小麦强弱势粒胚乳淀粉体和蛋白体发育及物质积累研究

为探明小麦强弱势粒发育的差异,以大穗型小麦品种宁麦13为材料,采用半薄切片、组织染色和生理生化测定等方法比较研究了小麦强弱势粒胚乳淀粉体和蛋白体的发育及物质积累过程。结果表明,在小麦颖果发育过程中,强势粒的形态大小始终大于弱势粒,在花后3～11d表现尤为明显;与弱势粒相比,强势粒的胚乳尤其是背部胚乳中淀粉体和蛋白体的相对面积较大,充实度较高,胚乳质地更致密;强势粒的B型淀粉粒多于弱势粒,强、弱势粒的淀粉粒径分布均呈单峰型,强势粒中0～2μm的淀粉粒数显著高于弱势粒,在其他粒径范围两者无显著差异;与弱势粒相比,强势粒中总淀粉、蛋白质、醇溶蛋白、谷蛋白和支链淀粉含量均较高,而直链淀粉含量较低。由此可见,小麦弱势粒发育不良与胚乳淀粉体和蛋白体发育及物质积累密切相关。     

水稻胚乳组织的结构观察

【目的】阐明水稻糊粉层细胞、亚糊粉层细胞与中心胚乳贮藏细胞的结构特性。【方法】采用光镜、透射电镜与扫描电镜对水稻胚乳组织进行观察研究。【结果】糊粉层细胞分化过程中,大液泡变成小体积蛋白贮存液泡,蛋白贮存液泡又转变成糊粉粒。颖果背部比腹部有更多层糊粉层,但背部糊粉层细胞内糊粉粒的形成与积累速度却较慢。亚糊粉层细胞起初含有一些脂质体,后来脂质体消失,而其内部淀粉体与蛋白体逐渐增多。中心胚乳贮藏细胞含有淀粉体与蛋白体,蛋白体以液泡型蛋白体为主,它们可以相互融合而变大。中心胚乳贮藏细胞内的淀粉积累速度明显快于亚糊粉层细胞内的。成熟颖果的中心胚乳贮藏细胞内淀粉体最为密集,背部和侧部的亚糊粉层细胞内淀粉体排列较疏松,腹部的亚糊粉层细胞内淀粉体最为稀疏。【结论】水稻颖果背部与腹部的糊粉层细胞和亚糊粉层细胞的结构差异可能与养分吸收与转运有关;中心胚乳贮藏细胞内淀粉体发育速度快于亚糊粉层细胞。     

两个玉米品种胚乳发育的比较

以农乐988和扬糯1号两个品种的玉米颖果为材料,利用树脂半薄切片、组织化学染色及生理测定等方法研究胚乳组织和细胞的发育过程。结果表明,两个玉米品种粒重及淀粉含量的变化呈S形生长曲线;可溶性糖变化呈单峰曲线,授粉后12 d含量最高;总蛋白含量在授粉后6 d较高。颖果粒重和总蛋白含量农乐988>扬糯1号;可溶性糖及淀粉含量扬糯1号>农乐988。授粉后0~2 d胚乳处在游离核期,授粉后3~5 d胚乳处在细胞化期,授粉6 d以后胚乳细胞开始分化,内胚乳细胞出现淀粉体和蛋白体。胚乳中淀粉的积累由颖果顶端向基部、由胚乳外层向中央推进。扬糯1号胚乳发育较提前,失活较晚;农乐988胚乳发育相对滞后,失活较早。玉米胚乳发育和颖果发育关系紧密,胚乳游离核期和细胞化期相当于颖果形成期,胚乳分化期相当于颖果乳熟期,胚乳成熟期相当于颖果蜡熟期与完熟期。     

干旱胁迫下小麦颖果内源激素的变化及其与胚乳发育的关系

为探明干旱胁迫下小麦颖果内源激素与胚乳发育的关系,以小麦品种扬麦16为材料,在幼苗返青至颖果成熟阶段进行干旱处理,采用树脂切片及显微摄影等技术观察小麦颖果和胚乳细胞发育的形态结构特征,并通过酶联免疫吸附法测定颖果生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、赤霉素(GA_3、GA_4)、玉米素核苷(ZR)、二氢玉米素核苷(DHZR)的含量。结果显示,干旱胁迫缩短了小麦颖果发育进程,促进颖果早衰,导致颖果发育不良;显著降低了籽粒千粒重、可溶性糖含量和总淀粉含量,提高了蛋白质含量;促进颖果发育早期胚乳细胞分裂和淀粉积累,抑制了发育后期胚乳细胞的分裂、体积扩大和淀粉体充实,并提高了颖果整个发育过程中胚乳蛋白体的积累;提高了颖果发育前期IAA、GA_3、GA_4、ZR和DHZR的含量,ABA含量在整个发育时期均较高。说明干旱胁迫能通过影响颖果内源激素的积累来调控胚乳发育。     

