关于淀粉体形态和发育的研究

1. 关于淀粉体形态和发育的研究 报告人：王曼曼 导 师：王忠教授

2. 选题依据 研究现状 研究内容 实验材料与方法 初步实验结果 下一步工作计划

3. 1 选题依据 淀粉是细胞中碳水化合物最普遍的贮藏形式，它为人类提供70%～80% 的热量，在人类生活中起着举足轻重的作用。随着社会发展和人民生活水平的提高，以淀粉为原料的各种精制食品、方便食品、保健食品及营养食品迅速增加，淀粉应用范围也不断扩大; 同时，人们对淀粉及其制品的品质也提出了更高的要求。

4. 在这种需求下，淀粉品质及其形成机理成为近期研究工作的热点。而淀粉又以颗粒的形式 存在于植物的淀粉体中, 淀粉体的形态和发育影响着淀粉的品质。 因此，对淀粉体的结构、分布和发育等方面的研究具有重要的意义.

5. 水稻、小麦等淀粉含量较高的农作物淀粉体的形态、大小 、排列等特性对其品质及产量影响方面的研究已有大量报道，并明确胚乳细胞的增殖、发育和淀粉等营养物质的充实状况决定了子粒的质量与品质 。而对红薯、马铃薯、莲藕、山药、板栗等淀粉类植物淀粉体的形态、结构以及发育的内在机制研究的还不多。 本试验采用树脂切片法，采用光镜和电镜观察淀粉粒的形态和结构，从而为探索淀粉类植物淀粉粒分化和发育的内在机制， 以及提高其产量和品质等方面提供理论依据。

6. 2 研究现状 禾谷类作物开花后几天，正在发育的胚乳开始积累淀粉。胚乳细胞壁开始形成的24h内，在胚乳细胞中就能观察到淀粉的存在。在胚乳生长过程中，淀粉粒持续不断地分化发育。 水稻和小麦的胚乳体积占颖果的90%左右，胚乳淀粉的生物合成与籽粒产量和品质的形成有直接的关系。

7. 水稻胚乳细胞淀粉体的发育 淀粉在胚乳细胞内的出现约在受精后的4 ～ 5天。一般籽粒中央的胚乳细胞内首先形成淀粉粒，到了15天淀粉粒的直径已可达30 ～ 40微米。位于籽粒边缘的胚乳细胞内的淀粉粒则较小，直径一般只有10 ～ 20微米。 水稻胚乳细胞内的淀粉粒都以复粒形式积累。每一复粒中有许多近似多角形的淀粉粒小粒紧密地堆积在一起。整个复粒淀粉粒由一层膜包裹着，呈椭圆形。在乳熟期复粒淀粉粒都散布在胚乳细胞内，但当籽粒进入蜡熟期时，由于胚乳细胞开始失水，复粒淀粉快速膨大和蛋白质的积累，淀粉粒都被粘挤在一起。

8. 到完熟期时，整个胚乳细胞都充满复粒淀粉粒和蛋白质小粒，形成一个相当坚实的结构。在复粒淀粉之间的蛋白质颗粒，大多呈圆球形，直径在1 ～ 4微米。每一颗粒都似乎有一层膜包围着。 成熟水稻胚乳细胞中充满了淀粉粒。由于在积累过程中相互在三维空间上的挤压，每个淀粉粒皆呈多边形球体。

9. 不同作物胚乳细胞中淀粉粒形态的比较 在多种作物上已考察了淀粉粒的形态和体积分布。玉米和水稻的淀粉粒形态单一，其体积范围分别为10～50μm和1～10μm。相反，小麦、大麦和黑麦的淀粉粒则有2种形态类型，即“A”型淀粉粒直径20～45μm，扁豆状；“B”型淀粉粒直径小于10μm，球形。

