王增　孫曉燕　韓冰　楊燕

摘要?小麥萌發(fā)初期淀粉及蛋白質(zhì)的水解速度和種子自身營養(yǎng)狀況決定了小麥休眠性的強弱。以不同休眠特性的白粒小麥為試驗材料，對休眠性弱和休眠性強的兩類材料進行不同時期淀粉粒水解的掃描電鏡觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在成熟小麥干種子中，中優(yōu)9507和京411（弱休眠特性）胚乳內(nèi)淀粉粒被蛋白基質(zhì)緊密包裹，而閬中白麥子和萬縣白麥子（強休眠特性）胚乳內(nèi)淀粉粒與蛋白基質(zhì)結(jié)合松散，淀粉顆粒裸露較多;在種子萌發(fā)過程中，閬中白麥子和萬縣白麥子比中優(yōu)9507和京411胚乳淀粉粒的分解程度更大，分解速度也更快。在開花后35?d的小麥種子中觀察到的結(jié)果與成熟種子中基本一致。因此，可以推斷出淀粉粒與蛋白基質(zhì)的結(jié)合程度及其在種子萌發(fā)過程中淀粉粒的水解程度與小麥籽粒的休眠特性相關(guān)。

關(guān)鍵詞?小麥籽粒;休眠;淀粉粒;水解

中圖分類號?S512.1文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）16-0028-03

Observation?of?Starch?Granules?in?Wheat?Seeds?with?Different?Dormancy?Capacity?by?Electron?Microscopy

WANG?Zeng1，?SUN?Xiao?yan2，?HAN?Bing1?et?al

（1.College?of?Life?Science，?Inner?Mongolia?Agricultural?University，?Hohhot，?Inner?Mongolia?010018;2.Taiyuan?Jinqiao?Bilingual?Middle?School，?Taiyuan，?Shanxi?100081）

Abstract?The?hydrolysis?rate?of?starch?and?protein?in?the?early?stage?of?wheat?germination?and?the?nutritional?status?of?the?seed?together?determine?the?capacity?of?seeds?dormancy.?We?observed?two?kinds?of?wheat?seeds?with?weak?and?strong?dormancy，?respectively?by?scanning?electron?microscope.?The?results?showed?that?endosperm?starch?granules?of?the?mature?dry?seeds?of?Zhongyou?9507?and?Jing?411?（weak?dormancy）?were?more?tightly?wrapped?by?matrix?protein?than?Langzhongbaimaizi?and?Wanxianbaimaizi（strong?dormancy），?which?were?loosely?bound?with?matrix?protein?and?exposed?mostly.?Moreover，?during?of?seed?germination，?the?breakdown?speed?and?degree?of?endosperm?starch?granule?in?Langzhongbaimaizi?and?Wanxianbaimaizi?were?much?faster?and?stronger?than?in?Zhongyou?9507?and?Jing?411.?And?almost?same?trend?of?the?breakdown?speed?and?degree?of?endosperm?starch?granule?were?observed?in?seeds?at?35?days?after?pollination.?Thus，?it?could?be?concluded?that?the?degree?of?starch?binding?to?protein?matrix?and?the?degree?of?hydrolysis?of?starch?grains?during?seed?germination?were?related?to?the?capacity?of?the?wheat?seeds?dormancy.

Key?words?Wheat?kernal;Dormancy;Starch?granule;Hydrolysis

種子休眠是為了抵抗不良環(huán)境而選擇并適應(yīng)的可以遺傳的性狀。種子的遺傳類型及其環(huán)境條件協(xié)同影響種子的休眠性狀，種子休眠類型主要有3種，分別是種殼引起的外源休眠、胚引起的內(nèi)源休眠以及種皮和胚共同影響綜合休眠[1]。小麥種子的萌發(fā)與內(nèi)源激素的種類、含量、激素間的平衡以及胚對ABA的敏感性相關(guān)。其中，主要的內(nèi)源激素是脫落酸（ABA）和赤霉素（GA）。ABA在未成熟籽粒中促進胚的發(fā)育，同時增進成熟種子的休眠并抑制水解酶（主要是α-淀粉酶）的合成[2]。GA能夠促進胚乳中貯藏物質(zhì)的代謝，誘導水解酶類的合成，從而引起種子萌發(fā)。

