蓝粒小麦籽粒糊粉层色素研究初报

观察了蓝粒小麦籽粒灌浆期糊粉层色素形成情况 ,并分析了蓝粒糊粉层色素的成分。结果表明 ,在灌浆期 ,蓝粒小麦籽粒的糊粉层首先是靠近盾片的部位变蓝 ,而后逐渐向上扩展。在扩展的过程中 ,可以看到糊粉层着色部位既显蓝色 ,又呈现一定程度的紫红色。蓝粒小麦籽粒糊粉层色素含矢车菊素 (Delphinidin,红色 )、飞燕草素 (Cyanidin,蓝色 )、芍药素等 8种色素成分 ,但以飞燕草素 (Delphinidin)、矢车菊素 (Cyanidin)为主。根据上述结果推断出了蓝粒小麦籽粒糊粉层色素合成途径的大致框架图。另外 ,2 D易位系 991 5(J2 D- 1 )蓝粒小麦籽粒糊粉层色素合成中 ,可能存在 1种尚未发现的新的代谢途径 ,即红色的花青素葡萄糖苷(Cyanidin 3- glucoside) B环 5′位置发生羟基化 ,变成蓝色的飞燕草苷 (Delphinidin 3-glucoside)。以上结果为全面揭示蓝粒小麦籽粒糊粉层色素生物合成途径以及克隆蓝粒基因提供参考。

应用基因组原位杂交鉴定蓝粒小麦及其诱变后代

应用基因组原位杂交技术 (GISH)对普通小麦 (TriticumaestivumL .)和长穗偃麦草 [Agropyronelongatum (Host)Beauv ,2n =10x=70 ]杂交后选育出的蓝粒小麦蓝 5 8及其诱变后代的染色体组成进行了鉴定。结果表明 ,GISH可方便地检测到小麦遗传背景中的长穗偃麦草染色体或易位的片段。如前人报道[3 ] ,蓝 5 8(2n =4 2 )是一个具有 2条长穗偃麦草 4E染色体的异代换系 (4E/ 4D)。LW0 0 4可能是一个具有两对相互易位染色体的纯合系 ,其田间表现磷高效特性。LW4 3 3 4为 4 1条染色体的蓝单体 (40W +1’4E) ,种子颜色为浅蓝色。通过此法还检测出一些染色体结构发生很大变异的材料如 4E的单端体 (40W +1’t4E)以及组型为 39W +1’4E +1’t4E的个体。此项研究结果更为直观地表明控制蓝粒性状的基因的确在来自长穗偃麦草的染色体上。同时说明有效的突变方法与灵活方便的检测手段的有机结合在染色体工程材料的创制和染色体工程育种中起着至关重要的作用。

蓝粒小麦植株发育进程中内源激素的变化

研究了蓝粒小麦随孕穗期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期的发育进程中叶片内源激素的动态变化,结果表明,①蓝粒小麦河东乌麦、031-1和白粒对照小麦绵阳26在发育进程中IAA含量的变化趋势基本一致,从孕穗期到开花期IAA含量逐渐下降,在开花期,出现一个低谷,随后迅速上升,到灌浆期达到高峰.且总体水平上,两个蓝粒小麦的IAA含量高于绵阳26.②参试材料的赤霉素含量随发育进程呈单峰曲线变化,灌浆期达到最高值,只有031-1在孕穗期到抽穗期之间赤霉素含量稍有下降.参试蓝粒小麦在灌浆期和成熟期的赤霉素含量都高于白粒对照.③玉米素核苷(ZR)含量的动态变化在蓝粒小麦和白粒对照小麦之间有相同的变化趋势,在孕穗期和成熟期,蓝粒小麦的ZR含量都低于对照绵阳26.④蓝粒和对照白粒小麦叶片中的ABA含量随发育进程的推进,呈逐渐增加的趋势.从孕穗期到开花期,蓝粒小麦的ABA含量高于白粒对照小麦,到成熟期,ABA含量则低于白粒对照小麦.⑤蓝粒小麦的IAA+GA3+ZR/ABA在孕穗期、灌浆期和成熟期都高于白粒对照小麦.

