小麦及其近缘属种籽粒淀粉特性、燕麦籽粒淀粉生物合成研究

摘要

淀粉是禾谷类作物种子的主要成分，为人类、动物和工业生产提供营养和原材料。小麦是我国主要的粮食作物之一，对其品质的改良具有重要的应用价值。燕麦作为世界六大作物之一，具有很高的商业用途。本文通过对小麦及其近缘属种的不同类型的淀粉粒的形态、组成和理化性质的研究，分析各基因组间不同类型淀粉粒特性。对燕麦种子发育过程中淀粉粒发育和淀粉合成酶相关基因的表达模式研究，分析燕麦淀粉粒的特性以及淀粉合成途径。
　　一、小麦及其近缘属种淀粉粒形态学、组成和理化特性研究
　　1、分析了六份二倍体小麦、两份四倍体小麦和三份六倍体小麦的A型淀粉粒和B型淀粉粒形态、大小和分布及百分含量。A型和B型淀粉粒平均直径在各基因组间差异不大，百分含量存在明显差异。其中拟斯卑尔脱山羊草的两份材料A型淀粉粒含量高达44.2％和45.1％。
　　2、分析了不同倍性小麦材料A型和B型淀粉粒直链淀粉和总淀粉含量、支链淀粉链长分布。结果显示，相比于四倍体和六倍体材料，二倍体材料总淀粉含量较低;在乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、硬粒小麦和六倍体小麦中，A型淀粉粒的直链淀粉含量高于B型淀粉粒;相对于B型淀粉粒，A型淀粉粒支链淀粉链长分布含有较多的B2和B3链（DP≥25），而含有较少A链(DP＜12)。A型和B型淀粉粒支链淀粉链长分布在不同基因组间不一致。
　　3、分析了不同倍性小麦材料A型和B型淀粉粒热力学性质。结果显示，不同倍性小麦材料B型淀粉粒淀粉糊化温度范围相比于A型淀粉粒更广;拟斯卑尔脱山羊草TA1790、节节麦TA2402、斯卑尔脱小麦和中国春糊化温度(Tp)在A型和B型淀粉粒间没有显著差异，其余供试材料B型淀粉粒Tp高于A型淀粉粒;乌拉尔图小麦和普通小麦B型淀粉粒淀粉具有更高的糊化焓(△Hgel)。各倍性小麦材料中A型淀粉粒淀粉的老化率高于B型淀粉粒。
　　二、燕麦种子发育过程中淀粉粒发育和淀粉合成酶相关基因的表达模式研究
　　1、通过扫描电镜观察，分析了3个燕麦品种在种子发育和萌发过程中的淀粉粒形态变化。在燕麦种子发育早期（6天之前），淀粉主要出现在种皮中，可以清晰地观察到A型和B型淀粉粒。胚乳中没发现A型淀粉粒，说明燕麦种皮和胚乳中淀粉合成途径不同。开花后10d复合淀粉粒出现，而开花后12d后，复合淀粉体逐渐变大并很容易破裂成不规则或者多边形的淀粉粒。燕麦种子萌发后8天可以观察复合淀粉粒内部有生长环，说明多边形淀粉粒内部结构类似于小麦等麦类作物的A型淀粉粒。
　　2、分析了3个燕麦品种在种子发育中直链淀粉含量、支链淀粉链长分布和热力学性质。随着种子的发育，直链淀粉含量、B2链的百分含量，糊化温度和老化率随着种子的发育逐渐增加，然而短链A链百分含量逐渐减少。由于遗传背景和来源不同，三个燕麦品种在淀粉结构和物理化学性质存在差异。
　　3、应用实时荧光定量PCR，分析了3个燕麦品种在种子发育过程中淀粉合成酶相关基因的表达模式。检测的淀粉合成酶相关基因根据其在种子发育过程中基因相对表达量的变化，可以分为三组。第一组包括AGP-L、AGP-S、GBSSⅠ、SSⅠ、SSⅡ、SSⅢ、SBEⅡb和ISA等8个基因。这些基因在淀粉发育早期具有较高的基因表达量，在开花后15天基因表达量达到最大值，然后随着种子发育基因表达下降。第二组包括SBEⅠ、和PUL，这些基因在种子发育早期（开花后9天）基因表达量最低，开花后15d基因表达迅速增加达到最大值，然后随着种子发育基因表达量逐渐降低，到种子成熟时基因表达量达到最低值。第三组包括SSⅣ和SBEⅡa，这三个基因在整个种子发育过程中，基因表达量都较低。在种子发育早期第一组所有基因相对于其他两组表达量增加趋势更明显，其他各组基因在整个生育期表达量降低。因此，第一组淀粉合成相关基因是淀粉早期合成的关键基因。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 淀粉粒研究进展

1．1．1 淀粉粒的发育

1．1．2 淀粉粒的降解

1．1．3 淀粉粒大小及分类

1．1．4 淀粉结构及其性质

1．2 淀粉的理化性质

1．2．1 淀粉的糊化特性

1．2．2 淀粉的凝沉特性

1．2．3 淀粉的理化特性与加工品质的关系

1．3 淀粉生物合成途径及其关键酶

1．3．1 淀粉的生物合成

1．3．2 ADP-焦磷酸化酶(AGPase)

1．3．3 淀粉合成酶(SS)

1．3．4 淀粉分支酶(SBE)

1．3．5 淀粉去分支酶(DBE)

1．4 实时荧光定量PCR技术原理及方法

1．4．1 实时荧光定量PCR原理

1．4．2 实时荧光定量PCR技术种类

1．4．3 实时荧光定量PCR定量方法

1．4．4 内参基因研究进展

1．5 本研究的目的及意义

第二章 小麦及近缘属种淀粉粒特性研究

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验方法

2．2 结果与分析

2．2．1 小麦及其近缘属种淀粉粒形态和淀粉粒大小分布

2．2．2 小麦及其近缘属种总淀粉和直链淀粉含量

2．2．3 小麦及其近缘属种A、B型淀粉粒支链淀粉链长分布

2．2．4 小麦及其近缘属种淀粉热力学特性

2．3 讨论

2．4 小结

第三章 燕麦淀粉在种子发育和萌发过程中形态学和理化性质研究

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 燕麦淀粉粒在籽粒胚乳发育过程中形态变化

3．2．2 燕麦种子萌发过程中淀粉粒形态变化

3．2．3 燕麦种子发育过程中直链淀粉含量的变化

3．2．4 燕麦种子发育过程中支链淀粉链长分布变化

3．2．5 燕麦种子发育过程中淀粉热力学性质变化

3．3 讨论

3．4 小结

第四章 燕麦淀粉合成酶相关基因在种子发育过程中的表达分析研究

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验方法

4．2 结果与分析

4．2．1 总RNA的提取及质量检测

4．2．2 实时定量PCR引物筛选

4．2．3 标准曲线的建立

4．2．4 内参基因的表达量水平分析以及待测基因的校正

4．2．5 燕麦种子发育过程中淀粉合成酶相关基因的表达模式

4．3 讨论

4．4 小结

参考文献

致谢

在读期间发表论文