全 文 ：植物生理学通讯 第 45卷 第 9期，2009年 9月 875
收稿 2009-05-31 修定 　2009-08-24
资助 国家自然科学基金(30671307)和广西科学研究与技术开
发计划(桂科攻 06 32 00 1-1-I)。
* 通讯作者(E-mail: wuzikai@gxu.edu.cn; Tel: 0771-3235612)。
微胚乳玉米籽粒发育期间非胚部位(胚乳)中的腺苷二磷酸 -葡萄糖焦磷酸
化酶活性变化
甘凤琼, 吴子恺 *
广西大学农学院, 南宁 530005
提要: 检测微胚乳玉米非胚部位(胚乳)中腺苷二磷酸 -葡萄糖焦磷酸化酶(ADPG-PPase)的活性结果表明: 微胚乳玉米的非
胚部位(胚乳)中ADPG-PPase活性在授粉后 21~28 d达到峰值, 而对照的玉米品种 ‘高油 115’的ADPG-PPase活性在授粉
后 14~21 d达到峰值, 滞后约 7 d。‘高油 115’非胚部位(胚乳)中ADPG-PPase活性最大值极显著高于微胚乳玉米, 其单粒
ADPG-PPase活性最大值为微胚乳玉米的 2.2~3.6倍, 其每克干重ADPG-PPase活性最大值则为微胚乳玉米的 2.4~3.8倍。
关键词: 微胚乳玉米; 腺苷二磷酸-葡萄糖焦磷酸化酶; 酶活性; 非胚部位(胚乳)
Changes of ADP-Glucose Pyrophosphorylase Activity in the Non-Embryo
(Endosperm) of Micro-Endosperm Maize (Zea mays L.) during Grain Develop-
ment
GAN Feng-Qiong, WU Zi-Kai*
College of Agriculture, Guangxi University, Nanning 530005, China
Abstract: The ADP-glucose pyrophosphorylase (ADPG-PPase) activity in non-embryo (endosperm) of micro-
endosperm maize (Zea mays) was measured. The results showed that: the ADPG-PPase activity in non-embryo
(endosperm) of micro-endosperm maize reached to the maximum during 21–28 d after pollination. It was late
for 7 d than control Z. mays cv. ‘Gaoyou 115’, which ADPG-PPase activity reached to the maximum during
14–21 d after pollination. The maximum ADPG-PPase activity in non-embryo (endosperm) of cv. ‘Gaoyou 115’
was significantly higher than that in micro-endosperm maize, such as, the ADPG-PPase activity of cv. ‘Gaoyou
115’ in single kernel was 2.2–3.6 times higher than micro-endosperm maize, and the ADPG-PPase activity per
gram dry weight of cv. ‘Gaoyou 115’ was 2.4–3.8 times higher than micro-endosperm maize.
Key words: Zea mays ‘micro-endosperm maize’; ADPG-PPase; enzyme activity; non-embryo (endosperm)
高等植物种子的淀粉合成主要以叶中合成经
韧皮部输送来的蔗糖为碳源, 在一系列酶的作用下
最后形成淀粉。其中, 腺苷二磷酸 -葡萄糖焦磷酸
化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase, ADPG-PPase,
EC2.7.7.27)催化腺苷二磷酸 -葡萄糖(adenosine
diphosphate glucose, ADPG)的形成, 为淀粉合成提
供糖基供体。它是植物代谢活动向淀粉合成方向
发展涉及到的第一种酶, 也是决定淀粉合成及其产
量的第一个关键酶(高振宇和黄大年 1998)。微胚
乳玉米是一类超高油油料玉米种质(吴子恺 2004),
其籽粒的胚乳极小, 几乎只剩糊粉层, 成熟种子以
胚为主要成分, 籽粒含油率一般可达到 20%以上,
因此也称为“微胚乳超高油玉米”, 是很有潜力的新
型油料玉米种质(吴子恺和郝小琴 2006)。微胚乳
玉米与普通高油玉米相比, 其最主要的特点是油脂
含量极高而淀粉含量极少。玉米的淀粉主要存在
于胚乳部位(非胚部位), 微胚乳玉米非胚部位(胚乳)
中淀粉积累缓慢是导致其收获时整粒籽粒的淀粉百
分含量偏低的主要原因, 但有关淀粉代谢的酶在微
胚乳玉米籽粒发育过程中的酶活性变化规律尚未见
报道, 本文以具有正常胚乳组织的普通高油玉米
‘高油 115’为对照, 对微胚乳玉米籽粒发育过程中
其非胚部位(胚乳)中ADPG-PPase活性的变化进行
了研究, 并揭示此类玉米淀粉积累的机制, 以期能
为其品种改良提供参考。
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材料与方法
微胚乳玉米(Zea mays L.) ‘ME558’、‘ME5912’、
‘ME4548’和 ‘ME4954’为我们课题组组配的 F1组
合。‘高油 115’ (Zea mays L. cv. ‘Gaoyou 115’)购
自中国农大种子公司。所有玉米材料均在本校农
场种植, 第一季(春种)于 2 0 0 6 年 3 ~ 7 月种植
‘ME558’、‘ME5912’和 ‘高油 115’; 第二季(秋种)
