芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中碳水化合物的代謝規(guī)律

劉嫻+尹渝來(lái)+徐旭+吳偉文+吳仰風(fēng)+孫芳芳+李良俊

摘要：對(duì)芡實(shí)種子成熟過(guò)程中碳水化合物代謝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：種仁還原糖含量從花后10～25 d持續(xù)下降，下降幅度達(dá)31.6%～58.9%；可溶性總糖含量均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，白花南芡和白花北芡在花后15 d總糖含量最高，而紫花南芡、紅花南芡和紫花北芡在花后20 d總糖含量達(dá)到峰值。芡實(shí)種子貯藏物質(zhì)主要為淀粉，發(fā)育過(guò)程中總淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量均呈增加趨勢(shì)，其中北芡直鏈淀粉含量高于南芡，花后25 d紫花南芡總淀粉含量最高。支鏈淀粉含量與直鏈淀粉含量的比值變化具有明顯的階段差異與品種差異。

關(guān)鍵詞：芡實(shí)；種子；碳水化合物；代謝規(guī)律

中圖分類(lèi)號(hào)： S645.901文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）17-0132-03

通信作者：李良俊，教授，主要從事水生蔬菜栽培與育種研究。E-mail：ljli@yzu.edu.cn。芡實(shí)（Euryale ferox Salisb）屬睡蓮科芡屬一年生大型水生草本植物，原產(chǎn)于我國(guó)和東南亞各地[1]。分有刺類(lèi)型芡實(shí)（俗稱(chēng)刺芡、北芡）和無(wú)刺類(lèi)型芡實(shí)（俗稱(chēng)蘇芡、南芡）2種。無(wú)刺類(lèi)型芡實(shí)一般果實(shí)、種子、種仁大，種仁糯性好，口感柔滑，品質(zhì)好，是目前人工淺水栽培的主要類(lèi)型；有刺類(lèi)型芡實(shí)一般果實(shí)、種子、種仁小，種仁粳性，口感較硬，品質(zhì)略差，是水位較深、難以控制的大面積水域栽培使用芡實(shí)類(lèi)型。芡實(shí)主要以種子內(nèi)的種仁供食用，俗稱(chēng)芡米。據(jù)中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生研究所分析，每100 g干芡米中含有75.5 g碳水化合物、9.8 g蛋白質(zhì)、0.2 g粗纖維，以及多種維生素等；此外，芡實(shí)種子還具有養(yǎng)血安神、益身固精、去濕健脾、止瀉止帶等功效[2]。

近年來(lái)，芡實(shí)種仁在市場(chǎng)上很受歡迎，種植效益十分顯著，種植面積因此迅速擴(kuò)大。碳水化合物是芡實(shí)種仁的主要貯藏物質(zhì)，其含量及組成、結(jié)構(gòu)是影響芡實(shí)品質(zhì)的重要因素；但是有關(guān)芡實(shí)種仁發(fā)育及其碳水化合物的合成、積累尚未見(jiàn)研究。為此，以無(wú)刺類(lèi)型芡實(shí)和有刺類(lèi)型芡實(shí)品種為試材，研究芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中種仁還原糖、可溶性總糖、淀粉（支鏈淀粉和直鏈淀粉的比例）等的動(dòng)態(tài)變化，為探明芡實(shí)碳水化合物的代謝機(jī)制及其與品質(zhì)形成的關(guān)系，進(jìn)而為提高芡實(shí)產(chǎn)量、改善品質(zhì)提供理論參考。

1材料與方法

1.1材料

2015—2016年，試驗(yàn)材料種植于蘇州市蔬菜研究所水生蔬菜試驗(yàn)基地，栽培管理同大田。供試的5個(gè)芡實(shí)品種為紫花南芡、白花南芡、紅花南芡、紫花北芡和白花北芡。在芡實(shí)開(kāi)花時(shí)開(kāi)始掛牌，分別在花后10、15、20、25 d取樣，且各個(gè)時(shí)期選擇生長(zhǎng)勢(shì)相近的3～5個(gè)芡實(shí)果實(shí)，依次剝出種子、種仁，洗凈、拭干，種仁于60 ℃恒溫下烘干至恒質(zhì)量備用。每處理重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.2試驗(yàn)方法

還原糖測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸比色法[3]；可溶性總糖測(cè)定參照鄒琦的方法[3]；總淀粉含量測(cè)定采用蒽酮比色法[4]，直鏈淀粉含量測(cè)定采用雙波長(zhǎng)分光光度法[5]，支鏈淀粉含量為總淀粉含量減去直鏈淀粉含量。

