萌動玉米籽粒中α-淀粉酶的時空變化

王鳳鳳，劉衛國，陸海燕，霍舉頌

（新疆大學資源與環境科學學院，新疆綠洲生態重點實驗室，新疆烏魯木齊830046）

萌動玉米籽粒中α-淀粉酶的時空變化

王鳳鳳，劉衛國?，陸海燕，霍舉頌

（新疆大學資源與環境科學學院，新疆綠洲生態重點實驗室，新疆烏魯木齊830046）

為明確淀粉酶在淀粉水解過程中的變化規律，以華西176玉米籽粒為材料，研究玉米籽粒不同部位的淀粉酶含量和活性在時空上的變化規律。結果發現：α-淀粉酶活性均值在第3天時達到最大值后下降，然后在第5天時又有所回升，隨后繼續下降。α-淀粉酶活性在胚軸中最強，胚芽和胚根中次之，胚乳和種皮中最弱。在時間和空間的交互作用下，籽粒萌發第3天的胚軸上α-淀粉酶活性均值最大。α-淀粉酶含量在不同部位表現為雙峰曲線。

玉米籽粒；萌動；時空變化；α-淀粉酶；活性

王鳳鳳,劉衛國,陸海燕,霍舉頌.萌動玉米籽粒中α-淀粉酶的時空變化 [J/OL].大麥與谷類科學,2017,34(4):16-19,28 [2017-07-26].http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20170726.1004.004.html.

在新疆谷類作物中，玉米的種植面積和總產量僅次于小麥，單產產量則居首位。隨著玉米種植面積的不斷擴大，對玉米的研究也不斷深入。但對玉米籽粒在萌發過程中淀粉酶的變化研究較少。淀粉酶是催化淀粉水解的一類酶，在籽粒萌發中通過對淀粉的水解，為籽粒的發育提供必需的營養和能源，從而使玉米籽粒長成營自養生活的幼苗[1]。因此淀粉酶在籽粒萌發過程中起重要作用，是植物在萌動生理生化過程中的核心。

根據作用類別，淀粉酶可分為α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和脫枝酶這4種，其中α-淀粉酶對淀粉水解起主導作用[2]。通過對α-淀粉酶分布以及活性的研究，可進一步研究該部位的生理機制，及其在植物體未來發育過程中的演化[3-4]。本研究通過比較玉米籽粒萌發過程中不同部位α-淀粉酶活性，進一步了解玉米籽粒萌動過程中，α-淀粉酶活性是如何影響籽粒部位從而控制籽粒萌發的，為進一步深入研究玉米籽粒萌發過程中的生理規律奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設計

試驗材料為華西176，是新疆華西種業公司培育的一個中抗蟲，中抗病的新型玉米品種。精選飽滿度一致、無病蟲害的華西176玉米籽粒，漂洗干凈后用蒸餾水侵泡12 h，后用7%的次氯酸鈉消毒5 min，然后將玉米籽粒胚乳部分朝下，排放在有3層濾紙的培養皿中，并用蒸餾水浸潤（覆蓋到籽粒一半位置為宜），將培養皿放入無光照培養箱中培養，白天/夜間溫度為26℃/15℃,且各維持12 h。然后每天保證籽粒的水分需求。每處理3次重復。

1.2 試驗方法

1.2.1 淀粉酶液制備及測定。從玉米籽粒萌發第1天開始到第7天，每天取1個萌發的玉米籽粒將其解剖成胚芽、胚軸、胚根、胚乳、種皮5個部位，分別置于研缽中，加入少量石英砂以及2 mL蒸餾水，研磨勻漿。再將勻漿倒入離心管中，用6 mL蒸餾水潤洗后將殘渣洗入離心管中。室溫條件下提取液放置15～20 min，每隔數min攪動1次，使其充分提取。3 000 r/min轉速下離心10 min，提取上清液在100 mL容量瓶中定容，即配置出淀粉酶原液，用于測定α-淀粉酶活力和含量。

1.2.2 淀粉酶水解后麥芽糖的測定方法。用麥芽糖制作標準曲線[6]，得到標準曲線回歸方程為y= 0.321x-0.017(R2=0.995)。麥芽糖可以使3,5-二硝基水楊酸還原為3-氨基-5-硝基水楊酸，在540 nm波段中測其吸光度，然后根據標準曲線計算得到麥芽糖含量。

1.2.3 α-淀粉酶活力的測定。參照陳毓荃等方法進行酶活性測定[5-6]，酶活力定義為在37°C、pH值5.6條件下，以1mL酶液1min分解1g可溶性淀粉產生1 mg麥芽糖為1個酶活性單位(U)。每個樣品及空白對照均設3次重復。

