五種石蒜屬植物不同部位淀粉粒度分布差異的研究

張兆金，萬天宇，鄭玉紅，周 堅*

(1.江蘇省東?？h現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)管理委員會，江蘇東海 222300；2.南京林業(yè)大學，生物與環(huán)境學院，江蘇南京 210037；3.江蘇省中國科學院植物研究所，江蘇南京 210014)

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五種石蒜屬植物不同部位淀粉粒度分布差異的研究

張兆金1，萬天宇2，鄭玉紅3，周 堅2*

(1.江蘇省東?？h現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)管理委員會，江蘇東海 222300；2.南京林業(yè)大學，生物與環(huán)境學院，江蘇南京 210037；3.江蘇省中國科學院植物研究所，江蘇南京 210014)

摘要[目的] 為了解石蒜屬植物淀粉粒特性。[方法] 以忽地笑、紅花石蒜、長筒石蒜、中國石蒜以及換錦花為材料，用軟件Scophoto測量了根、鱗莖、葉內(nèi)淀粉粒的形態(tài)特征，并且統(tǒng)計不同部位淀粉粒的數(shù)目和大小。[結(jié)果] 忽地笑、紅花石蒜、長筒石蒜、中國石蒜、換錦花淀粉粒面積范圍分別為84.864～883.926、12.716～986.444、91.457～1 136.025、50.370～957.309、42.988～949.062 μm2。忽地笑、中國石蒜和換錦花小淀粉粒比例高于大淀粉粒；長筒石蒜大淀粉與小淀粉差異不明顯；紅花石蒜大淀粉粒比例高于小淀粉粒。5種石蒜屬植物根部和葉部的淀粉含量相對鱗莖較低。忽地笑、長筒石蒜和換錦花根部淀粉粒高于葉部，紅花石蒜葉部淀粉粒高于根部，中國石蒜根部和葉部淀粉粒差異不明顯。[結(jié)論]5種石蒜屬植物在淀粉粒分布上差異在0.05水平顯著。

關(guān)鍵詞石蒜屬；淀粉粒；分布

淀粉作為植物光合作用制造的最穩(wěn)定的天然大分子物質(zhì)之一，是高等植物中常見的組分，是以顆粒的形式貯存在植物種子、根莖中的多糖。在球莖植物中，碳水化合物的生物合成和代謝對于植株和球莖的生長都有重要的作用[1-2]。百合(Liliumspeciosum‘Rubrum No.10’)的球莖生長與儲存的碳水化合物活化有關(guān)，碳水化合物儲備對葉生長和葉中光合器形成有重要作用[3]。掃描電子顯微鏡觀察表明，風信子(Hyacinthusorientalis)球莖在培養(yǎng)2~16周期間，隨著小鱗莖生長和發(fā)育，淀粉顆粒出現(xiàn)減少趨勢[4]。因此，只有詳細研究才能了解淀粉的生化、功能特征以及它們的變化[5]。石蒜屬植物內(nèi)淀粉含量十分豐富。目前，有關(guān)石蒜屬植物淀粉的研究主要包括忽地笑(Lycorisaurea)鱗莖(開花種球)高溫催花過程中養(yǎng)分代謝[6]和種子萌發(fā)中多糖研究[7]、石蒜(lycorisradiata)球莖營養(yǎng)成分年變化規(guī)律研究[8]和中國石蒜(Lycorischinensis)鱗莖中淀粉粒的分布特征研究等[9]。石蒜屬換錦花(Lycorissprengeri)轉(zhuǎn)錄組的研究表明，有2 173條功能基因涉及碳水化合物的代謝，有544條涉及淀粉和蔗糖的代謝[10]。筆者研究了5種石蒜屬植物不同部位淀粉分布的特點，比較了它們之間的差異，以期為進一步了解石蒜屬植物淀粉生物學特性提供理論研究，也為開發(fā)與利用石蒜屬植物資源以及發(fā)展林下經(jīng)濟提供參考。

