全 文 ：武汉植物学研究 一 , 一
甘蓝型油菜子油分的积累
与某些生理变化关系的研究
‘
陈玉萍“ 刘后利
华中农业大学 武汉
提 要 油菜种子发育过程 中 , 其内部的生理代谢过程发生了规律性的变化 。 伴随着种子的
发育进程 , 一磷酸葡萄糖脱氢酶 、异柠檬酸裂解酶 、 异柠檬酸脱氢酶和唬拍酸脱氢酶的活性均
有不同程度的增强
。 在油分旺盛合成期 , 一磷酸葡萄糖脱氢酶和异柠檬酸裂解酶的活性均达
到了最大值 , 而此时 , 异柠檬酸脱氢酶和唬琅酸脱氢酶的活性均增加较慢 在种子的不同发育
时期 , 高含油量品系的 一磷酸葡萄糖脱氢酶和异柠檬酸裂解酶的活性均高于低含油量的品
系 , 而其异柠檬酸脱氢酶和唬拍酸脱氢酶的活性均低于低含油量的品系
。
高
、 低含油量不同的
品系之间的正 反交 代其种子在不同的发育时期 , 上述各种酶的活性均介于 双亲之间 。
关键词 甘蓝型油菜 , 含油量 , 酶活性
油菜育种的主要 目标之一在于不断提高单位面积的产油量 , 提高种子的含油量将是
提高单位面积产油量的最经济有效的手段 。 油菜角果发育过程中 , 角果的形态以及种子 内
部化学成分的变化前人研究颇多 〔‘一‘ , 。 角果发育过程 中其生理代谢过程的变化 , 施教耐等
人〔一 〕虽然做了全面细致的研究 , 但是 由于其研究以胜利油菜为主 , 不能揭示在同一发育
时期不 同的油菜品种 或品系 的生理代谢过程中关键性酶的活性差异 , 也不能反映油菜
种子含油量的不同与哪些酶活性的高低有关 。 为了配合油菜高含油量育种工作的开展 , 必
须研究油菜种子发育过程 中生理代谢过程与油分积 累的关系 , 尤其是导致油菜含油量不
同的生理原因 从生理代谢角度为油菜高含油量育种的亲本选择提供科学依据 。
材料与方法
试验材杆
年秋将高芥酸的 一
、 一 和低芥酸 的 一
、 一 等 份材料播于试验 田
收稿 日 魂一 一 , 修回 日 一 一
夸 华中农业大学 作物遗传育种研 究所周永 明和韩继祥老师分别提供部分试验材料 , 有关分析部分得到华中农
业大学农学系植物生理 生化教研室徐同教授和李 合生教授的大力支持和帮助 , 在此一并致谢
。
料 现在华 中农业大学园艺系工作
第 期 陈玉萍等 甘蓝型油菜子油分的积累与某些生理变化关系的研究
中 , 每份材料播 行 , 分别将 一 与 一 进行正反交和 自交 , 一 与 一 进行正反
交和 自交 。 年秋将上季收获的正反交 代的种子和 自交的种子同播于试验 田中 , 每
份材料播 行 。 年春 , 当油菜进入盛花期时 , 用彩色线标记同一天开放的花朵 , 开花
后 巧 夭开始 , 每隔 天取样一次 , 在冰浴条件下 , 将种子迅速从角果中取出 , 用液氮处理
后放在 一 ℃的冰箱中 , 以便取样完毕后 , 用于种子形成过程中有关酶活性和含油量的测
定 。
试验方法
含 油量 的测定
用残余索氏抽提法 。 测定不同发育时期种子的含油量 。
酶活力 的测定
一磷酸葡萄糖脱氢酶活力的测定参照施教耐的方法‘ 〕。 反应液中含
甘氨酞甘氨酸 , 氯化镁 , 一磷酸葡萄糖 ,
的 对 照 用 蒸馏 水 代 替 , 加 入 酶 液 , 总 体积
。 反应混合物预先在 ℃水浴中预热 分钟 , 酶液的加入作为反应的开始 , 用紫外一可
见分光光度计测定 处的光吸收 。酶的活力以加入酶液后 分钟 内 处光吸收
的增加来表示 。
异柠檬酸脱氢酶活力的测定参考刘承宪的方法 〔, ,并加以改进 。 的反应液中
