花生荚果发育过程中子叶贮藏细胞的形态变化及其与油分和蛋白质积累的关系

花生荚果发育过程中,子叶贮藏细胞的形态和结构皆发生一系列明显的变化。果针入土0-30天,子叶贮藏细胞不断形成分化,体积变化较小,细胞中脂体和蛋白体形成少,而造粉体则形成较多,并大量积累淀粉粒。果针入土30-45天,子叶贮藏细胞迅速生长,脂体、蛋白体大量形成和增大,充满整个细胞。而淀粉粒形成少。果针入土45-68天,子叶细胞生长减慢,脂体则进一步发育,蛋白体持续形成和增大,60天以后蛋白体趋于解体,间质充挤于脂体间隙。未期,子叶细胞停止膨大,并可能因失水而体积略有减小。结果表明,花生子叶细胞的生长发育,是种仁和荚果形态发育的基础;种仁油分和蛋白质的积累则是其体内脂体和蛋白体不断形成和发育的结果。     

花生荚果发育过程中子叶细胞内脂肪、蛋白质的积累及其与ATP酶活性的关系

花生荚果发育过程中,子叶细胞从小到大不断发育,脂体、蛋白体由小变大、从少到多直至充满整个细胞;子叶细胞中的淀粉粒数量则由多变少,表明了淀粉粒参与胚胎发育过程中活跃的的物质代谢,最后基本被消耗;ATP酶活性的强弱和分布部位也在整个荚果发育的不同时期发生明显变化;讨论了脂体和蛋白体的生物来源和形态结构,并指出花生油分和蛋白质的积累与ATP酶活性有关。     

核桃种子发育主要营养物质积累之间的关系及脂肪酸动态变化

为了探讨核桃种子发育过程中油脂、蛋白质和碳水化合物积累之间的关系及油脂积累过程中脂肪酸含量的动态变化,以新疆早实核桃为试材,研究了核桃种子发育过程中油脂积累及其与糖类、蛋白质之间关系。结果表明:油体在核桃花后60d胚的薄壁细胞中出现,而出现在子叶薄壁细胞中的时间为花后80d;胚和子叶薄壁细胞中的油体均于花后100d开始大量增多,并向细胞中心不断积累;花后50~60d子叶细胞中大量出现淀粉粒,70~110d淀粉粒减少,并维持在较低水平。蛋白体在花后70d出现,并在花后70~110d数量不断增加至最大;花后120d后,各种细胞器解体并消失,胚和子叶细胞被油体和蛋白体填满。核桃种子发育过程中,油脂含量不断增加,花后70~110d呈明显上升趋势,且与可溶性糖、淀粉含量呈极显著负相关(P0.01)。总蛋白质含量在核桃种子油脂快速积累期不断增加,花后90d达到最大值,虽与油脂含量呈正相关,但相关性未达到显著水平(P0.05)。在核桃种子发育过程中先后有6种脂肪酸出现,不饱和脂肪酸的相对含量随种子发育时间的推移逐渐增大,饱和脂肪的相对含量则随种子发育时间的推移呈下降趋势;种子成熟时,不饱和脂肪酸中的亚油酸含量最高,油酸、α-亚麻酸含量次之,二十碳烯酸含量最低;油酸、亚油酸的相对含量呈同步变化趋势,而与α-亚麻酸的相对含量变化趋势相反。以上结果表明核桃种子发育过程中油脂合成原料物质主要来源于叶片、青皮(外果皮)中光合作用产生的可溶性糖,与蛋白质的积累代谢途径相独立;参与脂肪酸合成的SAD(△9stearoyl acyl-carrier protein desaturase)、FAD2(△12fatty acid desaturase 2)和FAD3(△12fatty acid desaturase 3)酶催化活性均较高,但SAD、FAD2酶催化活性较FAD3酶强。     

