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摘 要：以4个抗性较强的转Hpa110-42基因小麦株系和扬麦16（YM16）为试验材料，对其株高、穗下节间长度、旗叶长宽、穗长、小穗数和千粒重等农艺性状和籽粒中淀粉、蛋白质含量等品质性状进行了测定，以探讨外源基因的导入对小麦主要农艺性状和品质性状的影响。结果表明，与对照相比，转基因各株系的株高显著降低，小穗数和千粒重显著上升，而穗下节间长和旗叶宽无显著差异；4个转基因株系中，2个株系的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量高于YM16，1个株系的含量与受体无显著差异；而所有转基因株系的蛋白质含量与对照也无显著差异。这表明外源Hpa110-42基因的插入对小麦的部分农艺性状和品质性状产生了一定影响。
关键词：转基因小麦；农艺性状；淀粉含量；蛋白质含量
中图分类号：S512.101文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）09-0019-04
转基因技术已成为作物品种改良的一个重要手段，自1992年第一株转基因小麦诞生以来，转基因技术在提高小麦抗病虫、抗逆性、改善品质和雄性不育利用等方面展示出良好的应用前景。但是，外源基因导入后在植物基因组中的随机整合及其在细胞中的拷贝数均会影响转基因植株的表型性状和遗传稳定性[1]。除能获得目的基因控制的性状外，转基因后代的其它性状也可能发生不同程度的变化，这种现象在转基因植物中较普遍[2]。目前，对于小麦中外源基因Hpa110-42的遗传规律、遗传稳定性和表达稳定性等方面的研究报道较少，关于其对农艺性状的研究尚未见报道。
Harpins是植物革兰氏阴性病原菌产生的一类蛋白激发子，在植物中可以通过启动不同信号传导通路诱导植物抗病虫、抗旱和促进植物生长等多种有益效应[3，4]。Chen等[5]对水稻条斑病菌的一个Harpin蛋白HpaGXooc的9个功能片段进行了深入研究，结果表明，功能性片段HpaG10-42对水稻防卫反应基因和生长相关基因的诱导活性明显强于HpaGXooc蛋白全长，对水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）的抗性诱导效应和促进水稻的生长效应也是最强的。南京农业大学董汉松课题组将编码HpaG10-42蛋白片段的Hpa110-42基因利用基因枪法导入小麦栽培品种扬麦16中，并获得了转基因材料。本课题对转Hpa110-42基因小麦T1、T2代植株进行了PCR、Southern blotting、RT-PCR等分子检测和抗蚜性鉴定，筛选出了抗性较强的转基因株系。
本试验主要研究了4个转Hpa110-42基因T2代抗性植株及对照的株高、穗下节间长度、旗叶长宽、穗长、小穗数、千粒重等主要农艺性状和直链淀粉、支链淀粉、总淀粉和蛋白质含量等品质性状，旨在探讨外源Hpa110-42基因的导入对小麦农艺性状和品质性状的影响。
1 材料与方法
1.1 试验材料
扬麦16（YM16）和转Hpa110-42基因小麦T1代杂合种子由南京农业大学植物保护学院董汉松教授提供，转基因T2及T3代种子由本实验室繁育并保存。本课题组通过前期的分子鉴定和生物抗性鉴定，得到4个抗蚜性较强的T2代转基因株系（T2-9、T2-17、T2-45和T2-48），并单株收获其T3代籽粒。
1.2 试验方法
1.2.1 主要农艺性状的调查 对YM16和各转基因株系进行了农艺性状的调查，主要包括株高、穗下节间长度、旗叶长宽、穗长、小穗数、穗密度、千粒重。
株高：测量每株地面到穗顶（不含芒）的长度；
穗下节间长：测量穗基部节至旗叶叶鞘基部着生节的长度；
旗叶长和宽：测量旗叶长度和最大宽度；
穗长：主穗基部小穗节至顶端（不含芒）的长度；
小穗数：调查其主茎穗的小穗数；
穗密度：麦穗上总小穗数除以穗长；
千粒重：每株系随机选取8株，调查单株总粒数并全部称重，再换算出千粒重。
1.2.2 籽粒品质特性的测定 每个转基因株系中随机选取8个单株的T3代籽粒，高速振荡器粉碎，保证全成分均能通过60目筛。参照何照范[6]的双波长法，测定籽粒中直链及支链淀粉含量，并计算出总淀粉含量（总淀粉含量为直链淀粉和支链淀粉含量总和）。按中华人民共和国国家标准《谷类、豆类作物种子粗蛋白质测定法（半微量凯氏法）》（GB 2905-82，即NY/T3-1982）进行粗蛋白分析，全氮含量乘以5.7即为籽粒蛋白质含量。
