1、本科生畢業論文（設計）題 目: 不同水稻種子發芽過程中貯藏物質 動態變化分析 姓 名: 路 賀 學 院: 植物科學學院 專 業: 農 學 班 級: 092 班 學 號: 1109090513 指導教師: 程昕昕 職稱: 副教授 2013 年 5 月 2 日安徽科技學院教務處制目 錄 不同水稻種子發芽過程中貯藏物質動態變化分析3摘 要3關鍵詞3引言：31 材料與方法41.1供試材料41.2試驗方法41.3種子萌發鑒定41.4指標測定41.5數據分析42 結果與分析52.1 不同品種水稻在親本種子發芽過程中物質消耗率和物質利用率動態變化分析52.2 不同品種水稻在親本種子發芽過程中果糖和蔗糖含量動

2、態變化分析62.3 不同品種水稻在親本種子發芽過程中淀粉酶和蔗糖合成酶活性動態變化分析82.4 不同品種水稻在親本種子發芽過程中蛋白質含量動態變化分析93 結論與討論10致謝11參考文獻11英文摘要12不同水稻種子發芽過程中貯藏物質動態變化分析09農學2班 路賀指導教師：程昕昕摘 要：本研究主要研究了IR28和大關稻兩個水稻品種種子發芽過程中貯藏物質的動態變化。結果表明：在種子發芽過程中，水稻種子物質消耗率呈現升高的趨勢；物質利用效率呈先升高后降低的趨勢，在種子萌發8d時，兩品種種子物質利用率相同，在種子發芽4d、12d、14d,分別達到了顯著差異。隨著發芽的進行，兩個品種果糖含量分別在種子發

3、芽8d、12d時差異顯著，呈現先升高后降低的“單峰”趨勢；淀粉酶活性變化在2d、4d、8d、12d、14d呈現顯著差異，蔗糖合成酶活性變化在發芽14d時呈現顯著差異，而種子中蛋白質含量逐漸降低。關鍵詞：水稻；貯藏物質；動態分析引言：種子是植物生活周期的重要階段, 對植物的繁衍起著十分重要的作用。種子達到生理成熟期時活力水平達到最高, 此后便隨著貯藏時間的增加, 種子活力開始降低1。種子萌發是植物個體發育中最為關鍵的時期，它關系到種群的繁衍與進化，具有非常重要的生物學意義2。種子萌發是指具有生活力的種子在適宜的環境條件下，胚恢復生長，長成幼苗的過程，包括吸脹、萌動、發芽三個階段3,4。種子萌發涉

4、及水分代謝、呼吸代謝、內含物代謝等，表現為種子呼吸增強，胚乳貯藏物發生巨大的轉變，淀粉、脂肪和蛋白質在酶的作用下，被水解成簡單的有機物，為新器官、新組織的合成提供必需的營養物質和能量，最終表現出胚的生長及幼苗的形成4。一般情況下，種子在萌發期間所需要的養料和能量主要來自它的儲藏物質的轉化和利用。可見，在種子萌發過程中，種子能量調節、物質代謝發揮著重要作用。在種子發芽過程中，由于種子呼吸消耗，形成的幼苗干重始終低于種子干物質消耗5。因此，在黑暗條件下，種子萌發物質利用效率的高低對種子萌發期間幼苗形成與生長至關重要。至今，有關種子萌發物質利用效率研究僅在油菜、小麥、大豆上有過報道4,6,7，并且有

5、關種子萌發過程中物質利用效率的研究明顯不足。水稻既是模式植物又是十分重要的糧食作物。播前選育高質量的籽粒，播期培育壯苗，為水稻豐產打下良好的基礎。物質利用效率是籽粒萌發過程中胚乳貯藏物有效轉化的一個衡量標準。種子物質利用效率是指在黑暗條件下，胚乳貯藏物質消耗量轉化為幼苗生長的量6。因此，物質利用效率對水稻種子發芽與幼苗生長，增強抵御不良環境條件能力，對提高產量具有重要意義。但有關水稻種子萌發過程中物質利用效率的研究未見報道。因此，本試驗擬進行水稻種子的發芽試驗以動態分析水稻種子萌發期物質利用效率及其貯藏物質變化，這對保持種子活力和提高種子貯藏壽命, 以及種質保存和生物多樣性的保護都有著十分重要