核桃种子油体发育及不同品种种子子叶油体特征差异分析

【目的】通过观察不同核桃品种种子油体发育过程,分析其成熟期子叶油体特征,旨在寻找核桃种子油体合成的起始时间及发生位置,了解不同品种种子在子叶油体特征上的差异及其与含油率间的关系,加深对新疆早实核桃品种种子细胞超微结构的认识。【方法】以新疆早实核桃品种‘温185’和‘新新2号’为试验材料,采用索式脂肪测定仪检测核桃种子脂肪含量,并运用透射电子显微镜技术观察种子发育进程中细胞器的发育消解及油体发育过程。【结果】花后30 d,核桃种子胚中开始存在单独的细胞,各细胞壁之间界限清晰;单独细胞中开始形成各种细胞器。花后50 d,细胞内的细胞器更为丰富,同时内质网数量不断增多,且以条状为主。花后60 d,内质网两端开始膨胀增厚,零星出现油体,随后种子胚中的油体数量不断增加直至成熟。细胞中的内质网数量于花后90 d开始减少,其余各种细胞器于花后110 d开始消解。花后120 d,细胞被油体和蛋白体填满。子叶细胞中的油体积累滞后于胚中的油体积累,花后60 d才开始形成单独细胞且细胞内已出现各种细胞器,同时子叶细胞中的内质网已开始膨胀增厚。至花后80 d,内质网才开始分泌小泡,形成油体,晚于胚20 d。成熟期核桃种子子叶细胞完全被油体和少量蛋白体充实,油体呈椭球体或不规则多面体,较少为球体,且油体个体间的形态与大小特征存在较大差异。种子含油率相对较高的‘温185’子叶贮藏细胞内油体数量较种子含油率相对较低的‘新新2号’少,但其直径和截面积之和却较大,且在两个品种间分别存在极显著（P＜0.01）和显著（P＜0.05）差异。【结论】核桃种子胚和子叶中的油体主要发生于内质网,在花后60 d开始积累,且子叶中油体的积累滞后于胚,二者不具有同步性。成熟后种子子叶贮藏细胞内油体直径大小和截面积之和是导致‘温185’与‘新新2号’种仁含油率产生差异的内在主要因素。     

核桃(Juglans regia L)果实发育过程中的淀粉动态

本文报导核桃果实发育过程中淀粉的分布及其消长规律。当胚珠的珠心原基形成时,淀粉粒普遍地积累于房壁上,形成第一次高峰。到成熟的7—细胞胚囊时期,发育成绿果皮的子房壁淀粉含量略有减少,而发育成硬果皮的子房淀粉消失。受精作用之后,绿果皮随幼果的发育再次积累淀粉,形成第二次高峰。当胚成熟时,绿果皮的淀粉逐渐减少,直至全部消失。在珠被中淀粉的积累随胚珠的发育逐渐增加。当胚成熟时,种皮淀粉含量随种皮薄壁细胞的消解而逐渐减少,直至消失。在游离核时期的胚乳内,总是有细小的淀粉粒积累,当形成胚乳细胞时,从未发现过淀粉的积累。从受精卵发育到胚的过程中,淀粉的积累似乎也两次高峰出现。但到最后,成热的子叶中,主要的贮藏物质是脂肪,而不是淀粉。所以在核桃果实发育过程中,淀粉只是积极参与碳水化合物的代谢,最后并非是胚中的主要贮藏物质。     

不同含油量油菜种子子叶贮藏细胞内脂体和蛋白体超微结构的研究

将甘蓝型黄籽油菜品种华黄一号优系繁殖的株系５０余份材料的成熟种子，按其含油量分为高，中，低３种，分别对其子叶贮藏细胞中的脂体，蛋白体结构及其大小，分布状态进行透射电镜观察。结果表明，在高油分材料中，脂体大，排列紧密，呈多边形镶嵌分布，脂体间空隙小，并在整个细胞中所占比例较蛋白体为大。在低油分材料中，子叶贮藏细胞内脂体排列疏松，多呈椭圆形，大小不等，脂体间空隙大，脂体所占比例明显小于高油分材料。中油     

