劉嫻+尹渝來+徐旭+吳偉文+吳仰風(fēng)+孫芳芳+李良俊

摘要：對芡實種子成熟過程中碳水化合物代謝進行了研究。結(jié)果表明：種仁還原糖含量從花后10～25 d持續(xù)下降，下降幅度達31.6%～58.9%；可溶性總糖含量均呈先上升后下降的變化趨勢，白花南芡和白花北芡在花后15 d總糖含量最高，而紫花南芡、紅花南芡和紫花北芡在花后20 d總糖含量達到峰值。芡實種子貯藏物質(zhì)主要為淀粉，發(fā)育過程中總淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量均呈增加趨勢，其中北芡直鏈淀粉含量高于南芡，花后25 d紫花南芡總淀粉含量最高。支鏈淀粉含量與直鏈淀粉含量的比值變化具有明顯的階段差異與品種差異。

關(guān)鍵詞：芡實；種子；碳水化合物；代謝規(guī)律

中圖分類號： S645.901文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）17-0132-03

通信作者：李良俊，教授，主要從事水生蔬菜栽培與育種研究。E-mail：ljli@yzu.edu.cn。芡實（Euryale ferox Salisb）屬睡蓮科芡屬一年生大型水生草本植物，原產(chǎn)于我國和東南亞各地[1]。分有刺類型芡實（俗稱刺芡、北芡）和無刺類型芡實（俗稱蘇芡、南芡）2種。無刺類型芡實一般果實、種子、種仁大，種仁糯性好，口感柔滑，品質(zhì)好，是目前人工淺水栽培的主要類型；有刺類型芡實一般果實、種子、種仁小，種仁粳性，口感較硬，品質(zhì)略差，是水位較深、難以控制的大面積水域栽培使用芡實類型。芡實主要以種子內(nèi)的種仁供食用，俗稱芡米。據(jù)中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生研究所分析，每100 g干芡米中含有75.5 g碳水化合物、9.8 g蛋白質(zhì)、0.2 g粗纖維，以及多種維生素等；此外，芡實種子還具有養(yǎng)血安神、益身固精、去濕健脾、止瀉止帶等功效[2]。

近年來，芡實種仁在市場上很受歡迎，種植效益十分顯著，種植面積因此迅速擴大。碳水化合物是芡實種仁的主要貯藏物質(zhì)，其含量及組成、結(jié)構(gòu)是影響芡實品質(zhì)的重要因素；但是有關(guān)芡實種仁發(fā)育及其碳水化合物的合成、積累尚未見研究。為此，以無刺類型芡實和有刺類型芡實品種為試材，研究芡實種子發(fā)育過程中種仁還原糖、可溶性總糖、淀粉（支鏈淀粉和直鏈淀粉的比例）等的動態(tài)變化，為探明芡實碳水化合物的代謝機制及其與品質(zhì)形成的關(guān)系，進而為提高芡實產(chǎn)量、改善品質(zhì)提供理論參考。

1材料與方法

1.1材料

2015—2016年，試驗材料種植于蘇州市蔬菜研究所水生蔬菜試驗基地，栽培管理同大田。供試的5個芡實品種為紫花南芡、白花南芡、紅花南芡、紫花北芡和白花北芡。在芡實開花時開始掛牌，分別在花后10、15、20、25 d取樣，且各個時期選擇生長勢相近的3～5個芡實果實，依次剝出種子、種仁，洗凈、拭干，種仁于60 ℃恒溫下烘干至恒質(zhì)量備用。每處理重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.2試驗方法

還原糖測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法[3]；可溶性總糖測定參照鄒琦的方法[3]；總淀粉含量測定采用蒽酮比色法[4]，直鏈淀粉含量測定采用雙波長分光光度法[5]，支鏈淀粉含量為總淀粉含量減去直鏈淀粉含量。

2結(jié)果與分析

2.1芡實種子發(fā)育過程中還原糖含量變化

芡實種子發(fā)育過程中各品種的還原糖含量均呈下降趨勢，紅花南芡在種子發(fā)育過程中還原糖含量最高，花后10～15 d種子還原糖含量下降了27.3%，花后15～20 d下降幅度最小，花后20～25 d下降幅度最大，達40.8%；白花南芡種子發(fā)育過程中還原糖含量下降幅度最小，在花后10～20 d下降了10.5%，在花后20～25 d下降幅度達23.5%；紫花南芡、紫花北芡和白花北芡在花后10～15 d下降最快，花后15～20 d 下降幅度較小，花后20～25 d下降幅度又有所增加?；ê?5 d時，紅花南芡還原糖含量最高，為0.142%，白花北芡含量最低，為0.104%（圖1-A）。