小麥胚乳占籽粒重量的90%左右，胚乳細胞的發(fā)育決定小麥籽粒的產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。淀粉是小麥籽粒中所占比例最大的儲存性碳水化合物，主要以顆粒的形式存在于小麥籽粒胚乳中[4]，其大小和形態(tài)影響著面團的糊化特性[5]、流變學特性[6]及烘焙特性[7]，是影響小麥面粉品質(zhì)的主要因素之一[8]。根據(jù)淀粉粒的生物合成時間、大小及形狀，小麥胚乳淀粉粒主要分為A、B?2種類型[9-10]。A型淀粉粒的直徑大于10?μm，呈橢圓雙凸透鏡狀，部分顆粒表面有許多凹陷，凹陷的形成主要是由于成熟過程中淀粉體和蛋白體之間相互擠壓而形成;B型淀粉粒的直徑小于10?μm，呈球狀或不規(guī)則狀[11]。小麥胚乳中的淀粉粒和蛋白質(zhì)在溫度和水分均適宜的情況會發(fā)生水解，為小麥萌發(fā)提供物質(zhì)和能量。因此，筆者觀察不同休眠特性小麥種子其淀粉粒和蛋白的水解情況，從而進一步了解小麥種子在萌發(fā)條件下淀粉粒和蛋白水解的過程差異與小麥種子休眠性強弱的關(guān)系，為小麥休眠機制的研究和抗穗發(fā)芽育種工作奠定基礎(chǔ)。

1?材料與方法

1.1?電鏡掃描觀察材料

選取弱休眠性和強休眠性的小麥材料各2份，分別是中優(yōu)9507和京411、閬中白麥子和萬縣白麥子。

1.2?種子預處理

試驗材料種植于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學生科大樓1001植物培養(yǎng)室，取開花35?d的小麥籽粒和成熟干燥種子。

其具體流程如下：開花后35?d和成熟干燥的小麥種子→分別水處理0、48、96?h→解剖刀切成約3?mm厚的橫切片→置于培養(yǎng)皿中→加入5?mL?2.5%（v/v）的戊二醛固定液→?4?℃固定24?h→室溫靜置1?h→0.9%NaCl注射液清洗→系列濃度酒精（50%、70%、80%、90%和95%）脫水每次10?min→100%酒精脫水2次每次10?min→乙酸異戊酯替代15?min→CO?2臨界點干燥儀（E3100）干燥→離子濺射儀（IB-5型）上噴鍍金屬膜→掃描電鏡觀察（SEM）。

2?結(jié)果與分析

2.1?成熟干種子的胚乳掃描電鏡觀察

對中優(yōu)9507與萬縣白麥子的成熟干燥種子腹部中央橫切面的同一部位（圖1）胚乳進行掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，中優(yōu)9507與萬縣白麥子在胚乳淀粉粒和蛋白基質(zhì)之間的相互作用存在著差異（圖2a、b）。其中，萬縣白麥子胚乳中蛋白基質(zhì)很少，主要存在于淀粉粒之間，部分附著于淀粉粒表面，而且淀粉粒與蛋白的結(jié)合非常疏松（圖2b）;而中優(yōu)9507蛋白質(zhì)基質(zhì)很多，形成了一種蛋白質(zhì)包被鞘，淀粉粒深埋其中，淀粉粒和蛋白質(zhì)結(jié)合也較緊密（圖2a）。

掃描電鏡下觀察中優(yōu)9507和萬縣白麥子成熟干燥種子的淀粉粒（圖3），結(jié)果顯示在未經(jīng)水處理時，中優(yōu)9507籽粒淀粉粒呈橢圓形且大小均勻（圖3a），而萬縣白麥子籽粒淀粉粒呈圓形、大小不均勻（圖3d），且中優(yōu)9507的淀粉粒幾乎都包埋在蛋白和脂質(zhì)當中，萬縣白麥子卻裸露在外面;萌發(fā)?48?h時，中優(yōu)9507和萬縣白麥子的淀粉粒都出現(xiàn)不同程度分解，而且表面也不再光滑，其中中優(yōu)9507籽粒淀粉粒從原本蛋白和脂質(zhì)構(gòu)成的包被中脫離出來（圖3b、e）。另外，與萌發(fā)0?h（干種子）相比，萌發(fā)48?h后中優(yōu)9507的水解變化程度大于萬縣白麥子;萌發(fā)96?h時，萬縣白麥子籽粒淀粉粒分解程度遠大于中優(yōu)9507籽粒淀粉粒（圖3c、f）。

