浅析低谷蛋白水稻研发方向

【摘 要】文章叙述了水稻低谷蛋白对肾病和糖尿病患者的治疗作用、国内外研究现状及未来的研究方向。我们人体主要吸收的水稻蛋白是谷蛋白，而水稻低谷蛋白是预防、治疗肾脏病和糖尿病的主要方法之一。

【关键词】低谷蛋白；分子标记；水稻

随着人们生活水平的提高和保健意识的增加，人们的膳食结构发生了明显变化，不单单满足于吃饱，还向食味和治疗方向发展，人们已经开始现在各种口味独特、营养合理的食物，希望将常规饮食与食疗、保健相结合，通过饮食来提高健康水平和预防疾病。

植物是世界所需要蛋白质的主要来源，目前人类消耗的蛋白质中约70%直接来源于植物蛋白。其中，农作物提供的蛋白质占全球所需蛋白质总量的50%，占植物蛋白的70%。水稻籽粒中蛋白质含量较低，一般在8%左右。但与其他作物相比，水稻蛋白质在溶解性、生物价和能量吸收方面都有很好的性能，其氨基酸组成比较平衡，赖氨酸、苏氨酸等几种必须氨基酸含量较高。

1.稻米蛋白质结构

一般所指的稻米蛋白质主要是指储藏蛋白，根据蛋白质的溶解性不同，将储藏蛋白分为4种，即碱容性谷蛋白、醇溶性醇溶蛋白、水溶性清蛋白和盐溶性球蛋白，他们在稻米蛋白质中所占的百分比分别为80%、5%、5%、和10%，一般而言，清蛋白和球蛋白多为细胞质或具有代谢活性的种子蛋白，储存在果皮。糊粉层和胚等组织中；而醇溶蛋白和谷蛋白多为储藏蛋白，醇溶蛋白积淀在蛋白体PB-I内，谷蛋白储藏过程中，果皮、大部分糊粉层以及部分胚和少量的胚乳将被去除，这些组织中的蛋白液将一同去除。这样，精米中的蛋白主要以谷蛋白和醇溶性蛋白为主。储藏在蛋白体PB-II中谷蛋白能被人体的胃消化吸收，而醇溶性蛋白积淀在蛋白体PB-I内，不能被胃消化吸收。所以，人体主要吸收的蛋白是谷蛋白。

2.水稻低谷蛋白的作用

近年来，随着肾脏病人和并发肾脏机能损害的糖尿病患者人身的不断增加，低谷蛋白含量食品的市场需求越来越大。众所周知，肾脏病和糖尿病一般不能食用谷蛋白含量超过4%的稻米，食用谷蛋白含量较高的大米会加重肾脏病人的肾脏负担，造成蛋白质代谢紊乱。预防、治疗肾脏病和糖尿病肾病的主要方法之一，就是必须进行适当的蛋白限制。低谷蛋白水稻品种可以满足肾病患者和有肾机能障碍的糖尿病患者在蛋白质代谢方面的特殊需求。培育以适应蛋白质摄入被限制的肾脏病人等需要的易消化性蛋白质含量低的水稻品种，以满足特殊人群对健康的需要，已经成为当今水稻品种遗传改良的重要目标。因此水稻低谷蛋白品种的选育对促进人体健康和预防疾病以及水稻的可持续生产等具有极其重要的意义和应用价值。

3.低谷蛋白品种国内外研究现状

1993年，日本学者Iida等就以优质水稻品种“日本尤”为材料，通过化学诱变剂乙烯亚胺诱变获得低谷蛋白的突变体，并以此新型种质为亲本，首次成功的培育出低水溶性蛋白稻米品种“LGG-1”.它作为肾脏病和糖尿病人专用的水稻品种于1994年期在日本广泛试种，并将其稻米用于肾脏病患者的临床试验。结果表明，食用“LGG-1”稻米的患者蛋白质摄入量和血清肌酸酐含量明显降低，病情得到明显改善。此后，带Lge-1基因的突变体材料广泛被育种家利用，作为亲本之一进行低谷蛋白新品种的选育，如Fukuoka等育成了西海231；2005年，Nishi nura 等缺失突变体配组育成了具有 更低谷蛋白含量的水稻会获得了酿酒专用的水稻品种，氨基酸含量显著降低，大大提高了酒的食用品质。

