1. 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

2. 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

3. 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。

4. 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.

5. 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。

6. 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。

7. 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。

8. 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。

9. 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。

10. 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

11. 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。

12. 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。

13. 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

14.  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

15. 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.

16. 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

17. 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

18. 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

21. 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。

23. 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。

24. 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。

26. 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。

29. 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。

31. 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。

34. 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。

36. 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。

37. 7 参考文献 [1] 杜先锋, 许时婴, 王 璋. 淀粉凝胶力学性能的研究. 农业工程学报, 2001, 17(2): 16~19 [2] 王 忠, 李卫芳, 顾蕴洁, 等. 水稻胚乳的发育及其养分输入的途径. 作 物学报, 1995, 21(5): 520~527 [3] 汤圣祥, 江云珠, 李双盛, 等. 早籼胚乳淀粉体的扫描电镜观察. 作物学 报, 1999, 25(2): 269~271 [4] 柏正强. 贮藏器官中淀粉的含量和结构由什么控制. 国外畜牧学 —— 草 原与牧草, 1996, (1): 27~31 [5] 周竹青, 朱旭彤, 王维金, 等. 不同粒型小麦品种胚乳淀粉体的扫描电镜 观察. 电子显微学报, 2001, 20(3): 178~184 [6] 盛 婧, 郭文善, 朱新开, 等. 不同专用类型小麦籽粒淀粉粒形成过程. 作物学报, 2004, 30(9): 953~954 [7] 王 萌, 周 舟, 兰盛银, 等. 不同大麦淀粉胚乳细胞中淀粉和贮藏蛋白 的积累. 中国农业科学, 2004, 37(10):1464~1467

38. [8] 包劲松. 植物淀粉生物合成研究进展. 生命科学, 1999, 11(suppl): 104~107 [9] Buléon A, Colonna P, Planchot V, et al. Starch granules:structure and biosynthesis. Int J Biol Macromol, 1998, 23:85~112 [10] Hizukuri S. Polymodal distribution of the chain lengths ofamylopectins, and its significance. Carbohydr Res, 1986,147(2): 342~347 [11] Wang Y J. Chatacterization of starch structure of 17 maizeendosperm mutant genotypes with Oh43 inbred linebackground. Cereal Chem, 1993, 70(2): 171~179 [12] 顾蕴洁, 熊 飞, 王 忠, 等. 水稻和小麦胚乳发育的比较. 南京师大学报, 2001, 24(3): 65~74 [13] Wang T L, Bogracheva T, Hedley C L. Starch: as simple asA, B, C? J Exp Bot, 1998, 49: 481~502