1材料與方法

1.1材料以忽地笑、石蒜、長筒石蒜(Lycorislongituba)、中國石蒜和換錦花為試驗材料，取自南京林業(yè)大學校園石蒜屬植物種源圃。

1.2方法取5種植物根、莖(主要是鱗葉)、葉(綠色葉片)3個部位，擠壓汁液，均勻涂片。每個部位重復3次。利用攝像頭的尼康顯微鏡(Nikon50i)在偏振光下觀察。每個部位隨機取3個視野的淀粉粒，拍攝成數(shù)碼照片存在電腦硬盤供分析。采用Scophoto軟件測量顯微照片上淀粉粒面積(μm2)，并且計算淀粉粒數(shù)目，用R統(tǒng)計軟件對試驗資料進行統(tǒng)計檢驗。

2結(jié)果與分析

2.15種石蒜屬植物淀粉顆粒的形態(tài)特征由圖1可知，5種石蒜屬植物淀粉粒形態(tài)多樣，以單粒淀粉粒為主，形狀多為球形、橢球形，少數(shù)為多邊形。偏光顯微鏡觀察結(jié)果表明，在5種石蒜屬植物的淀粉粒中多可以見到馬耳他十字(Maltesecross)，即在淀粉粒上出現(xiàn)“十字紋”，十字的交點處為淀粉粒的臍。在同一觀察視野比較，發(fā)現(xiàn)中國石蒜和忽地笑植物的淀粉較多(圖1C、1E)，同時淀粉顆粒的整齊度較高，而石蒜和換錦花的淀粉粒大小不一，整齊度較低(圖1B、1D)。

注：A.長筒石蒜淀粉粒；B.石蒜淀粉粒；C.忽地笑淀粉粒；D.換錦花淀粉粒；E.中國石蒜淀粉粒(40×)。Note：A.Starch granules in Lycoris longituba；B.Starch granules in Lycoris radiata；C.Starch granules in Lycoris aurea；D.Starch granules in Lycoris sprengeri；E.Starch granules in Lycoris chinensis(40×).圖1　5種石蒜屬植物淀粉粒形態(tài)Fig.1　The starch grain morphology of five species of Lycoris plant

2.25種石蒜屬植物淀粉粒顆粒特征由表1可知，在該次調(diào)查的5種石蒜中，長筒石蒜的淀粉粒整體相對較大，平均數(shù)約為388 μm2，而中國石蒜的整體平均數(shù)約為266 μm2；淀粉顆粒之間相差較大的是石蒜，而忽地笑的淀粉粒顆粒相對比較均勻；在淀粉顆粒大小方面，長筒石蒜的淀粉?？傮w比較大，平均數(shù)為388.20 μm2，而中國石蒜的淀粉顆粒相對比較小(266.80 μm2)。盡管不同石蒜的淀粉粒在平均值、中位數(shù)和變異系數(shù)方面都不同，但從“大于平均數(shù)顆粒數(shù)”這一指標看，5種石蒜屬植物的淀粉粒多數(shù)為小淀粉粒，達到比較均等的只是長筒石蒜(占50%)，而中國石蒜淀粉粒中小于平均數(shù)顆粒占多數(shù)現(xiàn)象(表1，圖2K、2N)，其中大于平均數(shù)的顆粒僅占39%(表1)。

5種石蒜植物的淀粉粒都沒有呈現(xiàn)正態(tài)分布，并且與“大于平均數(shù)顆粒數(shù)”指標反映的情況一致。從圖2A、2D、2G、2J、2M可以看出，多數(shù)顆粒在平均數(shù)的左側(cè)；頻率分布線除長筒石蒜(圖2J)外，其余都偏向正態(tài)分布線左側(cè)；同時，從圖2C、2F、2I、2L和2O可以看出，5種石蒜植物淀粉的中等大小顆粒的分布基本上服從正態(tài)分布的特性，而大顆粒和小顆粒淀粉則偏離正態(tài)分布線。