于 2006年 8~12月种植 ‘ME4548’、‘ME4954’和
‘高油 115’。田间试验采用完全随机设计, 按姊妹
交方法进行人工授粉。春种、秋种玉米籽粒分别
自授粉后 21、14 d开始取样, 以后每隔 7 d采样
一次, 直至玉米成熟。取样后, 去掉玉米籽粒的胚,
测定非胚部位(胚乳)中的ADPG-PPase活性。
ADPG-PPase粗酶液的提取按 Nakamura和
Yuki (1992)文中的方法。ADPG-PPase活性的测定
主要参考Nakamura等(1989)文中的方法, 稍作改
动, 酶促反应液的最终浓度为 100 mmol·L-1 Hepes-
NaOH (pH 8.0)、1.2 mmol·L-1 ADPG、2 mmol·L-1
焦磷酸钠、11 mmol·L-1 MgCl2、6 mmol·L-1 DTT。
每次酶促反应 30 min。所有测定均重复 3次。用
葡萄糖 -1-磷酸做标准曲线, 并以 1 min内催化生
成 1 μmol葡萄糖 -1-磷酸为 1个酶活性单位(U), 计
算单粒玉米非胚部位(胚乳)中的ADPG-PPase活性,
根据其鲜重和籽粒含水率换算出每克非胚(胚乳)干
重的ADPG-PPase活性。
结果与讨论
1 微胚乳玉米非胚部位(胚乳)中ADPG-PPase活
性的变化
由图1和图2可知: (1)微胚乳玉米非胚部位(胚
乳)中单粒ADPG-PPase活性呈单峰变化趋势, 在授
粉后 28 d左右达到峰值。春种的两个微胚乳玉米
材料的酶活峰值差异极显著。春秋两季种植的玉
米变化趋势基本一致。作为对照玉米的‘高油115’
图 1 单粒玉米非胚部位(胚乳)中ADPG-PPase活性的变化
Fig.1 Changes in ADPG-PPase activity in non-embryo (endosperm) per grain
图 2 玉米以每克非胚部位(胚乳)干重计算的ADPG-PPase活性的变化
Fig.2 Changes in ADPG-PPase activity in non-embryo (endosperm) per gram dry weight
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酶活峰期稍早, 在授粉后 14~21 d达最大值, 在整
个取样期间, 其ADPG-PPase活性均高于微胚乳玉
米, 尤其是其酶活峰值极显著高于微胚乳玉米, 是
后者的 2倍以上。(2)在取样期间, 微胚乳玉米以每
克非胚(胚乳)干重计算的ADPG-PPase活性较低, 峰
形不明显。春秋两季种植的 ‘高油 115’以每克非
胚(胚乳)干重计算的ADPG-PPase活性分别在授粉
后 21和 14 d具有最大值, 且其ADPG-PPase活性
最大值明显高于微胚乳玉米。
表 1 春种和秋种的微胚乳玉米和 ‘高油 115’非胚部位(胚乳)中ADPG-PPase活性最大值的比较
Table 1 The contrast of the maximum ADPG-PPase activities in non-embryos (endosperms) between micro-endosperm maize
and cv. ‘Gaoyou 115’ at spring sowing and autumn sowing
春种 秋种
品种
单粒的酶活性 /U·粒 -1 单位干重的酶活性 /U·g-1 (DW) 单粒的酶活性 /U·粒 -1 单位干重的酶活性 /U·g-1 (DW)
‘高油 115’ 0.3764±0.0026Aa 4.0301+0.0160Aa 0.3844±0.0120Aa 7.4274+0.1329Aa
‘ME5912’ 0.1690±0.0038Bb 1.7316+0.0288Bb
‘ME558’ 0.1045±0.0038Cc 1.6653+0.0356Bb
‘ME4954’ 0.1671±0.0081Bb 2.2614+0.0635Bb
‘ME4548’ 0.1495±0.0145Bb 1.9783+0.0189Bb
　　表中大、小写字母分别表示 SSR 法检验在 0.0 1 和 0.0 5 水平的差异显著性结果。
2 微胚乳玉米和 ‘高油 115’非胚部位(胚乳)中的
ADPG-PPase活性最大值比较
由表 1可知, ‘高油 115’籽粒非胚部位(胚乳)
中单粒ADPG-PPase活性最大值极显著高于微胚乳
玉米。前者的单粒ADPG-PPase活性最大值为微
胚乳玉米的 2.2~3.6倍。其以每克非胚(胚乳)干重
计算的ADPG-PPase活性最大值则为微胚乳玉米的
2.4~3.8倍。
总之, 与 ‘高油 115’相比, 微胚乳玉米非胚部
位(胚乳)中ADPG-PPase活性较低, 峰形不明显。
而ADPG-PPase是玉米淀粉合成途径中的第一个关
键酶, 只有较高的ADPG-PPase活性才能确保淀粉
合成的顺利进行。就此认为, 微胚乳玉米胚乳中
ADPG-PPase活性低可能是限制其淀粉合成的主要
原因, 以致其收获时积累的淀粉含量极少。
参考文献
高振宇, 黄大年(1998). 植物中合成蔗糖和淀粉的关键酶. I.腺苷
二磷酸 -葡萄糖焦磷酸化酶. 生命的化学, 18 (3): 26~29
吴子恺(2004). 新型超高油玉米种质的选育. 作物学报, 30 (8):
751~756
吴子恺, 郝小琴(2006). 专用型油玉米种质创新研究. 种子, 25
(8): 22~26
Nakamura Y, Yuki K (1992). Changes in enzyme activities
associated with carbohydrate metabolism during develop-
ment of rice endosperm. Plant Sci, 82: 15~20
Nakamura Y, Yuki K, Park SY, Dhya T (1989). Carbohydrate
metabolism in the developing endosperm of rice grains. Plant
Cell Physiol, 30: 833~839