水稻胚乳中淀粉合成相关酶活性的变化对支链淀粉精细结构的影响

分析了水稻（Oryza sativa L．）籽粒发育过程淀粉生物合成途径中的关键酶——ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、可溶性淀粉合酶、淀粉分支酶以及淀粉脱支酶活性变化,同时研究了淀粉结构形成动态．与野生型晚粳9522相比,转基因晚粳9522中直链淀粉的合成被显著抑制,而总淀粉含量和籽粒终重量没有改变．淀粉生物合成途径中关键酶活性表达时间不一致,存在明显的时段特征,这与淀粉积累动态密切相关．可溶性淀粉合酶活性表达最早,其在灌浆前期驱动淀粉合成起始;而淀粉粒结合态淀粉合酶在胚乳发育的中期活性最大．两水稻实验材料间,除淀粉脱支酶活性变化有所不同外,ADP-葡萄糖焦磷酸化酶和淀粉分支酶活性的变化没有明显差异．并且,支链淀粉的分支模式在水稻籽粒发育过程中变化较大,且与品种有关．以上结果揭示,支链淀粉的合成要先于直链淀粉,并且在控制支链淀粉各分支的形成过程中有不同的酶在起特异的作用．     

不同类型玉米发育籽粒中淀粉合成及相关酶活性比较

以普通玉米、爆裂玉米、甜玉米和糯玉米为试材,分析和比较不同类型的玉米品种之间籽粒发育过程中淀粉合成及相关酶活性的变化。结果表明,淀粉合成速率和蔗糖合成酶(SS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、束缚态淀粉合成酶(GBSS)、淀粉分支酶(SBE)、去分支酶(DBE)活性都呈单峰曲线变化。30～40 DAP,普通玉米的SS活性显著高于其他3种类型;类型间平均和最大SSS活性水平的顺序为普通玉米>糯玉米>爆裂玉米>甜玉米;30～40 DAP,普通玉米GBSS活性最高,糯玉米GBSS活性最低;20～40 DAP,糯玉米SBE活性最高;甜玉米的DBE活性很低,并且在40 DAP完全丧失。淀粉合成速率与SS、SSS、GBSS和SBE活性相关程度比较高,与腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGP酶)和DBE活性相关不显著。推测AGP酶虽然为淀粉合成提供直接前体ADPG,但可能SS活性过低致使其限速作用比AGP酶的还强,AGP酶潜在的限速作用无法表现,SS成为玉米籽粒淀粉合成的限速因子。GBSS对直链淀粉积累起重要的促进作用;SSS和SBE对支链淀粉积累起重要的促进作用。     

河套蜜瓜果实发育过程中糖积累与蔗糖代谢相关酶的关系

以河套蜜瓜为试材,采用外部形态观测与内部生理指标测定相结合的方法,对其果实发育过程中果实生长模式以及果实中蔗糖、果糖、葡萄糖和淀粉含量以及蔗糖代谢相关酶活性进行测定,以揭示河套蜜瓜果实生长发育过程中糖的代谢积累与相关酶的关系.结果显示:(1)河套蜜瓜果实生长速率呈单"S"曲线,果实发育早期以积累葡萄糖为主,进入成熟期后蔗糖积累量迅速增加,最终由蔗糖和己糖共同构成果实品质.(2)在河套蜜瓜果实成熟期前,蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性维持较低水平,进入成熟期后,SPS活性迅速升高;蔗糖合成酶(SS)活性在成熟期前为分解活性大于合成活性,成熟期后表现为合成活性大于分解活性;在整个果实发育期,酸性转化酶(AI)活性较低,中性转化酶(NI)活性始终高于AI.(3)在果实整个发育期,蔗糖含量与蔗糖代谢酶的净活力呈极显著正相关,蔗糖代谢相关酶共同作用决定果实中蔗糖含量.研究表明,在河套蜜瓜果实发育前期,以蔗糖分解代谢为主,且蔗糖合成酶和中性转化酶是催化蔗糖分解的关键酶;果实成熟期间,蔗糖代谢转为合成方向为主,蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶在蔗糖积累中起主导作用.     

