不同水稻种子发芽过程中贮藏物质动态变化分析.docx
《不同水稻种子发芽过程中贮藏物质动态变化分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不同水稻种子发芽过程中贮藏物质动态变化分析.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
不同水稻种子发芽过程中贮藏物质动态变化分析
本科生毕业论文（设计）
题目:
不同水稻种子发芽过程中贮藏物质
动态变化分析
姓名:
学院:
植物科学学院
专业:
农学
班级:
092班
学号:
1109090513
指导教师:
职称:
副教授
2013年5月2日
安徽科技学院教务处制
不同水稻种子发芽过程中贮藏物质动态变化分析
摘要：
本研究主要研究了IR28和大关稻两个水稻品种种子发芽过程中贮藏物质的动态变化。
结果表明：
在种子发芽过程中，水稻种子物质消耗率呈现升高的趋势；物质利用效率呈先升高后降低的趋势，在种子萌发8d时，两品种种子物质利用率相同，在种子发芽4d、12d、14d,分别达到了显著差异。
随着发芽的进行，两个品种果糖含量分别在种子发芽8d、12d时差异显著，呈现先升高后降低的“单峰”趋势；淀粉酶活性变化在2d、4d、8d、12d、14d呈现显著差异，蔗糖合成酶活性变化在发芽14d时呈现显著差异，而种子中蛋白质含量逐渐降低。
关键词：
水稻；贮藏物质；动态分析
引言：
种子是植物生活周期的重要阶段,对植物的繁衍起着十分重要的作用。
种子达到生理成熟期时活力水平达到最高,此后便随着贮藏时间的增加,种子活力开始降低[1]。
种子萌发是植物个体发育中最为关键的时期，它关系到种群的繁衍与进化，具有非常重要的生物学意义[2]。
种子萌发是指具有生活力的种子在适宜的环境条件下，胚恢复生长，长成幼苗的过程，包括吸胀、萌动、发芽三个阶段[3,4]。
种子萌发涉及水分代谢、呼吸代谢、内含物代谢等，表现为种子呼吸增强，胚乳贮藏物发生巨大的转变，淀粉、脂肪和蛋白质在酶的作用下，被水解成简单的有机物，为新器官、新组织的合成提供必需的营养物质和能量，最终表现出胚的生长及幼苗的形成[4]。
一般情况下，种子在萌发期间所需要的养料和能量主要来自它的储藏物质的转化和利用。
可见，在种子萌发过程中，种子能量调节、物质代谢发挥着重要作用。
在种子发芽过程中，由于种子呼吸消耗，形成的幼苗干重始终低于种子干物质消耗[5]。
因此，在黑暗条件下，种子萌发物质利用效率的高低对种子萌发期间幼苗形成与生长至关重要。
至今，有关种子萌发物质利用效率研究仅在油菜、小麦、大豆上有过报道[4,6,7]，并且有关种子萌发过程中物质利用效率的研究明显不足。
水稻既是模式植物又是十分重要的粮食作物。
播前选育高质量的籽粒，播期培育壮苗，为水稻丰产打下良好的基础。
物质利用效率是籽粒萌发过程中胚乳贮藏物有效转化的一个衡量标准。
种子物质利用效率是指在黑暗条件下，胚乳贮藏物质消耗量转化为幼苗生长的量[6]。
因此，物质利用效率对水稻种子发芽与幼苗生长，增强抵御不良环境条件能力，对提高产量具有重要意义。
但有关水稻种子萌发过程中物质利用效率的研究未见报道。
因此，本试验拟进行水稻种子的发芽试验以动态分析水稻种子萌发期物质利用效率及其贮藏物质变化，这对保持种子活力和提高种子贮藏寿命,以及种质保存和生物多样性的保护都有着十分重要的意义。
1材料与方法
1.1供试材料
本实验选用安徽科技学院提供的2个水稻种子，大关稻、IR28。
1.2试验方法
挑选大小较一致的水稻种子经0.1%氯化汞溶液浸泡消毒30min后,取出后用自来水反复冲洗,再用蒸馏水冲洗几遍,备用。
1.3种子萌发鉴定
取发芽纸（30cm×45cm）3张，在其中1张纸的中心画一条横线，距顶端10cm，并在中心线的上、下每隔1cm画一条平行线。
在中心线上每隔1cm标一个点，共标30个点，在每点上放一粒种子（用无毒胶水将种子粘在点上），胚根端朝向纸卷底部，再盖两层湿润发芽纸，纸的基部向上折叠2cm，将纸松卷成直径约4cm的圆筒状，两端用橡皮筋扎住，将纸卷直立于底部有水的长方形塑料盆中，上用塑料袋覆盖，置于规定温度（30℃）的恒温培养箱内暗培养。
1.4指标测定
蔗糖、果糖、蛋白质含量、蔗糖合成酶、淀粉酶测定采用标准试剂盒测定方法，由南京建成生物研究中心提供试剂盒。
1.5数据分析