表1　5種石蒜屬植物淀粉顆粒特性

注：忽地笑(A、B、C)，換錦花(D、E、F)，石蒜(G、H、I)，長筒石蒜(J、K、L)，中國石蒜(M、N、O)。虛直線表示平均數(shù)。Note：Lycoris aurea(A，B，C)，L.sprengeri(D，E，F(xiàn))，L.radiata(G，H，I)，L.longituba(J，K，L)，L.chinensis(M，N，O).Imaginary lines denote the average number.圖2　5種石蒜屬植物淀粉顆粒特性Fig.2　The starch granules characteristics of five species of Lycoris plant

采用Kruskal-Wallis秩和檢驗的結(jié)果表明，卡方值10.068 2，P值為0.039 29。因此，5種石蒜屬植物淀粉粒之間差異在0.05水平顯著。

2.35種石蒜屬植物各部位的淀粉粒分布從圖3A、3D和表2可以看出，忽地笑根部淀粉粒面積在86.074～883.926 μm2之間，其平均數(shù)為380.97 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占71%，低于平均數(shù)的淀粉比率占63%；石蒜根部淀粉粒面積在175.8～883.2 μm2之間，其平均數(shù)為592.2 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占67%，低于平均數(shù)的淀粉比率占33%；長筒石蒜根部根部淀粉粒面積在254.8～1 136.0 μm2之間，其平均數(shù)為568.6 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占86%，低于平均數(shù)的淀粉比率占57%；中國石蒜根部淀粉粒極少，多次涂片檢查僅發(fā)現(xiàn)1粒，其面積為454.493 μm2;換錦花根部淀粉粒淀粉粒數(shù)量最多，低于平均數(shù)的淀粉比率44%。由此可知，不同石蒜植物的根中淀粉不僅在面積大小上不同，而且其數(shù)量變化較大。

從圖3B、3D和表2可以看出，忽地笑鱗莖淀粉粒面積為93.679～733.580 μm2，其平均數(shù)為327.79 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占71%，低于平均數(shù)的淀粉比率占64%；石蒜鱗莖粉粒面積為97.037～986.444 μm2，其平均數(shù)為327.79 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占71%，低于平均數(shù)的淀粉比率占64%；長筒石蒜鱗莖粉粒面積為76.05～568.05 μm2，其平均數(shù)為275.82 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占56%，低于平均數(shù)的淀粉比率占44%；中國石蒜鱗莖粉粒面積為50.370～798.988 μm2，其平均數(shù)為234.95 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占81%，低于平均數(shù)的淀粉比率占64%；換錦花鱗莖粉粒面積為42.988～949.062 μm2，其平均數(shù)為310.08 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占70%，低于平均數(shù)的淀粉比率占57%。

表2　5種石蒜屬植物各部位淀粉粒數(shù)

注：A.根部的淀粉粒分布；B.鱗莖的淀粉粒分布；C.葉部的淀粉粒分布；D.各物種不同部位淀粉顆粒比較圖。Note：A.Starch granule distribution in roots；B.Starch granule distribution in bulbs；C.Starch granule distribution in leaves；D.The starch comparison of the different parts from five species.圖3　5種石蒜屬植物的淀粉粒分布Fig.3　Starch granule distribution in 5 species of Lycoris plants

從圖3C、3D和表2可以看出，忽地笑葉部淀粉粒面積為84.864～558.025 μm2，其平均數(shù)為278.55 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占67 %，低于平均數(shù)的淀粉比率占67%；石蒜葉部淀粉粒面積為12.716～165.456 μm2，其平均數(shù)為54.44 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占73%，低于平均數(shù)的淀粉比率占53%；長筒石蒜葉部淀粉粒面積為91.457～897.877 μm2，其平均數(shù)為464.49 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占71%，低于平均數(shù)的淀粉比率占71%；中國石蒜葉部淀粉粒面積為556.123～957.309 μm2，其平均數(shù)為767.5 μm2，中位數(shù)1倍方差區(qū)間的淀粉粒占67%，低于平均數(shù)的淀粉比率占33%；換錦花葉片中淀粉粒含量極少，多次涂片檢查也僅發(fā)現(xiàn)1粒，其面積為903.358 μm2。

