山西省冬小麦与甘肃省春小麦地方品种的hmwgs组成比较学位论文.docx
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山西省冬小麦与甘肃省春小麦地方品种的hmwgs组成比较学位论文
毕业论文
论文题目山西省冬小麦与甘肃省春小麦地方品
种的HMW-GS组成比较
学院生命科学学院
专业生物科学
年级10级
姓名
指导教师
职称
(2014年6月)
山西农业大学教务处制
学士学位论文(设计)原创性声明
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所提交的学位论文,是本人在导师指导下,独立进行研究工作所取得的成果。
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年月日
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专业:
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学位论文作者签名(亲笔):
年月日
导师签名(亲笔):
年月日
山西省冬小麦与甘肃省春小麦地方品种的
HMW-GS组成比较
摘要:
利用十二烷基硫酸钠一聚丙烯酰胺凝胶(SDS-PAGE)电泳技术技术分析了30份山西冬小麦地方品种资源HMW-GS的组成以及30份甘肃春小麦地方品质资源HMW-GS,结果表明:
山西省小麦地方品种Glu-1位点共有12种等位变异,甘肃省共有12种等位变异。
两省亚基组合类型均为9种,主要是Null、7+8、2+12。
同时筛选出2份得10分的优质品种资源,还有17份含稀有亚基的品种资源,可作为山西今后小麦品质育种的亲本材料。
关键词:
地方品种;小麦;高分子量谷蛋白亚基
LocalvarietiesofWinterWheatinShanxiandspringwheatinGansu
ComparethecompositionofHMW-GS
Abstract:
Bysodiumdodecylsulfatepolyacrylamidegels(SDS-PAGE)electrophoresistechniqueanalyzesthe30partsofShanxiWinterWheatGermplasmResourcesHMW-GScompositionand30partsofGansu,wherespringwheatqualityresourcesHMW-GS,theresultsshowedthat:
ShanxilandracesGlu-1locustotalof12allelesGansutotalof12allelicvariation.Provincessubunitcombinationsareninekinds,mainlyNull,7+8,2+12.Whilefilteringouttwocopiesof10pointspremiumvarietyofresources,thereare17varietiesofresourcesincludingrarecopiesofsubunits,asShanxifutureparentwheatqualitybreedingmaterial.
Keywords:
LandracesWheatHMW-GS
1前言5
2.实验材料与方法6
2.1实验材料6
2.2主要试剂6
2.3蛋白提取液及10%SDS-PAGE系统试剂的配制7
2.4样品的提取8
2.5SDS-PAGE分析8
2.5.1组架8
2.5.2SDS-PAGE分离胶制备(20ml)8
2.5.3浓缩胶的制备、上样、电泳8
2.5.4染色、脱色、固定、拍照和记录9
2.6HMW-GS组成分析9
3结果分析9
3.1山西省小麦品种资源HMW-GS的遗传变异9
3.1.1山西省与甘肃省小麦地方品种资源的HMW-GS组成9
3.1.2HMW-GS等位变异及频率11
3.1.3HMW-GS组成类型12
3.2山西省与甘肃省小麦地方品种资源HMW-GS遗传变异比较13