取出萌发的种子，分离幼苗和种子，分别放置于恒温风干干燥箱中进行干燥（85℃）20h，称重，计算。
（注：
OD指光密度）
（1）种子贮藏物质消耗量，即物质消耗率，物质消耗（%）=（种子发芽前的干重-种子发芽剩余物干重）÷种子发芽前的干重×100%；
（2）消耗物质转化至幼苗生长的量，即物质利用效率，可以表示为物质效率（%）=黑暗条件下长成的幼苗干物质质量÷（种子发芽前的干重-种子发芽剩余物干重）×100%[7]；
（3）蔗糖：
蔗糖含量（umol/g组织）=（测定OD值-空白OD值）/（标准OD值-空白OD值）×标准品浓度（5umol/ml）/样本浓度（g组织/ml）；
（4）果糖：
果糖含量（mg/g组织）=（测定OD值-空白OD值）/（标准OD值-空白OD值）×标准品浓度（1mg/ml）/样本浓度（g组织/ml）；
（5）蛋白质含量：
考马斯亮蓝方法，蛋白含量（mg/g组织）=（测定OD值-空白OD值）/（标准OD值-空白OD值）×标准品浓度（0.563mg/ml）/样本浓度（g组织/ml）；
（6）淀粉酶活性：
碘-淀粉比色方法，淀粉酶酶活性（AMSu/g组织鲜重）=（空白管吸光度-测定管吸光度）÷空白管吸光度×[加入的底物中淀粉含量（0.4×0.5）（mg）/水解10mg淀粉]×（30分钟/7.5分钟）×稀释浓度（10ml/0.1ml）÷样品重量（g）；
（7）蔗糖合成酶活性：
蔗糖合成酶酶活性（U/g组织鲜重）=（测定OD值-对照OD值）/（标准OD值-空白OD值）×标准管浓度（5umol/ml）/反应时间（30min）/样本浓度（g组织/ml）。
2结果与分析
2.1不同品种水稻在亲本种子发芽过程中物质消耗率和物质利用率动态变化分析
表1不同亲本种子萌发过程中物质消耗动态变化分析
Table1differentparentmaterialconsumptionduringtheprocessofseedgerminationdynamicchangeanalysis
单位：
%
材料名称
种子萌发时间
2d
4d
6d
8d
10d
12d
14d
大关稻
20.44A
24.42AB
35.81A
47.99A
48.68A
60.19A
63.11A
IR28
17.45A
20.74A
29.63B
38.84A
47.58A
52.75A
56.39AB
注：
不同亲本间比较，具相同字母者差异不显著（P≤0.01，LSD）
图1不同亲本种子萌发过程中物质消耗变化分析
Figure1differentparentmaterialconsumptionchangesinseedgerminationprocessanalysis
由表1和图1可知，在种子发芽过程中，不同水稻种子物质消耗率都出现上升的趋势。
在种子发芽过程中，大关稻的物质消耗率明显高于IR28物质消耗率，在种子发芽6d时达到了显著差异，这也说明了大关稻发芽速率较快的原因。
表2不同亲本种子萌发过程中物质效率动态变化分析
Table2differentparentmaterialduringtheprocessofseedgerminationdynamicchangeanalysisofefficiency
单位：
%
材料名称
种子萌发时间
2d
4d
6d
8d
10d
12d
14d
大关稻
0
21.48A
28.70A
39.05A
34.24A
35.15B
31.29B
IR28
0
9.18B
22.92A
38.71A
48.18A
47.09A
48.16A
注：
不同亲本间比较，具相同字母者差异不显著（P≤0.01，LSD）
图2不同亲本种子萌发过程中贮藏物物质效率变化分析
Figure2differentparentstoragecontentintheprocessofseedgerminationefficiencychangeanalysis
由表2和图2可以看出，不同水稻种子在种子发芽期间物质利用效率呈现先升高后降低的趋势，在种子萌发8d时，两个亲本种子物质利用率相同，在种子发芽4d、12d、14d,分别达到了显著差异。
在种子发芽2d-8d时，大关稻的物质利用率高于IR28的物质利用率，在萌发后期，则大关稻的物质利用率低于IR28的物质利用率，这可能是因为大关稻开始阶段消耗了大量的有机物质，导致发芽后期生活力下降。