1.3 数据统计分析
采用Microsoft Excel 2003软件进行数据整理，DPS v 7.05软件进行差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 外源Hpa110-42基因的导入对农艺性状的影响
4个转基因小麦株系和YM16的农艺性状调查结果见表1。结果表明，转基因各株系的株高均显著低于对照，且除株系T2-48外达极显著水平；转基因各株系的穗下节间长和旗叶宽与对照无显著差异；株系T2-9和T2-17的旗叶长显著高于对照，而株系T2-45和T2-48与对照差异不显著；转基因各株系的穗长除T2-45外均显著高于对照；4个转基因株系的小穗数均高于对照，且达极显著水平；株系T2-9和T2-45的穗密度显著高于对照，但株系T2-17和T2-48与对照无显著差异；4个转基因株系的千粒重显著高于对照，且除株系T2-9外均达到极显著水平。这证明目的基因的导入对小麦的部分农艺性状有一定的影响。
2.2 外源Hpa110-42基因的导入对淀粉和蛋白质含量的影响
成熟小麦籽粒中，淀粉约占粒重的58%～76%，淀粉含量是小麦产量的决定因素，淀粉的组成、结构和特性则影响小麦加工品质[7]。籽粒中淀粉包括直链淀粉和支链淀粉。由表2可见，株系T2-17和T2-48籽粒直链淀粉含量显著高于对照，而T2-9和T2-45与对照无显著差异；株系T2-9和T2-17籽粒支链淀粉和总淀粉含量均显著高于对照，且达极显著水平，而株系T2-48显著低于对照，株系T2-45与对照无显著差异。以上结果说明，外源基因在小麦基因组中的整合致使小麦籽粒中的淀粉含量及组分发生了不定向的变化。 籽粒蛋白质含量是决定小麦品质的主要因素。由表2可知，4个转基因株系T3代籽粒蛋白质含量均与YM16无显著差异。说明Hpa110-42基因的导入对小麦籽粒中的蛋白质含量无显著影响。
3 讨论
遗传转化体农艺性状表现的好坏，决定着转基因作物能否直接应用。外源基因的导入和无性变异能够引起受体植物内源基因的表达与调控发生一系列变化[8]，导致表型变异，如株高降低、开花推迟、产量提高等[9，10]。外源基因的整合与表达打破了植物体内原有的能量供给和消耗平衡，影响了生理代谢，从而导致转基因后代植株农艺性状的变化。而在组织培养过程中，细胞内的染色体可能会发生数目变异、结构变异（包括染色体的缺失、重复、易位、倒位等），核基因的扩增、丢失、重排、突变重组等变化，也会造成转基因植物农艺性状的变异[11]。关于外源基因的导入对受体小麦品种表型性状的影响，不同学者观点不一。徐琼芳等[12]认为转基因植株在株高、小穗数、穗粒数方面有变异。而高世庆等[13]认为转入外源基因不影响受体的主要农艺性状。丁文静等[14]研究表明，转基因株系的株高与对照相比有显著差异。本试验结果表明，与YM16相比，转基因各株系的株高显著降低，穗长（除T2-45外）、小穗数和千粒重显著升高，旗叶宽、穗下节间长差异不显著，而旗叶长和穗密度变化规律不明显。这说明外源Hpa110-42基因的转入在提高小麦抗蚜性的基础上，对小麦的部分农艺性状产生了影响。
小麦籽粒淀粉和蛋白质含量是评价品质特性最重要的指标。本试验研究表明，不同转基因株系籽粒中的直链淀粉、支链淀粉、总淀粉和蛋白质含量有不同的变化。与对照相比，1个转基因株系的直链淀粉、支链淀粉、总淀粉含量显著上升，1个株系的直链淀粉含量上升不显著，支链淀粉和总淀粉含量显著高于对照，1个株系无显著变化，1个株系支链淀粉和总淀粉含量显著降低；而所有转基因株系的蛋白质含量与对照无显著差异。说明外源Hpa110-42基因的导入对小麦籽粒中总淀粉及成分含量产生了一定的影响，对蛋白质含量无显著影响。表明，转入的目的基因不但会影响到植株农艺性状，也会影响到籽粒品质。因此，在转基因后代的鉴定和筛选过程中，不仅要考虑农艺性状的变化，还要考虑品质性状的改变。
致谢：诚挚感谢南京农业大学植物保护学院董汉松教授提供本试验所用扬麦16和转Hpa110-42基因小麦T1代杂合种子。
参 考 文 献：
[1]
王关林， 方宏筠. 植物基因工程（第二版）[M]. 北京： 科学出版社， 2002， 638-661.
