水稻巨大胚突变体MH-ge1的萌发生理研究

叶浩田，张琳琳，张登宇　(浙江农林大学农业与食品科学学院，浙江临安 311300)



水稻巨大胚突变体MH-ge1的萌发生理研究

叶浩田，张琳琳*，张登宇(浙江农林大学农业与食品科学学院，浙江临安 311300)

摘要[目的] 探讨水稻巨大胚突变体的萌发生理，为富含功能性成分的水稻新品种开发利用提供科学依据。[方法]研究巨大胚突变体MH-ge1及其野生型MH86在种子萌发过程中GABA及其他主要营养成分、相关酶活性的动态变化规律。 [结果] 与MH86相比，巨胚突变体MH-ge1的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数等均明显降低；淀粉酶活性较低，蛋白和脂肪含量较高；浸种后，突变体与野生型的GABA含量均迅速升高。[结论] 巨大胚突变体发芽势较差，发芽率较低；巨大胚突变体发芽糙米GABA的富集与胚的大小基本成倍数关系。

关键词水稻；巨大胚；萌发

稻米胚中含有丰富的生理活性成分，特别是伽玛(γ)-氨基丁酸(Gamma Amino-Butyric Acid，GABA)具有降血压等多种保健功能[1-4]。米胚中的蛋白质水解后产生丰富的谷氨酸，继而由谷氨酸脱羧酶(GAD)催化成GABA[3-5]。

巨大胚水稻因胚部巨大而得名，是富含多种营养素的功能性专用水稻。国内外研究表明，巨大胚水稻的种子浸水后，与普通胚水稻相比，GABA快速富集[6-7]。MH-gel是以MH86为起始材料诱导得到的巨大胚突变体，深入研究MH-ge1的萌发生理以便对其进行定向改良和进一步开发，从而提高稻米的附加值。笔者通过对巨大胚突变体MH-ge1及其野生型MH86萌发生理进行对比，探讨GABA等成分的富集以及相关活性酶的动态变化规律，以期为富含功能性成分的水稻新品种开发利用提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料供试材料为巨大胚突变体MH-ge1及其野生型MH86。

1.2试验方法选取糙米籽粒200 g，用0.5%次氯酸钠溶液消毒，常温下浸泡24 h后，置30 ℃恒温培养箱内在黑暗条件下发芽，3次重复。浸种后12、24 h及置床后1～8 d每天取样，样品真空冷冻干燥48 h后，粉碎，过筛，密封，超低温冰箱保存。

1.3测定项目与方法(1)发芽指数。参照国标GB/T3543.4农作物种子检验规程进行种子萌发试验。

活力指数GI=∑Gt/Dt

式中，Dt为发芽日数，Gt为发芽数。

(2)活力指数。用芽长(L)和发芽指数(GI)计算活力指数(VI)。

VI=GI×L

(3)淀粉酶活性。葡萄糖标准曲线绘制：取6支25 mL试管，分别加入0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5 mL 1 mg/mL葡萄糖标准溶液，补水至1 mL，每只试管中加入0.5 mL 2，4-二硝基水杨酸(DNS)试剂，沸水浴反应5 min，迅速用流水冷却，再分别加入7 mL蒸馏水，摇匀后以未加葡萄糖为横坐标绘制标准曲线(图1)。

淀粉酶活性参照朱广廉等[8]的测定方法。

(4)总淀粉(TS)。TS参照Garcia-Alonso等[9]的测定方法，在510 nm处测定吸光度。

(5)表观直链淀粉(ACC)、总蛋白(PC)、粗脂肪(LC)和还原糖。AAC按农业部部颁标准(NY147-88)进行测定；PC和LC按国标法GB/T5009.5-2003和GB/T5006.6-2003交由浙江大学饲料所测定；还原糖含量测定参照Frei等[10]方法进行改良。

(6)谷氨酸脱羧酶(GAD)与γ-氨基丁酸(GABA)。GAD采用比色法测定；GABA采用比色法，在波长645 nm处用1 cm比色皿测定吸光值。

2结果与分析

2.1发芽情况结果表明，巨大胚突变体MH-ge1的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均显著低于野生型MH86(表1)。萌发过程中，MH86与普通水稻类似，在浸种催芽24 h后即可见部分种子露白，突变体MH-ge1种子露白比MH86迟 1～2 d；置床后第5天，MH-gel种子萌发数明显低于野生型，芽长也更短(图2)。

表1巨大胚突变体MH-gel和野生型MH86的发芽情况

Table 1The germination of giant embryo rice mutantMH-geland wild type MH86

注：同列不同小写字母表示材料间差异显著。

Note:The different small letters within the same column mean significant difference between the materials.

