高直链淀粉水稻胚乳淀粉粒的发育和结构特性

论文摘要

直链淀粉含量的高低是决定稻米品质及其用途的重要因素。高直链淀粉是天然抗性淀粉的主要来源,具有促进人体健康的功能。利用反义RNA技术,抑制水稻淀粉分支酶Sbe1/3基因的表达,培育了一个高直链淀粉水稻（transgenic rice line,TRS）。本研究从TRS及其亲本特青（Teqing, TQ）成熟籽粒和发育籽粒中分离淀粉粒,应用形态观察和波谱分析技术,系统研究了TRS淀粉粒的结构特性和发育,为高直链淀粉作物的培育以及高直链淀粉的开发和应用提供参考作用。主要研究结果如下：TRS高直链淀粉粒的结构特性各种显微镜的观察结果表明,TQ淀粉粒为复粒淀粉,TRS淀粉粒为半复粒淀粉。TRS半复粒淀粉粒由多个亚颗粒聚集形成,位于外周的亚颗粒彼此相互结合,形成连续的环带包围其内部的亚颗粒。直链淀粉分子荧光探针APTS染色表明,TQ淀粉粒脐点处直链淀粉含量较高,而TRS淀粉亚颗粒的脐点和外周环带处直链淀粉含量较高。波谱分析结果表明,TQ淀粉为典型的A-型晶体,而TRS淀粉为C-型晶体,由A-型和B-型晶体组成。为了进一步查明TRS淀粉中A-型和B-型晶体的分布,TRS淀粉粒用盐酸水解。形态观察表明,酸水解从TRS半复粒淀粉亚颗粒的中央开始,向四周水解,而亚颗粒的四周和半复粒淀粉的外围环带不被水解。波谱分析表明,伴随酸水解的进行,TRS淀粉由C-型晶体转变为B-型晶体。这些结果表明,TRS C-型淀粉中A-型晶体位于淀粉亚颗粒的内部,而B-型晶体位于亚颗粒的四周和外围的环带。α-淀粉水解酶的结果表明,TQ淀粉易被降解,而TRS淀粉具有较强的抗酶解特性。与TQ相比,TRS淀粉具有高的糊化温度和低的糊化热焓与膨胀势。TQ淀粉在70℃以后,体积迅速膨胀,随着温度升高,逐渐瓦解,而TRS淀粉粒在加热过程中,外围的环带抑制淀粉粒体积膨胀。TQ淀粉在75℃以后,晶体由A-型变为无定形,而TRS淀粉在75℃以后由C-型晶体逐渐变为B-型,95℃变为无定形淀粉,表明TRS淀粉具有抗糊化的特性。TRS高直链淀粉粒的发育在胚乳发育早期,TRS淀粉亚颗粒在淀粉体内独立存在,每个亚颗粒有一个脐点。随着发育进行,淀粉体内的亚颗粒逐渐相互连接,在外围形成环带,以半复粒淀粉状态存在于淀粉体内,最后淀粉体被膜降解消失。波谱分析表明,早期发育的TRS淀粉粒为A-型晶体,随着发育进行,B-型淀粉晶体开始积累,淀粉表现为C-型淀粉。伴随胚乳发育的进程,TRS淀粉粒的直链淀粉含量不断提高。根据上述结果,提出了一个高直链半复粒C-型淀粉粒的发育模式。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第一章：文献综述
• 1 淀粉的分类
• 1.1 麦类作物胚乳大、中和小淀粉粒
• 1.2 单粒、复粒和半复粒淀粉
• 1.3 淀粉的晶体类型
• 1.4 快速消化淀粉、缓慢消化淀粉和抗性淀粉
• 2 淀粉的结构
• 3 淀粉的生物合成
• 4 高直链淀粉作物的培育研究概况
• 5 本研究的试验材料来源、研究内容和意义
• 6 主要参考文献
• 第二章：高直链淀粉水稻胚乳淀粉粒的结构特性
• 1 引言
• 2 试验材料与研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 天然淀粉粒的分离
• 2.3 淀粉粒的光学显微镜观察
• 2.4 淀粉粒的偏光显微镜观察
• 2.5 淀粉粒的APTS染色和观察
• 2.6 淀粉粒的表面形态观察
• 2.7 淀粉粒的内部结构观察
• 2.8 淀粉粒的盐酸水解
• 2.9 淀粉粒的α-淀粉酶水解
• 2.10 淀粉粒糊化的DSC分析
• 2.11 淀粉粒的膨胀势和可溶性测定