[2] Peng J Y， Kononowicz H， Hodges T K. Transgenic indica rice plants [J]. Theor. Appl. Genet.， 1992， 83（6-7）：855-863.
[3] Wang X Y， Li M， Zhang J H， et al. Identification of a key functional region in harpins from Xanthomonas that suppresses protein aggregation and mediates harpin expression in E. coli [J]. Mol. Biol. Rep.， 2007， 34（3）：189-198.
[4] Dong H P， Peng J L， Bao Z L， et al. Downstream divergence of the ethylene signaling pathway for harpin-stimulated Arabidopsis growth and insect defense[J]. Plant Physiol.， 2004， 136（3）：3628-3638.
[5] Chen L， Qian J， Qu S P， et al. Identification of specific fragments of HpaGXooc， a harpin from Xanthomonas oryzae pv. oryzicola， that induce disease resistance and enhance growth in plants[J]. Phytopathology， 2008， 98（7）：781-791.
[6] 何照范. 粮油籽粒品质及其分析技术[M]. 北京： 中国农业出版社， 1985， 131-133.
[7] 戴廷波， 赵 辉， 荆 奇， 等. 灌浆期高温和水分逆境对冬小麦籽粒蛋白质和淀粉含量的影响[J]. 生态学报， 2006， 26（11）： 3670-3675.
[8] 唐祚舜， 李良村， 田文忠. 基因枪法转基因水稻后代农艺性状的表现[J]. 中国农业科学， 2001， 34（6）： 581-586.
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[10]崔海瑞， 王忠华， 舒庆尧， 等. 转Bt基因水稻克螟稻杂交转育后代农艺性状的研究 [J]. 中国水稻科学， 2001， 15（2）：101-106.
[11]Arencibia A， Gentinetta E， Cuzzoni E， et al. Molecular analysis of the genome of transgenic rice （Oryza sativa L.） plants produced via particle bombardment or intact cell electroporation[J]. Molecular Breeding， 1998， 4（2）：99-109. [12]徐琼芳， 田 芳， 陈 孝， 等. 转基因抗虫小麦中sgna基因的遗传分析及抗虫性鉴定[J]. 作物学报， 2004， 30（5）：475-480.
[13]Gao S Q， Xu H J， Cheng X G， et al. Improvement of wheat drought and salt tolerance by expression of a stress-inducible transcription factor GmDREB of soybean（Glycine max） [J]. Chin. Sci. Bull.， 2005， 50（23）： 2714-2723.
[14]丁文静， 魏亦勤， 叶兴国，等. 外源转入基因在小麦中的遗传规律及其对农艺性状的影响[J]. 作物学报， 2007， 33（6）： 955-960.
（上接第18页 ）
肉类食品可追溯性技术的研究[J]. 食品工业科技， 2006， 27（4）：24-26.
[13]李宗新， 王庆成， 刘开昌， 等. 基于Internet的山东省作物种质资源共享平台的开发与研究[J].山东农业科学， 2011，9： 9-14.
[14]孙卫年， 朱培栋， 史怀洲. 基于J2EE的CDN客户服务系统的设计与实现[J]. 计算机工程与设计， 2009，30（10）：2551-2553.
[15]王永红. 农产品质量安全追溯平台持久化设计与实现[J]. 江苏农业科学， 2012，40（11）：309-313.
[16]NY/T 1431-2007. 农产品追溯编码导则[S]. 北京： 中国标准出版社， 2007.
[17]NY/T 1430-2007. 农产品产地编码规则[S]. 北京： 中国标准出版社， 2007.
