关于淀粉体形态和发育的研究 报告人：王曼曼 导 师：王忠教授

研究现状 研究内容 实验材料与方法 初步实验结果 下一步工作计划 选题依据

1 选题依据 淀粉是细胞中碳水化合物最普遍的贮藏形式，它为人类提 供 70% ～ 80% 的热量，在人类生活中起着举足轻重的作用。 随着社会发展和人民生活水平的提高，以淀粉为原料的各种 精制食品、方便食品、保健食品及营养食品迅速增加，淀粉 应用范围也不断扩大 ; 同时，人们对淀粉及其制品的品质也提 出了更高的要求。

在这种需求下，淀粉品质及其形成 机理成为近期研究工作的热点。而淀粉 又以颗粒的形式 存在于植物的淀粉体中, 淀粉体的形态和发育影响着淀粉的品质。 因此，对淀粉体的结构、分布和发育等 方面的研究具有重要的意义.

本试验采用树脂切片法，采用光镜和电镜观察淀粉粒 的形态和结构，从而为探索淀粉类植物淀粉粒分化和发育 的内在机制， 以及提高其产量和品质等方面提供理论依 据。 水稻、小麦等淀粉含量较高的农作物淀粉体的形态、 大小 、排列等特性对其品质及产量影响方面的研究已有大 量报道，并明确胚乳细胞的增殖、发育和淀粉等营养物质 的充实状况决定了子粒的质量与品质 。而对红薯、马铃薯、 莲藕、山药、板栗等淀粉类植物淀粉体的形态、结构以及 发育的内在机制研究的还不多。

2 研究现状 禾谷类作物开花后几天，正在发育的胚乳开始积累淀粉。 胚乳细胞壁开始形成的 24h 内，在胚乳细胞中就能观察到淀 粉的存在。在胚乳生长过程中，淀粉粒持续不断地分化发育。 水稻和小麦的胚乳体 积占颖果的 90% 左右，胚 乳淀粉的生物合成与籽粒 产量和品质的形成有直接 的关系。

水稻胚乳细胞淀粉体的发育 淀粉在胚乳细胞内的出现约在受精后的 4 ～ 5 天。一般 籽粒中央的胚乳细胞内首先形成淀粉粒，到了 15 天淀粉粒的 直径已可达 30 ～ 40 微米。位于籽粒边缘的胚乳细胞内的淀 粉粒则较小，直径一般只有 10 ～ 20 微米。 水稻胚乳细胞内的淀粉粒都以复粒形式积累。每一复粒 中有许多近似多角形的淀粉粒小粒紧密地堆积在一起。整个 复粒淀粉粒由一层膜包裹着，呈椭圆形。在乳熟期复粒淀粉 粒都散布在胚乳细胞内，但当籽粒进入蜡熟期时，由于胚乳 细胞开始失水，复粒淀粉快速膨大和蛋白质的积累，淀粉粒 都被粘挤在一起。

到完熟期时，整个胚乳细胞都充满复粒淀粉粒和 蛋白质小粒，形成一个相当坚实的结构。在复粒淀粉之 间的蛋白质颗粒，大多呈圆球形，直径在 1 ～ 4 微米。 每一颗粒都似乎有一层膜包围着。 成熟水稻胚乳细胞中充满了淀粉粒。由于在积累过 程中相互在三维空间上的挤压，每个淀粉粒皆呈多边形 球体。

不同作物胚乳细胞中淀粉粒形态的比较 在多种作物上已考察了淀粉粒的形态和体积分 布。玉米和水稻的淀粉粒形态单一，其体积范围分 别为 10 ～ 50μm 和 1 ～ 10μm 。相反，小麦、大麦和 黑麦的淀粉粒则有 2 种形态类型，即 “A” 型淀粉粒直 径 20 ～ 45μm ，扁豆状； “B” 型淀粉粒直径小于 10μm ，球形。

3 研究内容 不同植物淀粉粒的形态 水稻胚乳淀粉体分化和发育的过程 水稻不同部位淀粉体的形态 淀粉体和淀粉粒的功能

植物淀粉粒的不同形态 不同植物淀粉粒的形态、大小差异很大 ，淀粉 粒的形状有圆球形、卵圆形、长圆形或多角形等， 脐点的形状有颗粒状、裂隙状、分叉状、星状等， 有的在中心，有的偏于一端。淀粉还有单粒、复粒、 半复粒之分。 本实验将借助光镜和电镜系统, 观察不同淀粉类 植物淀粉粒的形态结构。