水稻强弱势粒间淀粉粒和蛋白体积累的差异

分别以同一稻穗第1天和第5天开花颖花为强势粒和弱势粒,测定了籽粒灌浆期间可溶性淀粉和粗蛋白的积累并用透射电镜观察胚乳细胞中的淀粉粒和蛋白体密度和大小的变化。结果表明:在籽粒灌浆初期,强弱势粒中都出现了少量单粒淀粉粒和极少数的蛋白体,并随着灌浆的进行,单粒淀粉粒逐渐发育形成复粒淀粉粒,淀粉粒和蛋白体的体积逐渐增大;到灌浆高峰期,强势粒中单粒淀粉粒、复粒淀粉粒和蛋白体同时大量存在,之后复粒淀粉粒逐步充实整个胚乳细胞,单粒淀粉粒和蛋白体随之减少,蛋白体的体积也有所减小;而弱势粒的表现则不同,随着籽粒灌浆的进行,复粒淀粉粒逐步增多,淀粉粒的体积也增大,但是单粒淀粉粒和蛋白体的数量一直不多。     

鲁麦21和济南17胚乳发育过程中淀粉粒的动态变化

 【目的】以2个不同品质类型的小麦品种为供试材料,分析小麦胚乳中淀粉粒的分布特征和变化特点。【方法】选用鲁麦21（弱筋）和济南17（强筋）两个小麦品种,利用激光衍射粒度分析仪研究其胚乳发育过程中淀粉粒的积累动态。【结果】花后不同时期小麦胚乳淀粉粒数目的变化均呈单峰曲线,峰值出现在0.5～1.1μm。花后7 d,A-型淀粉粒已经出现,最大直径20μm;花后10 d,淀粉粒直径范围扩大到30μm;至花后14 d, B-型淀粉粒开始产生;花后21 d又产生了一个新淀粉粒群体,即C-型淀粉粒;花后24～28 d,籽粒中新淀粉粒的产生仍在继续;花后35 d,主要是最小粒径淀粉粒直径的扩大。与强筋小麦济南17相比较,花后7～14 d,弱筋品种鲁麦21胚乳中小于0.6μm的淀粉粒数目百分比较低,大于0.6μm的淀粉粒数目百分比较高,花后17～28 d则相反。【结论】灌浆前期鲁麦21胚乳中淀粉粒的增长速率较快,而灌浆后期新淀粉粒合成能力较强。成熟期,济南17籽粒中的B-型淀粉粒所占体积和表面积百分比较高,而弱筋小麦鲁麦21的A-型淀粉粒体积和表面积百分比较高。     

糯小麦胚乳发育过程中淀粉粒形态变化及A、B型淀粉粒的显微观察

利用扫描电子显微镜对小麦胚乳发育过程中淀粉粒的形态和成熟胚乳中的A、B型淀粉粒进行观察。电子显微镜扫描结果显示,花后5~10d,糯小麦胚乳中可见到一些体积较小的A型淀粉粒,10~15d以A型淀粉粒数量增多和体积增大为主;B型淀粉粒在花后15d已经形成,但此时B型淀粉粒的数量少;花后20d—成熟前B型淀粉粒的数量和体积逐渐增长。糯小麦成熟籽粒胚乳中淀粉粒的直径分布为0.96~34.92μm。与普通小麦相比,糯小麦A型淀粉粒的形状较扁平;表面没有普通小麦光滑;B型淀粉粒的形状比普通小麦更无规则,且更容易发生聚集现象。另外,发现在A型淀粉粒上有许多孔洞;在5 000倍数下观察,发现这些孔洞结构从A型淀粉粒表面一直延伸到其内部。     

关于大麦胚乳发育的研究

 用整体解剖法观察了二棱大麦胚乳游离核的分裂，用纤维素酶解离胚乳，滤膜法计数胚乳细胞等方法测定了胚乳细胞的增殖变化；用树脂包埋切片法，研究了胚乳细胞的发育和颖果中的输导系统。主要结果如下：（1）二棱大麦胚乳核的分裂有两种方式：有丝分裂与无丝分裂，并以有丝分裂为主；分裂速度显著受温度的影响。在平均气温30℃时游离核的分裂周期为4.6h；胚乳细胞的分裂的持续时间约为18d，即约在籽粒鲜重达最大值的85%时分裂停止。（2）花后第4d，胚乳细胞中出现淀粉体前体，并开始积累淀粉。（3）花后第9d，胚乳细胞中出现蛋白体，它们是由粗糙内质网合成的蛋白质，经高尔基体浓缩成高尔基小泡，这些小泡在细胞质中融合而成；大的蛋白体可由小的蛋白体合并产生。（4）开花后第3d，游离核间产生成膜体，形成细胞壁。（5）由背部维管束卸出的灌浆物质需经过质外体后才能进入胚乳。     