3.3山西省和甘肃省优质小麦地方品种资源的筛选14
4讨论14
致谢17
1前言
小麦是一种在世界各地广泛种植的禾本科植物,是世界上最早的农作物之一,也是世界上种植面积最大、营养价值最高、总产量最多的经济粮食作物之一。
小麦在我国是第二大粮食作物(6.51吨),仅次于小麦(8.44吨)。
半个多世纪以来,总的小麦产量得到了极大的改善,但是依旧面临着在着遗传基础日益狭窄这一重大难题,忍受生物和环境胁迫的能力急剧下降等一系列问题,这已成为限制我国小麦育种和品质改良进展的主要因素[1,2,3,4]。
小麦地方品种,即农家种,是长期自然选择和人工选择的产物。
我国有3000多年的小麦栽培历史,加之生态环境多样,种植分布范围广,又有精耕细作的传统,因而地方品种资源十分丰富。
小麦地方品种的种植在解放前期占统治地位。
这些品种经过长期的自然选择和人工选择,能深刻反映当地的风土特点,具有高度的地区适应性,但产量水平偏低,表现为植株高、茎秆软弱、容易倒伏、条锈病、和黑穗病较重。
由于丰产性能较差,目前生产上已极少种植,但经长期的自然、人工选择具有诸如抗逆性强、早熟、特别是品质优异等特性。
自上世纪90年代以来,我国对小麦地方品种资源的遗传多样性评价的研究也较为广泛。
刘三才等[8]通过对部分形态性状分析,指出与育成品种相比地方品种的遗传多样性总体上较高。
山西省位于黄河中游东岸,华北平原西面的黄土高原上,其地貌类型复杂多样,山地、丘陵面积占全省总面积的80.1%,平川、河谷面积占总面积的19.9%。
在气候类型上属于温带大陆性季风气候。
全境日照充足,热量资源较丰富,昼夜温差较大;但灾害性天气较多,“十年九旱”,是全国水资源贫乏省份之一。
甘肃省位于我国西部地区,地处黄河中上游,从东南到西北包括了北亚热带湿润区到高寒区、干旱区的各种气候类型。
气候干燥,气温日差较大,光照充足,太阳辐射强。
年平均气温在0~14℃之间,年均降水量300毫米左右,降水各地差异很大。
甘肃省是小麦较早自西亚传到中国并开始种植的地方,即中国普通小麦的发祥地,山西省则是我国小麦的主要生产区之一,因而它们都有着丰富的地方品种种植资源。
但山西省以冬小麦为主,甘肃省则冬春小麦并重。
山西省和甘肃省作为我国主要的小麦生产区,由于其地域分布广阔,气候类型多样,故而有着丰富的地方品种种植资源。
因此,深入分析和评估山西省甘肃省小麦地方品种的基因资源,充分发掘其中的优异基因并加以适当利用,来提高现有小麦品种的遗传多样性以及优良特性,将有着重要的现实意义[5,6]。
小麦谷蛋白是胚乳中的主要储藏蛋白,它是由一些高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和许多低分子量股蛋白亚基(LMW-GS)通过分子之间的二硫键及其他非共价键作用力链接形成的蛋白聚合体。
HMW-GS位于第一同源染色体长臂的Glu-A1、Glu-B2、和Glu-D1位点(统称Glu-1位点)控制的基因编码。
不同品质小麦的HWM-GS组成存在广泛的变异,目前已有于Glu-13个位点上的20多个等位基因被检测出来。
20世纪90年代以后,国内学者开始对小麦HMW-GS等位变异及其与小麦品质的关系进行了广泛研究[10-16],大量研究表明,HMW-GS对小麦品质有重要影响,在众多影响加工品质的因素中,高分子量谷蛋白亚基Glu-1位点的遗传组成起着重要的作用,由于部分基因不表达或处于沉默状态,一般小麦品种仅具有3~5个亚基,其中1个或0个亚基由1A控制,1个或2个亚基由1B控制,2个亚基由1D控制[19]。
传统上,人们将1、2*、5+10、7+8、17+18、13+16、14+15等亚基称为优质亚基,而其中尤以5+10亚基对面包烘烤品质贡献最大[12,13]。
开展地方品种HMW-GS遗传多样性的研究,对小麦品种选育和品质改良具有重要意义。
本研究利用SDS-PAGE方法分析了30份山西冬小麦地方品种资源以及30份甘肃春小麦地方品质资源HMW-GS的组成,并进行了优质品种资源的筛选,以期为我省乃至全国的小麦品质育种提供依据。