• 2.12 淀粉粒的直链淀粉含量测定
• 2.13 淀粉粒在不同温度下体积的变化
• 2.14 淀粉粒的热处理
• 2.15 淀粉粒的XRD分析
• 2.16 淀粉粒的ATR-FTIR分析
• 2.17 淀粉粒的固体核磁共振（Solid-state 13C CP/MAS NMR）分析
• 3 结果与分析
• 3.1 淀粉粒的形态结构特征
• 3.1.1 淀粉粒的光学显微镜观察
• 3.1.2 淀粉粒的荧光显微镜观察
• 3.1.3 淀粉粒的激光共聚焦扫描显微镜观察
• 3.1.4 淀粉粒的扫描电镜观察
• 3.1.5 淀粉粒的透射电镜观察
• 3.2 淀粉粒的晶体特性
• 3.2.1 天然淀粉粒XRD分析
• 3.2.2 天然淀粉粒ATR-FTIR分析
• 3.2.3 天然淀粉粒NMR分析
• 3.3 淀粉粒的酸水解特性
• 3.3.1 淀粉粒的酸水解速度
• 3.3.2 酸解淀粉粒的扫描电镜观察
• 3.3.3 酸解淀粉粒的光学显微镜观察
• 3.3.4 酸解淀粉粒的透射电镜观察
• 3.3.5 酸解淀粉粒的XRD分析
• 3.3.6 酸解淀粉粒的ATR-FTIR分析
• 3.3.7 酸解淀粉粒的NMR分析
• 3.4 淀粉粒的酶水解特性
• 3.4.1 酶解曲线
• 3.4.2 酶解淀粉粒的XRD分析
• 3.4.3 酶解淀粉粒的FTIR分析
• 3.4.4 酶解淀粉粒的直链淀粉含量变化
• 3.4.5 酶解淀粉粒的热力学分析
• 3.5 淀粉粒的糊化特性
• 3.5.1 淀粉粒的糊化特性
• 3.5.2 淀粉粒的膨胀势和水溶性
• 3.5.3 淀粉粒在不同温度下的体积变化
• 3.5.4 淀粉粒在不同温度下的形态变化的扫描电镜观察
• 3.5.5 淀粉粒在不同温度下的微结构变化的透射电镜观察
• 3.5.6 淀粉粒在不同温度下的微结构变化的光学显微镜观察
• 3.5.7 不同温度下淀粉粒的XRD分析
• 3.5.8 不同温度下的淀粉粒的ATR-FTIR分析
• 4 讨论
• 4.1 淀粉粒的形态结构特性
• 4.2 淀粉粒的晶体特性
• 4.3 淀粉粒的酸水解特性
• 4.4 淀粉粒的酶水解特性
• 4.5 淀粉粒的糊化特性
• 5 结论
• 6 主要参考文献
• 第三章：高直链淀粉水稻胚乳淀粉粒的发育
• 1 引言
• 2 试验材料与研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 发育淀粉粒的形态结构观察（戊二醛-四氧化锇双重固定制样法）
• 2.3 发育淀粉粒的形态结构观察（高锰酸钾固定制样法）
• 2.4 发育淀粉粒的扫描电镜观察
• 2.5 发育颖果中可溶性糖和总淀粉含量测定
• 2.6 颖果干重测定
• 2.7 发育淀粉粒的分离
• 2.8 发育淀粉粒的XRD分析
• 2.9 发育淀粉粒的FTIR分析
• 2.10 发育淀粉粒的DSC分析
• 2.11 发育淀粉粒的直链淀粉含量测定
• 3 结果与分析
• 3.1 淀粉粒发育的形态观察
• 3.1.1 发育淀粉粒的光镜观察
• 3.1.2 发育淀粉粒的扫描电镜观察
• 3.1.3 发育淀粉粒的透射电镜观察
• 3.2 发育淀粉粒的理化特性
• 3.2.1 发育淀粉粒的晶体分析
• 3.2.2 发育淀粉粒的FTIR分析
• 3.2.3 发育淀粉粒的直链淀粉含量
• 3.2.4 发育淀粉粒的DSC分析
• 3.3 发育颖果可溶性糖、总淀粉含量和粒重动态变化
• 4 讨论
• 4.1 高直链半复粒淀粉的形成
• 4.2 高直链C-型淀粉粒的发育
• 4.3 高直链水稻粒重和淀粉含量变化
• 5 结论
• 6 主要参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表的论文目录