高產和低產玉米品種籽粒發育過程中的酶學特性比較

摘 要：以高產玉米品種鄭單958和低產玉米品種白馬牙為試驗材料，對其籽粒發育過程中蔗糖合成酶（SS）、淀粉合成酶（AGPase）的活性及淀粉積累速率進行了比較研究。結果表明，高產和低產玉米品種籽粒的SS活性變化曲線與淀粉積累速率的變化基本一致；籽粒發育前期，低產品種籽粒的AGPase活性和淀粉積累速率均高于高產品種，而籽粒發育后期則相反。

關鍵詞：玉米；籽粒；酶活性；淀粉積累速率

中圖分類號：S513.01 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2012）12-0039-03

Comparison on Enzymatic Characteristics during Grain Development

between High-yielding and Low-yielding Maize Varieties

Wu GuangXiu1， Qi WenHui2

（1.Corn Institute of Sichuan Agricultural University， Ya’an 625014， China；

2.Economics and Management College of Wuhan University， Wuhan 430027， China）

Abstract The high-yielding cultivar Zhengdan 958 and low-yielding one Baimaya were used as materials to study the activities of sucrose synthase（SS） and starch synthase（AGPase） and the accumulation rate of starch during the development of maize grains. The results showed that the change trend of SS activity was almost the same with that of accumulation rate of starch both in high-yielding and low-yielding maize cultivars. At the early stages of grain development， the AGPase activity and accumulation rate of starch of low-yielding variety were higher than those of high-yielding variety， whereas， it was inverse at the late stages.

Key words Maize； Grain； Enzyme activity； Accumulation rate of starch

粒重是構成玉米產量的重要因素。籽粒形成是作物“源”通過“流”向“庫”輸送并積累的過程，在這個過程中酶起著重要作用，調整著碳水化合物的積累。淀粉是玉米籽粒中的主要成分，淀粉含量直接影響到產量的高低。在籽粒淀粉的合成過程中，蔗糖合成酶（SS）和淀粉合成酶（AGPase）起著重要作用[1～3]。一般情況下SS主要將輸入籽粒的蔗糖降解為UDPG（尿苷二磷酸葡萄糖）以合成淀粉等碳水化合物，是淀粉合成反應的第一步[4]。AGPase是淀粉體中催化淀粉合成第一個步驟的酶，是淀粉生物合成的重要調節位點和樞紐，在籽粒淀粉積累過程中起著關鍵作用，顯著影響淀粉產量[5]。研究籽粒發育過程中酶特性對籽粒建成的影響機理，對高產品種的選育和栽培管理有著重要意義。

1 材料與方法

11 試驗材料

本試驗于2011年在四川農業大學玉米研究所多營農場實施。選用的高產品種為鄭單958，低產品種為白馬牙。開花前選擇生長發育一致的植株掛牌標記，進行人工輔助授粉，記錄授粉日期。授粉后每隔10天在8時取果穗中部完整籽粒40粒，用于SS和AGPase活性測定，并測定計算淀粉積累速率。

12 試驗方法

121 淀粉含量的測定和積累速率的計算 淀粉含量測定參照何照范（1985）的雙波長法。用SHIMADZU公司的UV-2450型紫外分光光度計測得吸光值，用Logistic方程擬合得到淀粉含量的變化曲線，對擬合的曲線求導，即得淀粉積累速率（mg/粒·d）。

122 酶液提取 稱取籽粒樣品10 g，加入pH 75的Hepes-NaOH緩沖液10 ml，冰浴研磨，1 000×g冷凍離心5 min，取上清備用。

123 SS活性測定 200 μl反應介質（50 mmol/L、pH 75的Hepes-NaOH緩沖液；300 mmol/L蔗糖；10 mmol/L UDP）中加入20 μl酶提取液，30℃反應20 min，沸水浴1 min終止反應。用二硝基水楊酸溶液測定產生的果糖含量，確定SS活性。

124 AGPase活性測定 參照Douglas等[6]的方法測定AGPase活性。

2 結果與分析

21 籽粒SS（降解方向）活性比較

高產和低產品種籽粒SS活性變化曲線如圖1所示。兩種產量類型品種籽粒的SS活性均呈單峰曲線變化，且在授粉后20天達到最大值。授粉后10天時，高產與低產品種的SS活性相差不大；授粉后20天時，低產品種的SS活性大于高產品種；授粉30天后，高產品種籽粒的SS活性顯著高于低產品種。

22 籽粒AGPase活性比較

試驗結果（圖2）表明，高產和低產品種籽粒的AGPase活性均呈單峰曲線變化，其中低產品種授粉10～20天之間AGPase活性增幅較快，授粉后30天AGPase活性達到最大值；高產品種籽粒AGPase活性授粉10～40天之間穩定增長，并在授粉后40天達到最大值。比較高產和低產品種可知，低產品種籽粒發育前期的AGPase活性要大于高產品種，授粉約35天后則相反。

23 淀粉積累速率比較

籽粒淀粉積累速率的研究結果（圖3）表明，低產和高產品種淀粉積累速率的峰值分別出現在授粉后10天和20天；授粉后10天時，低產品種的淀粉積累速率要遠高于高產品種，授粉20天之后則表現為高產品種淀粉積累速率大于低產品種。這說明高產和低產品種在籽粒發育的不同時期淀粉的積累存在著明顯的差異。

3 小結

高產品種的籽粒SS活性變化曲線與淀粉積累速率的變化基本一致。授粉后30天前高產和低產品種籽粒的SS活性變化趨勢差異不大，授粉30天后高產品種的SS活性顯著高于低產品種。在籽粒發育前期，低產品種白馬牙

的籽粒AGPase活性和淀粉積累速率均高于高產品種；但在籽粒發育后期，低產品種籽粒的AGPase活性和淀粉積累速率則低于高產品種。

參 考 文 獻：

[1] 張智猛，戴良香，胡昌浩，等玉米灌漿期水分差異供應對籽粒淀粉積累及其酶活性的影響[J]植物生態學報，2005，29（4）：636-643

[2] Christine H Drought-induced effects on nitrate activity and mRNA and on the coordination of nitrogen and carbon metabolismin maize leaves[J] Plant Physiology，1998，117：283-292

[3] Steven C，Takashi A H Role of sucrose-phosphate synthase in sucrose metabolism in leaves[J]Plant Physiology，1992，99：1275-1278

[4] Gao Q Y，Glover D V The relationship of DNA content on corn endosperm nuclei to kernel traits during kernel development[J]Acta Agronomica Sinica，1994，20：46-51

[5] 賈春蘭，劉少坤，唐世偉，等不同年份玉米增加密度對產量的影響[J]山東農業科學，2011，9：50-52

[6] Douglas C D，Tsung M K，Frederick C F Enzymes of sucrose and hexose metabolism in developing kernels of two inbreds of maize[J]Plant Physiol， 1988，86： 1013-1019 山 東 農 業 科 學 2012，44（12）：45～48