2結(jié)果與分析

2.1芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中還原糖含量變化

芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中各品種的還原糖含量均呈下降趨勢(shì)，紅花南芡在種子發(fā)育過(guò)程中還原糖含量最高，花后10～15 d種子還原糖含量下降了27.3%，花后15～20 d下降幅度最小，花后20～25 d下降幅度最大，達(dá)40.8%；白花南芡種子發(fā)育過(guò)程中還原糖含量下降幅度最小，在花后10～20 d下降了10.5%，在花后20～25 d下降幅度達(dá)23.5%；紫花南芡、紫花北芡和白花北芡在花后10～15 d下降最快，花后15～20 d 下降幅度較小，花后20～25 d下降幅度又有所增加?；ê?5 d時(shí)，紅花南芡還原糖含量最高，為0.142%，白花北芡含量最低，為0.104%（圖1-A）。

2.2芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中可溶性總糖含量變化

芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中品種間可溶性總糖含量均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)。白花南芡和白花北芡在花后10～15 d可溶性總糖含量增加，花后15～25 d可溶性總糖含量下降。紫花南芡、紅花南芡和紫花北芡在花后10～20 d含量增加，花后20～25 d含量下降。其中，白花南芡在花后10～15 d可溶性總糖含量從1.09%增加至4.45%，花后15～20 d可溶性總糖含量下降幅度較小，為3.2%，花后20～25 d下降幅度快速增加至32.3%；紫花南芡在花后10～15 d增加最快，花后15～20 d增加較為緩慢，花后20～25 d迅速下降；紅花南芡和紫花北芡在花后10～20 d可溶性總糖含量均較快增加，花后20～25 d迅速下降；白花北芡在花后10～15 d可溶性總糖含量增加了70.3%，花后15～25 d快速下降；花后25 d

時(shí)，紫花南芡可溶性總糖含量最高，為3.48%，白花北芡含量最低，為2.08%（圖1-B）。

2.3芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中總淀粉含量變化

芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中各品種總淀粉含量均呈上升趨勢(shì)。花后10 d時(shí)白花南芡總淀粉含量最低，為15.94%，紫花南芡含量最高，為35.08%；白花南芡、紫花北芡和白花北芡在花后10～15 d淀粉含量增加最快，其中，白花南芡增加了1.67倍，紫花北芡和白花北芡分別增加了56%和36%；紫花南芡和紅花南芡在花后10～15 d總淀粉含量分別增加了22%和34%，花后15～20 d增加迅速，達(dá)43%和44%，花后20～25 d增加幅度減小至11%和8%；花后25 d時(shí)，紫花南芡總淀粉含量最高，為67.22%，紫花北芡最低，為60.48%（圖2-A）。

2.4芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中直鏈淀粉含量變化

在芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中直鏈淀粉含量均呈上升趨勢(shì)，在整個(gè)過(guò)程中直鏈淀粉含量由高到低依次為白花北芡、紫花北芡、紅花南芡、紫花南芡、白花南芡；白花南芡和白花北芡在花后10～15 d直鏈淀粉含量增加最快，分別增加了1.42倍和62%，花后20～25 d時(shí)分別增加了17%和13%；紫花南芡、紅花南芡和紫花北芡在花后10～15 d增加了26%、32%和32%，花后20～25 d時(shí)增加逐漸趨于平緩。花后25 d時(shí)白花北芡直鏈淀粉含量最高，為23.06%，白花南芡最低，為1837%（圖2-B）。endprint

2.5芡實(shí)種子成熟過(guò)程中支鏈淀粉含量變化

在芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中各品種支鏈淀粉含量均呈上升趨勢(shì)?；ê?0 d時(shí)白花南芡支鏈淀粉含量最低，為11.78%，紫花南芡最高，為26.78%。白花南芡、紫花北芡和白花北芡在花后10～15 d時(shí)增加最快，花后15～25 d時(shí)增加幅度逐步減小趨于平緩；紫花南芡和紅花南芡在花后10～15 d支鏈淀粉含量增加了20.6%和35.0%，花后15～20 d增加幅度最大，為36.2%和38.0%，花后20～25 d時(shí)增加幅度降低為9.8%和4.7%；花后25 d時(shí)，紫花南芡支鏈淀粉含量最高，為4830%，白花北芡含量最低，為37.66%（圖2-C）。

2.6芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中支鏈淀粉/直鏈淀粉比值變化

在種子發(fā)育過(guò)程中，無(wú)刺類(lèi)型芡實(shí)種仁的支鏈淀粉/直鏈淀粉比值高于有刺類(lèi)型芡（圖3）。紫花南芡和白花北芡在整個(gè)過(guò)程中支鏈淀粉/直鏈淀粉比值均呈下降趨勢(shì)，花后15～20 d下降較快，花后10～15 d和20～25 d下降較緩慢。白花南芡、紅花南芡和紫花北芡在花后10～15 d呈上升趨勢(shì)，其中白花南芡上升較快，在花后15～25 d呈下降趨勢(shì)，花后 15～20 d下降較快，花后20～25 d下降較緩慢?；ê?5 d時(shí)，紫花南芡支鏈淀粉/直鏈淀粉比值最高，白花南芡次之（圖3）。