含有 的磷酸钾缓冲液 , 的 , 的 ,
异柠檬酸钠 , 的 , 酶液 , 总体积 。 反应在 ℃
下进行 , 测定加入酶液后 分钟 内 处光吸收的增加 。 酶的活 力以加入酶液后 分
钟 内 处光吸收的增加来表示 , 以蒸馏水代替 为对照 。
唬拍酸脱氢酶活力的测定按照 的方法 〔, ,
。 反应液中含有
, 的 ‘ , 唬拍酸钠 , 磷酸钾缓
冲液 , 酶液 , 总体积 。 酶的活力以加入酶液后 秒至 秒之间
处光吸收的降低来表示 。
异柠檬酸裂解酶 活力的测定参照 等人 的方法 〔‘。〕。 反应液 中含有
磷酸钾缓冲液 , , 一 ,
异柠檬 酸钠 , 酶液 。 ℃保 温 分钟 后 , 取 。 反 应液 和
三氯 乙酸和 。 二硝 基苯腆 的 盐酸溶液 它保温
巧 分钟后加入 , 离心去蛋 白 , 清液在 型分光光度计上 比色 测
定乙醛酸的形成 , 酶活力用 处光吸收的增加来表示 。
结果与分析
含油 量的变化
含油量的测定结果表明 种子不 同发育时期的含油量明显不 同 见表 , 随着种子发
育时间的增长 , 种子的含油量越来越高 , 开 花后 一 天 , 油分积 累较慢 开花 天以
后 , 油分积 累较快 , 种子的含油量迅速上升 , 开花 天后 , 油分积 累减慢 , 含油量上升较
慢 , 常规品系 双高品系 与低芥酸品系油分积累的趋势是一致的 。 含油量低的品系 一
和 一 由于在脂肪旺盛合成期 , 其油分积累的速度远 比高含油量品系 一 和 一 慢
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
最终 一 和 一 品系油分的含量仍 比 一 和 一 低 。 这说明不同育种材料种子含
油量的高低 , 主要是 由脂肪旺盛合成时期油分积累的速度决定的 。 由表 还可知 , 正反交
代的种子不同发育时期的含油量总是介于双亲之间 , 未表现超高亲趋势 。 在种子发育
的不同时期 , 正反交 , 代种子的含油量可能会有差异 , 但当种子成熟时 , 正反交 , 代种
子的含油量基本一致 , 接近于双亲的平均值 。
表 不同品系不同发育时期种子的含油量
写
品 系 开花后天数
户口‘工,叮立口八,自亡
⋯
人,工︸匀空口住任吐‘月性
门八月,︺牛口乙︸﹃内
⋯
内勺‘︸咬八舀
月了︺乙︺亡
⋯
今自厂刁八匕﹃月︸︺‘
⋯
口曰只︸八︺︸︹︺﹃比任乃尹匕︸尸几舀扭︵卜一
一
一 一
一 一
一
一
一 一
一 一
‘
一磷酸 葡萄糖脱氮酶的活 力
在种子不同的发育时期 , 一磷酸葡萄糖脱氢酶的活力测定结果见表 。 随着种子的发
育 , 一磷酸葡萄糖脱氢酶的活力不断增强 , 由表 和表 可知 , 在种子油分旺盛合成期 ,
磷酸葡萄糖脱氢酶活力急剧增强 , 种子成熟时 , 活力下降 。 种子油分积累与 一磷酸葡萄糖
脱氢酶活力的变化趋势一致 。 在不同的发育时期 , 尤其是脂肪旺盛合成期 , 高含油量品系
如 一 和 一 的 一磷酸葡萄糖脱氢酶的活力高于低含油量的品系 一 和 一 正
反交 代的 一磷酸葡萄糖脱氢酶的活 力基本上介于两亲本之间 常规品系 一磷酸葡萄
糖脱氢酶活力的变化趋势与低芥酸品系一致 。
表 不同品系不同发育时期种子中 一磷酸葡萄糖脱氢酶的活力
’
一 一
品 系 开花后 天数
一
一
一 一
一 一
一
一
一 一
一 又 一
二 酶的活力以加入酶液后 分钟内 处光吸收的增 加来表示
铃 一 一
第 期 陈玉萍等 甘蓝型油菜子油分的积累与某些生理变化关系的研究