2.2芡實種子發(fā)育過程中可溶性總糖含量變化

芡實種子發(fā)育過程中品種間可溶性總糖含量均呈先上升后下降的變化趨勢。白花南芡和白花北芡在花后10～15 d可溶性總糖含量增加，花后15～25 d可溶性總糖含量下降。紫花南芡、紅花南芡和紫花北芡在花后10～20 d含量增加，花后20～25 d含量下降。其中，白花南芡在花后10～15 d可溶性總糖含量從1.09%增加至4.45%，花后15～20 d可溶性總糖含量下降幅度較小，為3.2%，花后20～25 d下降幅度快速增加至32.3%；紫花南芡在花后10～15 d增加最快，花后15～20 d增加較為緩慢，花后20～25 d迅速下降；紅花南芡和紫花北芡在花后10～20 d可溶性總糖含量均較快增加，花后20～25 d迅速下降；白花北芡在花后10～15 d可溶性總糖含量增加了70.3%，花后15～25 d快速下降；花后25 d

時，紫花南芡可溶性總糖含量最高，為3.48%，白花北芡含量最低，為2.08%（圖1-B）。

2.3芡實種子發(fā)育過程中總淀粉含量變化

芡實種子發(fā)育過程中各品種總淀粉含量均呈上升趨勢?；ê?0 d時白花南芡總淀粉含量最低，為15.94%，紫花南芡含量最高，為35.08%；白花南芡、紫花北芡和白花北芡在花后10～15 d淀粉含量增加最快，其中，白花南芡增加了1.67倍，紫花北芡和白花北芡分別增加了56%和36%；紫花南芡和紅花南芡在花后10～15 d總淀粉含量分別增加了22%和34%，花后15～20 d增加迅速，達43%和44%，花后20～25 d增加幅度減小至11%和8%；花后25 d時，紫花南芡總淀粉含量最高，為67.22%，紫花北芡最低，為60.48%（圖2-A）。

2.4芡實種子發(fā)育過程中直鏈淀粉含量變化

在芡實種子發(fā)育過程中直鏈淀粉含量均呈上升趨勢，在整個過程中直鏈淀粉含量由高到低依次為白花北芡、紫花北芡、紅花南芡、紫花南芡、白花南芡；白花南芡和白花北芡在花后10～15 d直鏈淀粉含量增加最快，分別增加了1.42倍和62%，花后20～25 d時分別增加了17%和13%；紫花南芡、紅花南芡和紫花北芡在花后10～15 d增加了26%、32%和32%，花后20～25 d時增加逐漸趨于平緩?；ê?5 d時白花北芡直鏈淀粉含量最高，為23.06%，白花南芡最低，為1837%（圖2-B）。endprint

2.5芡實種子成熟過程中支鏈淀粉含量變化

在芡實種子發(fā)育過程中各品種支鏈淀粉含量均呈上升趨勢?；ê?0 d時白花南芡支鏈淀粉含量最低，為11.78%，紫花南芡最高，為26.78%。白花南芡、紫花北芡和白花北芡在花后10～15 d時增加最快，花后15～25 d時增加幅度逐步減小趨于平緩；紫花南芡和紅花南芡在花后10～15 d支鏈淀粉含量增加了20.6%和35.0%，花后15～20 d增加幅度最大，為36.2%和38.0%，花后20～25 d時增加幅度降低為9.8%和4.7%；花后25 d時，紫花南芡支鏈淀粉含量最高，為4830%，白花北芡含量最低，為37.66%（圖2-C）。

2.6芡實種子發(fā)育過程中支鏈淀粉/直鏈淀粉比值變化

在種子發(fā)育過程中，無刺類型芡實種仁的支鏈淀粉/直鏈淀粉比值高于有刺類型芡（圖3）。紫花南芡和白花北芡在整個過程中支鏈淀粉/直鏈淀粉比值均呈下降趨勢，花后15～20 d下降較快，花后10～15 d和20～25 d下降較緩慢。白花南芡、紅花南芡和紫花北芡在花后10～15 d呈上升趨勢，其中白花南芡上升較快，在花后15～25 d呈下降趨勢，花后 15～20 d下降較快，花后20～25 d下降較緩慢?；ê?5 d時，紫花南芡支鏈淀粉/直鏈淀粉比值最高，白花南芡次之（圖3）。

