不同基因型小麦品种穗发芽过程中碳氮代谢的变化特征
: 穗发芽是小麦生产上较严重的灾害之一，降低了小麦的品质和产量，研究小麦穗发芽的生理机制，对小麦穗发芽抗性品种选育和小麦抗穗发芽生产具有重要意义。本实验选用抗穗发芽小麦品种生选4号与不抗穗发芽小麦品种郑麦9023，在花后28天开始取样（天数分别为28、30、32、34、36、38、40），并将部分样品进行人工培养模拟田间阴雨天气，研究其碳氮代谢特征。研究结果表明，郑麦9023的发芽率明显高于生选4号，34天后几乎全部发芽。人工培养后两品种的含水率均增高，且郑麦9023高于生选4号。未经人工培养的两品种可溶性总糖、蔗糖、果糖变化一致，均呈下降趋势，且生选4号下降速率更快。人工培养状态下α-淀粉酶、β-淀粉酶的活性均增强，可溶性总糖含量升高，且郑麦9023增强更显著。未经人工培养的两品种谷氨酰胺合成酶（GS）、游离氨基酸和可溶性蛋白均呈下降趋势，且生选4号下降速率更快。人工培养状态下GS的活性增强，可溶性蛋白含量提高，且郑麦9023增强更显著。因此小麦穗发芽过程中碳氮代谢速率加快，抗穗发芽的小麦品种可维持较低的碳氮代谢水平。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言: 1
1 材料与方法 1
1.1小麦植株培养与取样 1
1. 2 测定指标及分析方法 1
2结果与分析 1
2.1小麦不同穗发芽品种不同时期含水率 1
2.2小麦不同穗发芽品种不同时期发芽率 1
2.3.碳代谢 1
2.3.1不同穗发芽品种籽粒发育后期α淀粉酶活性 1
2.3.2不同穗发芽品种籽粒发育后期β淀粉酶 1
2.3.3不同穗发芽品种籽粒发育后期的可溶性总糖、蔗糖、果糖含量 1
2.4 氮代谢 1
2.4.1不同穗发芽品种籽粒发育后期游离氨基酸含量 1
2.4.2不同穗发芽品种籽粒发育后期谷氨酰胺合成酶活性 1
2.4.3不同穗发芽品种籽粒发育后期可溶性蛋白含量 1
3讨论 1
4 结论 1
致谢 1
参考文献 1
不同基
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
因型小麦品种穗发芽过程中碳、氮代谢的变化特征
引言
引言
小麦是人类的主要粮食作物，是重要蛋白质的来源，也是商品率最高的作物，可作为多种主食和副食的加工原料[1]。小麦穗发芽的问题，一直颇受国内外关注。小麦穗发芽( preharvest sprouting，简称PHS)指已经成熟，但还没来得及收获的小麦遇到阴雨或潮湿天气，出现大面积的穗上发芽现象，使小麦的品质和产量严重下降[2]，给生产者造成了巨大的经济损失。例如加拿大的小麦生产者由于春小麦穗发芽严重，使得每年损失平均1亿美元[3]。在我国，长江中下游、东北春麦区和西南冬麦区在收获季节易降雨，使得穗发芽危害频繁且严重，黄淮和北部冬麦区穗发芽也时有发生，据统计，受穗发芽危害的麦区约占全国小麦总面积的83%[4]。因此，减轻小麦穗发芽已成为育种与栽培研究的重要课题。
目前，国内外许多学者以从影响小麦穗发芽的外部环境，小麦自身的生理机制，遗传，抗性机制及调控等方面做了研究探讨，并得出了许多重要的结论，而关于小麦穗发芽过程中碳氮代谢的变化特征研究较少。小麦籽粒中含有丰富的营养物质，这些物质在小麦穗发芽过程中被逐步分解利用，在被呼吸作用转化为能量的同时，通过代谢转化成组成新细胞的成分。小麦籽粒的主要成分是淀粉和蛋白质，均为种子萌发的提供养分，且碳氮代谢是一种相互依存的关系，氮代谢为碳代谢提供酶而碳代谢为氮代谢提供碳源和能量。研究不同基因型小麦品种穗发芽碳、氮代谢的变化特征及差异，了解其与小麦穗发芽抗性的关系，进而可指导抗穗发芽小麦的研究与调控。