2.2淀粉酶活性变化在种子发芽前期和中期，突变体MH-gel和野生型MH86的α-淀粉酶活性均快速升高，发芽后期α-淀粉酶活性下降(图3)。突变体和野生型的总淀粉酶活性与α-淀粉酶活性变化趋势基本一致(图4)。萌发过程中，突变体的α-淀粉酶和总淀粉酶活性均始终低于野生型，突变体的α-淀粉酶和总淀粉酶活性的最高值也均显著低于野生型。

2.3TS、ACC、PC、LC和还原糖含量的变化巨大胚突变体MH-ge1的TS含量略低于野生型MH86。在种子萌发过程中，突变体MH-ge1和野生型MH86的TS含量均不断降低。发芽前中期，两者淀粉含量骤减，发芽后期下降幅度趋缓(图5)。在整个发芽期内，种子中TS含量随淀粉酶活性的升高而降低，同时随α-淀粉酶活性的升高而降低。与野生型相比，MH-ge1的TS下降速度较慢。巨大胚水稻干种子的AAC与野生型一致。浸种后，ACC含量均快速下降(图6)。

萌发第1天，巨大胚突变体MH-ge1与野生型MH86的还原糖含量均急剧上升(图7)，但野生型还原糖含量的上升速度比突变体快，在整个发芽过程中，野生型MH86的还原糖含量始终高于巨大胚突变体MH-ge1。这表明种子发芽过程中，随着淀粉酶的形成和活力的提高，淀粉不断被降解，还原糖大量生成。

突变体MH-ge1与野生型MH86浸种后PC和LC含量均降低(图8)。随着浸种时间的延长，PC和LC含量均升高。突变体与野生型在种子发芽后其PC和LC含量略有升高。其中，干种子和种子浸水后一直到发芽第8天，突变体的PC和LC含量均高于野生型。

2.4GAD活性与GABA含量的变化浸种后，巨大胚突变体MH-ge1及其野生型MH86的GAD活性变化趋势一致，均急剧升高(图9)，但巨大胚突变体MH-ge1的GAD活性始终高于其野生型MH86。

巨大胚突变体MH-ge1与野生型MH86干种子的GABA含量无明显差异，种子浸水后，两者的GABA含量均迅速升高(图10)。萌发过程中，GABA含量与GAD活性变化趋势基本一致。浸水后，巨大胚突变体MH-ge1的GABA含量始终高于其野生型MH86，且基本成倍数关系。

3结论与讨论

该研究表明，在种子萌发过程中，巨大胚突变体的淀粉酶活性始终低于MH86，同时最大值也相对较低，且MH86出现时间稍迟，从而导致其发芽势和发芽率等指标均明显低于MH86。

除淀粉酶外，萌发过程中还有蛋白水解酶、脂肪酶等形成。而MH-ge1在整个发芽过程中具有相对较高的蛋白和脂肪含量，推测可能是蛋白水解酶和脂肪酶的形成和活性受到了某种抑制。

与干种子相比，发芽糙米的GABA急剧富集。谷氨酸是种子浸水后含量最高的氨基酸[7，11]，在GAD的催化作用下大量形成GABA。浸水后，MH-ge1及其野生型GAD活性明显增强，GABA含量也迅速升高；浸水12 h后，虽然GAD活性稍有下降，但GABA继续缓慢富集。推测可能是源于干种子胚中束缚态GABA的释放。与MH86相比，巨大胚突变体MH-ge1种子的胚增大2倍，而该试验结果也表明，巨大胚突变体与野生型在种子发芽过程中，无论是GAD活性还是GABA含量基本成倍数关系。

参考文献

[1] 张琳琳.水稻巨大胚突变的特征特性与灌浆萌动代谢谱[D].杭州：浙江大学，2008.

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[11] 张晖，姚惠源，姜元荣.γ-氨基丁酸的功能性及其在稻米制品中的富集利用[J].粮食与饲料工业，2002(8)：41-43.

The Physiological Effect during Germination of the Giant Embryo Rice MutantMH-ge1

YE Hao-tian, ZHANG Lin-lin*, ZHANG Deng-yu

(School of Agricultural and Food Science, Zhejiang A&FUniversity, Lin’an,Zhejiang 311300)

Key wordsRice; Giant embryo; Germination

Abstract[Objective]The aim was to explore the physiological effect during germination of the giant embryo rice mutant, and provide scientific basis for development and utilization of rice new varieties containing abundant functional components. [Method] Using the giant embryo rice mutantMH-ge1 and its wild type MH-86 as the materials, we observed the process of seeds’ germination to understand the dynamic variation regularity of nutritional components including GABA and some related active enzymes. [Result]There were lower indexes on the germinating energy, germination percentage, germination index, vigor index ofMH-ge1; amylase activity ofgiant embryo was lower, and there were higher volume of protein and fat. After soaking, the amount of GABA inMH-ge1 and MH86 was increased rapidly. [Conclusion]The mutant has the lower germinating energy and germination percentage; GABA gathering in the germinated brown rice of the mutants has multiple relationship to the size of embryo.

基金项目浙江省教育厅项目(Y201326580)。

作者简介叶浩田(1995-)，男，浙江金华人，本科生，专业：农学。*通讯作者，讲师，博士，从事作物品质与成分改良研究。

收稿日期2016-02-10

中图分类号S 188

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)07-111-03