小麦胚乳发育过程中贮藏蛋白的积累和蛋白体的形成

为给小麦品质育种提供参考,采用光学和电子显微镜技术系统观察了小麦品种扬麦12号胚乳发育过程中贮藏蛋白的积累和蛋白体的形成.结果表明,花后8 d的淀粉胚乳细胞开始出现贮藏蛋白颗粒.贮藏蛋白在粗内质网上合成后,有些经过高尔基体形成浓密小泡,有些直接在粗内质网腔中积累,脱离内质网形成蛋白体;浓密小泡和蛋白体进入蛋白贮藏液泡(PSV).早期的蛋白体较小,呈球状;随着胚乳发育,蛋白体可以相互融合,扩大体积.后期的蛋白体相互融合形成蛋白质基质,单个蛋白体不再存在;接近成熟期的胚乳,胚乳细胞被贮藏物质淀粉粒和蛋白质基质所充实,蛋白质基质分布在淀粉粒之间的空隙内.试验结果说明,贮藏蛋白从内质网到PSV的转运有两种途径:依赖高尔基体途径和内质网衍生出蛋白体途径.     

不同籼稻颖果发育及其结构与品质性状

比较了两个籼稻品种颖果的发育,籽粒的主要品质性状以及胚乳淀粉体的大小、形状、结构等特性。结果表明： 扬稻6号的主要品质性状优于湘早籼33;在开花后前期扬稻6号干物质积累速率较慢,但在后期较快,淀粉充实度较高; 淀粉胚乳细胞内存在两种淀粉体,即单粒淀粉体,直径2.4~8.0 μm,平均4.7 μm;复合淀粉体,即由多个单粒淀粉体结合而成,直径5.7~19.5 μm,平均9.7 μm。湘早籼33单粒淀粉体多数为椭圆形或圆球形,大小差异较大,排列疏松,变异系数较大;扬稻6号胚乳单粒淀粉体基本为晶体多面形,发育良好,大小较为一致,排列紧密,变异系数较小。胚乳背部淀粉体的发育和排列结构优于腹部和中部。胚乳垩白的出现是由于淀粉体发育不良、排列疏松所致,而淀粉体的充实又与灌浆物质的输入途径紧密相关。     

小麦胚乳小淀粉粒是复粒淀粉的结构观察

为了查明小麦胚乳淀粉粒是单粒淀粉还是复粒淀粉,利用电子显微镜技术系统观察了小麦胚乳发育过程中淀粉粒的发育过程.结果表明,大淀粉粒在胚乳发育早期发生与发育,包含大淀粉粒的淀粉体通过缢缩进行增殖,每个淀粉体只包含一个大淀粉粒;小淀粉粒在胚乳发育的中、后期发生与发育,包含大淀粉粒的淀粉体被膜向细胞基质突起,出芽产生许多淀粉体,小淀粉粒在这些淀粉体内发生与发育;包含小淀粉粒的淀粉体也可以通过缢缩或被膜外突出芽产生新淀粉体,用来形成小淀粉粒;多个小淀粉粒可以同时在一个淀粉体内发生与发育;当淀粉体被淀粉粒所充满,淀粉体被膜降解消失,释放淀粉粒到细胞基质中.上述结果表明,小麦胚乳大淀粉粒为单粒淀粉,而小淀粉粒为复粒淀粉.     

小麦内胚乳细胞及其淀粉体的发育

为了探明小麦内胚乳细胞发育和淀粉体生长的规律,以不同发育天数的小麦颖果为材料,利用树脂半薄切片和胚乳细胞分离等方法研究了内胚乳细胞及其淀粉体的形态、数目和生长过程.结果如下:(1)小麦内胚乳细胞呈不规则的多面体形态,内含大、小两种淀粉体,大淀粉体呈鹅卵石形,小淀粉体呈圆球形;(2)内胚乳细胞的生长呈“S”型曲线,花后16～24 d是细胞生长最快的时期;(3)大淀粉体的增殖和生长主要在花后4～16 d进行,小淀粉体在花后16 d大量出现并快速增殖,至胚乳发育后期小淀粉体数量占内胚乳细胞淀粉体总量的90％以上;(4)内胚乳细胞核在颖果发育中、后期发生衰亡,淀粉体在核衰亡过程中仍然能增殖和生长.     