[18]王永红.基于农产品质量安全追溯的QR Code编码应用与实现[J]. 湖北农业科学， 2012，23：309-313.
[19]尚明华， 秦磊磊， 王风云， 等.基于Android智能手机的小麦生产风险信息采集系统[J]. 农业工程学报， 2011，27（5）：178-182.
[20]陈 松， 陈 琼， 陈永峰， 等.厦门市农产品质量安全追溯模式研究[J]. 现代农业科技， 2013，2：282-287.
关键词：转基因小麦；农艺性状；淀粉含量；蛋白质含量
中图分类号：S512.101文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）09-0019-04
转基因技术已成为作物品种改良的一个重要手段，自1992年第一株转基因小麦诞生以来，转基因技术在提高小麦抗病虫、抗逆性、改善品质和雄性不育利用等方面展示出良好的应用前景。但是，外源基因导入后在植物基因组中的随机整合及其在细胞中的拷贝数均会影响转基因植株的表型性状和遗传稳定性[1]。除能获得目的基因控制的性状外，转基因后代的其它性状也可能发生不同程度的变化，这种现象在转基因植物中较普遍[2]。目前，对于小麦中外源基因Hpa110-42的遗传规律、遗传稳定性和表达稳定性等方面的研究报道较少，关于其对农艺性状的研究尚未见报道。
Harpins是植物革兰氏阴性病原菌产生的一类蛋白激发子，在植物中可以通过启动不同信号传导通路诱导植物抗病虫、抗旱和促进植物生长等多种有益效应[3，4]。Chen等[5]对水稻条斑病菌的一个Harpin蛋白HpaGXooc的9个功能片段进行了深入研究，结果表明，功能性片段HpaG10-42对水稻防卫反应基因和生长相关基因的诱导活性明显强于HpaGXooc蛋白全长，对水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）的抗性诱导效应和促进水稻的生长效应也是最强的。南京农业大学董汉松课题组将编码HpaG10-42蛋白片段的Hpa110-42基因利用基因枪法导入小麦栽培品种扬麦16中，并获得了转基因材料。本课题对转Hpa110-42基因小麦T1、T2代植株进行了PCR、Southern blotting、RT-PCR等分子检测和抗蚜性鉴定，筛选出了抗性较强的转基因株系。
本试验主要研究了4个转Hpa110-42基因T2代抗性植株及对照的株高、穗下节间长度、旗叶长宽、穗长、小穗数、千粒重等主要农艺性状和直链淀粉、支链淀粉、总淀粉和蛋白质含量等品质性状，旨在探讨外源Hpa110-42基因的导入对小麦农艺性状和品质性状的影响。
1 材料与方法
1.1 试验材料
扬麦16（YM16）和转Hpa110-42基因小麦T1代杂合种子由南京农业大学植物保护学院董汉松教授提供，转基因T2及T3代种子由本实验室繁育并保存。本课题组通过前期的分子鉴定和生物抗性鉴定，得到4个抗蚜性较强的T2代转基因株系（T2-9、T2-17、T2-45和T2-48），并单株收获其T3代籽粒。
1.2 试验方法
1.2.1 主要农艺性状的调查 对YM16和各转基因株系进行了农艺性状的调查，主要包括株高、穗下节间长度、旗叶长宽、穗长、小穗数、穗密度、千粒重。
株高：测量每株地面到穗顶（不含芒）的长度；
穗下节间长：测量穗基部节至旗叶叶鞘基部着生节的长度；
旗叶长和宽：测量旗叶长度和最大宽度；
穗长：主穗基部小穗节至顶端（不含芒）的长度；
小穗数：调查其主茎穗的小穗数；
穗密度：麦穗上总小穗数除以穗长；
千粒重：每株系随机选取8株，调查单株总粒数并全部称重，再换算出千粒重。
1.2.2 籽粒品质特性的测定 每个转基因株系中随机选取8个单株的T3代籽粒，高速振荡器粉碎，保证全成分均能通过60目筛。参照何照范[6]的双波长法，测定籽粒中直链及支链淀粉含量，并计算出总淀粉含量（总淀粉含量为直链淀粉和支链淀粉含量总和）。按中华人民共和国国家标准《谷类、豆类作物种子粗蛋白质测定法（半微量凯氏法）》（GB 2905-82，即NY/T3-1982）进行粗蛋白分析，全氮含量乘以5.7即为籽粒蛋白质含量。
1.3 数据统计分析
采用Microsoft Excel 2003软件进行数据整理，DPS v 7.05软件进行差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 外源Hpa110-42基因的导入对农艺性状的影响