云南野生稻籽粒淀粉合成关键酶活性测定

为研究云南3种野生稻直链淀粉合成机制并利用其直链淀粉含量较低的优良品质,以云南3种野生稻和4种当地栽培稻为材料,研究野生稻灌浆期籽粒4种淀粉合成关键酶(包括ADPG焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成、颗粒凝结型淀粉合成酶、淀粉分支酶)活性变化。结果表明,野生稻中4种淀粉合成酶的变化趋势与栽培稻相似,但活性有较大差别。颗粒凝结型淀粉合成酶的活性与直链淀粉含量呈正相关,说明在野生稻中同样是由颗粒凝结型淀粉合成酶控制直链淀粉的合成。同时发现在同一灌浆期,同种材料中可溶性淀粉合成酶和淀粉分支酶的活性变化呈相反趋势,推测这两种酶之间可能在淀粉合成过程中存在某种反馈调节机制。     

鲜食糯玉米采后糖代谢相关酶活性变化

鲜食糯玉米采后腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADPGPPase）、尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（UDPGPPase）、束缚态淀粉合成酶（GBSS）、淀粉脱分支酶（DBE）等活性均呈现单峰曲线变化,第1～2天出现峰值然后略有下降;可溶性淀粉合成酶（SSS）活性呈较大幅度上升趋势,活性远高于采收初期;淀粉分支酶（SBE）在第3天出现极高峰值。与20℃贮藏温度相比,采后0℃低温贮藏可增强UDPGPPase活性,促进蔗糖降解;降低SSS和GBSS活性,延缓淀粉合成进程;抑制SBE活性,增强DBE活性,促进直链淀粉生成。     

去果河套蜜瓜源叶碳水化合物及其相关酶昼夜变化特征

以河套蜜瓜为试材,在果实迅速膨大期通过去果处理改变库源关系,研究源叶净光合速率,蔗糖、还原糖和淀粉含量及其代谢相关酶活性的昼夜变化规律。结果表明:(1)源叶的净光合速率为单峰曲线,无明显的"光合午休"现象,去果处理对其无影响。(2)源叶中蔗糖和还原糖含量的昼夜变化为单峰曲线,蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶合成方向活性的昼夜变化为双峰曲线,蔗糖合成酶分解方向、酸性转化酶和中性转化酶活性的昼夜变化无明显规律,改变库源关系对这些指标均无显著影响;蔗糖含量升高受蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶合成方向正调控,而蔗糖含量降低则受多种酶的共同调节。(3)源叶中淀粉含量和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性的昼夜变化为单峰曲线,去果处理可以显著提高淀粉含量和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性,淀粉含量升高受腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶正调控。     

基因工程改良淀粉品质

淀粉对人类生活十分重要,它不仅是人们的能量和营养来源,而且还是重要的工业原材料。对于淀粉合成过程及淀粉的加工、使用一直是淀粉研究的重点内容。淀粉的合成在最后阶段涉及到３个关键性的酶是：ＡＤＰＧ焦磷酸化酶、淀粉合成酸以及淀粉分支酶。它们分别催化ＡＤＰ－葡萄糖的形成、葡聚糖链的延伸以及分支链的形成。另外淀粉去分支酶对淀粉最终结构的形成也起到重要作用。本文将介绍上述４个酶近年来的生物化学和分子生物学研究     

