏈淀粉（圖1）、支鏈淀粉（圖2）和總淀粉（圖3）含量隨灌漿時間的延長而逐漸增加，僅Wx ABD型的直鏈淀粉含量接近于0且一直維持不變；各基因型間的支鏈淀粉含量在各個時期無顯著差異、但直鏈淀粉含量差異較大，其中野生型明顯高于其他基因型，缺失Wx基因?qū)Ω鲿r期直鏈淀粉含量的影響Wx B＞W(wǎng)x A＞W(wǎng)x D；總淀粉含量在20 d時各基因型間有一定差異，但到灌漿結(jié)束（40 d）時差異縮小，僅Wx ABD型因不能合成直鏈淀粉且合成支鏈淀粉能力與其他基因型相近而導(dǎo)致總淀粉含量顯著較小。

表2 淀粉含量及合成速度方差分析（F值）

表3 各Wx基因型之間淀粉合成指標差異顯著性

表4 花后不同時間淀粉合成指標差異顯著性

圖1 灌漿期小麥Wx近等基因系直鏈淀粉合成量

圖2 灌漿期小麥Wx近等基因系支鏈淀粉合成量

圖3 灌漿期小麥Wx近等基因系總淀粉合成量

圖4 灌漿期小麥Wx近等基因系直鏈淀粉合成速率

圖5 灌漿期小麥Wx近等基因系支鏈淀粉合成速率

圖6 灌漿期小麥Wx近等基因系總淀粉合成速率

所有基因型的直鏈淀粉（圖4）、支鏈淀粉（圖5）和總淀粉（圖6）合成速度在花后0～10 d較為緩慢，在10～20 d時迅速增加達到峰值，此后逐漸降低，30 d后降低趨勢趨于平緩（Wx ABD的直鏈淀粉因基本不能合成除外）。支鏈淀粉和總淀粉合成速度在所有基因型（Wx ABD除外）間基本一致，但直鏈淀粉合成速度差異較大，尤其20～30 d直鏈淀粉大量合成時，野生型合成速度顯著最高，3個基因?qū)χ辨湹矸酆铣伤俣鹊挠绊懛謩e為Wx B＞W(wǎng)x A＞W(wǎng)x D。

3 討論

淀粉合成的機理比較復(fù)雜，由葉片中合成或淀粉降解產(chǎn)生的蔗糖通過韌皮部長距離運輸至貯藏器官，在胞液中由蔗糖合成酶作用分解為果糖和UDP-葡萄糖、形成6-磷酸葡萄糖（G6P）或1-磷酸葡萄糖（G1P），G1P進入造粉體后可以在腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）和淀粉合成酶（SS）以及淀粉分支酶（SBE）作用下合成直鏈淀粉和支鏈淀粉［15］。顆粒結(jié)合型淀粉合成酶（GBSS）由Wx-A1、Wx-B1、Wx-D1等3個基因位點控制，在直鏈淀粉合成中起著重要作用。此前盡管有Wx基因?qū)ψ蚜５矸酆糠矫娴难芯?，但以小麥Wx近等基因系來研究各Wx基因?qū)π←湹矸酆铣珊头e累動態(tài)的影響還鮮見報道。

本研究中直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉的積累速率在所有基因型中趨勢一致（Wx ABD因不能合成直鏈淀粉除外），開花后即逐漸開始合成和積累，尤其以花后10～20 d時達到最大，此后逐漸降低，到花后30～40 d時最小，表明花后10～20 d時小麥灌漿高峰，淀粉積累迅速，而后隨著葉片逐漸衰老和種子由乳熟到成熟乃至完熟的轉(zhuǎn)化，淀粉合成和積累速率也逐漸降低。各基因型直鏈淀粉和總淀粉合成速度差異較大，但支鏈淀粉含量及其合成速度無顯著差異，表明Wx基因的缺失對直鏈淀粉的合成影響較大，但不會影響到支鏈淀粉的合成和積累。在8個基因型中，野生型由于所有Wx基因均表現(xiàn)為顯性，所以直鏈淀粉和總淀粉無論積累速率還是含量均高于其他基因型。3個Wx基因?qū)χ辨湹矸鄣暮考胺e累速率影響也不相同，依次為Wx-B1＞W(wǎng)x-A1＞W(wǎng)x-D1，這與以往的研究結(jié)果基本一致。小麥Wx基因型對直鏈淀粉的合成及積累速率影響較大，而對支鏈淀粉的影響較小，其對總淀粉含量及其積累的影響主要通過直鏈淀粉進行。盡管3個Wx基因缺失對直鏈淀粉合成的降低之和并不大，但完全缺失后直鏈淀粉含量和合成速率均幾乎降為0，表明3個Wx基因之間并非簡單的加性效應(yīng)，可能還存在與其他基因之間的互作，導(dǎo)致淀粉合成相關(guān)酶活性也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。Wx基因?qū)Φ矸酆铣傻淖饔梅绞郊白饔脵C理目前均鮮見報道，而且以小麥Wx近等基因系來研究小麥淀粉合成尚屬首次，必須進行更多試驗和深入研究才能明確Wx基因在小麥淀粉合成過程中的作用機理。

4 結(jié)論

4.1 小麥Wx基因型對直鏈淀粉的合成及積累速率影響較大，而對支鏈淀粉的影響較小，其對總淀粉含量及其積累的影響主要通過直鏈淀粉進行。

4.2 淀粉積累速率在花后逐漸增加，以花后10～20 d最大，此后逐漸降低。

4.3 3個Wx基因?qū)χ辨湹矸鄣暮考胺e累速率的影響依次為Wx B＞W(wǎng)x A＞W(wǎng)x D。

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Effect of Wx Gene on Starch Biosynthesis and Accumulation ofWheat

Qin Peng1，2Kong Zhiyou3Duan Xiuan4

（Triticeae Research Institute of Sichuan Agricultural University1，Chengdu 611130）
（College of Agronomy and Biotechnology，Yunnan Agricultural University2，Kunming 650201）
（College of Resources and Environment，Baoshan University3，Baoshan 678000）
（Baoshan Seed Management Station4，Baoshan 678000）

In order to research the effect of absence of Wx gene on wheat starch biosynthesis，eight Wx nearisogenic wheat lineswere used asmaterials.Amylose，amylopectin，total starch contentand synthesis speed were determined during the grain filling period of10，20，30 and 40 days.The results showed that the contents and accumulation rates of amylose，amylopectin and total starch increased after flowering.These elements reached themaximum value 10～20 days after flowering，and then decreased gradually.The effect of 3Wx genes on the content and accumulation rate of amylose was Wx-B1＞W(wǎng)x-A1＞W(wǎng)x-D1.The Wx genotypes showed a significant influence on starch biosynthesis and accumulation through synthesis and accumulation of amylase.While Wx genotypes did not involve in the biosynthesis of amylopectin.The effect of Wx genotypes on total starch biosynthesis and accumulation could bemainly influenced through amylose.

wheat，starch，Wx near-isogenic lines，filling stage

S512.01

A

1003-0174（2015）07-0007-05

國家自然科學(xué)基金（31000712）

2014-01-23

覃鵬，男，1977年出生，博士，小麥遺傳育種與品質(zhì)改良