银杏种子后熟过程中碳水化合物代谢机制研究

发布时间：2020-04-11 14:54

【摘要】：本文以银杏(Ginkgo biloba L.)种子为研究对象,将银杏种子按照种胚发育长度划分为Ⅰ-Ⅵ阶段(5个种胚形态后熟阶段和1个萌发阶段),Ⅰ:胚长0-0.3 cm;Ⅱ:胚长0.3-0.5 cm;Ⅲ:0.5-0.8 cm;Ⅳ:胚长0.8-1.0 cm;Ⅴ:胚长1.0 cm;Ⅵ:种子露白萌发(左开右闭)。通过高效液相色谱法、双波法、试剂盒法和荧光定量PCR法对不同阶段银杏种胚和胚乳内贮藏物质含量、糖代谢相关酶以及糖代谢酶基因表达量进行测定与分析,初步了解银杏种子后熟与萌发过程中物质代谢与种胚伸长之间的关系,同时,通过探究种胚与胚乳各部位(胚乳尖部、胚乳中部和胚乳外部)物质代谢与相关酶活性变化的差异,以期进一步揭示银杏种子后熟与萌发过程碳水化合物的代谢机理。本文主要研究结果如下:1.种胚不断伸长直至达到完全成熟(Ⅰ-Ⅴ阶段)的过程中,银杏胚乳内淀粉含量呈下降趋势,萌发初期(Ⅴ-Ⅵ阶段)胚乳内淀粉含量上升。种子后熟期间胚乳各个部位的淀粉含量存在差异,即胚乳中部胚乳尖部胚乳外部。种胚内淀粉含量在Ⅰ-Ⅴ阶段呈上升趋势,在萌发后(Ⅴ-Ⅵ阶段)有所下降。2.后熟期间(Ⅰ-Ⅴ阶段)胚乳内可溶性糖含量随种胚成熟不断下降,而相应阶段种胚内可溶性糖含量也升高,种胚与胚乳内淀粉含量与可溶性糖含量呈正相关,可推测胚乳内淀粉水解后的可溶性糖被利用或转运,胚胎内升高的可溶性糖可能来自胚乳淀粉的水解;萌发后(Ⅴ-Ⅵ阶段),胚乳内淀粉含量上升,可溶性糖含量继续降低,种胚内淀粉含量开始降低,可溶性糖含量下降,表明胚根突破种皮后对胚乳的养分依赖降低且主要以短暂消耗自身贮藏物质为主。3.银杏种子后熟与萌发期间,胚乳中β-淀粉酶活性高于α-淀粉酶,β-淀粉酶活性先上升,在种胚器官分化后(Ⅲ阶段)开始骤降,说明此阶段β-淀粉酶发挥主要水解淀粉的作用;在种胚内,α-淀粉酶与β-淀粉酶活性均呈较低水平,种胚内存在低效率的淀粉水解。4.在后熟及萌发过程中,银杏种子内主要含有的可溶性糖类为蔗糖、果糖和葡萄糖,胚乳和种胚内蔗糖含量均与可溶性糖含量呈显著正相关,说明蔗糖含量的变化是影响可溶性糖含量变化的主要因素,蔗糖代谢在种胚发育过程中发挥重要作用;种胚和胚乳内葡萄糖、果糖与β-淀粉酶活性变化均呈正相关(相关系数0.7),说明胚乳、种胚内的可溶性糖类与淀粉的水解有直接联系。5.胚乳不同部位(胚乳尖部、胚乳中部和胚乳外部)蔗糖、葡萄糖、果糖含量不同,说明各个部位糖代谢强弱存在差异。合成酶(SS、SPS)在胚乳中部活性较高,转化酶(NI、AI)在胚乳尖部活性较高,种胚内净酶活性(分解方向酶与合成方向酶的差值)普遍呈负值,说明种胚内以蔗糖合成为主要糖代谢方向,胚乳则与之相反。6.中性转化酶、酸性转化酶和蔗糖合成酶基因(GbNI、GbAI和GbSS)在银杏种胚后熟与萌发的各个阶段均有表达,后熟过程(Ⅰ-Ⅴ阶段)与萌发后(Ⅵ阶段)的表达量有显著差异,萌发后各个基因表达量大幅度升高;后熟过程中(Ⅰ-Ⅴ阶段),种胚内GbNI和GbAI的表达量逐级递减,且与种胚内NI/AI酶活性变化同步;种胚内GbSS表达量高于GbNI和GbAI且呈逐渐升高趋势,从基因的层面解释了蔗糖代谢与相关酶活性之间的关系。
【图文】：