不同大麦淀粉胚乳细胞中淀粉和贮藏蛋白的积累

 对3个不同类型的大麦亚种华7618(粉质胚乳)、20A2(角质胚乳)和华2012(中间型)在其淀粉胚乳发育进程中，细胞内淀粉体和蛋白质体的发生、积累过程以及它们的形态变化作了光镜和透射电镜的连续观察。结果表明，粉质大麦华7618，胚乳细胞中大淀粉体增长最快，成熟时体积最大，小淀粉粒数量最多，蛋白质含量低，千粒重最大；角质大麦20A2，胚乳细胞中大淀粉体增长最慢，成熟时体积最小，小淀粉粒数量最少，蛋白质含量高，千粒重最小；中间型大麦华2012则介乎于两者之间。大淀粉体均只含1粒大淀粉粒，大淀粉体的数量在开花第13天以后基本不再增加；蛋白质体在颖果发育前期呈球状颗粒分散于淀粉体间，在颖果发育后期蛋白质体相互融合，沉积在淀粉体之间。在颖果发育中期，淀粉胚乳细胞的核逐步发生变形和解体，而小淀粉粒均在胚乳细胞核解体期间或解体之后发生。     

‘燕山红栗’坚果不同发育时期淀粉粒显微结构变化

【目的】为板栗品种的筛选、资源利用以及加工特性的改良调控提供理论依据。【方法】以‘燕山红栗’为试验试材,通过碘染法、切片法和淀粉粒提取法,及显微镜观察淀粉粒,分析坚果不同发育时期淀粉颗粒变化。偏光显微镜观察淀粉颗粒偏光特性;X射线衍射法分析淀粉颗粒晶型;扫描电镜观察淀粉颗粒表面形态。【结果】淀粉颗粒几乎占据板栗子叶细胞的所有空间,淀粉颗粒粒度分布不均匀,大小淀粉粒同时存在于细胞中,小淀粉粒直径3~5μm,大淀粉粒直径可达到20μm,随着坚果发育大淀粉颗粒比例不断增多。淀粉颗粒呈鹅卵石状,表面光滑。淀粉颗粒为单粒淀粉,晶型为C型,具有明显的马耳他十字。【结论】为淀粉特性的变化提供形态、分布的理论依据,为板栗加工、品种改良、良种选育提供依据。     

Ultrastructural studies of seed coat and cotyledon during rapeseed maturation

Brassica napus L.(B. napus) is an important oil crop worldwide and it rapidly accumulates oil at late stage of seed maturation. However, little is known about the cellular mechanism of oil accumulation and seed color changes during the late stage of rapeseed development. Here, we analyzed the ultrastructure of seed coat, aleurone and cotyledon in embryos of B. napus from 25 to 70 days after flowering(DAF). The pigments, which were deposited on the cell wall of palisade cells in seed coat, determined dark black color of rapeseed. The chloroplasts degenerated into non-photosynthetic plastids which caused the green cotyledon to turn into yellow. The chloroplasts in aleurone and cotyledon cells respectively degenerated into remnants without inner and outer envelope membranes and ecoplasts with intact inner and outer envelope membranes. From 40 to 70 DAF, there were degraded chloroplasts without thylakoid, oil bodies contacting with plastids or protein bodies, big starch deposits of chloroplasts degrading into small particles then disappearing, and small endoplasmic reticulum(ER) in aleurone and cotyledon cells. Additionally, there were decreases of chlorophyll content and dramatic increases of oil content in rapeseed. These results suggested that the rapid oil accumulation was independent on the NADPH synthesized by photosynthesis of chloroplasts and probably utilized other sources of reductant, such as the oxidative pentose phosphate pathway during the late stage of rapeseed development. The triacylglycerol assembly presumably utilizes the enzymes in the plastid, cytosol or oil body of cotyledon and aleurone cells.     