蓝粒小麦易位系的荧光原位杂交鉴定

普通小麦 (TriticumaestivumL .)和长穗偃麦草 (Agropyronelongatum (Host)Beauv =Elytrigaelongatum (Host)Nevski =Thinopyrumponticum (Host)BarkworthandDewey ,2n =10x =70 )杂交后选育出的蓝粒小麦异代换系 (蓝 5 8) ,经辐射诱导与选育 ,对其后代进行荧光原位杂交检测后获得 :(1) 990 2 ,990 6两个蓝粒易位系 ,体细胞染色体数均为2n =42 ,其中 990 6中被易位蓝粒片段的相对长度约占易位小麦染色体短臂的 1/ 3,而 990 2中被易位蓝粒片段的相对长度约占易位小麦染色体长臂的 1/ 2 ,并将 990 2的蓝粒易位片段定位在小麦D组染色体上 ;(2 ) 9915易位附加和990 4易位_易位附加 ,其体细胞染色体数均为 44 ,其中 9915的体细胞染色体只有一对发生了易位 ,另外附加了两条长穗偃麦草染色体 ;而 990 4有两对染色体发生了易位。并就易位系中控制蓝粒性状的长穗偃麦草染色体片段的定位和蓝粒小麦易位系的应用进行了讨论。

蓝、紫粒小麦籽粒花色苷组成分析

【目的】应用超高效液相色谱配以串联质谱技术和二极管阵列检测技术对蓝、紫粒小麦籽粒中的花色苷进行分离与鉴定,揭示蓝、紫粒小麦籽粒花色苷组成成分。【方法】小麦籽粒花色苷用90%甲醇水溶液(含0.5%甲酸)超声波提取,SPEC18柱净化处理。应用超高效液相色谱串联质谱对蓝、紫粒小麦籽粒中的花色苷提取物进行母离子扫描,初步确定蓝、紫粒小麦籽粒中的花色苷种类,用全扫描、子离子扫描,多反应检测技术对蓝、紫粒小麦籽粒中的花色苷组分和含量进行分析。【结果】蓝、紫粒小麦籽粒中含有14种不同种类的花色苷类化合物,且不同的蓝、紫粒小麦籽粒中花色苷的种类与含量不同。【结论】明确了蓝、紫粒小麦籽粒中花色苷的组分与含量,建立了应用质谱快速分离与鉴定蓝、紫粒小麦籽粒中花色苷的方法。

蓝粒小麦花青素生物合成途径中的二氢黄酮醇4-还原酶基因的分子克隆(英文)

蓝色色素在监粒小麦种子糊粉层中的生物合成途径的分子生物学机制至今仍不清楚。应用RT-PCR和RACE方法从蓝粒小麦正在发育的种子中克隆到一个编码二氢黄酮醇4-还原酶的基因(DFR)。推测其为花青素生物合成途径中的一个关键基因,且与蓝粒小麦中蓝色色素形成密切相关:其开放阅读框编码一个包含354个氨基酸残基的多肽,与一些从其他植物中已克隆到的DFR有很高的同源性:大麦(94％)、水稻(83％)、玉米(84％)。从长穗偃麦草(2n=70)、蓝粒小麦、浅蓝粒小麦自交产生的白粒后代小麦以及中国春的基因组中分别分离到一个全长DFR序列。经聚类分析表明DFR cDNA核甘酸序列与从中国春基因组中克隆的DFR具有100％的同源性,且与长穗偃麦草、蓝粒小麦、白粒小麦基因组中分离的DFR均有很高的同源性。4个DFR基因组DNA均含有3个内含子,且它们之间的差异主要在内含子区,表明该基因在进化上很保守。经Southern杂交分析,DFR在小麦中至少有3-5个拷贝,不同小麦材料间未见明显差异,但与长穗偃麦草有明显筹异,属于一个DFR超基因家族。Northern分析表明该DFR在蓝粒和白粒种子的不同发育时期的表达存在明显差异,都在开花后大约18 d表达最强,在同一时期的蓝白种子中,DFR在蓝粒种子中的表达量高于白粒。DFR转录本在小麦和长穗偃麦草的幼叶?

