植物种子植酸研究进展

磷是植物生长发育所必需的大量营养元素。在种子发育过程中,植酸是磷的贮存库,对维持植物体内磷平衡有重要的作用。在种子萌发过程中,植酸酶分解植酸盐,释放磷、矿质营养和肌醇供幼苗生长。本文综述了近年来植物(作物)种子中植酸的生物合成途径、种子植酸含量的遗传、低植酸作物的育种等研究进展。首先,植酸生物合成途径中最初的反应底物为葡萄糖-6-磷酸,形成肌醇后,以肌醇为底物合成植酸共有两条路径:依赖脂类与不依赖脂类,目前,已分离鉴定若干植酸合成所需的关键酶及其编码基因,包括肌醇-3-磷酸合成酶、肌醇激酶、肌醇多磷酸盐激酶,以及参与植酸运输的ATP结合盒转运子。其次,利用作图群体及关联分析群体,分别在水稻(Oryza sativa L.)、白菜(Brassica rapa L.)、菜豆(Phaseolus vulgaris L.)等植物中鉴定出多个与种子植酸磷含量相关的遗传位点。第三,筛选获得有价值的低植酸突变体是培育低植酸作物的主要途径。当把低植酸作为育种目标时,可能会忽略种子植酸含量的降低给植物带来的不利影响,如何消除低植酸造成的不利影响,成为科学家们亟需解决的问题。     

低植酸作物突变体研究进展

植酸是玉米(Zea mays)、小麦(Triticum aestivum)、大麦(Hordeum vulgare)、水稻(Oryza sativa)和大豆(Glvcine max)等籽粒中广泛存在的一种有机酸(6-肌醇磷酸),其与K 、Ca2 、Mg2 和Fe3 等金属离子形成的植酸盐是微量营养元素的重要贮存形式.植酸及植酸盐不能被人和非反刍动物所吸收利用;植酸摄入体内后还会和其他来源的微量营养元素结合形成植酸盐,造成这些营养元素的生物有效性下降,从而造成微量元素缺乏症.此外,大量的植酸及植酸盐随粪便排出,造成严重的环境污染,尤其是水体富营养化.由于土壤中缺乏分解微生物,即使畜禽粪便作有机肥还田仍不能被作物吸收利用.近年来,利用理化诱变与转基因技术已成功地获得了玉米、大麦、水稻和大豆等作物的低植酸突变体.本文对植酸的生物合成过程、低植酸突变体的诱发与研究、低植酸突变体的遗传特征与可能机理及营养评价进行了综述,并对低植酸作物的应用前景进行了简要分析.     

低植酸作物突变体研究进展

植酸是玉米(Zea mays)、小麦(Triticum aestivum)、大麦(Hordeum vulgare)、水稻(Oryza sativa)和大豆(Glvcine max)等籽粒中广泛存在的一种有机酸(6-肌醇磷酸), 其与K+、Ca2+、Mg2+和Fe3+等金属离子形成的植酸盐是微量营养元素的重要贮存形式。植酸及植酸盐不能被人和非反刍动物所吸收利用; 植酸摄入体内后还会和其他来源的微量营养元素结合形成植酸盐, 造成这些营养元素的生物有效性下降, 从而造成微量元素缺乏症。此外, 大量的植酸及植酸盐随粪便排出, 造成严重的环境污染, 尤其是水体富营养化。由于土壤中缺乏分解微生物, 即使畜禽粪便作有机肥还田仍不能被作物吸收利用。近年来, 利用理化诱变与转基因技术已成功地获得了玉米、大麦、水稻和大豆等作物的低植酸突变体。本文对植酸的生物合成过程、低植酸突变体的诱发与研究、低植酸突变体的遗传特征与可能机理及营养评价进行了综述, 并对低植酸作物的应用前景进行了简要分析。     

玉米中植酸代谢研究的策略

作物尤其是玉米的种子中积累了丰富的植酸。早先的研究侧重于降低种子中植酸的含量,但是随着人们对植酸认识的深入,发现植酸对于动、植物而言具有不可替代的生物功能。对于人和动物而言,植酸有抗营养作用,但也是重要的健康因子;对于植物而言,植酸及其代谢中间体的生物学功能却缺乏明确的研究。若要明确把握植酸的育种方向,就必须对植酸在植物中的合成过程有明确的认识。但自植酸被发现至今,人们对于其在高等植物中的合成过程仍然知之甚少,对其生物学功能更是缺乏全面的了解。本文综述了植酸代谢研究的现状,分析并总结了植酸的代谢通路,指出了植酸代谢研究的突破点,结合植酸代谢的研究特点和进展,比较了基因同源克隆、关联分析等4种最具潜力的研究策略。     