2001年曲乐庆等利用N-甲基硝脲诱变出了也获得低谷蛋白突变体。这些低谷蛋白突变体或种质为满足肾脏和糖尿病患者需要提供了优良的种质资源。此外2008年王艳萍等从江苏省农业科学院粮食作物研究所保存的近万份水稻种质资源中随机取出3000份材料，经筛选后也获得了细老鼠牙、冷水稻等天然低谷蛋白材料。

万建民等以来源于日本的低谷蛋白粳米资源GG-1为母本，优质粳稻品种越光为父本进行杂组，并以越光为轮回亲本对杂交后代群体进行连续回交，同时利用与低谷蛋白性状紧密连锁的SSR标记对回交世代群体进行辅助选择，培育出了功能型低谷蛋白水稻品种W 3660，2002年审定，是我国第一个低谷蛋白水稻新品种，其最主要的特性表现为可溶性蛋白含量只有3.58%，大大低于普通稻米，为功能稻米的发展奠定了很好的发展势头。将W3660与普通水稻品种杂交，其蛋白性状能稳定遗传给后代，且低谷蛋白（高醇溶蛋白）性状和正常蛋白性质在F2代中的分离比例近似3：1，这证明低谷蛋白（高醇溶蛋白）性状由单显性基因控制。

4.低谷蛋白品种研究方向

黑龙江省低谷蛋白品种还是一个空白，低谷蛋白品种选育尚在起步阶段，种质资源及其匮乏，之鉴定出一份来自非洲的低谷蛋白突变体材料，限制了水稻低谷蛋白品种的选育。而低谷蛋白突变体是培育功能性专用水稻品种不可或缺的优良种质资源，大多是通过转基因或人工诱变并结合SDS-PAGE分析的方法得以实现的。由于诱变获得的突变体发生突变的基因位点多，运用SDS-PAGE电泳对谷蛋白突变体的鉴定由于溶解性的交叉、电泳重复性差和分辨率低等原因，不同的研究者对相同的材料有着不同的鉴定结果，限制了这部分突变体材料在实践生产上的应用。

然而，从水稻种质资源中挖掘谷蛋白含量较低的天然材料，可以克服这些问题，因此我们加大对天然低谷蛋白突变体的鉴定。并积极引进国内外的低谷蛋白变体材料，为低谷蛋白的品种选育打下了坚实的基础。

利用化学试剂或物理方法对现有的水稻品种进行诱变，筛选低谷蛋白突变体。以突变体为亲本配制杂交组合，对后代群体进行筛选，同时利用全蛋白SDS-PAGE实验室检测技术筛选低谷蛋白品种。

另外培育低谷蛋白新品种应加强与高新技术结合，并采用常规育种技术与生物技术相结合，在传统的常规育种的基础上，要尽可能对的结合现代生物技术，注重开发性的分子标志进行辅助选择育种，提高鉴定效率，快速有效的培育出新的谷蛋白功能稻品种。

在新品种的选育上要在不影响其功能的前提下，必须与高产、优质、多抗等育种目标相结合，克服产量低、抗性差、适应性差等诸多问题，这样培育出的品种才能更好的进行商业化种植。

【参考文献】

[1]耿春苗.氮肥及播期对低谷蛋白水稻产量和品质形成的影响《南京农业大学》，2011.

[2]王艳平.天然低谷蛋白水稻突变体的筛选《金陵科技学院学报》，2008，

01.

[3]方先文.水稻品种LGC-1低谷蛋白性状连锁标记的开发与利用《分子植物育种》，2010，08，04.