小麦田间穗发芽，是基因型和环境互作的结果，而水分是直接外因之一。水分对不同成熟度的小麦种子的休眠与萌发具有重要的调控作用[5]。研究表明干燥条件下，具有不同穗发芽抗性的小麦品种种子的休眠无差异，但在潮湿条件下不抗穗发芽品种的休眠性明显较弱 [6]。小麦种子的含水量与吸水速率是导致穗发芽的重要因素，干燥籽粒吸水后合成大量淀粉酶，从而导致穗发芽的发生[7]。研究表明，穗发芽率与α淀粉酶活性及可溶性糖含量呈正相关[8]。小麦籽粒发芽过程中的淀粉酶主要包括α淀粉酶、β淀粉酶[9]。天然淀粉首先被α淀粉酶水解，得到的低聚糖再次被α淀粉酶水解，最终得到麦芽糖和葡萄糖。β淀粉酶不能单独水解天然淀粉，只能水解被α淀粉酶作用后具有水溶性的淀粉。研究表明，小麦穗发芽与籽粒的α淀粉酶活性高度相关[10,11]。表现抗穗发芽品种的籽粒中合成α淀粉酶能力低 [12,13]。小麦籽粒中的淀粉是由葡萄糖转化到果糖再到蔗糖最终合成而来的，这些可溶性糖是小麦籽粒胚发育过程中重要的转化和呼吸物质。研究发现，在玉米胚的离体培养中，蔗糖可促进胚的萌发并改善胚的生长状况[14]。
小麦蛋白质根据其溶解特性,可以分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和剩余蛋白 [15]。谷蛋白和醇溶蛋白构成贮藏蛋白[16]。小麦种子的萌发与籽粒内的氮代谢相关，萌发时，种子胚乳中的蛋白总量减少，其中，醇溶蛋白，谷蛋白和球蛋白逐渐减少为种子的萌发提供氮物质，清蛋白含量逐渐增加用于合成种子萌发时所需的多种酶[17]。 蛋白质降解产生氨基酸，部分氨基酸在谷氨酰胺合成酶（GS）的作用下合成谷氨酰胺，进而转化为其他氨基酸，从而形成包括酶等以小分子状态存在可溶于水或其他溶剂的可溶性蛋白，为碳代谢提供酶，并为种胚的萌发和上胚轴生长提供结构蛋白。
因此，本研究利用两个穗发芽特性不同的品种田间栽培，并同时利用人工培养模拟田间穗发芽，研究其在穗发芽过程中碳代谢相关酶活性和糖的积累特征，以及氮代谢相关酶活性和其氮代谢产物积累特征，从而从碳氮代谢角度解释穗发芽的生理机理。
1 材料与方法
1.1小麦植株培养与取样
本实验选用两个不同穗发芽抗性的小麦品种，郑麦9023（不抗穗发芽型）、生选4号（抗穗发芽型）。试验地点选在大学江浦农场试验田，试验采用裂区设计，三次重复，条播，共12个小区，小区面积3×3=9m2。基肥50kg/hm2，拔节肥50kg/hm2。
开花期选择同一开花日挂牌标记。在花后28、30、32、34、36、38、40天取样保存。并在当天样品中取20个穗进行人工模拟降雨培养，步骤为将样品用0.1%次氯酸钠消毒5min，无菌水浸泡清洗3次，再至于无菌水中浸泡4h，然后在光照培养箱（20℃、80%RH）中培养48h，每天喷水三次，保持穗部湿润。麦穗手工脱粒，用吸水纸吸干，烘干测含水量、游离氨基酸、可溶糖等指标，液氮冷冻测种子酶、可溶性蛋白等指标。人工培养意义在于模拟田间阴雨天气，增加籽粒的含水率，使得籽粒穗发芽的相关指标更加显著。
1. 2 测定指标及分析方法
种子发芽率的测定：将测试种子用0.2%的双氧水消毒5分钟，再用无菌水浸泡清洗3次，药液冲洗干净后，将籽粒腹沟朝下摆放在盛有8mL无菌水的培养皿内，温度控制在20℃左右，置于黑暗中萌发。每个处理从发芽试验的第2天起每天统计发芽数。，以胚部破皮、露白为萌发标准进行调查。萌发率（GP）=(7d时萌芽的籽粒总数/N) ×100%。式中，N表示用于萌芽的籽粒总数；
糖含量及游离氨基酸含量的测定：样品提取：取样品0.1g，加入8mL浓度为80%的乙醇于10mL离心管中，80℃水浴30min，3000r离心10min，倒出上清液，总共提取3次，定容到25mL试管中。用蒽酮比色法[18]测可溶性总糖含量：吸取0.3mL提取液，加入5mL蒽酮硫酸溶液，90℃保温15min，冷却后于620nm处比色。用间苯二酚法[19]测蔗糖含量：吸取0.5mL提取液，加入0.1mL 2N NaOH溶液，100℃水浴5min，冷却后加入3.5mL 30%的盐酸，1mL间苯二酚溶液，摇匀后80℃水浴10min，冷却后于480nm处比色。