不同休眠特性小麦种子淀粉粒的扫描观察

王增　孙晓燕　韩冰　杨燕

摘要 小麥萌发初期淀粉及蛋白质的水解速度和种子自身营养状况决定了小麦休眠性的强弱。以不同休眠特性的白粒小麦为试验材料，对休眠性弱和休眠性强的两类材料进行不同时期淀粉粒水解的扫描电镜观察。结果发现，在成熟小麦干种子中，中优9507和京411（弱休眠特性）胚乳内淀粉粒被蛋白基质紧密包裹，而阆中白麦子和万县白麦子（强休眠特性）胚乳内淀粉粒与蛋白基质结合松散，淀粉颗粒裸露较多;在种子萌发过程中，阆中白麦子和万县白麦子比中优9507和京411胚乳淀粉粒的分解程度更大，分解速度也更快。在开花后35 d的小麦种子中观察到的结果与成熟种子中基本一致。因此，可以推断出淀粉粒与蛋白基质的结合程度及其在种子萌发过程中淀粉粒的水解程度与小麦籽粒的休眠特性相关。

关键词 小麦籽粒;休眠;淀粉粒;水解

中图分类号 S512.1文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）16-0028-03

Observation of Starch Granules in Wheat Seeds with Different Dormancy Capacity by Electron Microscopy

WANG Zeng1， SUN Xiao yan2， HAN Bing1 et al

（1.College of Life Science， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot， Inner Mongolia 010018;2.Taiyuan Jinqiao Bilingual Middle School， Taiyuan， Shanxi 100081）

Abstract The hydrolysis rate of starch and protein in the early stage of wheat germination and the nutritional status of the seed together determine the capacity of seeds dormancy. We observed two kinds of wheat seeds with weak and strong dormancy， respectively by scanning electron microscope. The results showed that endosperm starch granules of the mature dry seeds of Zhongyou 9507 and Jing 411 （weak dormancy） were more tightly wrapped by matrix protein than Langzhongbaimaizi and Wanxianbaimaizi（strong dormancy）， which were loosely bound with matrix protein and exposed mostly. Moreover， during of seed germination， the breakdown speed and degree of endosperm starch granule in Langzhongbaimaizi and Wanxianbaimaizi were much faster and stronger than in Zhongyou 9507 and Jing 411. And almost same trend of the breakdown speed and degree of endosperm starch granule were observed in seeds at 35 days after pollination. Thus， it could be concluded that the degree of starch binding to protein matrix and the degree of hydrolysis of starch grains during seed germination were related to the capacity of the wheat seeds dormancy.

Key words Wheat kernal;Dormancy;Starch granule;Hydrolysis

种子休眠是为了抵抗不良环境而选择并适应的可以遗传的性状。种子的遗传类型及其环境条件协同影响种子的休眠性状，种子休眠类型主要有3种，分别是种壳引起的外源休眠、胚引起的内源休眠以及种皮和胚共同影响综合休眠[1]。小麦种子的萌发与内源激素的种类、含量、激素间的平衡以及胚对ABA的敏感性相关。其中，主要的内源激素是脱落酸（ABA）和赤霉素（GA）。ABA在未成熟籽粒中促进胚的发育，同时增进成熟种子的休眠并抑制水解酶（主要是α-淀粉酶）的合成[2]。GA能够促进胚乳中贮藏物质的代谢，诱导水解酶类的合成，从而引起种子萌发。

小麦胚乳占籽粒重量的90%左右，胚乳细胞的发育决定小麦籽粒的产量和品质[3]。淀粉是小麦籽粒中所占比例最大的储存性碳水化合物，主要以颗粒的形式存在于小麦籽粒胚乳中[4]，其大小和形态影响着面团的糊化特性[5]、流变学特性[6]及烘焙特性[7]，是影响小麦面粉品质的主要因素之一[8]。根据淀粉粒的生物合成时间、大小及形状，小麦胚乳淀粉粒主要分为A、B 2种类型[9-10]。A型淀粉粒的直径大于10 μm，呈椭圆双凸透镜状，部分颗粒表面有许多凹陷，凹陷的形成主要是由于成熟过程中淀粉体和蛋白体之间相互挤压而形成;B型淀粉粒的直径小于10 μm，呈球状或不规则状[11]。小麦胚乳中的淀粉粒和蛋白质在温度和水分均适宜的情况会发生水解，为小麦萌发提供物质和能量。因此，笔者观察不同休眠特性小麦种子其淀粉粒和蛋白的水解情况，从而进一步了解小麦种子在萌发条件下淀粉粒和蛋白水解的过程差异与小麦种子休眠性强弱的关系，为小麦休眠机制的研究和抗穗发芽育种工作奠定基础。

1 材料与方法

1.1 电镜扫描观察材料

选取弱休眠性和强休眠性的小麦材料各2份，分别是中优9507和京411、阆中白麦子和万县白麦子。

1.2 种子预处理

试验材料种植于内蒙古农业大学生科大楼1001植物培养室，取开花35 d的小麦籽粒和成熟干燥种子。

其具体流程如下：开花后35 d和成熟干燥的小麦种子→分别水处理0、48、96 h→解剖刀切成约3 mm厚的横切片→置于培养皿中→加入5 mL 2.5%（v/v）的戊二醛固定液→ 4 ℃固定24 h→室温静置1 h→0.9%NaCl注射液清洗→系列浓度酒精（50%、70%、80%、90%和95%）脱水每次10 min→100%酒精脱水2次每次10 min→乙酸异戊酯替代15 min→CO 2临界点干燥仪（E3100）干燥→离子溅射仪（IB-5型）上喷镀金属膜→扫描电镜观察（SEM）。