水稻胚乳淀粉体分化和发育的过程 前人对水稻胚乳细胞的发育和结构特点已有大 量的研究，但对于胚乳淀粉合成的机制还没有完 全弄清楚，对于淀粉体在充实过程中分化和发育 的研究也仅停留在表面。 本实验在借鉴他人工作 的基础上继续深入，探明水稻胚乳细胞淀粉体在 各个发育时期的超微结构，弄清其淀粉体及淀粉 粒的分化和发育过程。

植物的谷粒 板栗、菱角 马铃薯、芋头 水稻、小麦、玉米 红 薯 荸 荠 莲藕、山药 扬州 大学 农学 院大 田中 种植 市场上购买市场上购买 4 实验材料与方法 实验材料实验材料 植物的果实 块 茎 根状茎 块 根 球 茎

 I-IK 染色  扫描电镜 (SEM) 观察样品  光镜和透射电镜 (TEM) 观察样品

I-IK 染色法初步观察淀粉粒的形态  取植物组织材料一小块，用刀片刮取少许液汁， 放于载玻片水滴中，滴 I-IK 溶液 一滴，盖片观察 其淀粉粒形态。  I-IK 可以将淀粉粒染成蓝黑色，初步观察不同植物 淀粉粒的形态.

扫描电镜 (SEM) 观察 取根茎叶自然断裂 取 样 戊二醛固定 PBS 清洗（ 3 次） 乙醇、丙酮体系脱水 中间液置换 零界点干燥粘 样真空喷金扫描观察

光镜和透射电镜 (TEM) 观察 取样前固定 后固定脱水 置换包埋 半薄切片 TBO 染色 光镜观察 超薄切片双重染色电镜观察

水稻胚乳中的淀粉是复粒淀粉，即一个淀粉体里含 有多个淀粉粒，这是因为淀粉体中的淀粉粒是相互独立 存在的，互不连接地膨大的结果。 在胚乳细胞尚未被淀粉体充满时，淀粉体成椭圆形， 其中淀粉粒少棱角，当胚乳细胞被淀粉体充满时，淀粉 体和其中的淀粉粒因相互挤压，均成为多角形。 花后１６天水稻颖果 I-IK 染色 5 初步实验结果

小麦颖果淀粉是单 粒淀粉，即一个淀粉体 内仅含有一个淀粉粒， 多数呈鹅卵石形，淀粉 体有大小两种形态 : 大 的直径为 10 ～ 30um ， 在早期形成，小的直径 为 5 ～ 8um ，在中后期 出现，通常认为小淀粉 体是由大淀粉体分裂而 来的。

玉米胚乳淀粉粒 多为圆形或多角形的 单粒，淀粉粒直径为 5 ～ 26um 。在胚乳细 胞尚未被淀粉体充满 时，淀粉体成圆形， 当胚乳细胞被淀粉体 充满时，淀粉体和其 中的淀粉粒因相互挤 压，均成为多角形等 不规则形。

板栗可以观察到较多的淀粉粒，淀粉粒呈椭圆形或柱 形，淀粉粒形态饱满，淀粉粒之间具有一定的间隙。

红薯淀粉粒 多数为光滑的圆 球形的单粒，是 粒心为不规则放 射状具偏心轮纹 的单粒（为主） 还有少量的由 2 － 3 个单粒构成 的复粒。

马铃薯淀粉粒多为椭圆形的单粒淀粉，且脐点多为偏 心型，少有复粒淀粉，偶见半复粒淀粉。

莲藕淀粉颗粒透 明，典型藕淀粉颗粒 的自然形态为长 10 ～ 50um ，宽 4 ～ 15um 的长粒形，表面有轮 纹，一端有脐点或偏 光十字 ( 偏振光下 ) 。 未成熟的藕淀粉颗粒 为直径约 6um 大小的 球形或不规则粒形。

山药淀粉粒单 粒扁卵形、类圆形、 三角状、卵形或矩 圆形，直径 8 ～ 35μ ｍ，脐点点状、人 字状、十字状或短 缝状，可见层纹； 复粒稀少，由 2 ～ 3 分粒组成。

6 下一步工作计划 （ 1 ）对其它的淀粉类植物 I-IK 染色，扫描电镜观察，初步 观察淀粉粒的形态结构和分布。 （ 2 ）继续对包埋好的材料进行半薄切片，选取好的切片， 显微镜观察并拍照，进一步观察不同植物淀粉粒的形态 和内部结构。 （ 3 ）在光镜观察确定需要作超微结构部位的基础上, 进一 步作超薄切片, 用透射电镜观察淀粉粒的超微结构，从而 观察淀粉体和淀粉粒的分化和发育过程。

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