6、的意義。1 材料與方法1.1供試材料本實驗選用安徽科技學院提供的2個水稻種子，大關稻、IR28。1.2試驗方法挑選大小較一致的水稻種子經0.1%氯化汞溶液浸泡消毒30 min 后, 取出后用自來水反復沖洗, 再用蒸餾水沖洗幾遍, 備用。1.3種子萌發鑒定取發芽紙（30cm45cm）3張，在其中1張紙的中心畫一條橫線，距頂端10cm，并在中心線的上、下每隔1cm畫一條平行線。在中心線上每隔1cm標一個點，共標30個點，在每點上放一粒種子（用無毒膠水將種子粘在點上），胚根端朝向紙卷底部，再蓋兩層濕潤發芽紙，紙的基部向上折疊2cm，將紙松卷成直徑約4cm的圓筒狀，兩端用橡皮筋扎住，將紙卷直立于底部有

7、水的長方形塑料盆中，上用塑料袋覆蓋，置于規定溫度（30）的恒溫培養箱內暗培養。1.4指標測定蔗糖、果糖、蛋白質含量、蔗糖合成酶、淀粉酶測定采用標準試劑盒測定方法，由南京建成生物研究中心提供試劑盒。1.5數據分析取出萌發的種子，分離幼苗和種子，分別放置于恒溫風干干燥箱中進行干燥（85）20h，稱重，計算。(注：OD指光密度)（1）種子貯藏物質消耗量，即物質消耗率，物質消耗（%）=(種子發芽前的干重-種子發芽剩余物干重)種子發芽前的干重100%；（2）消耗物質轉化至幼苗生長的量，即物質利用效率，可以表示為物質效率（%）=黑暗條件下長成的幼苗干物質質量(種子發芽前的干重-種子發芽剩余物干重)100%

8、7；（3）蔗糖：蔗糖含量（umol/g組織）= （測定OD值-空白OD值）/(標準OD值-空白OD值)標準品濃度（5umol/ml）/樣本濃度（g組織/ml）；（4）果糖：果糖含量（mg/g組織）= （測定OD值-空白OD值）/(標準OD值-空白OD值)標準品濃度（1mg/ml）/樣本濃度（g組織/ml）；（5）蛋白質含量：考馬斯亮藍方法，蛋白含量（mg/g組織）= （測定OD值-空白OD值）/(標準OD值-空白OD值)標準品濃度（0.563mg/ml）/樣本濃度（g組織/ml）；（6）淀粉酶活性：碘-淀粉比色方法，淀粉酶酶活性（AMSu/g組織鮮重）=（空白管吸光度-測定管吸光度）空白管吸光

9、度加入的底物中淀粉含量(0.40.5)(mg)/水解10mg淀粉（30分鐘/7.5分鐘）稀釋濃度（10ml/0.1ml）樣品重量（g）；（7）蔗糖合成酶活性：蔗糖合成酶酶活性（U/g 組織鮮重）=（測定OD值-對照OD值）/(標準OD值-空白OD值)標準管濃度（5umol/ml）/反應時間（30min）/樣本濃度（g組織/ml）。2 結果與分析2.1 不同品種水稻在親本種子發芽過程中物質消耗率和物質利用率動態變化分析表1 不同親本種子萌發過程中物質消耗動態變化分析Table 1 different parent material consumption during the process o

10、f seed germination dynamic change analysis 單位：% 材料名稱種子萌發時間2d4d6d8d10d12d14d大關稻20.44A24.42AB35.81A47.99A48.68A60.19A63.11AIR2817.45A20.74A29.63B38.84A47.58A52.75A56.39AB注：不同親本間比較，具相同字母者差異不顯著（P0.01，LSD）圖1 不同親本種子萌發過程中物質消耗變化分析Figure 1 different parent material consumption changes in seed germination pro

11、cess analysis由表1和圖1可知，在種子發芽過程中，不同水稻種子物質消耗率都出現上升的趨勢。在種子發芽過程中，大關稻的物質消耗率明顯高于IR28物質消耗率，在種子發芽6d時達到了顯著差異，這也說明了大關稻發芽速率較快的原因。表2 不同親本種子萌發過程中物質效率動態變化分析Table 2 different parent material during the process of seed germination dynamic change analysis of efficiency 單位：% 材料名稱種子萌發時間2d4d6d8d10d12d14d大關稻021.48A28.70A