异村檬酸脱氢酶和珑拍酸脱氢酶活 力的浏定
在种子发育过程中 , 异柠檬酸脱氢酶和唬拍酸脱氢酶的活力与 一磷酸葡萄糖脱氢酶
的活力变化趋势不同 。 开花后 天 , 异柠檬酸脱氢酶的活力 见表 和唬拍酸脱氢酶活
力 见表 迅速增加 在种子油分旺盛合成期 即开花后 一 天之间 , 该两种酶的活
力有所下降 开花 天以后 , 其活力又均继续增强 。 在种子发育的不同时期 , 高含油量的
油菜品系种子内该两种酶的活力均低于低含油量的品系 正反交 代这两种酶的活性均
介于双亲之间 , 成熟时 , 其数值基本趋于一致 见表 , 表 。 常规品系种子 中 , 该两种酶的
活力变化趋势与低芥酸品系一致 。
表 不同发育时期种子中异柠檬酸脱氢酶的活力 ’
易 系 开花后夭数
一
一
一 一
一 一
一
一
一 一
一 义 一
。
。
。
。
, 酶的活力以加入酶液后 分钟内 处光吸收的增加来表示
补
表 不同发育时期种子中玻泊酸脱氢酶的活力 ’
品 系 开花后天数
一
一
一 一
一 又 一
一
一
一 一
一 一
。
。
, 酶的活力以加入酶液后 秒至 秒之间 。。 处光吸 收的降低来表示
补
异柠檬酸裂解酶的 活 力
在种子发育的不同时期 , 该酶的活性是有差异的 见表 。 随着种子的发育 , 该酶的
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
活性不断增强 , 开花后 一 天 以前 , 其活性增强较慢 , 开花后 一 天时 , 即油分迅速
合成期 , 其活性迅速增强 , 说明其活性的增强有利于油分的积累 。种子成熟时 , 其活性又略
有下降 。 高含油量的材料 , 该酶的活性高于低含油量的材料 , 正反交 代异柠檬酸裂解酶
的活性介于双亲之间 。 常规品系其活性变化趋势与低芥酸品系基本一致 。
表 不同发育时期种子中异柠檬酸裂解酶的活力 ,
另 系 开花后天数
一
一
一 一
一 一
一
一
一 一
一 一
, 酶的活力用 处光吸收的增加来表示
釜 是‘
讨论
油菜种子发育过程中 , 在酶的作用下 , 光合产物 以可溶性糖的形式转运到籽粒中转化
为脂肪
、 蛋 白质等物质 。 前人研究油菜种子发育过程中生理生化的变化 , 一方面主要研究
不同发育时期各种物质的含量 〔一 〕 , 另一方面则从代谢过程 中酶活性的变化 进行研究
。
施教耐 、刘承宪 、 吴敏贤等做了大量的研究工作 , 他们认为油菜种子在不同的发育时期 , 其
各种代谢过程中的酶活性发生了很大的变化 〔一 ,
。 在本研究中 , 也可以看 出不同的试验材
料在种子发育的同一时期 , 或同种试验材料在其种子发育的不同时期 , 其部分代谢过程中
酶活性不完全相同 。在种子发育过程中 , 通过研究油分的积累与生理代谢过程中酶活性变
化的关系 , 来提高油菜种子的含油量 , 可能 比研究不 同发育时期各种物质的含量与油分积
累的关系更为有效和重要 。
脂肪合成过程中 , 大量地需要能量 , 其能量主要是 由 提供的 。 前人的试验表
明 在植物体 内脂肪合成所需要的 , 有 是 由磷酸戊糖循环提供的 〔‘” 。 从本试
验中也可看出 , 在油菜种子发育过程 中 , 磷酸戊糖代谢途径关键性的酶即 一磷酸葡萄糖
脱氢酶的活性迅速增强 , 使磷酸戊糖循环加速提供大量的 , 以便脂肪迅速合成 。
脂肪合成的另外一部分能量 , 可能是 由糖酵解生成的 经下列反应转变而来“ ‘〕。
草酞乙酸里塑丝鱼色苹果酸
苹果酸 十送鲤鹭丙酮酸