果糖含量：吸取0.5mL提取液，加入0.5mL 0.1%间苯二酚溶液，3.5mL 30%的盐酸，摇匀后80℃水浴10min，冷却后于480nm处比色。用茚三酮比色法[19]测游离氨基酸含量：吸取2mL提取液，加入3mL茚三酮溶液，0.1mL 0.1%（w/v）的抗坏血酸溶液，盖上玻璃塞后沸水浴15min，摇动下冷却15min，60%的乙醇溶液定容至5mL，溶液呈深蓝色，于570nm处比色。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言: 1
1 材料与方法 1
1.1小麦植株培养与取样 1
1. 2 测定指标及分析方法 1
2结果与分析 1
2.1小麦不同穗发芽品种不同时期含水率 1
2.2小麦不同穗发芽品种不同时期发芽率 1
2.3.碳代谢 1
2.3.1不同穗发芽品种籽粒发育后期α淀粉酶活性 1
2.3.2不同穗发芽品种籽粒发育后期β淀粉酶 1
2.3.3不同穗发芽品种籽粒发育后期的可溶性总糖、蔗糖、果糖含量 1
2.4 氮代谢 1
2.4.1不同穗发芽品种籽粒发育后期游离氨基酸含量 1
2.4.2不同穗发芽品种籽粒发育后期谷氨酰胺合成酶活性 1
2.4.3不同穗发芽品种籽粒发育后期可溶性蛋白含量 1
3讨论 1
4 结论 1
致谢 1
参考文献 1
不同基
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
因型小麦品种穗发芽过程中碳、氮代谢的变化特征
引言
引言
小麦是人类的主要粮食作物，是重要蛋白质的来源，也是商品率最高的作物，可作为多种主食和副食的加工原料[1]。小麦穗发芽的问题，一直颇受国内外关注。小麦穗发芽( preharvest sprouting，简称PHS)指已经成熟，但还没来得及收获的小麦遇到阴雨或潮湿天气，出现大面积的穗上发芽现象，使小麦的品质和产量严重下降[2]，给生产者造成了巨大的经济损失。例如加拿大的小麦生产者由于春小麦穗发芽严重，使得每年损失平均1亿美元[3]。在我国，长江中下游、东北春麦区和西南冬麦区在收获季节易降雨，使得穗发芽危害频繁且严重，黄淮和北部冬麦区穗发芽也时有发生，据统计，受穗发芽危害的麦区约占全国小麦总面积的83%[4]。因此，减轻小麦穗发芽已成为育种与栽培研究的重要课题。
目前，国内外许多学者以从影响小麦穗发芽的外部环境，小麦自身的生理机制，遗传，抗性机制及调控等方面做了研究探讨，并得出了许多重要的结论，而关于小麦穗发芽过程中碳氮代谢的变化特征研究较少。小麦籽粒中含有丰富的营养物质，这些物质在小麦穗发芽过程中被逐步分解利用，在被呼吸作用转化为能量的同时，通过代谢转化成组成新细胞的成分。小麦籽粒的主要成分是淀粉和蛋白质，均为种子萌发的提供养分，且碳氮代谢是一种相互依存的关系，氮代谢为碳代谢提供酶而碳代谢为氮代谢提供碳源和能量。研究不同基因型小麦品种穗发芽碳、氮代谢的变化特征及差异，了解其与小麦穗发芽抗性的关系，进而可指导抗穗发芽小麦的研究与调控。
小麦田间穗发芽，是基因型和环境互作的结果，而水分是直接外因之一。水分对不同成熟度的小麦种子的休眠与萌发具有重要的调控作用[5]。研究表明干燥条件下，具有不同穗发芽抗性的小麦品种种子的休眠无差异，但在潮湿条件下不抗穗发芽品种的休眠性明显较弱 [6]。小麦种子的含水量与吸水速率是导致穗发芽的重要因素，干燥籽粒吸水后合成大量淀粉酶，从而导致穗发芽的发生[7]。研究表明，穗发芽率与α淀粉酶活性及可溶性糖含量呈正相关[8]。小麦籽粒发芽过程中的淀粉酶主要包括α淀粉酶、β淀粉酶[9]。天然淀粉首先被α淀粉酶水解，得到的低聚糖再次被α淀粉酶水解，最终得到麦芽糖和葡萄糖。β淀粉酶不能单独水解天然淀粉，只能水解被α淀粉酶作用后具有水溶性的淀粉。研究表明，小麦穗发芽与籽粒的α淀粉酶活性高度相关[10,11]。表现抗穗发芽品种的籽粒中合成α淀粉酶能力低 [12,13]。小麦籽粒中的淀粉是由葡萄糖转化到果糖再到蔗糖最终合成而来的，这些可溶性糖是小麦籽粒胚发育过程中重要的转化和呼吸物质。研究发现，在玉米胚的离体培养中，蔗糖可促进胚的萌发并改善胚的生长状况[14]。