花后高温对不同耐热性小麦品种籽粒淀粉形成的影响

以耐热性不同的2个小麦品种济麦20和鲁麦21为材料,分别于花后5～9d（T1）和15～19d（T2）进行高温处理,研究了小麦花后不同阶段高温对籽粒淀粉积累、淀粉粒分布及相关酶活性的影响。结果表明,花后高温显著降低籽粒淀粉积累量;显著降低籽粒淀粉及支链淀粉含量,但提高直链淀粉含量、直／支链淀粉比例。处理间比较,他处理对籽粒淀粉积累的影响程度较T1处理大。品种间比较,高温对济麦20的影响程度较鲁麦21大。高温使A型淀粉粒的体积、数量和表面积比例显著增加,B型淀粉粒的体积、数量和表面积比例显著降低。T1处理后,两品种籽粒蔗糖含量、蔗糖合酶（SS）和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPP）、可溶性淀粉合酶（SSS）、束缚态淀粉合酶（GBSS）和淀粉分支酶（SBE）活性均略高于对照;但济麦20、鲁麦21上述指标分别于花后15、20d开始低于对照。他处理后,两品种籽粒蔗糖含量、SS、AGPP、SSS、GBSS和SBE活性显著低于对照,济麦20上述指标的降幅较鲁麦21大。与其它淀粉合成相关酶相比,高温对籽粒GBSS活性的影响程度较小。两品种处理间籽粒蔗糖含量、SS、AGPP、SSS、GBSS及SBE活性的变化趋势,与淀粉积累量的变化趋势基本一致。说明灌浆期高温使籽粒淀粉积累量降低,一方面是由于籽粒蔗糖供应较低引起糖源不足;另一方面则是由于灌浆中后期淀粉合成相关酶活性下降使淀粉合成受抑所致。     

甘草叶片渗透调节物质及蔗糖代谢相关酶对干旱胁迫的响应特性

该研究以甘草幼苗为试材,采用盆栽自然干旱方法,设计对照(CK)、轻度(LS)、中度(MS)、重度(SS)干旱胁迫处理,测定分析甘草叶片的渗透调节物质及蔗糖代谢相关酶[蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶合成方向(Ss+)、蔗糖合成酶分解方向(Ss-)、中性转化酶(NI)、酸性转化酶(AI)、淀粉磷酸化酶(SP)]活性的变化,以探讨甘草的渗透调节特性以及糖分调节的酶学机制,揭示甘草对干旱胁迫的响应机理。结果显示:(1)随着干旱胁迫程度的加剧,甘草叶片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量呈逐渐增加的趋势,束缚水/自由水的比值呈先增加后降低的趋势。(2)随着干旱胁迫程度的加剧,甘草叶片蔗糖、葡萄糖、果糖含量均呈先升高后降低的趋势,但不同胁迫强度出现峰值的时间不同;其中在CK和LS干旱胁迫时蔗糖含量淀粉含量葡萄糖含量果糖含量,在MS和SS干旱胁迫时淀粉含量葡萄糖含量蔗糖含量果糖含量,表明随着干旱程度的增加,甘草叶片中蔗糖转化成了淀粉。(3)随着干旱胁迫程度的加重,甘草叶片的SPS活性呈先升高后降低的趋势,Ss活性和Inv(蔗糖转化酶)活性呈逐渐升高的趋势,SP活性呈逐渐降低的趋势;各胁迫处理的Ss+活性与CK差异不显著,而Ss-活性与CK差异显著,并且Ss-活性在各胁迫处理下远大于Ss+活性,表明甘草叶片Ss-活性在蔗糖代谢过程中占主导作用。(4)相关分析结果显示,在LS中,NI与蔗糖呈负相关关系,Ss-与淀粉呈显著正相关关系、与蔗糖呈负相关关系;在MS中,蔗糖和葡萄糖与SPS、Ss+、Ss-、NI和AI均呈正相关关系,与SP呈负相关关系;在SS中,SP和NI与蔗糖呈正相关关系,而与淀粉呈负相关关系;表明在轻度干旱处理下,Ss参加了蔗糖的分解,继而合成淀粉;在中度和重度干旱条件下,SP主要催化淀粉的分解来增加蔗糖含量以此平衡蔗糖代谢。     

冬小麦籽粒淀粉合成相关酶活性的日变化

蔗糖向淀粉的转化是决定小麦籽粒产量的重要因素.田间条件下研究了两个小麦(Triticum aestivum L.)品种"鲁麦22"和"鲁麦14"籽粒淀粉合成相关酶:蔗糖合酶(sucrose synthase,SS)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase,ADPGPPase)、可溶性淀粉合酶(soluble starch synthase,SSS)、束缚态淀粉合酶(starch granule-bound synthase,GBSS)的活性以及籽粒ATP含量的日变化.结果表明,上述酶活性呈现明显的昼夜变化特征,酶活性一般在白天较低,而在夜间呈现较高活性,而籽粒ATP含量趋势相反.相关分析表明,白天较低的酶活性可能与气温超过其适宜温度有关.对籽粒淀粉合成相关酶活性日变化的可能因子进行了讨论.     