2.2不同品种水稻在亲本种子发芽过程中果糖和蔗糖含量动态变化分析
表3不同亲本种子萌发过程中果糖含量动态变化分析
Table3differentparentfructosecontentinseedgerminationprocessdynamicanalysis
单位：
mg/g组织干重
材料名称
种子萌发时间
0d
2d
4d
6d
8d
10d
12d
14d
大关稻
1.81A
37.21A
24.16A
67.34A
94.57A
11.10A
53.99A
14.19A
IR28
1.58A
25.06A
1.22A
3.38A
0.78B
0.93A
1.01B
3.24A
注：
不同亲本间比较，具相同字母者差异不显著（P≤0.01，LSD）
图3不同亲本种子萌发过程中果糖含量变化分析
Figure3differentparentfructosecontentinseedgerminationprocesschangeanalysis
种子发芽过程中的果糖是由淀粉转化而来，并随后参与到幼苗的生长代谢进程。
由表3和图3可以清楚的看到，在两亲本种子发芽过程中，两亲本果糖含量分别在种子发芽8d、12d时出现差异显著，果糖含量出现先升高后降低的趋势，不同水稻种子发芽期出现果糖含量最大值的时间不同，这可能因为种子发芽速率不同；果糖含量大关稻明显高于IR28，在种子发芽2d以后，果糖含量都开始下降，但在发芽4d以后，大关稻中的果糖含量迅速上升，而IR28则保持在相对稳定的状态上，而且果糖含量相对较低，在整个种子发芽过程中IR28只在2d时达到最大值25.06%。
大关稻的果糖含量最高值是94.57%，而图中大关稻果糖含量出现较大差异，可能是由于测定过程中不同样品差异造成的。
表4不同亲本种子萌发过程中蔗糖含量动态变化分析
Table4differentparentseedgerminationsucrosecontentintheprocessofdynamicchangeanalysis
单位：
umol/g组织干重
材料名称
种子萌发时间
0d
2d
4d
6d
8d
10d
12d
14d
大关稻
40.25A
55.12B
13.42A
6.08A
40.03A
2.99A
53.99A
98.79A
IR28
23.44A
84.87A
7.22A
7.02A
5.76B
2.75A
10.46B
4.81B
注：
不同亲本间比较，具相同字母者差异不显著（P≤0.01，LSD）
图4不同亲本种子萌发过程中蔗糖含量变化分析
Figure4differentparentseedgerminationintheprocessofanalysisofsucrosecontentchanges
蔗糖为非还原性糖，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，因此可推测种子发芽期间的蔗糖含量与其中的果糖含量密切相关。
从表4和图4可知，在种子发芽2d、8d、12d、14d时两者蔗糖含量差异显著，两亲本种子中蔗糖含量在种子萌发初期都有较大的升高，在2d达到一个相对较大值后含量都开始有所降低，而且在4d时到达一个相对较低值。
种子发芽4d后，IR28的蔗糖含量一直稳定在相对较低的水平，而大关稻在6d时蔗糖含量又开始先上升后下降，而且在10d以后一直上升，联系之前图3的果糖含量折线图可知，种子发芽期间的蔗糖含量间接反映了果糖含量的变化趋势。
联系图2，可能是因为10d以后大关稻物质利用效率下降，从而使蔗糖不能被有效利用而积累。
2.3不同品种水稻在亲本种子发芽过程中淀粉酶和蔗糖合成酶活性动态变化分析
表5不同亲本种子萌发过程中淀粉酶酶活性动态变化分析
Table5differentparentseedgerminationofamylaseenzymeactivityintheprocessofdynamicchangeanalysis
单位：
AMSu/g组织鲜重
材料名称
种子萌发时间
2d
4d
6d
8d
10d
12d
14d
大关稻
1.88B
4.09B
6.68B
5.84B
5.76B
7.75A
5.94B
IR28
4.11A
5.83A
7.19AB
7.63A
6.70AB
5.87B
7.97A
注：
不同亲本间比较，具相同字母者差异不显著（P≤0.01，LSD）