蓝、紫粒小麦光合特性的研究

以西南地区的白粒小麦品种("绵阳26"和"川麦107")为对照,对新育成的蓝、紫粒小麦品种(系)在不同发育时期的光合色素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度(Ci)等光合特性进行比较分析。结果表明,蓝、紫粒小麦叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量和对照的白粒小麦一样,均随孕穗期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期的发育进程而下降,在孕穗期含量最高,成熟期含量最低;蓝粒小麦的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量在各发育时期均最低;白粒小麦的叶绿素a和总叶绿素含量在除孕穗期外的各发育时期最高,成熟期的叶绿素b含量也最高。白粒小麦叶片中类胡萝卜素含量随发育进程一直下降,直至成熟,而紫粒和蓝粒小麦在开花期前逐渐下降,但开花期后又逐渐升高,成熟时达到最大值;灌浆期和成熟期类胡萝卜素含量最高的是蓝粒小麦,其次是紫粒小麦,白粒小麦最低。蓝、紫粒小麦和白粒小麦的净光合速率均随发育进程呈先升后降的变化趋势,开花期净光合速率最大;白粒小麦在除灌浆期外的其他生育期净光合速率最大,蓝粒小麦在开花期后净光合速率是最低的。蓝、紫粒小麦和白粒小麦的气孔导度和蒸腾强度均随发育进程呈单峰曲线变化,峰值出现在灌浆期。白粒小麦的气孔限制值在孕穗期到开花期低于紫粒和蓝粒小麦,而开花期后则高于紫粒和蓝粒小麦。新近育成的几个蓝、紫粒小麦的光合能力低于白粒小麦。

蓝、紫粒小麦Wx基因分子检测及部分氨基酸含量分析

利用3对引物对47份品系进行Wx基因分子检测,其中3份白粒小麦为野生型材料,22份蓝粒小麦和22份紫粒小麦为Wx基因全突变型材料,即全糯小麦。对其部分氨基酸含量进行多重比较,结果表明,总体上蓝粒糯小麦氨基酸含量高于紫粒糯小麦,紫粒糯小麦高于白粒小麦;3种类型小麦精氨酸、半胱氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、缬氨酸含量差异极显著;异亮氨酸、色氨酸含量差异达显著水平。

蓝、紫粒小麦蛋白质含量、氨基酸组成及其品质评价

比较了蓝粒、紫粒小麦和白粒小麦子粒中蛋白质的含量、氨基酸的组成 ,并对其品质进行评价。结果表明 ,与白粒小麦相比 ,蓝粒小麦和紫粒小麦的子粒中蛋白质含量高 ;其蛋白质中各种氨基酸种类丰富 ;尤其是必需氨基酸不仅含量多 ,而且评分及指数均较高 ,组成比较平衡 ,营养价值高 ,子粒品质好。其中以蓝粒小麦乌麦 5 2 6品质最好。

1RS/1BL易位对蓝粒小麦异代换染色体传递的影响

利用一个普通小麦与中间偃麦草形成的 4 E/ 4 D蓝粒二体代换系 ,同时也是一个 1RS/ 1BL 纯合易位系 ,与不同的普通小麦品种 (系 )杂交 ,以籽粒颜色作为标记性状 ,研究了 1RS/ 1BL 易位染色体对 4 E染色体在杂种中的传递行为的影响。结果发现 ,在杂种 F1 中 ,1RS/ 1BL易位极显著地降低了 4 E染色体通过雌雄配子传递的频率。但当1RS/ 1BL 易位染色体在杂种 F1 中以二体存在时 ,其对 4 E染色体传递的影响在雌雄配子中有所不同 ,可能会进一步降低 4 E染色体通过雌配子传递的频率 ,而在雄配子中 4 E染色体的传递频率则有所提高 ,导致 F2 籽粒颜色分离出现极显著变化。这一结果表明 ,4 E染色体在杂种中的传递强烈地受 1RS/ 1BL 易位染色体及其存在状态影响 。

蓝糯小麦种质的选育

蓝粒小麦和糯小麦都是特殊的小麦种质,有较高的营养和品质价值.蓝粒性状还作为遗传标记在小麦遗传育种中得到广泛运用.本研究将糯小麦C75与蓝粒小麦L杂交,对蓝粒和糯性状进行遗传分析,选育同时具有蓝粒和糯性状的小麦新种质(称为蓝糯小麦).结果表明:蓝粒受1对显性基因控制,同时控制蓝粒的基因具有剂量效应,蓝粒等位基因越多,蓝色越深;糯与非糯受3对重叠基因控制,非糯为显性;控制粒色的基因与控制糯性的基因相互独立.通过对F3株系的鉴定,获得了1个蓝粒基因和糯性基因皆纯合的株系,从而得到蓝糯小麦新种质.