12、39.05A34.24A35.15B31.29BIR2809.18B22.92A38.71A48.18A47.09A48.16A注：不同親本間比較，具相同字母者差異不顯著（P0.01，LSD）圖2 不同親本種子萌發過程中貯藏物物質效率變化分析Figure 2 different parent storage content in the process of seed germination efficiency change analysis由表2和圖2可以看出，不同水稻種子在種子發芽期間物質利用效率呈現先升高后降低的趨勢，在種子萌發8d時，兩個親本種子物質利用率相同，在種子發芽4d、12d

13、、14d,分別達到了顯著差異。在種子發芽2d-8d時，大關稻的物質利用率高于IR28的物質利用率，在萌發后期，則大關稻的物質利用率低于IR28的物質利用率，這可能是因為大關稻開始階段消耗了大量的有機物質，導致發芽后期生活力下降。2.2 不同品種水稻在親本種子發芽過程中果糖和蔗糖含量動態變化分析表3 不同親本種子萌發過程中果糖含量動態變化分析Table 3 different parent fructose content in seed germination process dynamic analysis單位：mg/g組織干重材料名稱種子萌發時間0d2d4d6d8d10d12d14d大關稻

14、1.81 A37.21 A24.16 A67.34 A94.57 A11.10A 53.99A 14.19AIR281.58 A25.06A 1.22 A3.38A 0.78 B0.93A 1.01 B3.24A注：不同親本間比較，具相同字母者差異不顯著（P0.01，LSD）圖3 不同親本種子萌發過程中果糖含量變化分析Figure 3 different parent fructose content in seed germination process change analysis種子發芽過程中的果糖是由淀粉轉化而來，并隨后參與到幼苗的生長代謝進程。由表3和圖3可以清楚的看到，在兩親本種

15、子發芽過程中，兩親本果糖含量分別在種子發芽8d、12d時出現差異顯著，果糖含量出現先升高后降低的趨勢，不同水稻種子發芽期出現果糖含量最大值的時間不同，這可能因為種子發芽速率不同；果糖含量大關稻明顯高于IR28，在種子發芽2d以后，果糖含量都開始下降，但在發芽4d以后，大關稻中的果糖含量迅速上升，而IR28則保持在相對穩定的狀態上，而且果糖含量相對較低，在整個種子發芽過程中IR28只在2d時達到最大值25.06%。大關稻的果糖含量最高值是94.57%， 而圖中大關稻果糖含量出現較大差異，可能是由于測定過程中不同樣品差異造成的。表4 不同親本種子萌發過程中蔗糖含量動態變化分析Table 4 dif

16、ferent parent seed germination sucrose content in the process of dynamic change analysis單位：umol/g組織干重材料名稱種子萌發時間0d2d4d6d8d10d12d14d大關稻40.25A 55.12B13.42A6.08 A40.03 A2.99A 53.99 A98.79 AIR2823.44 A84.87 A7.22 A7.02 A5.76 B2.75A 10.46 B4.81 B注：不同親本間比較，具相同字母者差異不顯著（P0.01，LSD）圖4 不同親本種子萌發過程中蔗糖含量變化分析Figure

17、 4 different parent seed germination in the process of analysis of sucrose content changes蔗糖為非還原性糖，在蔗糖酶的作用下，水解成葡萄糖和果糖8，另外在蔗糖合成酶的作用下也生成果糖，因此可推測種子發芽期間的蔗糖含量與其中的果糖含量密切相關。從表4和圖4可知，在種子發芽2d、8d、12d、14d時兩者蔗糖含量差異顯著，兩親本種子中蔗糖含量在種子萌發初期都有較大的升高，在2d達到一個相對較大值后含量都開始有所降低，而且在4d時到達一個相對較低值。種子發芽4d后，IR28的蔗糖含量一直穩定在相對較低的水平，而

18、大關稻在6d時蔗糖含量又開始先上升后下降，而且在10d以后一直上升，聯系之前圖3的果糖含量折線圖可知，種子發芽期間的蔗糖含量間接反映了果糖含量的變化趨勢。聯系圖2，可能是因為10d以后大關稻物質利用效率下降，從而使蔗糖不能被有效利用而積累。2.3 不同品種水稻在親本種子發芽過程中淀粉酶和蔗糖合成酶活性動態變化分析表5 不同親本種子萌發過程中淀粉酶酶活性動態變化分析Table 5 different parent seed germination of amylase enzyme activity in the process of dynamic change analysis 單位：AMS

