【摘要】：禾谷類作物胚乳富含淀粉,不僅作為人類攝取碳水化合物的重要來源,還為種子萌發(fā)和幼苗生長提供主要的能量。抑制淀粉分支酶(SBE)表達(dá)提高胚乳抗性淀粉含量,具有促進(jìn)人體健康的功能,因此SBE表達(dá)抑制的禾谷類作物已被大量培育。雖然抑制SBE表達(dá)對胚乳分離淀粉的結(jié)構(gòu)和特性影響已有大量報(bào)道,但對籽粒淀粉的原位糊化和水解影響尚不清楚。本研究以不同直鏈淀粉含量的常規(guī)水稻秈稻特青、粳稻武香9915和糯稻廣陵香糯及其來源的抑制SBEⅠ/Ⅱb表達(dá)的水稻株系成熟籽粒為材料,研究籽粒蒸煮過程和幼苗生長中淀粉形態(tài)結(jié)構(gòu)和理化特性的變化,查明抑制SBE表達(dá)對水稻籽粒淀粉原位糊化和水解的影響,并揭示影響產(chǎn)生的原因。研究結(jié)果為高抗性淀粉作物的培育和利用提供參考資料,豐富和充實(shí)淀粉結(jié)構(gòu)和特性相關(guān)知識。主要研究結(jié)果如下:1.完整籽粒樹脂切片法觀察水稻籽粒淀粉的原位糊化和水解。將課題組建立的禾谷類作物完整籽粒樹脂切片法應(yīng)用于水稻籽粒蒸煮和幼苗生長過程中胚乳淀粉形態(tài)變化的研究。結(jié)果表明,利用該方法,蒸煮的稻米和幼苗生長過程中的水稻種子可以被切成2 μm厚的完整籽粒切片。蒸煮稻米切片經(jīng)碘染色,清晰呈現(xiàn)出稻米糊化從胚乳外圍向內(nèi)部進(jìn)行;在糊化過程中,淀粉粒體積增加,直鏈淀粉溢出,淀粉粒逐漸失去顆粒形態(tài)而相互粘連在一起。幼苗生長過程中,胚乳淀粉的水解從近胚端向遠(yuǎn)胚端、從胚乳外側(cè)向內(nèi)側(cè)逐步進(jìn)行。2.抑制SBEⅠ/Ⅱb表達(dá)對水稻籽粒淀粉原位糊化的影響。將糙米在沸水浴中蒸煮不同時間,調(diào)查籽粒的蒸煮品質(zhì)、觀察淀粉的糊化過程、測定淀粉的結(jié)構(gòu)特性。結(jié)果表明,常規(guī)水稻籽粒蒸煮30 min已完全糊化,但SBE表達(dá)抑制的水稻籽粒蒸煮60 min仍沒有完全糊化。.籽粒體積、濕重和浸出物質(zhì)隨蒸煮時間延長而增加,常規(guī)水稻籽粒增加的幅度顯著比SBE表達(dá)抑制的水稻高。常規(guī)水稻籽粒糊化從外向內(nèi)逐漸進(jìn)行,而SBE表達(dá)抑制水稻籽粒糊化最早開始于胚乳外圍,但不能完全糊化,而籽粒中央?yún)^(qū)域可以完全糊化。常規(guī)水稻胚乳淀粉為均一的多角形復(fù)粒淀粉,易被糊化而相互粘連;SBE表達(dá)抑制的水稻胚乳外圍區(qū)域含有多聚體、細(xì)長狀和中空狀等異質(zhì)淀粉,難糊化阻止了淀粉相互粘連。蒸煮對籽粒淀粉的分子量分布沒有影響,但常規(guī)水稻A-型淀粉易糊化變成無定形淀粉,而SBE表達(dá)抑制的水稻胚乳含有C-型淀粉,晶體結(jié)構(gòu)難糊化,導(dǎo)致糊化的籽粒具有很高的消化抗性。上述結(jié)果表明,抑制SBE表達(dá)改變淀粉形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu),淀粉抗糊化而提高籽粒的消化抗性。3.抑制SBEⅠ/Ⅱb表達(dá)對水稻籽粒淀粉原位水解的影響。將稻谷在黑暗條件下用水培養(yǎng),在幼苗生長過程中,調(diào)查籽粒淀粉消耗與幼苗生長動態(tài)的關(guān)系、觀察胚乳淀粉水解過程、測定淀粉結(jié)構(gòu)和特性。