图5不同亲本种子萌发过程中淀粉酶酶活性变化分析
Figure5differentparentseedgerminationintheprocessofamylaseenzymeactivitychangeanalysis
淀粉酶能催化α（1→4）糖苷键水解，种子萌发期间，淀粉在淀粉酶的作用下水解为糊精与麦芽糖，再分解为葡萄糖和果糖，运送到胚部作为呼吸原料[8]。
种子中贮藏淀粉的利用效率与淀粉酶的活性高低有着直接的关系。
由于淀粉酶的催化产物涉及到果糖。
由表5和图5可以看出，两亲本淀粉酶活性变化在2d、4d、8d、12d、14d呈现显著差异。
在种子发芽初期两亲本的淀粉酶活性都出现逐渐升高的趋势，大关稻和IR28分别在6d、8d时出现淀粉酶活性下降的趋势。
对于大关稻，从10d开始酶活性变化曲线和果糖含量变化曲线趋势相同，由此可知淀粉酶活性的高低对大关稻种子发芽期间的果糖含量有直接影响。
表6不同亲本种子萌发过程中蔗糖合成酶酶活性的动态变化分析
Table6differentparentseedgerminationintheprocessofdynamicchangeanalysisofsucrosesynthaseenzymeactivity
单位：
U/g组织鲜重
材料名称
种子萌发时间
2d
4d
6d
8d
10d
12d
14d
大关稻
1.35AB
1.59A
1.38A
1.37AB
1.44A
1.70A
2.00A
IR28
1.42A
1.40A
1.40A
1.50A
1.47A
1.62A
1.64B
注：
不同亲本间比较，具相同字母者差异不显著（P≤0.01，LSD）
图6不同亲本种子萌发过程中蔗糖合成酶酶活性变化分析
Figure6differentparentseedgerminationintheprocessofsucrosesynthaseenzymeactivitychangeanalysis
蔗糖合成酶能够催化蔗糖+UDPUDPG（尿苷二磷酸葡萄糖）+果糖的反应，该反应是可逆反应，因而该酶也可以催化蔗糖合成，但在生理PH下，该酶催化的反应向分解蔗糖生成UDPG的方向进行[9]。
由表6和图6分析可知，两亲本的蔗糖合成酶活性变化在发芽14d时出现显著差异，而且酶活性随着时间的延长而逐渐升高，结合图4蔗糖含量动态变化曲线可知，蔗糖合酶活性对种子发芽过程中蔗糖含量的影响明显。
2.4不同品种水稻在亲本种子发芽过程中蛋白质含量动态变化分析
表7不同亲本种子萌发过程中蛋白质含量动态变化分析
Table7differentparentseedgerminationprocessofdynamicchangesinproteinanalysis
单位：
mg/g组织干重
材料名称
种子萌发时间
0d
2d
4d
6d
8d
10d
12d
14d
大关稻
8.65A
2.44AB
1.80A
2.43A
3.30A
1.77A
3.30A
3.64A
IR28
5.10A
2.92A
0.81B
1.51A
0.61A
1.24A
0.14B
1.23A
注：
不同亲本间比较，具相同字母者差异不显著（P≤0.01，LSD）
图7不同亲本种子萌发过程中蛋白质含量变化分析
Figure7differentparentseedgerminationprocesschangesinproteinanalysis
蛋白质在种子萌发过程中，经蛋白酶的降解作用生成各种游离氨基酸，大部分供胚重组蛋白质利用，另一部分经脱氨转化为糖类供胚作为呼吸的原料[10]。
由表7和图7表明，在大关稻种子发芽4d、12d时和IR28产生显著差异；在整个发芽期间，大关稻的蛋白质含量较IR28要高，随着发芽的进行，种子中蛋白质含量逐渐减少。
3结论与讨论
种子寿命和种子活力的保持一直是种子贮藏生理的一个重要课题,通过对不同品种水稻种子贮藏物质变化的动态研究，了解影响种子寿命的因素,其中种子内部物质的变化是一个非常重要的因素,例如贮藏物质的代谢。
目前,对于种子贮藏生理的研究虽然取得了一定进展,但在贮藏物质变化规律方面仍存在着很多亟待解决的问题,在贮藏物质变化与种子活力关系等问题上存在争议。
本实验在水稻种子发芽过程中,不同品种水稻种子物质消耗率都呈现上升的趋势；其物质利用效率呈先升高再降低的趋势，在种子萌发8d时，两个品种种子物质利用率相同，在种子发芽4d、12d、14d,分别达到了显著差异。