种子发育过程中 , 乙醛酸循环中关键性的酶异柠檬酸裂解酶的活性是不断增强的 , 说
第 期 陈玉萍等 甘蓝型油菜子油分的积 累与某些 生理变化关系的研究
明乙醛酸循环在脂肪合成过程 中亦是增强 的 。 在本试验 中 在种子发育的不同时期 , 高含
油量材料的异柠檬酸裂解酶的活性均高于低含油量的材料 且在脂肪旺盛合成期 , 异柠檬
酸裂解酶的活性急剧增强 , 说明乙醛酸循环的增强有利于脂肪的生物合成 。 值得注意的
是 , 异柠檬酸裂解酶的活性迅速增强时 , 三梭酸循环中的限制性酶异柠檬酸脱氢酶和唬拍
酸脱氢酶的活性有所下降 , 然后继续上升 。刘承宪认为乙醛酸循环的增强对三梭酸循环有
抑制作用 , 能引起柠檬酸的积 累 , 从而促进脂肪酸的迅速合成 即柠檬酸的积 累能刺激脂
肪酸的迅速合成 〔 〕。 也有可能通过更迅速地产生苹果酸 , 经过 和苹果酸酶作用 ,
使 变成脂肪酸所必需的 〔川 。 在向 日葵种子发育过程 中的研究表
明 在脂肪合成过程中 , 一苹果酸酶的活性在旺盛合成脂类之时 , 亦表现最大的活
性 〔’ , 。 在种子发育过程中 , 异柠檬酸脱氢酶和唬拍酸脱氢酶的活性总的趋势是增强的 。 但
不可忽视的是 , 在脂肪的旺盛合成期 , 这两种酶的活性均有所下降 , 说 明三梭酸循环所产
生的 和 可能更主要地是用于蛋 白质或其他物质的生物 合成 。
根据酶活性可以作为代谢途径强弱标志之一的说法 〔‘” , 可以从前面的试验 中看出不
同的品系以及同一品系的不同发育时期 , 种子 内部各代谢途径的强弱是不尽一致的 , 但是
不同的品系 , 其 内部各代谢过程在种子发育中的趋势是一致的 。 在种子的任一发育时期 ,
高低含油量不同的品系 , 一磷酸葡萄糖脱氢酶 、 异柠檬酸脱氢酶和唬拍酸脱氢酶以及异柠
檬酸裂解酶的活性均存在差异 , 在脂肪旺盛合成期 , 这些酶活性差异尤其显著 。 因此 , 在脂
肪旺盛合成期 , 通过对这些酶活性的测 定 , 特别是对 一磷酸葡萄糖脱氢酶活性的测定 , 可
以较准确地判断高含油量品系
。
主 要 参 考 文 献
邓 秀兰 油菜籽粒增重过程的研究 江苏农业科学 , , 一
杨业正 油菜品质改 良的生理生化基础 贵 州农业科学 , , 一
陈玉萍 刘后利等 甘蓝型黄籽油菜籽色及主要品质性状的动态研究 中国油料 , , 。一
黄 尚琼 不同油菜品种脂肪酸组成积累变化差异的初步研究 中国农业科学 , , 一
刘承宪等 植物的脂肪合成及其调节 , 油菜种子形成过程 中三般酸循 环活力的变化 植物生理学报 , ,
一
吴敏贤等 植物的脂肪合成及其调节 , 通 乙醛酸在 乙醛酸循环 勺三般酸循环间的调节作用 植物生理学报 , ,
一
施教耐等 植物的脂肪合成及 其调节 油荚种子形成期间葡萄糖降解的途径 植物生理学报 , , 一
施教耐等 植物的脂肪合成及 其调节
, 油菜籽实形成过程 中代谢途径的变化与内源抑制剂的调节作用 植物生
理学报 , , 一
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阎隆 飞等 基础 生物化学 北京 农业 出版社
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武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
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