1.2.4 計算公式。α-淀粉酶的活力（U）=(X×N)／(W×Vs×t)，式中：X為從表上查得的麥芽糖含量（mg）；N為樣品稀釋倍數；W為樣品質量（g）；Vs為測定時取用的酶液體積（mL）；t為反應時間（min）。1.2.5 α-淀粉酶含量的測定。α-淀粉酶含量使用還原糖測定儀（SGD-Ⅳ型）測定。α-淀粉酶含量（mg/g）=(X×N)/W，式中：X為測定的還原糖（麥芽糖）含量（mg）；N為樣品稀釋倍數；W為樣品質量（g）。

1.2.6 數據處理與統計。通過SPSS用單因素方差分析法對獲得數據進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 玉米籽粒萌發不同天數不同部位麥芽糖含量的變化

根據在萌發不同天數對玉米籽粒不同部位麥芽糖的含量（圖1）。在時間上都呈現出不同的變化趨勢。其在胚軸、胚根、胚乳中麥芽糖含量在第6天達到最大值，在胚芽中麥芽糖含量在第7天達到最大值。在不同部位上胚根和種皮的變化趨勢一致都呈現雙峰趨勢，胚芽、胚軸、胚乳的變化趨勢呈現的規律不一致。在第6天的胚軸部位麥芽糖含量呈現出最大值0.113 mg/g，在第4天的胚乳部位麥芽糖含量呈現出最小值0.051mg/g。

圖1 玉米籽粒萌發不同天數不同部位麥芽糖含量

2.2 玉米籽粒萌發不同天數不同部位α-淀粉酶的活性變化

不同萌發天數對玉米籽粒不同部位α-淀粉酶活性的影響見圖2，可以看出，在同一時間上玉米籽粒中α-淀粉酶活性在不同部位具有差異性。其中第2天胚芽、種皮、胚乳與胚軸、胚根的α-淀粉酶之間存在顯著差異（P＜0.05），第4天胚芽、胚根與種皮、胚乳及胚軸的α-淀粉酶活性之間存在顯著差異（P＜0.05），第7天胚芽、胚根、種皮、胚乳與胚軸的α-淀粉酶活性之間存在顯著差異（P＜0.05）。胚芽中α-淀粉酶的活力在整個萌發周期中均表現出較高水平，隨萌發時間的增加，胚芽中的α-淀粉酶的活力呈雙峰趨勢，與其他部位淀粉酶活性規律大致相同，但其均值在不同時間上存在顯著差異（P＜0.05）。不同部位的α-淀粉酶活性均值變化表現為萌發前期3d胚芽中α-淀粉酶比胚根的活性均值大，而萌發后則比胚根的均值小。種皮和胚乳中的α-淀粉酶活力一直處于較低水平。

圖2 玉米籽粒萌發不同天數不同部位的α-淀粉酶活性

2.3 玉米籽粒萌發不同天數不同部位α-淀粉酶的含量變化

不同部位的α-淀粉酶含量在時間軸上，均大致表現為先增加后減少，然后再增加的趨勢，大致表現為雙峰曲線（圖3）。其中在第3天時達到最大，然后逐漸下降。在第5天時又有所回升，隨后繼續下降。胚芽和胚根的大致走向接近，在第3天達到最大值，含量在第4天至第7天走向趨于一致。原因在于玉米籽粒在萌發周期內，隨著胚芽胚根的伸長發育，對淀粉的需求量有所減少。胚軸中α-淀粉酶的含量在整個萌發周期中均表現出較高水平，隨萌發時間的增加，胚軸中的α-淀粉酶的含量呈現先增加后減少的趨勢，其他部位的淀粉酶含量也有相似規律。種皮和胚乳中的α-淀粉酶含量一直處于較低水平。這可能是由于在種子萌發過程中胚的發育占主要地位，因而淀粉酶主要直接集中在胚芽、胚軸及胚根部位。