玉米淀粉分支酶基因SBEⅡb高效沉默表达载体的构建及转化表达

淀粉分支酶（starch branching enzyme, SBE）是淀粉合成的限速酶。为了进一步研究SBEⅡb沉默对玉米生长及直链淀粉合成的影响,克隆了玉米（Zea mays）淀粉分支酶SBEⅡb基因片段,构建了SBEⅡb的发卡结构表达载体pTFU-SBEⅡb hairpin,用农杆菌介导法将其导入玉米HiⅡ幼胚中,经除草剂筛选获得了194株转化再生植株,其中4株结实,获得转基因种子35粒。T1代植株经PCR及试纸条检测获得3株阳性材料,半定量RT-PCR结果得出SBEⅡb的表达量降低,推断出基因表达水平降低对直链淀粉的合成具有正效应。     

淀粉分支酶3存在于水稻胚乳的淀粉粒之中

对水稻胚乳淀粉颗粒结合的淀粉分支酶进行了研究.酶活性分析表明水稻胚乳中存在着与淀粉颗粒结合的淀粉分支酶.氨基酸测序分析结果表明结合于水稻胚乳淀粉粒的淀粉分支酶是分子量为84 kD的淀粉分支酶3(rice starch branching enzyme 3; RBE3).从开花后5 d到种子成熟,淀粉颗粒结合的RBE3蛋白都保持较为稳定的含量.Northern 分析表明水稻胚乳发育过程中RBE4最先表达而RBE3和RBE1的表达滞后.综合以上研究结果说明RBE3存在于水稻胚乳的淀粉之中是由于RBE3与淀粉葡聚糖链具有较高亲和性而难以和葡聚糖链解离,进而随着淀粉粒的增长而被其包裹.     

“乘法法则”巧解自由组合题

在教材（人教版高中生物第二册）中,是以黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆的杂交试验为例来讲解基因的自由组合定律的。F2的基因型和表现型及其比例是以棋盘法来展示的,此法直观、明了,学生容易接受。但在解题时却显得繁琐、复杂,而且耗时也多。     

植物支链淀粉合成的关键酶——淀粉分支酶

支链淀粉是植物淀粉的主要成分,而淀粉分支酶是其合成的关键酶。淀粉分支酶可分为两同形体家族,本文从酶学特性、染色体定位、基因及基因表达方面阐明了它们之间的联系和区别,并证实不同同形体在植物支链淀粉合成和结构决定上所起作用不同。开展对该酶的深入研究不论是在基础理论研究领域还是在现实应用方面都具重要意义。     

锥栗种仁转录组及淀粉和蔗糖代谢相关酶基因的表达分析

本研究采用高通量测序技术对淀粉积累高峰期的锥栗种仁进行转录组测序分析,对得到的Unigene进行功能注释、分类及代谢通路分析,并进一步通过实时定量PCR方法分析了7个与淀粉和蔗糖代谢相关酶基因在锥栗种仁发育过程中的表达特征。结果显示:de novo组装后共获得53629条Unigene序列,序列平均长度为746 bp;通过与其他核酸、蛋白质数据库的Blast搜索比对,共26739条Unigene序列获得基因注释,占All-Unigene的49.86%;与COG数据库比对后将其注释的14413条Unigene序列划分成25类;GO功能注释的33926条Unigene基因共分成细胞组分、分子功能和生物过程3大类58个分支;与KEGG数据库比对结果注释的5277条Unigene序列划分为116条代谢通路;7个与淀粉和蔗糖代谢相关酶基因表达量变化趋势中,CH.29636(淀粉合成酶,SS),CH.11971(淀粉分支酶,SBE)两个基因随着种仁的发育呈现逐渐上升的趋势,而其余5个基因(CH.31302、CH.33690、CH.19238、CH.30128、CH.13088)表达量随着种仁的发育呈先上升后下降的趋势,该结果与锥栗种仁发育期淀粉和蔗糖的变化规律一致。这些信息为锥栗果实品质形成相关功能基因的研究提供了重要依据。     