3討論與結(jié)論

3.1芡實發(fā)育過程中還原糖、可溶性總糖含量變化

可溶性糖、還原糖作為呼吸底物和各種碳水化合物轉(zhuǎn)化

的中間產(chǎn)物，是植物淀粉的合成原料，其含量高低與淀粉合成、積累密切相關(guān)。小麥葉片和籽粒中的可溶性糖作為淀粉合成的底物，其含量多少與淀粉含量密切相關(guān)[6]；大穗型小麥品種蘭考矮早八和多穗型品種豫麥49-198灌漿期間籽粒可溶性總糖含量呈一致下降趨勢，而淀粉含量則呈相應(yīng)上升趨勢，籽粒中糖含量變化與淀粉合成關(guān)系密切[7-8]。但是李友軍等對強筋型小麥鄭麥9023、中筋型小麥溫麥4號和弱筋型小麥豫麥50灌漿期間籽?？扇苄蕴堑难芯勘砻?，灌漿期間籽粒總糖含量并不呈一致下降趨勢，各品種間也有差異；鄭麥9023籽?？扇苄钥偺呛康淖兓孰p峰曲線，峰值分別出現(xiàn)在花后6 d和18 d，且第1個峰值顯著高于第2個；而豫麥50和溫麥4號均呈單峰曲線，峰值均出現(xiàn)在花后12 d[9]。本試驗結(jié)果表明，芡實5個品種變化趨勢相同，種仁可溶性總糖均呈先上升后下降的趨勢，但品種間也存在差異，白花南芡和白花北芡在花后15 d開始下降，紫花南芡、紅花南芡和紫花北芡在花后20 d開始下降，至生長后期，可溶性糖才表現(xiàn)為快速下降，這與小麥灌漿過程中可溶性糖的變化規(guī)律是一致的。

3.2芡實種子發(fā)育過程中淀粉含量變化

淀粉是芡實種子的主要成分，是由源器官葉片制造的光合同化物以蔗糖形式輸入籽粒（庫），然后在籽粒中經(jīng)過一系列酶的催化作用而合成的，因此，籽粒淀粉的生物合成及其積累直接關(guān)系到芡實的產(chǎn)量和品質(zhì)。較多研究表明，不同品種小麥籽粒淀粉含量各不相同，但變化趨勢一致，隨灌漿的進行呈不斷上升的趨勢，灌漿中期前淀粉含量積累較快，灌漿后期積累速率降低[10-15]。本試驗中，5個品種芡實種子發(fā)育過程中，種子淀粉均隨種子的發(fā)育呈不斷上升的趨勢，但含量亦各不相同，花后10～20 d淀粉含量增加較快，在花后20～25 d增加幅度趨于平穩(wěn)，這一結(jié)論與對前人的小麥研究結(jié)果相似。

許多研究認(rèn)為，直鏈淀粉是支鏈淀粉合成的前體，即直鏈淀粉先于支鏈淀粉形成，然后直鏈淀粉在淀粉分支酶的作用下分支形成支鏈淀粉。然而，van de Wal等[16]和Ball等[17]認(rèn)為支鏈淀粉的合成先于直鏈淀粉，直鏈淀粉合成以支鏈淀粉分支為引物，在淀粉合成酶的催化下將這些引物延伸到足夠長之后經(jīng)淀粉水解酶作用切下分支形成線性的直鏈淀粉分子。但是，本試驗的結(jié)果表明芡實支鏈淀粉和直鏈淀粉的合成可能是同時進行的。支鏈淀粉在種子發(fā)育早期合成積累多、直鏈淀粉在種子發(fā)育后期積累多，這與采收較早的鮮食芡實種仁的口感糯而柔滑、而采收較遲的干種仁口感更硬是相符的。

直鏈淀粉的合成促進光合產(chǎn)物向淀粉合成方向轉(zhuǎn)移，從而也促進了支鏈淀粉的合成，反之，支鏈淀粉的合成也同樣會促進直鏈淀粉的合成 [18]，因而，這2類淀粉的合成在一定程度上是相互促進的；然而，在同化物供應(yīng)量有限的條件下，直鏈淀粉和支鏈淀粉的合成競爭同一種底物，它們的合成速度和數(shù)量又相互抑制。因此，在淀粉積累過程中，直鏈淀粉和支鏈淀粉的相對含量處于不斷變化之中。長期以來人們一直把支鏈淀粉與直鏈淀粉含量的比值作為衡量水稻蒸煮食用品質(zhì)的重要指標(biāo)，支鏈淀粉相對含量高，米飯軟而黏、品質(zhì)好，相反則直鏈淀粉含量高，米飯較硬、黏性差。長期的食用經(jīng)驗認(rèn)為南芡比北芡黏性強，性糯，適于煮食，口感好。本試驗5個品種的食用品質(zhì)與成熟期支鏈淀粉和直鏈淀粉含量的比值具有很好的相關(guān)性，支鏈淀粉與直鏈淀粉含量的比值越大黏性越強，至芡實成熟時支鏈淀粉與直鏈淀粉含量的比值由高到低依次為紫花南芡、白花南芡、紅花南芡、紫花北芡、白花北芡。近年來有研究表明，淀粉的性質(zhì)主要決定于簇狀結(jié)構(gòu)中各類分支的分布模式[19]，稻米食味品質(zhì)與支鏈淀粉的分支長短及其分布比例關(guān)系密切[20]，Villareal等也提出了類似的觀點[21]。對于芡實的品質(zhì)性狀與淀粉結(jié)構(gòu)的關(guān)系有待于進一步研究。