3 結論與討論

圖3 玉米籽粒萌發不同天數不同部位α-淀粉酶的含量

玉米籽粒在萌發過程中，糊粉層產生α-淀粉酶轉移到胚乳中，再由胚乳將α-淀粉酶二次轉移到胚芽、胚軸、胚根等處用于籽粒的發育。本研究結果表明，玉米籽粒不同部位的麥芽糖含量、α-淀粉酶含量與α-淀粉酶活性存在正相關。萌動玉米籽粒的α-淀粉酶活性在時間上存在一定差異，其中第1天、第3天除了和第4天不存在差異外，與其他幾天都存在顯著差異（P＜0.05），其他幾天之間差異不顯著。在空間上胚芽和胚根差異不顯著，其他各部位間都存在顯著差異。在時間和不同部位交互作用下，第3天胚軸的α-淀粉酶活性均值最大。對不同部位α-淀粉酶活性的比較說明，種皮中的α-淀粉酶活性整體比胚乳中的高。可能是由于種皮部分剝離時與糊粉層有點混合，從而在種皮的測定中，可能夾雜著α-淀粉酶活性較高的糊粉層，因此導致種皮的淀粉酶活性比胚乳中的大。位于玉米的種皮和胚乳之間的糊粉層是玉米籽粒中具有高營養價值的生理活性成分，極難物理剝離。根據前人的研究，在玉米籽粒萌發過程中，胚產生赤霉素，作用于玉米籽粒的糊粉層，從而誘導其產生α-淀粉酶，分解淀粉，釋放能量[7]。

萌動玉米籽粒的α-淀粉酶含量在空間上存在差異。胚軸中含量最多，胚芽和胚根中含量次之，胚乳和種皮中含量最少。這可能與萌發早期，α-淀粉酶分解淀粉所釋放的能量先作用于芽鞘的伸長生長然后為生根提供能量有關。這與張蕙心等的研究結果相似[8]。通過α-淀粉酶活性均值變化圖可以發現，不同部位的α-淀粉酶活性，均表現為先增加，后減少，再稍微增加后減少趨勢。第3天時達到最大，然后逐漸下降。在第5天時又有所回升，隨后繼續下降。這可能與糖的抑制效應有關。糖類是籽粒萌發所需的能源物質，是植物生長發育和基因表達的重要調節因子[9]。隨著糖含量的不斷增加，當達到一定濃度時又反過來抑制α-淀粉酶活性，導致α-淀粉酶活性又有所下降。這與趙玉錦等的研究結果相似[10]。

α-淀粉酶含量在時間軸上，均大致表現為先增加，后減少，再稍微增加后減少。這種變化趨勢，反映了α-淀粉酶代謝變化的內在規律。這與有關報道[4,12-13]在萌發第3天時α-淀粉酶含量通常達到最大值，隨后回落的單峰曲線結論有所不同。可能是由2個方面原因造成：一方面是測定方法。在鈍化β-淀粉酶的過程中，可能使一定量的α-淀粉酶活性受到影響。另一方面是玉米本身的性質，即α-淀粉酶和β-淀粉酶一起作用于玉米淀粉時的協同作用引起的。這與α-淀粉酶活性有關的激素或外界環境也可能存在關聯。這種差異的產生在之前ZHU等[11-15]的研究結果中也出現過類似情況，第5天的測量結果與第4天的均有所回升。從α-淀粉酶活性變化的總體趨勢中可以看到，萌發5 d后，酶活力明顯降低，這與前面的結果是一致的。

華西176在萌發第3天時所有不同部位α-淀粉酶活性達到最大值，說明華西176玉米籽粒與其他類型的玉米籽粒在萌發過程中的大致規律相同，但在不同部位的α-淀粉酶的變化規律是有所不同的。結果表明，第3天是玉米籽粒萌發過程中α-淀粉酶變化的一個重要的轉折點。

[1]胡育峰,文 迪,張軍杰,等.不同玉米骨干自交系種子萌發時淀粉分解酶類活性動態變化 [J].四川農業大學學報, 2013,31(2):127.

[2]楊佳璐.α-淀粉酶的應用與發展 [J].技術與市場,2015,22 (12):204.

[3]張獻梅,程 力,洪 雁,等.馬鈴薯渣中淀粉組分抵抗α-淀粉酶降解的機制[J].食品科學,2015,36(11):54.

[4]周 毅,鄭猛猛,盧松賀,等.硫酸鋅處理對玉米幼苗養分和鋅累積的影響[J].農業環境科學學報,2015,34(1):29-36.

[5]尹 伊,屈建航,李海峰,等.耐酸耐高溫α-淀粉酶及其菌種選育研究進展[J].生物工程,2015,23(5):101.

[6]陳毓荃.生物化學實驗方法和技術[M].北京:科學出版社, 2002.

[7]冉景盛,韓宗先,陳今朝,等.雜交稻種子萌發過程中淀粉酶活性的變化[J].安徽農業科學,2008,36(33):14415-14416, 14462.

[8]張蕙心,司龍亭,唐慧珣,等.黃瓜種子萌發中淀粉酶、脂肪酶和過氧化物酶活性變化 [J].沈陽農業大學學報,2014,45 (1)：83-86.

[9]歐 鷗,王若仲,丁君輝.雜交水稻培矮64S和金23B種子萌發相關生理特性比較[J].湖南農業科學,2013(2):31-33.