10. 3 研究内容 • 不同植物淀粉粒的形态 • 水稻胚乳淀粉体分化和发育的过程 • 水稻不同部位淀粉体的形态 • 淀粉体和淀粉粒的功能

11. 植物淀粉粒的不同形态 不同植物淀粉粒的形态、大小差异很大 ，淀粉粒的形状有圆球形、卵圆形、长圆形或多角形等，脐点的形状有颗粒状、裂隙状、分叉状、星状等，有的在中心，有的偏于一端。淀粉还有单粒、复粒、半复粒之分。 本实验将借助光镜和电镜系统, 观察不同淀粉类植物淀粉粒的形态结构。

12. 水稻胚乳淀粉体分化和发育的过程 前人对水稻胚乳细胞的发育和结构特点已有大量的研究，但对于胚乳淀粉合成的机制还没有完全弄清楚，对于淀粉体在充实过程中分化和发育的研究也仅停留在表面。 本实验在借鉴他人工作的基础上继续深入，探明水稻胚乳细胞淀粉体在各个发育时期的超微结构，弄清其淀粉体及淀粉粒的分化和发育过程。

13. 4 实验材料与方法 扬州大学农学院大田中种植 水稻、小麦、玉米 植物的谷粒 　　板栗、菱角 植物的果实 红　薯 　块 根 实验材料 市场上购买 　马铃薯、芋头 　块 茎 荸　荠 　球 茎 　莲藕、山药 根状茎

14. I-IK染色 实验方法 • 扫描电镜(SEM)观察样品 • 光镜和透射电镜(TEM)观察样品

15. I-IK染色法初步观察淀粉粒的形态 • 取植物组织材料一小块，用刀片刮取少许液汁，放于载玻片水滴中，滴I-IK溶液 一滴，盖片观察其淀粉粒形态。 • I-IK可以将淀粉粒染成蓝黑色，初步观察不同植物淀粉粒的形态.

16. 扫描电镜(SEM)观察 取根茎叶 自然断裂 取 样 戊二醛固定 中间液置换 乙醇、丙酮体系脱水 PBS清洗（3次） 零界点干燥 粘 样 真空喷金 扫描观察

17. 光镜和透射电镜(TEM)观察 后固定 脱水 取样 前固定 TBO染色 半薄切片 包埋 置换 光镜观察 超薄切片 双重染色 电镜观察

18. 5 初步实验结果 水稻胚乳中的淀粉是复粒淀粉，即一个淀粉体里含有多个淀粉粒，这是因为淀粉体中的淀粉粒是相互独立存在的，互不连接地膨大的结果。 　在胚乳细胞尚未被淀粉体充满时，淀粉体成椭圆形，其中淀粉粒少棱角，当胚乳细胞被淀粉体充满时，淀粉体和其中的淀粉粒因相互挤压，均成为多角形。 花后１６天水稻颖果I-IK染色

21. 小麦颖果淀粉是单粒淀粉，即一个淀粉体内仅含有一个淀粉粒，多数呈鹅卵石形，淀粉体有大小两种形态: 大的直径为10～30um，在早期形成，小的直径为5～8um，在中后期出现，通常认为小淀粉体是由大淀粉体分裂而来的。

23. 玉米胚乳淀粉粒多为圆形或多角形的单粒，淀粉粒直径为5～26um 。在胚乳细胞尚未被淀粉体充满时，淀粉体成圆形，当胚乳细胞被淀粉体充满时，淀粉体和其中的淀粉粒因相互挤压，均成为多角形等不规则形。

24. 板栗可以观察到较多的淀粉粒，淀粉粒呈椭圆形或柱形，淀粉粒形态饱满，淀粉粒之间具有一定的间隙。板栗可以观察到较多的淀粉粒，淀粉粒呈椭圆形或柱形，淀粉粒形态饱满，淀粉粒之间具有一定的间隙。