小麦蛋白质根据其溶解特性,可以分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和剩余蛋白 [15]。谷蛋白和醇溶蛋白构成贮藏蛋白[16]。小麦种子的萌发与籽粒内的氮代谢相关，萌发时，种子胚乳中的蛋白总量减少，其中，醇溶蛋白，谷蛋白和球蛋白逐渐减少为种子的萌发提供氮物质，清蛋白含量逐渐增加用于合成种子萌发时所需的多种酶[17]。 蛋白质降解产生氨基酸，部分氨基酸在谷氨酰胺合成酶（GS）的作用下合成谷氨酰胺，进而转化为其他氨基酸，从而形成包括酶等以小分子状态存在可溶于水或其他溶剂的可溶性蛋白，为碳代谢提供酶，并为种胚的萌发和上胚轴生长提供结构蛋白。
因此，本研究利用两个穗发芽特性不同的品种田间栽培，并同时利用人工培养模拟田间穗发芽，研究其在穗发芽过程中碳代谢相关酶活性和糖的积累特征，以及氮代谢相关酶活性和其氮代谢产物积累特征，从而从碳氮代谢角度解释穗发芽的生理机理。
1 材料与方法
1.1小麦植株培养与取样
本实验选用两个不同穗发芽抗性的小麦品种，郑麦9023（不抗穗发芽型）、生选4号（抗穗发芽型）。试验地点选在大学江浦农场试验田，试验采用裂区设计，三次重复，条播，共12个小区，小区面积3×3=9m2。基肥50kg/hm2，拔节肥50kg/hm2。
开花期选择同一开花日挂牌标记。在花后28、30、32、34、36、38、40天取样保存。并在当天样品中取20个穗进行人工模拟降雨培养，步骤为将样品用0.1%次氯酸钠消毒5min，无菌水浸泡清洗3次，再至于无菌水中浸泡4h，然后在光照培养箱（20℃、80%RH）中培养48h，每天喷水三次，保持穗部湿润。麦穗手工脱粒，用吸水纸吸干，烘干测含水量、游离氨基酸、可溶糖等指标，液氮冷冻测种子酶、可溶性蛋白等指标。人工培养意义在于模拟田间阴雨天气，增加籽粒的含水率，使得籽粒穗发芽的相关指标更加显著。
1. 2 测定指标及分析方法
种子发芽率的测定：将测试种子用0.2%的双氧水消毒5分钟，再用无菌水浸泡清洗3次，药液冲洗干净后，将籽粒腹沟朝下摆放在盛有8mL无菌水的培养皿内，温度控制在20℃左右，置于黑暗中萌发。每个处理从发芽试验的第2天起每天统计发芽数。，以胚部破皮、露白为萌发标准进行调查。萌发率（GP）=(7d时萌芽的籽粒总数/N) ×100%。式中，N表示用于萌芽的籽粒总数；
糖含量及游离氨基酸含量的测定：样品提取：取样品0.1g，加入8mL浓度为80%的乙醇于10mL离心管中，80℃水浴30min，3000r离心10min，倒出上清液，总共提取3次，定容到25mL试管中。用蒽酮比色法[18]测可溶性总糖含量：吸取0.3mL提取液，加入5mL蒽酮硫酸溶液，90℃保温15min，冷却后于620nm处比色。用间苯二酚法[19]测蔗糖含量：吸取0.5mL提取液，加入0.1mL 2N NaOH溶液，100℃水浴5min，冷却后加入3.5mL 30%的盐酸，1mL间苯二酚溶液，摇匀后80℃水浴10min，冷却后于480nm处比色。果糖含量：吸取0.5mL提取液，加入0.5mL 0.1%间苯二酚溶液，3.5mL 30%的盐酸，摇匀后80℃水浴10min，冷却后于480nm处比色。用茚三酮比色法[19]测游离氨基酸含量：吸取2mL提取液，加入3mL茚三酮溶液，0.1mL 0.1%（w/v）的抗坏血酸溶液，盖上玻璃塞后沸水浴15min，摇动下冷却15min，60%的乙醇溶液定容至5mL，溶液呈深蓝色，于570nm处比色。
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