利用蓝粒单体小麦选育稳定缺体小麦的研究

利用蓝粒单体小麦,在不同遗传背景下,通过大群体筛选和定向选择的方法,结合细胞学观察,已选育出7种稳定的自花结实正常的缺体小麦,为选育整套的缺体小麦系列奠定了基础。

3种小麦作物二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因的生物信息学分析

为了研究彩色小麦色素合成中相关酶的性质及其基因,对已在NCBI上注册的普通小麦、蓝粒小麦、天蓝偃麦草的二氢黄酮醇4-还原酶(dihydroflavonol-4-reductase,DFR)核酸和氨基酸序列进行分析。通过生物信息学软件研究3种作物二氢黄酮醇4-还原酶的酶学特性,对其组成成分、理化性质、亚细胞定位、跨膜结构、分子进化、蛋白质二级结构和结构域进行预测和推断。结果表明,3种作物二氢黄酮醇4-还原酶基因长度均约为1.0 kb,编码354个氨基酸,三者氨基酸同源性很高。在蛋白质的其他预测中,发现三者均为酸性稳定亲水性蛋白,没有信号肽和跨膜结构域。二级结构以α-螺旋和自由卷曲为主,在进化树中可以看出蓝粒小麦与普通小麦亲缘关系较近。通过分析发现,小麦类作物二氢黄酮醇4-还原酶有着相同的特性,进化比较保守。为进一步研究其他特殊的小麦类作物相关酶及其基因提供理论依据。

蓝、紫粒糯小麦农艺性状比较分析

对22份蓝粒糯小麦和22份紫粒糯小麦的8个农艺性状进行了分析。结果表明,蓝、紫粒糯小麦的单株穗数变异系数分别达到15.76%和18.52%;穗下节间长变异系数分别达到14.55%和15.68%。通过对蓝、紫、白粒糯小麦进行多重比较分析,结果显示,蓝、紫粒糯小麦与其他3种类型小麦在千粒质量和主穗粒质量方面差异显著。对8种参数标准化后聚类分析,结果显示,蓝、紫粒糯小麦成各自聚类趋势,表明蓝、紫粒糯小麦为不同的类群。

微波辅助提取蓝、紫粒小麦麸皮中色素的研究

为了探讨微波辅助提取蓝、紫粒小麦麸皮中色素的方法,以两个蓝粒小麦品种和两个紫粒小麦品种的麸皮为原料,以酸性乙醇为浸提剂,利用格兰仕WD900I型家用微波炉,研究了微波功率、提取时间、料液比(原料与提取剂的比例)和提取剂浓度等单因素对提取率的影响,并根据单因素试验结果,设计了四因素三水平正交试验。结果表明,4个因素对酸性乙醇微波辅助提取蓝、紫粒小麦色素的影响的大小顺序均为微波功率>提取时间>料液比>提取剂浓度;每次加热3瓶(每瓶20或24 mL)的最佳提取条件,微波功率均为450 W,加热时间均为90 s(间断加热,将最高加热温度控制在≤75℃),溶剂均为70%乙醇溶液,料液比,蓝粒为1 g∶10 mL,紫粒为1 g∶12 mL。

一种小麦蓝粒标记单体代换系4E(3D)的创制

以中国春3D单体和小麦-长穗偃麦草4E二体异附加系为材料,通过杂交、回交结合染色体鉴定等方法,培育出了一种具有蓝粒标记的小麦4E(3D)单体代换系.该小麦4E(3D)单体代换系籽粒为浅蓝色,能够正常生长,自交结实率为36.1%,其自交后代可分离出深蓝籽粒小麦4E(3D)二体代换系、浅蓝籽粒小麦4E(3D)单体代换系和白粒小麦3D缺体.结果表明,长穗偃麦草4E染色体对小麦3D染色体缺失有一定的补偿功能,对以染色体定向代换方式快速创制蓝粒标记小麦单体系统具有一定的参考价值.

一种小麦蓝粒标记单体代换系4E(5A)的创制

【目的】利用长穗偃麦草4E染色体代换方法,快速创制具有蓝粒标记性状的小麦单体系统。【方法】以中国春5A单体和小麦-长穗偃麦草4E二体代换系为材料,分别以拟斯卑尔脱穗型和蓝粒性状作为小麦5A染色体和长穗偃麦草4E染色体的标记,通过杂交、回交并结合染色体鉴定等方法,培育一种具有蓝粒标记的小麦单体代换系4E(5A)。【结果】这种蓝粒标记的小麦单体代换系籽粒为浅蓝色,能够正常生长结实,其自交可分离出深蓝籽粒小麦4E(5A)二体代换系、浅蓝籽粒小麦4E(5A)单体代换系和白粒小麦5A缺体,3种类型所占比例分别为14.5%,75.6%和9.9%,其种子均能正常生长,植株均表现出拟斯卑尔脱穗型性状,且颖壳较硬,但白粒系植株的生活力明显低于前二者。【结论】长穗偃麦草4E染色体对小麦5A染色体的缺失,具有一定的补偿功能,对以染色体定向代换方式快速创制蓝粒标记小麦单体系统,具有一定的参考价值。