19、u/g組織鮮重材料名稱種子萌發時間2d4d6d8d10d12d14d大關稻1.88B4.09B 6.68B 5.84B 5.76 B7.75A 5.94 BIR284.11 A5.83 A7.19AB 7.63A 6.70 AB5.87 B7.97A注：不同親本間比較，具相同字母者差異不顯著（P0.01，LSD）圖5 不同親本種子萌發過程中淀粉酶酶活性變化分析Figure 5 different parent seed germination in the process of amylase enzyme activity change analysis淀粉酶能催化（14）糖苷鍵水解，種子萌

20、發期間， 淀粉在淀粉酶的作用下水解為糊精與麥芽糖，再分解為葡萄糖和果糖，運送到胚部作為呼吸原料8。種子中貯藏淀粉的利用效率與淀粉酶的活性高低有著直接的關系。由于淀粉酶的催化產物涉及到果糖。由表5和圖5可以看出，兩親本淀粉酶活性變化在2d、4d、8d、12d、14d呈現顯著差異。在種子發芽初期兩親本的淀粉酶活性都出現逐漸升高的趨勢，大關稻和IR28分別在6d、8d時出現淀粉酶活性下降的趨勢。對于大關稻，從10d開始酶活性變化曲線和果糖含量變化曲線趨勢相同，由此可知淀粉酶活性的高低對大關稻種子發芽期間的果糖含量有直接影響。表6 不同親本種子萌發過程中蔗糖合成酶酶活性的動態變化分析Table 6 d

21、ifferent parent seed germination in the process of dynamic change analysis of sucrose synthase enzyme activity 單位：U/g 組織鮮重材料名稱種子萌發時間2d4d6d8d10d12d14d大關稻1.35AB 1.59 A1.38 A1.37AB1.44 A1.70A 2.00 AIR281.42 A1.40 A1.40 A1.50A 1.47 A1.62 A1.64 B注：不同親本間比較，具相同字母者差異不顯著（P0.01，LSD）圖6 不同親本種子萌發過程中蔗糖合成酶酶活性變化分析F

22、igure 6 different parent seed germination in the process of sucrose synthase enzyme activity change analysis蔗糖合成酶能夠催化蔗糖+UDP UDPG（尿苷二磷酸葡萄糖）+果糖的反應，該反應是可逆反應，因而該酶也可以催化蔗糖合成，但在生理PH下，該酶催化的反應向分解蔗糖生成UDPG的方向進行9。由表6和圖6分析可知，兩親本的蔗糖合成酶活性變化在發芽14d時出現顯著差異，而且酶活性隨著時間的延長而逐漸升高，結合圖4蔗糖含量動態變化曲線可知，蔗糖合酶活性對種子發芽過程中蔗糖含量的影響明顯。2.

23、4 不同品種水稻在親本種子發芽過程中蛋白質含量動態變化分析表7 不同親本種子萌發過程中蛋白質含量動態變化分析Table 7 different parent seed germination process of dynamic changes in protein analysis單位：mg/g組織干重材料名稱種子萌發時間0d2d4d6d8d10d12d14d大關稻8.65A 2.44 AB1.80A2.43 A3.30 A 1.77 A3.30A 3.64 AIR285.10A2.92 A0.81B1.51 A0.61A 1.24 A0.14 B1.23 A注：不同親本間比較，具相同字母者

24、差異不顯著（P0.01，LSD）圖7 不同親本種子萌發過程中蛋白質含量變化分析Figure 7 different parent seed germination process changes in protein analysis蛋白質在種子萌發過程中，經蛋白酶的降解作用生成各種游離氨基酸，大部分供胚重組蛋白質利用，另一部分經脫氨轉化為糖類供胚作為呼吸的原料10。由表7和圖7表明，在大關稻種子發芽4d、12d時和IR28產生顯著差異；在整個發芽期間，大關稻的蛋白質含量較IR28要高，隨著發芽的進行，種子中蛋白質含量逐漸減少。3 結論與討論種子壽命和種子活力的保持一直是種子貯藏生理的一個重要