4个转基因小麦株系和YM16的农艺性状调查结果见表1。结果表明，转基因各株系的株高均显著低于对照，且除株系T2-48外达极显著水平；转基因各株系的穗下节间长和旗叶宽与对照无显著差异；株系T2-9和T2-17的旗叶长显著高于对照，而株系T2-45和T2-48与对照差异不显著；转基因各株系的穗长除T2-45外均显著高于对照；4个转基因株系的小穗数均高于对照，且达极显著水平；株系T2-9和T2-45的穗密度显著高于对照，但株系T2-17和T2-48与对照无显著差异；4个转基因株系的千粒重显著高于对照，且除株系T2-9外均达到极显著水平。这证明目的基因的导入对小麦的部分农艺性状有一定的影响。
2.2 外源Hpa110-42基因的导入对淀粉和蛋白质含量的影响
成熟小麦籽粒中，淀粉约占粒重的58%～76%，淀粉含量是小麦产量的决定因素，淀粉的组成、结构和特性则影响小麦加工品质[7]。籽粒中淀粉包括直链淀粉和支链淀粉。由表2可见，株系T2-17和T2-48籽粒直链淀粉含量显著高于对照，而T2-9和T2-45与对照无显著差异；株系T2-9和T2-17籽粒支链淀粉和总淀粉含量均显著高于对照，且达极显著水平，而株系T2-48显著低于对照，株系T2-45与对照无显著差异。以上结果说明，外源基因在小麦基因组中的整合致使小麦籽粒中的淀粉含量及组分发生了不定向的变化。 籽粒蛋白质含量是决定小麦品质的主要因素。由表2可知，4个转基因株系T3代籽粒蛋白质含量均与YM16无显著差异。说明Hpa110-42基因的导入对小麦籽粒中的蛋白质含量无显著影响。
3 讨论
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小麦籽粒淀粉和蛋白质含量是评价品质特性最重要的指标。本试验研究表明，不同转基因株系籽粒中的直链淀粉、支链淀粉、总淀粉和蛋白质含量有不同的变化。与对照相比，1个转基因株系的直链淀粉、支链淀粉、总淀粉含量显著上升，1个株系的直链淀粉含量上升不显著，支链淀粉和总淀粉含量显著高于对照，1个株系无显著变化，1个株系支链淀粉和总淀粉含量显著降低；而所有转基因株系的蛋白质含量与对照无显著差异。说明外源Hpa110-42基因的导入对小麦籽粒中总淀粉及成分含量产生了一定的影响，对蛋白质含量无显著影响。表明，转入的目的基因不但会影响到植株农艺性状，也会影响到籽粒品质。因此，在转基因后代的鉴定和筛选过程中，不仅要考虑农艺性状的变化，还要考虑品质性状的改变。
致谢：诚挚感谢南京农业大学植物保护学院董汉松教授提供本试验所用扬麦16和转Hpa110-42基因小麦T1代杂合种子。
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[1]
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[13]Gao S Q， Xu H J， Cheng X G， et al. Improvement of wheat drought and salt tolerance by expression of a stress-inducible transcription factor GmDREB of soybean（Glycine max） [J]. Chin. Sci. Bull.， 2005， 50（23）： 2714-2723.
[14]丁文静， 魏亦勤， 叶兴国，等. 外源转入基因在小麦中的遗传规律及其对农艺性状的影响[J]. 作物学报， 2007， 33（6）： 955-960.
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[17]NY/T 1430-2007. 农产品产地编码规则[S]. 北京： 中国标准出版社， 2007.
[18]王永红.基于农产品质量安全追溯的QR Code编码应用与实现[J]. 湖北农业科学， 2012，23：309-313.
[19]尚明华， 秦磊磊， 王风云， 等.基于Android智能手机的小麦生产风险信息采集系统[J]. 农业工程学报， 2011，27（5）：178-182.
[20]陈 松， 陈 琼， 陈永峰， 等.厦门市农产品质量安全追溯模式研究[J]. 现代农业科技， 2013，2：282-287.