[10]趙玉錦,王 臺.水稻種子萌發過程中α-淀粉酶與萌發速率關系的分析[J].植物學通報,2001,18(2):226-230.

[11]ZHU J K.Plant salt tolerance[J].Trends in Plant Science, 2011,6(2):66-77.

[12]TYAGI S,KUMAR S.Exogenous supply of IAA,GA and cytokinin to salinity stressed seeds of chickpea improve the seed germination and seedling growth[J].International Journal of Plant Sciences,2016,11(1):88-92.

[13]程昕昕,周 毅,劉 正,等.甜玉米種子萌發過程中糖類物質轉化動態變化分析[J].種子,2013,32(3):10.

[14]寧大可,謝立勇,楊振中,等.溫度升高對玉米種子萌發的影響[J].玉米科學,2013,21(2):102-105.

[15]廖爾華,李 紅,孔凡磊,等.赤霉素和硝酸鑭浸種對雜交玉米種子發芽的影響[J].種子,2015,34(2):66.

歡迎訂閱2018年《大麥與谷類科學》

《大麥與谷類科學》是《中國期刊全文數據庫》、《中文科技期刊數據庫》、《中國核心期刊（遴選）數據庫》，超星期刊域出版平臺全文收錄期刊，《中國學術期刊綜合評價數據庫》統計源期刊，江蘇省A類學術期刊。

《大麥與谷類科學》由江蘇省農業科學院主管，江蘇沿海地區農業科學研究所主辦，是中國作物學會大麥專業委員會與江蘇省農學會技術性期刊，內容具有創新性、應用性、系統性、導向性，主要報道大麥、小麥、水稻、玉米、高粱、燕麥、谷子等禾谷類作物的研究動態和科研成果，內設欄目有：專家視點（綜述報告）、生理與生態、育種與栽培、土肥與植保、貯藏與加工、資源與環境、品種介紹、現代大農業、簡訊與信息、人物介紹等。主要讀者為：從事農業科研、農技推廣、農業管理人員，農業大、中、專院校師生。本刊國內外公開發行，國內統一刊號C N 3 2 -1 7 6 9 / S，國際刊號I S S N 1 6 7 3 -6 4 8 6。國內每期定價1 0 . 0 0元，全年6期共6 0元，自辦發行。本刊開展廣告業務，四封及插頁可刊登廣告，彩色印刷。歡迎賜稿，歡迎訂閱，歡迎刊登廣告，定付稿酬。可隨時直接與本編輯部聯系。

電 話：0 5 1 5 -8 8 3 3 0 6 2 5 網 址：h t t p : / / d m k x . c b p t . c n k i . n e t

電子信箱：d a m k x @ 1 6 3 . c o m 郵 編：2 2 4 0 0 2

微信公眾號：d a m k x 1 9 8 4 郵局匯款：《大麥與谷類科學》雜志編輯部

地 址：江蘇省鹽城市開放大道北路9號(原開放大道5 9號)

銀行匯款：江蘇沿海地區農業科學研究所 開戶行：鹽城市農行建中支行

帳 號：4 0 0 9 0 1 0 4 0 0 0 4 6 3 7 用 途：訂閱費或編審費等

Temporal and Spatial Expression Patterns of α-amylase During Maize Seed Germination

WANG Feng-feng,LIU Wei-guo,LU Hai-yan,HUO Ju-song
(College ofResourcesand EnvironmentalSciences,XinjiangKeyLaboratoryofOasisEcology, XinjiangUniversity,Xinjiang830046,China)

This study was aimed to clarify the temporal and spatial expression patterns of amylase in the process of starch hydrolysis in germinating maize seeds.The maize variety Huaxi 176 was used as the experimental material to determine the content and activity of α-amylase in different parts of maize seed at different time points during its germination.The results showed that the mean α-amylase activity in maize seed reached its maximum at the third day of germination and then declined,but rose again at the fifth day and fell subsequently.Alpha amylase activity was strongest in the hypocotyl,followed by the embryo and radicle,and was weakest in the endosperm and testa.In terms of the temporal and spatial expression patterns of alpha amylase,its activity peaked in the hypocotyl at the third day of germination;its content varied with time in different parts of maize seed,showing a double-peak curve.

Maize seed:Germination:Temporal and Spatial variation:α-amylase:Activity

S513

A

1673-6486-20170334

2017-03-07

國家自然科學基金（31260112）。

王鳳鳳（1991—），女，碩士研究生，主要從事荒漠生態系統研究。E-mail:13619903292@163.com。

?通訊作者：劉衛國（1972—），男，副教授，主要從事荒漠植物逆境研究。E-mail:wgliuxj@126.com。