热稳定的曲霉植酸酶

植酸(Phytic acid)在谷物、豆类、油料等作物籽粒中的含量为1％～5％,籽粒中60％～90％的磷存在于植酸中。人和单胃动物消化道中无植酸酶,粮食中大量的植酸磷不能被利用而随粪便排入环境,既浪费磷资源,又对环境造成磷污染。同时,植酸还是一种广谱性抗营养因子。据报道,饲料中添加植酸酶可使植酸磷的利用率提高到70％,鸡猪粪磷含量分别降低50％和35％,并可提高对Ca、Zn、Fe和Cu等的吸收率,而饲养效果与添加无机磷相当甚至更好,故植酸酶在饲养业及环保业展示出广阔的应用前景。本文报道耐高温植酸酶菌株的筛选及其体外去玉米、豆粕和麸皮植酸磷的效果。     

两个基因型水稻利用有机磷的差异及其与根系分泌酸性磷酸酶活性的关系

以低磷条件下根系分泌酸性磷酸酶活性有显著差异的两个基因型水稻中部51和Azucena为材料,通过琼脂培养试验研究它们在无菌条件下利用植酸钠（IHP）的情况以及接种土壤微生物对水稻利用植酸钠能力的影响.结果表明：以植酸钠为磷源生长的中部51和Azucena的植株地上部干物质量、吸磷量和磷浓度均显著低于以无机磷为磷源生长的植株,植酸钠处理的水稻植株地上部吸磷量和磷浓度也均显著高于无磷处理植株,表明无菌培养条件下水稻能部分利用植酸钠.低磷条件下两个基因型水稻根系分泌酸性磷酸酶活性显著高于正常供磷处理,且低磷条件下中部51根系分泌的酸性磷酸酶活性较高,这可能是无菌条件下中部51利用植酸钠的能力高于Azucena的机理之一.高水平植酸钠处理（0.96 mmol P·L^-1）下两个基因型水稻植株地上部干物质量、磷含量及磷浓度均显著高于低水平植酸钠处理（0.16 mmol P·L^-1）,表明底物有效性可能是影响水稻利用植酸钠能力的限制因素之一.在低水平和高水平植酸钠处理下,接种土壤微生物对两个基因型水稻植株的地上部干物质量、磷含量及磷浓度均没有显著影响,表明在本试验中接种土壤微生物并不能显著提高水稻利用植酸钠的能力.     

某些酵母菌对植酸盐的利用

植酸盐（肌醇六磷酸盐）是丰富的植物组分,占坚果、谷物、豆类、油籽、孢子、花粉干重的1％～3％,占种子全部磷物质的60％～90％。单胃动物缺乏植酸酶（肌醇六磷酸水解酶）,不能代谢植酸中有机键合的磷酸盐。这是由于植酸盐与某些矿物质结合,使之不能被机体利用。这一点是从营养学角度考虑的。植酸酶将植酸盐水解成其无机磷酸盐,将肌醇单磷酸盐水解成五价磷酸盐。植酸酶存在于植物、微生物和某些动物组织中。小麦和其它作物以及真菌的植酸酶已被广泛研究,对于酵母的植酸酶几乎无人研究。本文报导有关植酸盐水解活性的概况。1材料与方…     

小麦籽粒中植酸、戊聚糖含量及其与相关性状关系的研究

选用不同基因型小麦,测定了籽粒中植酸、蛋白质及戊聚糖的含量,并对其进行遗传相关分析,结果表明：(1)各性状在品种间存在显著性差异,且植酸的广义遗传力比较低;(2)植酸含量与蛋白质含量呈极显著的正相关,与戊聚糖呈极显著负相关。通过对参试的18个不同基因型小麦中植酸和戊聚糖含量进行聚类分析,可以将18个基因型小麦聚为四类,并初步认为豫麦47是参试品种中最适宜于用作饲用小麦。     

植酸的生物学特性与应用

植酸具有独特的化学性质和生理、药理功能,对生态环境有正负两方面的效应。植酸广泛应用于工、农、食品、医药、日化和金属防腐等各个领域。介绍了植酸的性质、生物学特性、制备、应用及作用机理．并展示了植酸的开发应用前景。     

1999年销售低植酸玉米

美国农业生物风险企业ＥｘＳｅｄＧｅｎｅｔｉｃｓ公司１９９９年销售低植酸玉米。植酸是植物体中重要的含磷物质。但是,猪和鸡等单胃动物不能分解利用植酸而排泄,所以导致环境污染。英国Ｚｅｎｅｃａ公司等向ＥｘＳｅｅｄ公司出资。ＥｘＳｅｅｄ公司具有不使用基因重组...