2.实验材料与方法
2.1实验材料
详见表1表2,山西地方品种30份,甘肃地方品种30份[9],以中国春、济南17、中优9507为对照,由山西农业大学小麦育种室提供。
2.2主要试剂
主要试剂与规格
英文名或英文简称
中文名
规格
Acrylamide
丙烯酰胺
超纯级
Bis-Acrylamde
N,N-亚甲基双丙烯酰胺
超纯级
Tris
三羟甲基氨基甲烷
超纯级
SDS
十二烷基磺酸钠
超纯级
TEMED
N,N,N,N-四甲基乙二胺
超纯级
Coomassieblue
考马斯亮兰
超纯级
AP
过硫酸铵
超纯级
2-Mercaptoethanol
β-巯基乙醇
生物技术级
Glycerol
甘油
分析纯
Glycine
甘氨酸
生化试剂级
Isopropanol
异丙醇
分析纯
Aceticacid
乙酸
分析纯
HCL
盐酸
分析纯
Bromophenolblue
溴酚兰
分析纯
2.3蛋白提取液及10%SDS-PAGE系统试剂的配制
①SOLUTION-A
**3mol/LTris-HClpH8.8[36.6gTris/100ml,analarwater,pHto8.8withconc.
HCI]
②SOLUTION-B:
**Imol/LTris-HCIpH7.019.2ml+20%SDS0.8mL
**[Imol/LTris-HCIpH7.0:
12.11gTris/IOOmLDW,pHedto7.0withHCl]
**[20%SDS:
20gSDS/l00mLDW]
③SOLUTION-C:
**Acrylamide:
Bisacrylamide(30:
0.8)
**[(30gAcr+0.8gBis)/100ml,DW]
④AMPS(or:
APS):
**56mgAp/lOmLDW(makeupfresh)
⑤TEMED:
Useneat
⑥lOxRUNNINGBUFFER:
**[Glycine114g
Tris30g
SDS10g
Dissolvethesein1000mLDW(makeuplmL+9mL)]
⑦4xSAMPLEBUFFER
*[Imol/LTris-HCIpH6.85.0mL
20%SDS2.0mL
Glycerol8.0mL
2-mercaptoethanol3.6mL
Bromophenolblue20.0mg
Makeupto20mLwithanalarwater]
⑧IxSAMPLEBUFFER
**[dillited4XSAMFLEBUFFERwith**(62.5mmol/LmolTris-HCIpH6.8
and2%SDS)]
[62.5mmol/Lmol/LTris-HCIand2%SDS:
6.25mL1ml/LpH6.8+lOmL10%SDS/l00mLDW]
⑨Gelstain:
**[Deionisedwater650ml
Isopropanal250ml
Aceticacid100ml]
⑩Destain
**[Deionisedwater650ml
Isopropanal250ml
Aceticacid100ml]
2.4样品的提取
从每一小麦品种(系)种子中随机取3粒,分别钳碎装入编号的1.5mL离心管中,加入150µl1×samplebuffer{0.0625mol/LTris-HCl(pH6.8),5%(V/V)ß-琉基乙醇,20%(W/V)SDS,10%(V/V)丙三醇,0.002%(V/V)溴酚蓝},涡旋震荡10min,3000r/min离心10s,室温下浸提2h或过夜,沸水浴煮2~3min,冷至室温,6000r/min离心8min,上清液备用上样。
2.5SDS-PAGE分析
2.5.1组架
玻璃板洗净,晾干,水平仪调整灌胶模具水平三明治式组架,固定在灌胶架上。
2.5.2SDS-PAGE分离胶制备(20ml)
DW8.0ml,Solu.A2.5ml,20%SDS100μl,APS2.5ml,Solu.c6.6ml→摇匀,真空排气10-15min→加TEMED20μL→立即摇匀30-40次→灌胶(顺玻璃板漫漫加入切勿加进气泡)→加压水层直满:
①隔绝空气;②压平胶面→水平支架室温聚合25-35min。
2.5.3浓缩胶的制备、上样、电泳
DW3.2ml,Solu.B0.75ml,APS1.5ml,Solu.→摇匀排气10min(期间倒掉压层水滤纸吸干余水)→加TEMED6μL→摇匀,倾入玻璃板间→插入梳子至适当深度(大约1.5cm)→室温聚合25-35min→小心拔出梳子,切记损坏隔离胶→1×电极缓冲液清洗样槽2次→去掉样槽缓冲液,凝胶转到电泳槽→从左到右上样20μl→加电极缓冲液→接电源;电泳→30-40min后,调电压至200V-220V→溴酚蓝指示剂至下1cm终止电泳→停止电泳后的操作尽可能缩短时间以获得较窄的指印。
2.5.4染色、脱色、固定、拍照和记录
卸夹子,取下玻璃→注入适量水,漫漫敲开玻璃板→标记起始点样端剥离PAG慢慢溜入染槽→去离子水洗胶一次→加染色液约200ml→置摇床上,以30-50次→回收染液于新瓶中,→用漂洗液脱色2-3次→拍照记录→7%的冰乙酸250ml。
2.6HMW-GS组成分析
以中国春(Null,7+8,2+12)、济南17(1,7+8,4+12)、中优9507(1,7+9,5+10)为对照,按Payne和Lawen(1983)的命名系统进行HMW-GS的判读,参照Payne的标准进行品质评分。
3结果分析
3.1山西省小麦品种资源HMW-GS的遗传变异
3.1.1山西省与甘肃省小麦地方品种资源的HMW-GS组成
在供试的30份山西小麦地方品种资源中,共检测出高分子量谷蛋白亚基12种,其中Glu-1A上有Null、1、2*共3种,Glu-1B上有7+8、7+9、7、6+8共4种,Glu-1D上有2+12、5+12、2+10、3+12、4+12共5种(表1)
在供试的30份甘肃小麦地方品种资源中,共检测出高分子量谷蛋白亚基12种,其中Glu-1A上有Null、1共2种,Glu-1B上有7+8、17+18、7+9、8共4种,Glu-1D上有2+10、2+11、2+12、3+12、4+11、5+10共6种(表2)(甘肃省春小麦品种高分子量麦谷蛋白亚基组成分析)。
表1山西小麦品种的高分子量谷蛋白亚基组成
品种类型
编号
品种
亚基组合
品质得分
Variety
No.
Varieties
Subunitcomposition
Quality
types
Glu-A1
Glu-B1
Glu-D1
scores
地方品种
1
水麦
Null
7+9
2+12
5
2
通爱白麦
2*
7+8
2+12
8
3
贼不偷
Null
7+8
2+12
6
4
气死风
Null
7
2+12
4
5
红叶蚰
Null
7+8
2+12
6
6
四月黄
2*
7+8
5+12
?
7
竹杆青
Null
7+9
2+10
?
8
无芒冬麦
Null
7+8
3+12
?
9
烧谷蛋
Null
6+8
2+12
4
10
红茎麦
Null
7+8
2+12
6
11
红皮冬麦
Null
7+8
2+12
6
12
高阳白麦
Null
7
2+12
4
13
忻县冬麦
Null
7+8
2+12
6
14
密穗早
Null
7+8
2+12
6
15
矮白穗
1
6+8
4+12
4
16
三月黄
Null
7+8
2+12
6
17
白壳白
Null
7+8
2+12
6
18
蚂蚱麦
Null
7+8
2+12
6
19
三变化
Null
7+8
2+12
6
20
小红麦
Null
7+8
2+12
6
21
笨麦
Null
7+8
2+12
6
22
红线麦
Null
7+8
2+12
6
23
白芒糙
Null
7+8
2+12
6
24
白山疙瘩
Null
7+8
2+12
6
25
牛指甲
Null
7+8
2+12
6
26
白穗白芒
Null
7+8
2+12
6
27
孝义麦
Null
7+8
2+12
6
28
老白麦
Null
7+8
2+12
6
29
烧谷蛋
Null
6+8
2+12
4
30
古城营
Null
7+8
2+12
6
表2甘肃小麦品种的高分子量谷蛋白亚基组成
品种类型
编号
品种
亚基组合
品质得分
Variety
No.