參考文獻：

[1]趙有為. 中國水生蔬菜[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社.1999：52.

[2]李彥連，張愛良. 一種重要的水生藥用維管植物——芡實[J]. 濟寧師專學(xué)報，1998（6）：31.

[3]鄒琦. 植物生理學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001：11-12.

[4]中國科學(xué)院上海植物生理研究所，上海市植物生理學(xué)會.現(xiàn)代植物生理學(xué)試驗指南[M]. 北京：科學(xué)出版社，1999：55-57.endprint

[5]牛森. 作物品質(zhì)分析[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1990：43-47.

[6]Zhang Q Y，Liu N，Jin J，et al. Relationship between starch，protein accumulation and substrate supply during grain filling in spring wheat[J]. Acta Tritical Crops，2000，20（1）：55-58.

[7]Liu X B，Li W，Zhang Z. Studies on the accumulation of grain starch and protein during grain filling in spring wheat[J]. Journal of Northeast Agricultural University，1995，26（3）：220-225.

[8]郭天財，岳艷軍，查菲娜，等. 2種穗型冬小麥灌漿期籽粒糖含量及淀粉積累的動態(tài)變化[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，35（4）：17-20.

[9]李友軍，熊瑛，駱炳山. 不同類型小麥籽粒灌漿期碳水化合物代謝及相關(guān)酶活性研究[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報，2006，34（1）：13-19.

[10]趙會杰，鄒琦，張秀英. 兩個不同穗型小麥品種生育后期碳水化合物代謝的比較研究[J]. 作物學(xué)報，2003，29（5）：676-681.

[11]王旭東，于振文，王東. 鉀對小麥旗葉蔗糖和籽粒淀粉積累的影響[J]. 植物生態(tài)學(xué)報，2003，27（2）：196-201.

[12]趙會杰，薛延豐，董中東，等. 密度及追氮時期對大穗型小麥旗葉及籽粒碳水化合物代謝的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，38（1）：1-4.

[13]盛婧，胡宏，郭文善，等. 施氮模式對皖麥38淀粉形成與產(chǎn)量的效應(yīng)[J]. 作物學(xué)報，2004，30（5）：507-511.

[14]高松潔，郭天財，王文靜，等. 不同穗型冬小麥品種灌漿期籽粒中與淀粉合成有關(guān)的酶活性變化[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（11）：1373-1377.

[15]王東，于振文，王旭東，等. 硫營養(yǎng)對小麥籽粒淀粉合成及相關(guān)酶活性的影響[J]. 植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報，2003，29（5）：437-442.

[16]van de Wal M，DHulst C，Vincken J，et al. Amylose is synthesized in vitro by extension of and cleavage from amylopectin[J]. Journal of Biological Chemistry，1998，273（35）：22232-22240.

[17]Ball S G，van de Wal M，Visser R G F. Progress in understanding the biosynthesis of amylose[J]. Trends in Plant Science，1998，3（12）：462-467.

[18]Eastmond P J，Rawsthorne S. Coordinate changes in carbon partitioning and plastidial metabolism during the development of oilseed rape embryos [J]. Plant Physiology，2000，122（3）：767.

[19]郭志剛. 水稻籽粒發(fā)育過程中淀粉結(jié)構(gòu)形成動態(tài)及其酶學(xué)機制[D]. 揚州：揚州大學(xué)，2001.

[20]陳能，羅玉坤，朱智偉，等. 優(yōu)質(zhì)食用稻米品質(zhì)的理化指標(biāo)與食味的相關(guān)性研究[J]. 中國水稻科學(xué)，1997，11（2）：70-76.

[21]Villareal C P，Hizukuri S，Juliano B O. Amylopectin staling of cooked milled rices and properties of amylopectin and amylose[J]. Cereal Chemistry，2007，74（2）：163-167.董艷，陳磊，張亞紅. 4種膨大劑對葡萄果實生長發(fā)育的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（17）：135-140.endprint