不同類型玉米淀粉形成特性及酶學(xué)機理研究.pdf

1、本試驗以普通玉米、糯玉米、爆裂玉米和甜玉米四種不同類型玉米為材料，采用生理生化方法，分析了籽粒淀粉組分的積累動態(tài)，測定與淀粉合成有關(guān)的酶活性；借助光學(xué)顯微鏡、淀粉粘度測定儀(RVA)、差示掃描量熱儀(DSC)和X-射線衍射儀(XRD)，系統(tǒng)研究了籽粒發(fā)育過程中淀粉粒粒徑、淀粉糊化特性、熱特性、晶體結(jié)構(gòu)的變化特點；采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡技術(shù)，觀察了玉米胚乳細胞數(shù)目、淀粉粒大小、形態(tài)、結(jié)構(gòu)變化及胚乳細胞淀粉質(zhì)體的發(fā)育和增殖。主要

2、研究結(jié)果如下： 1不同類型玉米籽粒淀粉積累及相關(guān)酶活性比較 以普通玉米、糯玉米、爆裂玉米和甜玉米為試材，分析和比較不同類型玉米品種籽粒發(fā)育過程中蔗糖代謝、淀粉積累及相關(guān)酶活性的變化。結(jié)果表明，淀粉積累速率和蔗糖合成酶(降解方向)(SS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、束縛態(tài)淀粉合成酶(GBSS)、淀粉分支酶(SBE)、去分支酶(DBE)活性均呈單峰曲線變化。授粉后30～40d，普通玉米的SS活性(降解方向)顯著高于其它三種

3、類型。類型間平均和最大SSS活性水平的順序為普通玉米＞糯玉米＞爆裂玉米＞甜玉米。籽粒發(fā)育前期，類型間GBSS活性差異不顯著，30～40d普通玉米GBSS活性最高，糯玉米GBSS活性最低。授粉后20～40d，糯玉米SBE活性顯著高于其它三種類型。甜玉米的DBE活性很低，并且在授粉后40d完全喪失。相關(guān)性分析表明，淀粉積累速率與SS(降解方向)和SSS活性相關(guān)顯著，與腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)和DBE活性相關(guān)不顯著；直鏈淀粉

4、積累速率與GBSS活性相關(guān)顯著，支鏈淀粉積累速率與SBE活性相關(guān)顯著。推測AGPase雖然為淀粉合成提供直接前體ADPG，但可能SS活性過低致使其限速作用比AGPase還強。在籽粒發(fā)育后期，GBSS對直鏈淀粉積累起著更重要的調(diào)節(jié)作用；SSS和SBE對支鏈淀粉積累起重要作用。 2不同類型玉米胚乳淀粉的理化特性分析 借助于光學(xué)顯微鏡、淀粉粘度測定儀(RVA)、差示掃描量熱儀(DSC)和X-射線衍射儀(XRD)等分析了普通玉米

5、、糯玉米、爆裂玉米和甜玉米胚乳淀粉在發(fā)育過程中淀粉粒大小、膨脹勢、淀粉糊化特性、熱特性及晶體結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明，甜玉米以小淀粉粒為主，平均淀粉粒粒徑最小，其它三種類型玉米以中等淀粉粒為主；爆裂玉米淀粉粒平均粒徑隨胚乳發(fā)育逐漸增大，成熟時卻顯著減小，其它三種類型玉米淀粉粒平均粒徑一直增大。膨脹勢和RVA參數(shù)的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律，但類型間存在一定差異。隨著胚乳發(fā)育，DSC膠凝化峰向低溫方向移動，且峰寬增大，峰值逐漸變小，膠凝化溫度和熱焓變

6、化也隨之遞減；糯玉米和甜玉米分別具有最大和最小的熱焓變化，說明糯玉米淀粉難以糊化，甜玉米淀粉容易糊化。對四種類型玉米發(fā)育過程中淀粉的X-射線衍射圖譜分析發(fā)現(xiàn)，淀粉晶型都為A型，結(jié)晶度均呈遞減趨勢，說明發(fā)育前期的淀粉普遍存在難以糊化的特性。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉含量與淀粉粒粒徑、膨脹勢、RVA糊化參數(shù)和DSC參數(shù)間存在一定的相關(guān)性。 3不同類型玉米胚乳細胞增殖及淀粉質(zhì)體的發(fā)育 利用纖維素酶解離胚乳，濾膜法計數(shù)玉米胚乳細胞

7、的數(shù)目，進一步用Logistic方程模擬胚乳細胞的增殖動態(tài)，發(fā)現(xiàn)胚乳細胞數(shù)目主要取決于細胞的增殖速率，與淀粉充實和粒重的關(guān)系密切，胚乳發(fā)育前期以胚乳細胞增殖為主，后期以淀粉積累為主。采用常規(guī)臨界點干燥的方法，掃描電鏡觀察淀粉粒大小、形狀及結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)授粉后5d胚乳細胞中剛剛開始出現(xiàn)淀粉粒，呈圓球形，淀粉粒體積大小和數(shù)量多少類型間差異不大。5～10d淀粉粒數(shù)量劇增；10～30d普通玉米、糯玉米和爆裂玉米淀粉粒體積增加較大，30d時角質(zhì)

8、胚乳淀粉粒之間排列緊密，50d時則相互擠壓呈多面體狀，粉質(zhì)胚乳淀粉粒排列疏松。授粉20d后普通玉米和糯玉米淀粉粒表面比較光滑，爆裂玉米淀粉粒表面附有許多基質(zhì)蛋白或基質(zhì)顆粒等。甜玉米胚乳發(fā)育過程中，淀粉粒體積較小、形狀不規(guī)則，分“裸露型”、“非裸露型”和“中間型”三種類型。采用樹脂包埋切片的方法，用透射電鏡觀察胚乳淀粉質(zhì)體的發(fā)育，發(fā)現(xiàn)糊粉層細胞中蛋白體和油脂數(shù)量多，淀粉質(zhì)體較少，甜玉米糊粉層比普通玉米和爆裂玉米更容易觀察到淀粉質(zhì)體的存在。