脂肪酶和脂肪氧化酶影响稻谷储藏的作用机制研究

摘要

稻谷是不耐储藏的粮食品种。影响稻谷储藏的主要因素有陈化变质、储藏害虫以及霉变等。本文从研究影响稻谷耐储藏特性的脂肪代谢关键酶的作用入手，利用离子束诱变创建脂肪酶(Lipase)和脂肪氧化酶同功酶(LOX)活性低的耐储藏材料的近等位基因系和开发脂肪酶、脂肪氧化酶同功酶检测技术，并利用生化技术和蛋白组学分析方法，研究导致稻谷陈化变质的脂肪代谢的启动机制、分析稻谷寄主抗虫性的生化基础。其主要结果如下：
　　 ⑴利用作物脂肪氧化酶同功酶的检测专利技术筛选出不同的LOX种质，通过42个月自然老化和人工加速老化实验发现，脂肪氧化酶LOX-1、LOX-2活性低水稻品种可以明显的延缓其稻谷的陈化变质速度。通过离子束诱变建立脂肪酶和脂肪氧化酶LOX-1、LOX-2活性不同的耐储藏材料的近等位基因系。
　　 ⑵为揭示导致稻谷陈化变质的机制，从脂肪代谢途径的角度，对脂肪酶和脂肪氧化酶的生理生化特性展开研究。在研究中性脂肪酶反应机理的基础上，开发了种胚小样本精确的定量检测专利技术。不同脂肪酶活性的近等位基因系稻谷的人工加速老化实验研究发现，中性脂肪酶活性降低可延缓稻谷陈化变质。另外，建立一种水稻种子碱性脂肪酶平板检测方法，研究表明，碱性脂肪酶活性与稻谷老化速率成正相关。在研究作物脂肪氧化酶同功酶的检测专利技术的反应机制的基础上，研究离子束诱变的耐储藏特性差异的近等位基因系材料1377和1297表明：两个近等位基因系在种子发育和储藏过程中脂肪氧化酶LOX-1活性差异显著。
　　 ⑶进一步利用双向电泳和质谱技术分析近等位基因系材料1377和1297表明：两者种子蛋白组在热激蛋白、脂肪氧化、抗氧化途径等6个与稻谷耐储藏特性有关的酶和蛋白上有区别，并且证实差异最大的蛋白点D2是水稻LOX-1。通过近等位基因系材料1377和1297的LOX-1基因序列的差异性分析发现4个碱基发生变化(3260：T-A;3267：G-C;3272：GA-TT)，翻译蛋白后有3个氨基酸发生差异(L-H;W-C;R-I)，为稻谷耐储藏相关的主要基因研究打下坚实的基础。
　　 ⑷通过自然储藏42个月发现LOX-3缺失能减轻储藏害虫的危害。通过研究人工加速老化处理LOX-3缺失和不缺失材料对害虫趋性的影响，并结合Suzuki et al研究LOX-3缺失和不缺失的材料的储藏过程中挥发性物质的变化实验，发现陈化稻谷的小分子挥发性物质己醛(hexanal)、戊醛(pentanal)、戊醇(pentanol)与储藏害虫的趋性之间可能存在一定的关系。
　　 本文从获得耐储藏基因型材料入手，以生化方法和蛋白组学方法作为手段，研究稻谷耐储藏机制。上述研究对延缓种子衰老，揭示稻谷耐储藏机制以增加其耐储藏性，提高粮食储备能力，确保国家粮食安全具有重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1 稻谷陈化

1.1.2储藏害虫的危害

1.2影响稻谷耐储藏特性的机制

1.2.1储藏稻谷陈化变质

1.2.2寄主抗虫性

1.3稻谷脂肪代谢

1.3.1稻谷脂肪成分和分布

1.3.2脂肪代谢途径

1.4脂肪代谢关键酶作用机制

1.4.1脂肪酶

1.4.2脂肪氧化酶

1.5 稻谷耐储藏机制的研究方法

1.5.1脂肪代谢酶检测方法

1.5.2蛋白组学方法

1.6存在问题

1.7本课题的主要内容

第二章 稻谷耐储藏材料的发现及脂肪酶和脂肪氧化酶LOX-1，2低活性材料的近等位基因系的创建

2.1材料和方法

2.1.1实验材料

2.1.2 实验方法

2.2结果与分析

2.2.1实验材料的脂肪氧化酶活性检测

2.2.2耐储藏新材料的品质分析

2.2.3 42个月储藏稻谷材料的发芽实验

2.2.4皖鉴2090及其后代的人工老化实验

2.2.5 皖鉴2090的脂肪酶和LOX-1，2低活性材料的近等位基因系的建立

2.3讨论

2.4 结论

第三章 稻谷脂肪酶和脂肪氧化酶同功酶的生理生化特性研究

3.1材料与方法

3.1.1实验材料

3.1.2 实验方法

3.2结果与分析

3.2.1 关于中性脂肪酶的研究

3.2.2碱性脂肪酶在稻谷老化过程中的作用

3.2.3关于稻谷脂肪氧化酶同功酶研究

3.3 讨论

第四章 耐储藏水稻种胚蛋白组分析

4.1材料与方法

4.1.1材料与仪器

4.1.2实验方法

4.2结果与分析

4.2.1双向电泳和质谱分析结果

4.2.2 LOX-1基因的定位和家族研究结果

4.2.3 LOX1基因序列差异性分析

4.3讨论

4.4 结论

第五章 LOX-3缺失材料与抗储藏害虫侵害的关系

5.1材料与方法

5.1.1材料

5.1.2 方法

5.2结果与分析

5.2.1 LOX-3缺失材料抗储藏害虫侵害的发现

5.2.2人工加速老化处理LOX-3缺失和不缺失材料以观察害虫趋性

5.2.3稻谷挥发性物质对害虫趋性影响的初步观察

5.3 讨论

5.4 结论

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

致谢