九份紫色蓝色小麦的麦谷蛋白、醇溶蛋白和农艺性状分析

为了解紫色蓝色籽粒小麦的遗传背景及利用价值,采用聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）技术,对9份紫色蓝色小麦品种（系）的麦谷蛋白和醇溶蛋白进行了分析。麦谷蛋白的SDS-PAGE电泳结果显示,9份材料的HMW-GS出现了8种亚基和6种亚基组合类型;Glu-A1位点的主要亚基为1亚基（66.7%）,Glu-B1位点主要为7＋8亚基（55.6%）,优质14＋15亚基频率为22.2%,Glu-D1位点,优质亚基5＋10的频率为55.6%。主要亚基组合为1/7＋8/5＋10和Null/7＋8/5＋10。9份材料的LMW-GS共分离出17条带,其中有7条为共有条带,比例达到41.2%。醇溶蛋白的A-PAGE电泳结果显示,9份材料共分离出20条带,其中共有条带7条（35.0%）;9份材料的LMW-GS和醇溶蛋白遗传多样性较低。聚类分析结果显示,9份材料的遗传距离为0.07-0.37,在遗传距离为0.22水平时,9份材料可分为4类,其中HR-1和NH-1,在0.07的水平上聚为一类。综合农艺性状特征、麦谷蛋白和醇溶蛋白分析,紫色籽粒材料漯珍1号、HR-1和NH-1,具有1和5＋10优质亚基,可作为优良亲本在遗传和育种中加以研究利用。

蓝粒和紫粒小麦色素稳定性的研究

为了进一步开发利用蓝粒小麦和紫粒小麦的商业价值,以蓝粒小麦和紫粒小麦麸皮的乙醇浸提色素溶液(pH=2)为材料,分析了蓝、紫粒小麦色素的光谱特性以及pH、温度、自然光、氧化剂(H2O2)、还原剂(Na2SO3和Vc)、防腐剂(苯甲酸钠)和食品饮料添加剂(柠檬酸、食盐、蔗糖等)以及常见金属离子Fe2+、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Al3+、Cu2+、Fe3+等对两类小麦色素稳定性的影响。光谱特性分析表明,在可见光区,蓝粒小麦和紫粒小麦色素酸性乙醇溶液的最大吸收波长分别为530 nm和520 nm。研究还表明,蓝、紫粒小麦色素溶液的颜色均与pH有关,pH越小颜色越鲜艳,在pH≤3时蓝粒和紫粒小麦色素酸性乙醇溶液分别具有稳定的紫红色和棕红色;蔗糖、食盐、热、还原剂对蓝、紫粒小麦色素的影响很小;除Cu2+、Fe3+外,其它常见金属离子均对蓝、紫粒色素无影响;蓝、紫粒小麦色素对于光、氧化剂的抗性不同,蓝粒色素比较抗氧化,紫粒色素比较抗光照。

蓝粒小麦籽粒色素稳定性的研究

以蓝粒小麦麸皮的乙醇浸提色素溶液(pH=2)为材料,分析了蓝粒小麦色素的光谱特性以及pH、温度、自然光、氧化剂(H2O2)、还原剂(Na2SO3和维生素C)、防腐剂(苯甲酸钠)和柠檬酸、食盐、蔗糖等食品饮料添加剂以及常见金属离子(Fe2+、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Al3+、Cu2+、Fe3+)等对色素稳定性的影响。光谱性质分析结果表明,在可见光区,蓝粒小麦色素酸性乙醇溶液的最大吸收波长为530 nm。不同因素对蓝粒小麦色素稳定性的影响研究结果表明,色素溶液的颜色与pH有关,pH越小,颜色越鲜艳,在pH≤3时呈现稳定的紫红色;蔗糖、食盐、热和还原剂对色素的影响很小;除Cu2+、Fe3+外,其他常见金属离子均对色素无影响;蓝粒色素抗氧化性较强,光照容易使色素降解。