木薯蔗糖合成、转运与块根淀粉积累关系研究

该研究以淀粉含量不同的两个木薯品种(辐选01和华南124)为材料,通过测定各品种不同生育期叶、茎和根的蔗糖含量及块根淀粉含量,分析了蔗糖合成、转运和块根淀粉积累过程的相关性.结果表明:与华南124相比,在整个生育期内辐选01叶、茎的蔗糖含量均较高,块根蔗糖含量在块根膨大初期以前高于华南124,块根膨大初期以后则相反.在木薯的整个生育期,与辐选01相比,华南124的淀粉合成量和淀粉合成速率均较低.叶和茎蔗糖含量的变化规律与淀粉合成速率的变化规律相反,即块根淀粉积累明显加快时叶和茎的蔗糖含量略呈下降趋势,而块根淀粉合成减慢时叶、茎的蔗糖含量又开始上升.随着生育期的延后,块根蔗糖含量越来越低.在块根形成初期,蔗糖含量最高的组织部位为块根,其次为茎秆,最低的是叶片;而在块根成熟期时则相反,即蔗糖含量最高的部位是叶片,其次为茎杆,块根的蔗糖含量最小.相关性分析结果表明,木薯叶片蔗糖含量与块根淀粉含量呈显著的正相关;茎秆蔗糖含量与块根淀粉积累量呈不显著的正相关;块根蔗糖含量与淀粉积累量呈显著的负相关.由此可见,木薯叶、茎和根蔗糖与块根淀粉积累过程密切相关,其中叶片合成蔗糖的能力与块根利用蔗糖的能力在淀粉的积累过程中发挥关键作用.该研究结果为木薯的生产选育与高效栽培提供了理论依据.     

氮素水平对冬小麦籽粒灌浆过程中淀粉合成关键酶活性的影响

小麦籽粒灌浆过程中,淀粉合成关键酶腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPG-PPase)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、淀粉分支酶(SBE)和束缚态淀粉合成酶(GBSS)均随着灌浆进程呈单峰曲线变化,峰值出现在花后25d;不同氮肥施用量对灌浆前期酶活性的影响较小,而在花后20d之后影响较大;随着氮肥施用量的增加,4种酶活性均呈增加趋势,但氮肥过量时酶活性下降,表明适当增加施氮量有利于淀粉合成关键酶活性的提高。     

木薯块根淀粉高累积的相关酶的活性特征

木薯的价值在于其块根内高含量的淀粉。木薯淀粉不仅可以作为粮食,还可以作为原料制造乙醇燃料等。但是其块根中淀粉高效累积生化机制依然有待于解决。本研究比较性研究了大田生长的高、低淀粉木薯品种在4个生长关键时期的蔗糖和淀粉代谢相关的酶活性。结果表明,根中的淀粉合成途径的限速步骤酶腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGase)活性、叶部的蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性与木薯块根内的淀粉含量呈正相关关系,而根淀粉降解酶活性则呈负相关关系。该研究表明通过提高根中的ADPGase和叶中的SPS活性,同时降低块根中的淀粉降解酶活性有可能可以提高木薯块根中的淀粉积累。     

重复孟德尔的豌豆试验

孟德尔的遗传规律是生物学的重要章节,豌豆试验是其中的主要内容,上课经常要讲,同学们学了以后都觉得挺有兴趣。 尽管孟德尔的豌豆试验十分有名,不论什么有关的生物学教材中都要介绍,可是这些书上都没有实物照片,都是绘图说明。在铃木大拙(D.T.Suzuki)等人的遗传分析引论中只有圆粒和皱粒豌豆标本的照片。因此想到我教了多年的遗传规律,总得亲眼看看豌豆试验的实况     

禾谷类作物胚乳的淀粉合成

禾谷类作物胚乳拥有独特的淀粉合成途径,需要多种特异性同工酶的参与,这些酶在禾谷类其他组织或非禾谷类作物中是不存在的。近来明确了单个淀粉同工酶的功能,这有助于我们更深入地了解禾谷类淀粉直链、支链的合成与分布。在对禾谷类淀粉合成进行遗传分析的基础上,提出了脱分支酶作用模型。以水稻全基因组序列草图为背景,本文首次全面分析了禾谷类作物的淀粉合成。