3結(jié)論與討論

偏光十字是表明淀粉粒為晶體的重要標志[11]。在偏光顯微鏡下，5種石蒜屬植物的淀粉粒都呈現(xiàn)出交叉黑線，偏光十字交叉中心點為粒心(臍)，將淀粉顆粒分成 4 個白色的區(qū)域。長筒石蒜淀粉粒、石蒜和換錦花淀粉粒的偏光十字多為“X”形，但也有少量的“十”形，并且淀粉顆粒比較大，出現(xiàn)“X”形的較多；忽地笑淀粉粒和中國石蒜淀粉粒偏光十字多為“十”形，并且在大粒淀粉中黑“十”線較粗?？梢姡c其他植物類似，不同種石蒜也在淀粉粒偏光十字的位置、形狀和明顯程度等方面有明顯差異[12]。

淀粉顆粒的大小與分布范圍在不同植物之間甚至同一物種不同品種之間都有差異[13-15]。該研究表明，5種石蒜屬植物的淀粉顆粒大小和分布不完全相同，其中忽地笑淀粉粒、石蒜淀粉粒、長筒石蒜淀粉粒、中國石蒜淀粉粒、換錦花淀粉粒面積范圍分別為84.864～883.926、12.716～986.444、91.457～1 136.025、50.370～957.309、42.988～949.062 μm2。相對而言，石蒜和換錦花較小，長筒石蒜的淀粉顆粒小粒淀粉和大粒淀粉都最大，而中國石蒜和忽地笑小粒淀粉面積比較大，但大粒淀粉則相對比較小。由于植物中淀粉粒的數(shù)量與大小不穩(wěn)定，會隨著發(fā)育時期[4]和含淀粉細胞所在部位[9]等而變化。同時，淀粉顆粒大小直接影響淀粉的結(jié)晶性質(zhì)、直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例、糊性質(zhì)、流變學性質(zhì)、消化性質(zhì)、改性效果以及熱力學性質(zhì)等[11]。因此，研究不同石蒜屬植物淀粉顆粒大小和分布范圍是了解其發(fā)育生長和淀粉特性的基礎(chǔ)。

在百合栽種期鱗片細胞中淀粉粒數(shù)量最多，鱗莖起著“源”的功能。在植株生長過程中，鱗片細胞中以分解代謝為主，淀粉粒數(shù)量下降，至盛花期時達到最低，然后鱗莖細胞內(nèi)開始貯藏同化產(chǎn)物，淀粉粒呈上升趨勢，在花后期鱗莖轉(zhuǎn)變以發(fā)揮 “庫”的功能，收球期淀粉粒再次充滿整個細胞[16]。對比生長期5種石蒜屬植物淀粉粒在不同器官中分布情況，發(fā)現(xiàn)石蒜屬植物淀粉粒主要集中分布在鱗莖中。由此可知，盡管是石蒜屬不同種類的植物，但淀粉主要是存儲在鱗莖中，即石蒜屬植物的鱗莖是淀粉的主要儲存器官，更具體地說，石蒜屬植物的鱗葉部分是淀粉儲存的主要場所。

參考文獻

[1] 姚新靈，丁向真，陳彥云，等.馬鈴薯表觀淀粉含量與直鏈淀粉含量相關(guān)性研究[J].西北植物學報，2005(5)：953-957.

[2] CHEN J X，ZIV M. Carbohydrate，metabolic，and osmotic changes in scaled-up liquid cultures of Narcissus leaves[J].In Vitro Cell Dev Biol Plant，2003，39：645-650.

[3] MEREL M L，WILLIAM B M M，ANTON F C，et al.Effect of low temperature on dormancy breaking and growth after planting in lily bulblets regenerated in vitro[J]. Plant growth regulation，2003，40：267-275.

[4] CHUNG C H，CHUNG Y M，YANG S J，et al.Effects of storage temperature and sucrose on bulblet growth，starch and protein contents in in vitro cultures ofHyacinthusorientalis[J]. Biologia plantarum，2006，50(3)：346-351.