26. 红薯淀粉粒多数为光滑的圆球形的单粒，是粒心为不规则放射状具偏心轮纹的单粒（为主）还有少量的由2－3个单粒构成的复粒。红薯淀粉粒多数为光滑的圆球形的单粒，是粒心为不规则放射状具偏心轮纹的单粒（为主）还有少量的由2－3个单粒构成的复粒。

29. 马铃薯淀粉粒多为椭圆形的单粒淀粉，且脐点多为偏心型，少有复粒淀粉，偶见半复粒淀粉。马铃薯淀粉粒多为椭圆形的单粒淀粉，且脐点多为偏心型，少有复粒淀粉，偶见半复粒淀粉。

31. 莲藕淀粉颗粒透明，典型藕淀粉颗粒的自然形态为长10～50um ，宽 4～15um的长粒形，表面有轮纹，一端有脐点或偏光十字 ( 偏振光下 ) 。未成熟的藕淀粉颗粒为直径约 6um 大小的球形或不规则粒形。

34. 山药淀粉粒单粒扁卵形、类圆形、三角状、卵形或矩圆形，直径8～35μｍ，脐点点状、人字状、十字状或短缝状，可见层纹；复粒稀少，由2～3分粒组成。

36. 6 下一步工作计划 （1）对其它的淀粉类植物I-IK染色，扫描电镜观察，初步观察淀粉粒的形态结构和分布。 （2）继续对包埋好的材料进行半薄切片，选取好的切片，显微镜观察并拍照，进一步观察不同植物淀粉粒的形态和内部结构。 （3）在光镜观察确定需要作超微结构部位的基础上,进一步作超薄切片,用透射电镜观察淀粉粒的超微结构，从而观察淀粉体和淀粉粒的分化和发育过程。

37. 7 参考文献 [1] 杜先锋, 许时婴, 王　璋. 淀粉凝胶力学性能的研究. 农业工程学报, 2001, 17(2): 16~19 [2] 王　忠, 李卫芳, 顾蕴洁, 等. 水稻胚乳的发育及其养分输入的途径. 作物学报, 1995, 21(5): 520~527 [3] 汤圣祥, 江云珠, 李双盛, 等. 早籼胚乳淀粉体的扫描电镜观察. 作物学报, 1999, 25(2): 269~271 [4] 柏正强. 贮藏器官中淀粉的含量和结构由什么控制. 国外畜牧学——草原与牧草, 1996, (1): 27~31 [5] 周竹青, 朱旭彤, 王维金, 等. 不同粒型小麦品种胚乳淀粉体的扫描电镜观察. 电子显微学报, 2001, 20(3): 178~184 [6] 盛　婧, 郭文善, 朱新开, 等. 不同专用类型小麦籽粒淀粉粒形成过程. 作物学报, 2004, 30(9): 953~954 [7] 王　萌, 周　舟, 兰盛银, 等. 不同大麦淀粉胚乳细胞中淀粉和贮藏蛋白的积累. 中国农业科学, 2004, 37(10):1464~1467

38. [8] 包劲松. 植物淀粉生物合成研究进展. 生命科学, 1999, 11(suppl): 104~107 [9] Buléon A, Colonna P, Planchot V, et al. Starch granules:structure and biosynthesis. Int J Biol Macromol, 1998, 23:85~112 [10] Hizukuri S. Polymodal distribution of the chain lengths ofamylopectins, and its significance. Carbohydr Res, 1986,147(2): 342~347 [11] Wang Y J. Chatacterization of starch structure of 17 maizeendosperm mutant genotypes with Oh43 inbred linebackground. Cereal Chem, 1993, 70(2): 171~179 [12] 顾蕴洁, 熊　飞, 王　忠, 等. 水稻和小麦胚乳发育的比较. 南京师大学报, 2001, 24(3): 65~74 [13] Wang T L, Bogracheva T, Hedley C L. Starch: as simple asA, B, C? J Exp Bot, 1998, 49: 481~502

39. 欢迎大家批评指证!