25、課題,通過對不同品種水稻種子貯藏物質變化的動態研究，了解影響種子壽命的因素, 其中種子內部物質的變化是一個非常重要的因素, 例如貯藏物質的代謝。目前, 對于種子貯藏生理的研究雖然取得了一定進展, 但在貯藏物質變化規律方面仍存在著很多亟待解決的問題, 在貯藏物質變化與種子活力關系等問題上存在爭議。本實驗在水稻種子發芽過程中, 不同品種水稻種子物質消耗率都呈現上升的趨勢；其物質利用效率呈先升高再降低的趨勢，在種子萌發8d時，兩個品種種子物質利用率相同，在種子發芽4d、12d、14d,分別達到了顯著差異。在貯藏過程中,種子貯藏物質是一個動態變化的過程, 可溶性糖、貯藏蛋白及淀粉酶和蔗糖合酶的活性都發

26、生了復雜的變化。可溶性糖是種子貯藏過程中的主要呼吸底物, 并且也是種子萌發至轉入光合作用自養的主要呼吸底物, 主要包括蔗糖、果糖、鼠李糖、木糖、肌醇、氨基葡糖等。種子萌發期間， 淀粉在淀粉酶的作用下水解為糊精與麥芽糖，再分解為葡萄糖和果糖，運送到胚部作為呼吸原料。本研究可以看出，兩品種種子果糖含量分別在種子發芽8d、12d時差異顯著，果糖含量呈現先升高后降低的“單峰”趨勢。在種子發芽2d、8d、12d、14d時兩者蔗糖含量差異顯著，兩品種種子中蔗糖含量在種子萌發初期都有明顯升高，在2d達到一個相對較大值后含量都有所下降，從種子發芽4d開始，IR28的果糖含量一直穩定在相對較低的水平，而大關稻在

27、8d時果糖含量又有明顯升高。兩品種淀粉酶活性變化在2d、4d、8d、12d、14d呈現顯著差異，大關稻和IR28分別在6d、8d時出現淀粉酶活性下降的趨勢。受到種子自身因素的影響，粳稻和秈稻在種子發芽過程中的生理生化變化存在明顯差別,在種子發芽過程中，大關稻的蛋白質含量較IR28要高，隨著發芽的進行，種子中蛋白質含量逐漸減少。因此, 有必要開展種子貯藏生理的進一步研究, 弄清種子活力變化的本質, 提高種子貯藏壽命, 這在理論上和實踐上都有重要意義。致謝本論文是在導師程昕昕副教授的悉心指導下認真完成的。從論文選題、實驗設計和實施到數據分析，以及論文撰寫都得到導師耐心而細致的指導。在整個實驗和論文

28、完成期間，導師言傳身教、循循善誘，鼓勵我勇于創新；她嚴謹的治學態度、淵博的學識、縝密的思維使我受益匪淺，在此特向導師致以最崇高的敬意和誠摯的謝意。同時感謝在整個實驗過程中幫助我的所有老師和同學！參考文獻1 徐亮，包維楷，何永華. 種子貯藏物質變化及其貯藏生理J種子，2003，137（5）：6061.2 Roberts E H.Oxidative processes and the control of seed germinationJ.Butterworth London，1973, 189218.3 Yanjun DuZhongliang HuangEffects of seed mass

29、 and emergence time on seedling performance in Castanopsis chinensisJForest Ecology and Management 255 (2008)：24952501.4 Cory LNykiforuk，Anne M. Johnson-Flanagan.Storage reserve mobilization during low temperature germination and early seedling growth in Brassica napusJPlant PhysiolBiochem，1999，37 (

30、12)，939947.5 Bewley J D，Black M.Physiology of Development and GerminationM.New York:Plenum Press，1994.6 Soltani,A.and Galeshi,S.et al.(2002) Germination, seed reserve utilization and seedling growth of chickpea as affectedby salinity and seed sizeJ. Seed Sci. Technol. 30, 5160.7 H.Mohammadi,A.and So

31、ltani,H.R. et al.(2011)Effects of seed aging on subsequent seed reserve utilization and seedling growth in soybean.International Journalof Plant Production5(1)M .January65-70.8 楊志敏，蔣立科. 生物化學（第一版） M . 北京：高等教育出版社，2005.9 劉國琴，楊海蓮.生物化學復習指南暨習題解析（第五版） M. 北京：中國農業大學出版社，2011.10 李合生. 現代植物生理學（第二版） M . 北京：高等教育出版社，2002.英文摘要The dynamic analysis of storagematerialchanges in diffe