[5] WANG S，YU J，GAO W，et al.Characterization of starch isolated from Fritillaria traditional Chinese medicine(TCM)[J]. Journal of food engineering，2007，80：727-734.

[6] 歐靜，雷德宇，楊穎.忽地笑鱗莖(開花種球)高溫催花過程中養(yǎng)分代謝和酶活性變化研究[J].種子，2011(9)：36-39.

[7] 李娜，李子璇，曹小勇.忽地笑種子萌發(fā)研究[J].種子，2012(10)：18-21.

[8] 左慧，張日清，楊志玲，等.石蒜球莖生物學性狀及營養(yǎng)成分年變化規(guī)律[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報，2007(4)：598-602.

[9] 邵京，王曉靜，周堅.中國石蒜鱗莖中淀粉粒的分布特征[J].西北植物學報，2010(4)：713-718.

[10] CHANG L，CHEN J J，XIAO M Y，et al.De novo characterization of Lycoris sprengeri transcriptome using Illumina GAⅡ[J].African journal of biotechnology，2011，10(57)：12147-12155.

[11] 趙凱.淀粉非化學改性技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008：26，29-30．

[12] 曹龍奎，李鳳林.淀粉制品生產(chǎn)工藝學[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2008：11.

[13] 陳福泉，盧海鳳，袁立軍，等. FBRM測定淀粉顆粒粒徑大小的研究初探[J].食品工業(yè)科技，2010(3)：134-136.

[14] 盛婧，郭文善，朱新開，等.不同專用類型小麥籽粒淀粉粒形成過程[J].作物學報，2004(9)：953-954.

[15] 戴忠民，王振林，張敏，等.不同品質(zhì)類型小麥籽粒淀粉粒度的分布特征[J].作物學報，2008(3)：465-470.

Study on Distribution Difference of Starch Particle Size of Different Parts in 5 Species ofLycoris(Amaryllidaceae)

ZHANG Zhao-jin1,WAN Tian-yu2, ZHEN Yu-hong3, ZHOU Jian2*(1. Administrative Committee of Donghai County Modern Agriculture Area, Donghai, Jiangsu 222300; 2.College of Biology and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing，Jiangsu 210037; 3.Institute of Botany，Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences，Nanjing, Jiangsu 210014 )

Abstract[Objective]The research aimed to study the characteristics ofLycorisstarch granule. [Method] We measured the surface area of starch granule ofLycorisaurea,Lycorisradiate,Lycorislongituba,LycorischinensisandLycorissprengeri, and calculated the number of starch granules in the micrograph by software scophoto. [Result] The surface area range of starch granules inLycorisaurea,Lycorisradiate,Lycorislongituba,LycorischinensisandLycorissprengeriwas 84.864-883.926 μm2, 12.716-986.444 μm2, 91.457-1 136.025 μm2, 50.370-957.309 μm2and 42.988-949.062 μm2. The percentages of small starch granules ofLycorisaurea,LycorischinensisandLycorissprengeriwere higher than big starch granules, butLycorisradiatewas opposite. The starch granules ofLycorislongitubahad no significant difference. In 5 species ofLycoris，the starch granules of bulbs were more than those in roots and leaves. The starch granules content of roots ofLycorisaurea,LycorislongitubaandLycorissprengeriwas more than that in leaves. AndLycorisradiatewas opposite. The starch granules of root and leave inLycorischinensishad no significant difference. [Conclusion] Five species ofLycorisplants had significant difference on the distribution of starch grains.

Key wordsLycoris; Starch granule; Distribution

收稿日期2015-12-18

作者簡介張兆金(1966- )，男，江蘇連云港人，林業(yè)工程師，碩士，從事園林植物培育及林下經(jīng)濟方面的工作。*通訊作者，教授，從事植物生長發(fā)育及栽培方面的工作。

基金項目江蘇省林業(yè)三新工程項目(LYSX[2014]52)；江蘇省蘇北科技發(fā)展計劃(BN2013065)；江蘇普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃項目(CXLX13_505)。

中圖分類號S 682.2+9

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)02-021-05