Characterization of starch morphology,composition, physicochemical properties and gene expressions in oat

Starch is the major carbohydrate in oat(Avena sativa L.) and starch formation requires the coordinated actions of several synthesis enzymes. In this study, the granule morphology, composition and physicochemical properties of oat starch, as well as the expressions of starch synthesis genes were investigated during oat endosperm development. Under the scanning electron microscopy(SEM), we observed that the unique compound granules were developed in oat endosperms at 10 days post anthesis(DPA) and then fragmented into irregular or polygonal simple granules from 12 DPA until seed maturity. The amylose content, branch chain length of degree of polymerization(DP=13–24), gelatinization temperature and percentage of retrogradation were gradually increased during the endosperm development; whereas the distribution of short chains(DP=6–12) were gradually decreased. The relative expressions of 4 classes of 13 starch synthesis genes characterized in this study indicated that three expression pattern groups were significantly different among gene classes as well as among varied isoforms, in which the first group of starch synthesis genes may play a key role on the initiation of starch synthesis in oat endosperms.     

水稻灌浆期温度对籽粒淀粉积累和FBP酶活性的影响

研究了温度对早籼水稻籽粒中淀粉积累和果糖-1，6-二磷酸酶(FBPase)活性的影响表明，高温条件下早籼稻灌浆前期叶和籽粒中FBPase活性高，籽粒淀粉积累快，粒重增长快，但开花11d后叶和籽粒中FBPase活性锐减，淀粉积累趋于停止。适温条件下FBPase活性变化幅度不大，籽粒在开花20d后仍有少量淀粉积累，粒重较高温条件下高。蛋白质含量较高的湘早籼24号对高温最敏感，高温条件下淀粉含量和粒重降低幅度最大。     

异源表达Hvsusiba2基因水稻的淀粉含量及相关酶谱分析

Hvsusiba2是一个来源于大麦的糖信号转录因子,它作用于淀粉合成途径的上游,是大麦淀粉合成途径的关键调控因子。本研究利用前期研究获得的转Hvsusiba2水稻纯合株系,探讨Hvsusiba2转录因子过表达对水稻淀粉合成的影响,并通过酶谱分析方法分析Hvsusiba2在水稻中的异源表达对支链淀粉合成同工酶的调控作用。结果显示:Hvsusiba2在水稻中的异源表达能够提高籽粒中总淀粉含量,增加淀粉含量达4.33%~9.22%,茎鞘的淀粉含量提高1倍,幼嫩种子发育过程中淀粉累积快速增加期为花后15d起。对该时期的支链淀粉合成酶同工酶分析提示异源表达Hvsusiba2是通过提高籽粒中淀粉分支酶中淀粉分支酶SBEIIb、淀粉分支酶SBEI、异淀粉酶Isoamylase以及淀粉酶Amylase的活性改变水稻的支链淀粉合成,但淀粉分支酶中SBEIIa的活性不受Hvsusiba2转录因子的调控。     

The Dynamics of Changes in Starch and Lipid Droplets and Sub-Cellular Localization of β-Amylase During the Growth of Lily Bulbs

The ultra-structure of mother and outer daughter scales of Lilium Oriental hybrid Sorbonne were studied using transmission electron microscope to examine the sub-cellular localization of starch and lipid droplets during growth and development from shoot emergence to senescence. The contents of starch granules and lipid droplets in the cell of the mother scales decreased significantly from shoot emergence to anthesis, indicating that these scales served as a source for growth and development. After flowering, the number of starch granules and lipid droplets increased dramatically, and finally the cells were filled with the above molecules indicating that the bulb becomes a major sink during bulb enlargement. Ultrastructure observation also showed that symplastic pathway is the main pathway in cells in the exchange and transportation of material during bulb development. The activity of β-amylase, one of the key enzymes catalyzing starch breakdown, showed a similar trend. The enzyme sub-cellular localization via immune-gold electron-microscopy showed that β- amylase was predominantly located together with starch granules, while the gold particles were scarcely found in other sub-cellular compartments. The result suggested that this enzyme is compartmented together with its functional substrate supporting its function in catalyzing starch breakdown in living plant cells.