孕穗期施氮对小麦胚乳发育的影响

为了从胚乳发育角度研究施氮对小麦品质的影响,以扬麦9号为材料,利用扫描和透射电子显微镜等研究了孕穗期施氮对小麦胚乳细胞游离核分裂周期、细胞数目的增殖、细胞体积的扩大、糊粉层结构及淀粉体和蛋白质体发育的影响.结果表明:(1)胚乳细胞增殖呈"S"型曲线变化,增施孕穗氮肥有利于增加胚乳细胞数目,提高粒重;(2)孕穗期施氮能显著缩短胚乳游离核的分裂周期,促进细胞长和宽的扩大.花后18 d小麦胚乳细胞分裂基本停止,其数目不再增加,以后主要进行细胞体积的扩大;(3)孕穗期施氮可使胚乳糊粉层细胞质变浓,细胞壁增厚,染色性增强;(4)孕穗期施氮可促进胚乳细胞中大淀粉体的形成,有利于大淀粉体和蛋白质体数目增多,蛋白质被染色更浓;(5)孕穗期施氮可减少最终籽粒小淀粉体的数目,提高淀粉体和蛋白质体的充实程度.     

源供应和库容量对玉米籽粒碳氮比的影响

玉米胚乳是碳、氮吸收的主要器官。胚乳中的淀粉和醇溶蛋白是影响籽粒产量和品质的主要储藏成分。这两种物质的合成需要营养组织提供蔗糖和氨基酸怍为主要的碳、氮基质。以前的研究指出,在不同玉米杂交种籽粒中,碳与氮的相对含量是有差异的(Canvin     

孕穗期施氮对小麦蛋白质组分积累和蛋白质体发育的影响

为了揭示氮素对小麦蛋白质品质的调节效应,以扬麦9号为材料,研究了孕穗期施氮对小麦籽粒蛋白质组分积累及胚乳细胞蛋白质体发育的影响.结果表明:(1)随花后天数的增加,小麦籽粒清蛋白含量呈现由高到低的变化,球蛋白含量先下降,后期又升高;而醇溶蛋白和麦谷蛋白含量基本呈现由低到高的变化;(2)孕穗期施氮能显著提高醇溶蛋白和麦谷蛋白含量,而对清蛋白和球蛋白含量影响较小;(3)小麦胚乳细胞中蛋白质体约在花后12 d出现,花后16 d蛋白质体开始大量合成,其数目迅速增多,体积变大.成熟后期,蛋白质体因胚乳细胞中大小淀粉体的充实被挤成片层结构而填充在淀粉体缝隙中.胚乳边缘细胞中蛋白质体大而多,中部细胞蛋白质体小而少;(4)孕穗期施氮可促进蛋白质体的形成,使其数目增多.     

不同玉米品种的品质、产量差异及机理研究

研究了不同品种对玉米子粒产量和品质的影响。结果表明:玉米产量和品质的形成是品种遗传特性和环境因素共同作用的结果,子粒品质之间的差异更多的表现为品种的遗传特性。根系分布影响品种间土壤水分、养分的吸收和地上部生物量的增长,直接影响光合产物的积累;植株将吸收、贮存的N、P在灌浆期输送到子粒的比例品种间存在差异,是子粒蛋白含量产生差异的生理基础;品种的灌浆特性影响玉米子粒及其品质的形成。     

水稻胚乳淀粉体被膜的降解和复粒淀粉粒概念的探讨

运用电子显微镜技术,系统观察了水稻胚乳发育过程中淀粉粒的发育、淀粉体被膜的降解和复粒淀粉粒的形态。多个淀粉粒可以同时在1个淀粉体内发生与发育,淀粉粒形态从近球形到椭球形,最后彼此接触,接触面呈多角形。淀粉体被淀粉粒充实后,淀粉体被膜开始降解,降解的被膜片段发生卷曲包裹细胞质基质形成环形被膜结构。发育良好的呈多角形的淀粉粒在淀粉体内排列紧密,淀粉体被膜降解后,这些淀粉粒仍聚集在一起维持淀粉体的轮廓,胚乳细胞不易被断开,成熟籽粒表现为透明性状。发育不良的呈球形或椭球形的淀粉粒在淀粉体内排列疏松,淀粉体被膜降解消失后,这些淀粉粒不能维持淀粉体的轮廓,胚乳细胞易被断开,成熟籽粒表现为垩白性状。还对复粒淀粉粒的概念进行了探讨。     