Varieties
Subunitcomposition
Quality
types
Glu-A1
Glu-B1
Glu-D1
scores
地方品种
1
金塔大白头
null
7+8
2+10
?
2
民勤红秃头
null
7+8
2+10
?
3
酒泉火红穗
null
7+8
2+10
?
4
酒泉大白头
null
7+8
2+11
?
5
高台红光头
null
7+8
2+11
?
6
临泽无芒金包银
null
7+8
2+11
?
7
临泽红火烧穗
null
7+8
2+11
?
8
武威七根毛
null
7+8
2+11
?
9
金塔灰麦子
null
7+8
2+11
?
10
玉门春光头
null
7+8
2+11
?
11
武威白见口
null
7+8
2+11
?
12
永昌红光头
null
7+8
2+12
6
13
永昌白老来变
null
7+8
2+12
6
14
高台白光头
null
7+8
2+12
6
15
玉门白光穗
null
7+8
2+12
6
16
玉门巴里空
null
7+8
2+12
6
17
灰色阿夫
null
7+8
2+12
6
18
玉门大白头
null
7+8
3+12
6
19
陇西白小麦
null
7+8
2+12
6
20
古浪泾阳杆
null
7+9
2+12
5
21
民乐火里燃
null
17+18
2+11
?
22
古浪毛子
null
17+18
4+11
?
23
玉门紫红小麦
null
8
2+12
?
24
玉门白扎芒
null
8
2+12
?
25
玉门六十黄
1
7+8
5+10
10
26
高台紫麦子
1
7+8
5+10
10
27
武春红
1
7+8
2+12
8
28
临泽白半芒
null
7+8
2+12
6
29
临泽红光头
null
7+8
2+12
6
30
临泽青芒麦
null
7+8
2+12
6
3.1.2HMW-GS等位变异及频率
山西省30份供试品种高分子量谷蛋白亚基组成以Null、7+8、2+12为主,分别占90%、76.7%、90%,其次是2*占6.7%、6+8占10%。
4+12以及5+12类型较少。
在公认的优质亚基中,Glu-B1上的7+8最为丰富,Glu-A1上的1和2*出现的频率较低,而对面包烘烤品质贡献最大的Glu-D1上的5+10则完全未见。
表3山西省小麦品种资源HMW-GS等位变异和频率
Glu-A1
Glu-B1
Glu-D1
亚基
品种数
频率
亚基
品种数
频率
亚基
品种数
频率
Subunit
NO.ofvarieties
Frequency
Subunit
NO.ofvarieties
Frequency
Subunit
NO.ofvarieties
Frequency
1
1
3.3
7+8
22
73.3
2+12
26
86.7
2*
2
6.7
7+9
2
6,7
5+12
1
3.3
Null
27
90
7
2
6.7
2+10
1
3.3
6+8
3
13.3
3+12
1
3.3
4+12
1
3.3
甘肃省30份供试品种高分子量谷蛋白亚基组成同样也以Null、7+8、2+12为主,分别占90%、83.33%、40%,其次是2+11占23.33%、1占10%。
在公认的优质亚基中,Glu-B1上的7+8最为丰富,并且出现了17+18,(加Glu-A1上的优质亚基情况),特别是Glu-D1上出现了优质亚基5+10。
表4甘肃省小麦品种资源HMW-GS等位变异和频率
Glu-A1
Glu-B1
Glu-D1
亚基
品种数
频率
亚基
品种数
频率
亚基
品种数
频率
Subunit
NO.ofvarieties
Frequency
Subunit
NO.ofvarieties
Frequency
Subunit
NO.ofvarieties
Frequency
1
3
10
7+8
25
83.33
- 配套讲稿:
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