2.2?開花后35?d小麥種子的掃描電鏡觀察

為了進一步了解不同休眠特性的小麥中淀粉粒形態(tài)及其在萌發(fā)過程中水解程度的差異，取開花后35?d的中優(yōu)9507、京411、閬中白麥子、萬縣白麥子小麥籽粒，對其相同部位的淀粉顆粒進行掃描電鏡觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)水處理時，萬縣白麥子和閬中白麥子的淀粉粒絕大多數(shù)裸露在蛋白基質(zhì)之外，而京411和中優(yōu)9507的淀粉粒包埋在蛋白基質(zhì)中，以中優(yōu)9507更甚（圖4a、d、g、j）;萌發(fā)48?h后，4種小麥材料淀粉粒均出現(xiàn)不同程度的降解（圖4b、e、h、k），與萌發(fā)0?h相比，萬縣白麥子和閬中白麥子的水解變化程度明顯小于中優(yōu)9507和京411;萌發(fā)96?h后，4種材料淀粉粒的水解程度均明顯增加，且閬中白麥子與萬縣白麥子的水解程度整體大于中優(yōu)9507和京411（圖4c、f、i、l）。

3?結(jié)論與討論

在小麥籽粒構(gòu)成中，胚乳占85%，其主要成分是淀粉和蛋白質(zhì)，淀粉占籽粒重量的60%～68%，蛋白質(zhì)占7%～18%，小麥面制品的優(yōu)劣主要取決于這2種成分的含量和性質(zhì)。根據(jù)小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、面筋含量、沉降值和面團穩(wěn)定時間等指標，將小麥分為3類：硬質(zhì)高蛋白強筋小麥，適于做面包;軟質(zhì)低蛋白弱筋小麥，適于做餅干糕點;中筋小麥，適于做饅頭和面條。該研究應(yīng)用掃描電子顯微鏡觀察了2種不同品質(zhì)類型小麥籽粒的淀粉結(jié)構(gòu)。試驗結(jié)果顯示，胚乳基質(zhì)蛋白質(zhì)和大淀粉粒周圍包圍著被數(shù)量較多的小粒淀粉，并且不同品種的基質(zhì)蛋白存在較明顯的差異。中優(yōu)9507和京411基質(zhì)蛋白質(zhì)很多，籽粒斷面上基質(zhì)蛋白質(zhì)形成完整的鞘包被，淀粉粒陷在包被中，淀粉粒和蛋白質(zhì)結(jié)合緊密，暴露出來的淀粉粒較少。這是由于中優(yōu)9507和京411是高產(chǎn)硬質(zhì)強筋面包專用冬小麥，因此蛋白質(zhì)和濕面筋含量較高。而萬縣白麥子和閬中白麥子是地方品種，加工品質(zhì)較差、蛋白質(zhì)含量較少，填充在蛋白質(zhì)之間的完全裸露的淀粉粒含量較多，且蛋白質(zhì)之間或蛋白質(zhì)和淀粉粒之間結(jié)合松散，暴露的淀粉粒表面清潔，很少有基質(zhì)蛋白質(zhì)附著。這一結(jié)果同時與報道的關(guān)于硬麥中淀粉粒和蛋白質(zhì)聯(lián)系較緊密，而軟麥中淀粉粒和蛋白質(zhì)之間的連接較松散相一致[12，14]。

在用水處理情況下，觀察了4份材料的干燥成熟種子和開花后35?d的種子籽粒的水解變化程度。與0?h相比，在水解48?h后的變化程度均為強休眠品種的水解變化程度小于弱休眠品種，而在水解96?h后，這種差異不明顯。說明無論是開花后35?d的種子還是干燥的成熟種子，在適宜萌發(fā)的短時間下，強休眠品種的水解程度小于弱休眠品種，但是如果所處適宜萌發(fā)環(huán)境的時間過長（該研究為96?h），小麥品種無論休眠強弱均會發(fā)生劇烈的水解，進而極大降低其品質(zhì)。

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