在贮藏过程中,种子贮藏物质是一个动态变化的过程,可溶性糖、贮藏蛋白及淀粉酶和蔗糖合酶的活性都发生了复杂的变化。
可溶性糖是种子贮藏过程中的主要呼吸底物,并且也是种子萌发至转入光合作用自养的主要呼吸底物,主要包括蔗糖、果糖、鼠李糖、木糖、肌醇、氨基葡糖等。
种子萌发期间，淀粉在淀粉酶的作用下水解为糊精与麦芽糖，再分解为葡萄糖和果糖，运送到胚部作为呼吸原料。
本研究可以看出，两品种种子果糖含量分别在种子发芽8d、12d时差异显著，果糖含量呈现先升高后降低的“单峰”趋势。
在种子发芽2d、8d、12d、14d时两者蔗糖含量差异显著，两品种种子中蔗糖含量在种子萌发初期都有明显升高，在2d达到一个相对较大值后含量都有所下降，从种子发芽4d开始，IR28的果糖含量一直稳定在相对较低的水平，而大关稻在8d时果糖含量又有明显升高。
两品种淀粉酶活性变化在2d、4d、8d、12d、14d呈现显著差异，大关稻和IR28分别在6d、8d时出现淀粉酶活性下降的趋势。
受到种子自身因素的影响，粳稻和籼稻在种子发芽过程中的生理生化变化存在明显差别,在种子发芽过程中，大关稻的蛋白质含量较IR28要高，随着发芽的进行，种子中蛋白质含量逐渐减少。
因此,有必要开展种子贮藏生理的进一步研究,弄清种子活力变化的本质,提高种子贮藏寿命,这在理论上和实践上都有重要意义。
致谢
本论文是在导师程昕昕副教授的悉心指导下认真完成的。
从论文选题、实验设计和实施到数据分析，以及论文撰写都得到导师耐心而细致的指导。
在整个实验和论文完成期间，导师言传身教、循循善诱，鼓励我勇于创新；她严谨的治学态度、渊博的学识、缜密的思维使我受益匪浅，在此特向导师致以最崇高的敬意和诚挚的谢意。
同时感谢在整个实验过程中帮助我的所有老师和同学！
参考文献
[1]徐亮，包维楷，何永华.种子贮藏物质变化及其贮藏生理[J]．种子，2003，137（5）：
60~61.
[2]RobertsEH.Oxidativeprocessesandthecontrolofseedgermination[J].ButterworthLondon，1973,189~218.
[3]YanjunDu．ZhongliangHuang．EffectsofseedmassandemergencetimeonseedlingperformanceinCastanopsischinensis[J]．ForestEcologyandManagement255（2008）：
2495–2501.
[4]CoryL．Nykiforuk，AnneM.Johnson-Flanagan.StoragereservemobilizationduringlowtemperaturegerminationandearlyseedlinggrowthinBrassicanapus[J]．PlantPhysiol．Biochem，1999，37（12），939−947.
[5]BewleyJD，BlackM.PhysiologyofDevelopmentandGermination[M].NewYork:
PlenumPress，1994.
[6]Soltani,A.andGaleshi,S.etal.（2002）Germination,seedreserveutilizationandseedlinggrowthofchickpeaasaffectedbysalinityandseedsize[J].SeedSci.Technol.30,51–60.
[7]H.Mohammadi,A.andSoltani,H.R.etal.（2011）Effectsofseedagingonsubsequentseedreserveutilizationandseedlinggrowthinsoybean.InternationalJournalofPlantProduction5
（1）[M].January65-70.
[8]杨志敏，蒋立科.生物化学（第一版）[M].北京：
高等教育出版社，2005.
[9]刘国琴，杨海莲.生物化学复习指南暨习题解析（第五版）[M].北京：
中国农业大学出版社，2011.
[10]李合生.现代植物生理学（第二版）[M].北京：
高等教育出版社，2002.
升级会员 