蔗糖代谢,淀粉合成,焦磷酸化酶

图 1-1 在非光和细胞内的蔗糖代谢与淀粉合成（图 1-1 参照李雪艳，2015）Fig. 1-1 Sucrose and starch biosynthetic pathway in non-photosynthetic cell注：1：细胞壁转化，cytoplasmic invertase ；1’：液泡转化酶，，vacuolar invertase；1’’：细胞质转化酶，cytoplasmvertase；2：己糖转运蛋白，hexose transporters；3：蔗糖转运蛋白，sucrose transporters；4：己糖激酶，hexokina葡萄糖磷酸异构酶，glucose phosphate isomerase；6：蔗糖磷酸合成酶，sucrose phosphate synthase；7：蔗糖合，sucrose synthase；8：UDP 焦磷酸化酶，UDPGpyrophosphorylase；9：磷酸己糖变位酶，phosphoglucomutase；1DPG 焦磷酸化酶，ADPGpyrophosphorylase ；11：磷酸葡萄糖转运蛋白，phosphate translators；12：ADGP 转运，ADGP transporter；13：颗粒结合型淀粉酶，granule-bound starch synthase；14：可溶性淀粉合成酶，soluble stanthase；15：淀粉分支酶，starch branching enzyme；16：淀粉脱支酶，starch debranching enzyme.2.3 碳水化合物代谢相关酶碳水化合物代谢是植物体内最广泛的代谢途径之一，代谢过程需要多种酶的参与要有淀粉降解酶（α-淀粉酶、β-淀粉酶和淀粉磷酸化酶），淀粉合成酶（淀粉合成酶粉分支酶、淀粉脱支酶等），蔗糖合成类酶（蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶）、蔗解类酶（中性转化酶、酸性转化酶）以及腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADPG 焦化酶）、二磷酸尿苷葡糖焦磷酸化酶（UDPG 焦磷酸化酶）、己糖激酶等，它们在休眠与萌发过程中，活性会发生特定变化，给予种子足够的能量与养分。

种胚,胚乳,银杏,形态

2.1.2 银杏种胚的分级根据胚的形态特征（胚的长度、子叶的大小、胚根的长短）和生长规律，把种胚划分为6个阶段，包括5个后熟阶段（李佳，2016）和1个萌发阶段，如图2-1（a）所示：Ⅰ阶段=胚长0-0.3 cm（小子叶胚，其种胚刚刚有膨大迹象）；Ⅱ阶段=胚长0.3-0.5 cm（大子叶胚，子叶已经出现，胚芽膨大稍部尖削）；Ⅲ阶段=胚长0.5-0.8 cm（近成熟胚，子叶和胚芽发育完整）；Ⅳ阶段=胚长0.8-1.0 cm（成熟胚，胚轴、子叶显著伸长）；Ⅴ阶段=胚长>1.0 cm（完全成熟胚，胚根伸长，但未突破种子）；Ⅵ阶段=胚长>1.0 cm（胚根伸长，突破种子）。胚长单位：cm，左开右闭区间。图2-1银杏种胚与胚乳（a：各阶段种胚大小与形态；b：胚乳取材部位）Fig. 2-1 The embyro and endosperm of Ginkgo biloba L.（a: The size and morphology of embryo in eachstage；b: The endosperm site of experimental material）2.1.3 银杏种子取样部位按图2-1（b）所示将银杏种子的胚乳划分为三个部分分别为：胚乳尖部（胚根边缘胚乳）、胚乳中部（子叶边缘胚乳）、胚乳外部（不与种胚接触的胚乳表皮部分）。随后选取各阶段形态大小相似的优质种子
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S792.95

【参考文献】