結(jié)果表明,籽粒淀粉消耗與幼苗生長呈正相關(guān),抑制SBE表達(dá)明顯降低了籽粒淀粉的水解,導(dǎo)致幼苗生長緩慢。幼苗生長過程中,胚乳淀粉的水解從近胚端向遠(yuǎn)胚端、從胚乳外側(cè)向內(nèi)部逐步進(jìn)行;常規(guī)水稻胚乳淀粉能被完全水解;SBE表達(dá)抑制的水稻胚乳多聚體、細(xì)長狀和中空狀等異質(zhì)淀粉抗水解,導(dǎo)致胚乳外周的淀粉不能完全被降解。在常規(guī)水稻中,胚乳淀粉中的直鏈和支鏈淀粉同步被降解,淀粉的晶體結(jié)構(gòu)在幼苗生長過程中沒有發(fā)生變化;在SBE表達(dá)抑制的水稻中,淀粉中的直鏈淀粉優(yōu)先被水解,支鏈淀粉長側(cè)鏈較難水解,C-型淀粉中的A-型晶體比B-型晶體降解快。上述結(jié)果表明,SBE表達(dá)抑制的水稻胚乳異質(zhì)淀粉的支鏈淀粉長側(cè)鏈和B-型晶體結(jié)構(gòu)抗淀粉水解酶的水解,導(dǎo)致水稻幼苗因缺少營養(yǎng)物質(zhì)而生長緩慢。
【圖文】：

逑以在短時間內(nèi)對大量樣品進(jìn)行分析，研究調(diào)控淀粉合成相關(guān)基因表達(dá)對胚乳淀粉粒形態(tài)的逡逑影響（圖１－２）。但該方法操作起來非常困難，無法獲得完整籽粒的切片，觀察到的圖像也較逡逑模糊，，限制了它的推廣應(yīng)用。徒手切片雖然有廣泛＿的應(yīng)用，但切片厚度較厚且厚薄不均勻，逡逑只適合組織水平顯示籽粒的輪廓和組織內(nèi)的物質(zhì)積累與分布，無法觀察組織內(nèi)的細(xì)胞顯微逡逑結(jié)構(gòu)及其貯藏物質(zhì)的形態(tài)。逡逑圖１－１：水稻成熟桿粒橫向徒手切片亞鐵氰化鉀染色（ＳｅＵａｐｐａｎｅｔａｌ．，２００９）逡逑示鐵元素在籽粒中的空間分布．（１．２１，１．２３）：普通水稻；（１．２２，邋１．２４）：轉(zhuǎn)基因水稻；ｅ：胚乳；ｅｍ：胚．逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１：邋Ｂａｒｅ－ｈａｎｄｅｄ邋ａｎｄ邋ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｒｉｃｅ邋ｍａｔｕｒｅ邋ｋｅｒｎｅｌ邋ｓｔａｉｎｅｄ邋ｗｉｔｈ邋ｐｏｔａｓｓｉｕｍ邋ｆｅｒｒｏ逡逑ｃｙａｎｉｄｅ邋（Ｓｅｌｌａｐｐａｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００９）逡逑Ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｉｒｏｎ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｗｈｏｌｅ邋ｋｅｒｎｅｌ．邋（１．２１，邋１．２３）：邋ｎｏｒｍａｌ邋ｒｉｃｅ；邋（１．２２，邋１．２４）：邋ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ邋ｒｉｃｅ；邋ｅ：逡逑ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ；邋ｅｍ：邋ｅｍｂｒｙｏ．逡逑Ｏ逡逑ｔ＆ｘｔ邐ｓｓｇ１邐

本文編號：2627360