2 结果与分析

2.1 成熟干种子的胚乳扫描电镜观察

对中优9507与万县白麦子的成熟干燥种子腹部中央横切面的同一部位（图1）胚乳进行扫描电镜观察发现，中优9507与万县白麦子在胚乳淀粉粒和蛋白基质之间的相互作用存在着差异（图2a、b）。其中，万县白麦子胚乳中蛋白基质很少，主要存在于淀粉粒之间，部分附着于淀粉粒表面，而且淀粉粒与蛋白的结合非常疏松（图2b）;而中优9507蛋白质基质很多，形成了一种蛋白质包被鞘，淀粉粒深埋其中，淀粉粒和蛋白质结合也较紧密（图2a）。

扫描电镜下观察中优9507和万县白麦子成熟干燥种子的淀粉粒（图3），结果显示在未经水处理时，中优9507籽粒淀粉粒呈椭圆形且大小均匀（图3a），而万县白麦子籽粒淀粉粒呈圆形、大小不均匀（图3d），且中优9507的淀粉粒几乎都包埋在蛋白和脂质当中，万县白麦子却裸露在外面;萌发 48 h时，中优9507和万县白麦子的淀粉粒都出现不同程度分解，而且表面也不再光滑，其中中优9507籽粒淀粉粒从原本蛋白和脂质构成的包被中脱离出来（图3b、e）。另外，与萌发0 h（干种子）相比，萌发48 h后中优9507的水解变化程度大于万县白麦子;萌发96 h时，万县白麦子籽粒淀粉粒分解程度远大于中优9507籽粒淀粉粒（图3c、f）。

2.2 开花后35 d小麦种子的扫描电镜观察

为了进一步了解不同休眠特性的小麦中淀粉粒形态及其在萌发过程中水解程度的差异，取开花后35 d的中优9507、京411、阆中白麦子、万县白麦子小麦籽粒，对其相同部位的淀粉颗粒进行扫描电镜观察。结果发现，未经水处理时，万县白麦子和阆中白麦子的淀粉粒绝大多数裸露在蛋白基质之外，而京411和中优9507的淀粉粒包埋在蛋白基质中，以中优9507更甚（图4a、d、g、j）;萌发48 h后，4种小麦材料淀粉粒均出现不同程度的降解（图4b、e、h、k），与萌发0 h相比，万县白麦子和阆中白麦子的水解变化程度明显小于中优9507和京411;萌发96 h后，4种材料淀粉粒的水解程度均明显增加，且阆中白麦子与万县白麦子的水解程度整体大于中优9507和京411（图4c、f、i、l）。

3 结论与讨论

在小麦籽粒构成中，胚乳占85%，其主要成分是淀粉和蛋白质，淀粉占籽粒重量的60%～68%，蛋白质占7%～18%，小麦面制品的优劣主要取决于这2种成分的含量和性质。根据小麦籽粒蛋白质含量、面筋含量、沉降值和面团稳定时间等指标，将小麦分为3类：硬质高蛋白强筋小麦，适于做面包;软质低蛋白弱筋小麦，适于做饼干糕点;中筋小麦，适于做馒头和面条。该研究应用扫描电子显微镜观察了2种不同品质类型小麦籽粒的淀粉结构。试验结果显示，胚乳基质蛋白质和大淀粉粒周围包围着被数量较多的小粒淀粉，并且不同品种的基质蛋白存在较明显的差异。中优9507和京411基质蛋白质很多，籽粒断面上基质蛋白质形成完整的鞘包被，淀粉粒陷在包被中，淀粉粒和蛋白质结合紧密，暴露出来的淀粉粒较少。这是由于中优9507和京411是高产硬质强筋面包专用冬小麦，因此蛋白质和湿面筋含量较高。而万县白麦子和阆中白麦子是地方品种，加工品质较差、蛋白质含量较少，填充在蛋白质之间的完全裸露的淀粉粒含量较多，且蛋白质之间或蛋白质和淀粉粒之间结合松散，暴露的淀粉粒表面清洁，很少有基质蛋白质附着。这一结果同时与报道的关于硬麦中淀粉粒和蛋白质联系较紧密，而软麦中淀粉粒和蛋白質之间的连接较松散相一致[12，14]。

在用水处理情况下，观察了4份材料的干燥成熟种子和开花后35 d的种子籽粒的水解变化程度。与0 h相比，在水解48 h后的变化程度均为强休眠品种的水解变化程度小于弱休眠品种，而在水解96 h后，这种差异不明显。说明无论是开花后35 d的种子还是干燥的成熟种子，在适宜萌发的短时间下，强休眠品种的水解程度小于弱休眠品种，但是如果所处适宜萌发环境的时间过长（该研究为96 h），小麦品种无论休眠强弱均会发生剧烈的水解，进而极大降低其品质。

参考文献

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