结实期高温胁迫对糯玉米子粒发育和内源激素含量的影响

利用人工智能温室研究结实期高温胁迫(35℃)对糯玉米子粒发育和内源激素含量的影响。结果表明,结实期高温胁迫降低子粒鲜重和干重,高温胁迫下较低的含水率表明子粒灌浆进程加快。高温胁迫加快果皮中淀粉体的降解速度,胚乳细胞中淀粉体充实提前,淀粉积累加速,但持续积累时间缩短,成熟期淀粉含量低于常温处理。与常温相比,高温胁迫增加子粒中ABA和GA_3含量,IAA、CTK和Z含量前期增加,后期降低。内源激素含量的变化可部分解释高温胁迫下淀粉积累提前但持续时间缩短的原因。     

种植模式和氮肥形态对威芋3号马铃薯产量及品质的影响

试验选用马铃薯品种威芋3号,采用田间试验方法,研究了薯玉传统间作模式、薯豆间作新模式下氮素形态对马铃薯产量、品质、营养吸收的影响。结果表明:薯豆间作显著提高马铃薯产量,比单作和薯玉间作分别增产17.2%、5.8%,并显著提高薯块粗蛋白含量和单株氮、钾含量,但使淀粉含量降低。与硝态氮肥相比较,铵态氮肥、酰胺态氮肥显著提高马铃薯产量,分别增产15.73%、13.49%;与其他两种形态氮肥相比,铵态氮肥显著提高了薯块的粗蛋白、Vc含量、植株氮、磷、钾含量,但显著降低了还原糖、淀粉含量。氮肥形态与间作对马铃薯粗蛋白、淀粉、还原糖、产量、单株氮、钾含量有显著的交互效应。     

导入大刍草基因改良玉米子粒饲用品质的分析

用1年生墨西哥大刍草与人工合成的玉米G综合种进行远缘杂交,将其分离的6个稳定自交系和玉米亲本G综合种的5个品质性状进行对比分析。多元方差分析结果表明,导入大刍草优良品质基因对于改良玉米品系的粗纤维、粗脂肪、无氮浸出物和可消化总养分品质性状有显著的提高效应,粗蛋白含量无显著差异。通过5个品质性状的多元相关回归分析结果表明,可消化总养分与另4个品质构成性状有极显著的线性相关回归关系。用可消化总养分作为饲用玉米品质评价的综合指标有利于选育出高品质的饲用玉米优良品种。     

Elucidation of maize endosperm starch granule channel proteins and evidence for plastoskeletal structures in maize endosperm amyloplasts

Previously, starch granules of maize (Zea mays), sorghum (Sorghum bicolor), and millet (Pennisetum americanum) were found to contain channels connecting the interior cavity with the outside surface, and the channels of maize starch channels were found to contain, presumably to be lined with, proteins. One objective of this study was to identify and characterize channel proteins of maize starch granules. A putative starch granule channel protein extract was subjected to 2D-PAGE. Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry was used to identify the proteins. Data analysis indicated the presence of actin-like and tubulin-like (FtsZ) proteins, ADP-glucose pyrophosphorylase large and small subunits (Shrunken2 [Sh2] and Brittle2 [Bt2], respectively), granule-bound starch synthase (GBSS), and Brittle1 (Bt1, an adenylate translocator). A combination of Western blot analysis and immunolocalization confirmed the presence of an actin-like protein within the starch granule structure. Another objective was to determine the origin of maize starch granule channels. TEM examination of maize endosperm amyloplasts that did not contain a formed starch granule revealed structures that were connected to the amyloplast membrane and extended inward to the center of the plastid.     

Suitability of using sieved or unsieved maize mash for production of “OGI” — A fermented cereal food

Proximate analysis of sieved and unsieved maize mash revealed that there was a decrease in the protein and lipid content of the sieved maize mash as compared to that of the unsieved maize mash. Crude fibre and ash was completely absent in the sieved maize mash, while they were present in the unsieved mash.Chemical analysis of the fermented unsieved maize mash revealed an increase in the protein content from 9.9% (unfermented) to 13.4% after 3 days of fermentation, whereas the protein content of the sieved maize mash increased from 7.1% (unfermented) to 8.4% after the same period of fermentation. Furthermore, the results revealed that the protein content of the fermented unsieved maize mash was 32.1% higher than that of the fermented sieved maize mash indicating that the unsieved maize mash was of a better nutrient quality and should be preferred to sieved maize mash for use in Ogi production.