3討論與結(jié)論

3.1芡實(shí)發(fā)育過(guò)程中還原糖、可溶性總糖含量變化

可溶性糖、還原糖作為呼吸底物和各種碳水化合物轉(zhuǎn)化

的中間產(chǎn)物，是植物淀粉的合成原料，其含量高低與淀粉合成、積累密切相關(guān)。小麥葉片和籽粒中的可溶性糖作為淀粉合成的底物，其含量多少與淀粉含量密切相關(guān)[6]；大穗型小麥品種蘭考矮早八和多穗型品種豫麥49-198灌漿期間籽?？扇苄钥偺呛砍室恢孪陆第厔?shì)，而淀粉含量則呈相應(yīng)上升趨勢(shì)，籽粒中糖含量變化與淀粉合成關(guān)系密切[7-8]。但是李友軍等對(duì)強(qiáng)筋型小麥鄭麥9023、中筋型小麥溫麥4號(hào)和弱筋型小麥豫麥50灌漿期間籽?？扇苄蕴堑难芯勘砻?，灌漿期間籽?？偺呛坎⒉怀室恢孪陆第厔?shì)，各品種間也有差異；鄭麥9023籽?？扇苄钥偺呛康淖兓孰p峰曲線(xiàn)，峰值分別出現(xiàn)在花后6 d和18 d，且第1個(gè)峰值顯著高于第2個(gè)；而豫麥50和溫麥4號(hào)均呈單峰曲線(xiàn)，峰值均出現(xiàn)在花后12 d[9]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，芡實(shí)5個(gè)品種變化趨勢(shì)相同，種仁可溶性總糖均呈先上升后下降的趨勢(shì)，但品種間也存在差異，白花南芡和白花北芡在花后15 d開(kāi)始下降，紫花南芡、紅花南芡和紫花北芡在花后20 d開(kāi)始下降，至生長(zhǎng)后期，可溶性糖才表現(xiàn)為快速下降，這與小麥灌漿過(guò)程中可溶性糖的變化規(guī)律是一致的。

3.2芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中淀粉含量變化

淀粉是芡實(shí)種子的主要成分，是由源器官葉片制造的光合同化物以蔗糖形式輸入籽粒（庫(kù)），然后在籽粒中經(jīng)過(guò)一系列酶的催化作用而合成的，因此，籽粒淀粉的生物合成及其積累直接關(guān)系到芡實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)。較多研究表明，不同品種小麥籽粒淀粉含量各不相同，但變化趨勢(shì)一致，隨灌漿的進(jìn)行呈不斷上升的趨勢(shì)，灌漿中期前淀粉含量積累較快，灌漿后期積累速率降低[10-15]。本試驗(yàn)中，5個(gè)品種芡實(shí)種子發(fā)育過(guò)程中，種子淀粉均隨種子的發(fā)育呈不斷上升的趨勢(shì)，但含量亦各不相同，花后10～20 d淀粉含量增加較快，在花后20～25 d增加幅度趨于平穩(wěn)，這一結(jié)論與對(duì)前人的小麥研究結(jié)果相似。

許多研究認(rèn)為，直鏈淀粉是支鏈淀粉合成的前體，即直鏈淀粉先于支鏈淀粉形成，然后直鏈淀粉在淀粉分支酶的作用下分支形成支鏈淀粉。然而，van de Wal等[16]和Ball等[17]認(rèn)為支鏈淀粉的合成先于直鏈淀粉，直鏈淀粉合成以支鏈淀粉分支為引物，在淀粉合成酶的催化下將這些引物延伸到足夠長(zhǎng)之后經(jīng)淀粉水解酶作用切下分支形成線(xiàn)性的直鏈淀粉分子。但是，本試驗(yàn)的結(jié)果表明芡實(shí)支鏈淀粉和直鏈淀粉的合成可能是同時(shí)進(jìn)行的。支鏈淀粉在種子發(fā)育早期合成積累多、直鏈淀粉在種子發(fā)育后期積累多，這與采收較早的鮮食芡實(shí)種仁的口感糯而柔滑、而采收較遲的干種仁口感更硬是相符的。

直鏈淀粉的合成促進(jìn)光合產(chǎn)物向淀粉合成方向轉(zhuǎn)移，從而也促進(jìn)了支鏈淀粉的合成，反之，支鏈淀粉的合成也同樣會(huì)促進(jìn)直鏈淀粉的合成 [18]，因而，這2類(lèi)淀粉的合成在一定程度上是相互促進(jìn)的；然而，在同化物供應(yīng)量有限的條件下，直鏈淀粉和支鏈淀粉的合成競(jìng)爭(zhēng)同一種底物，它們的合成速度和數(shù)量又相互抑制。因此，在淀粉積累過(guò)程中，直鏈淀粉和支鏈淀粉的相對(duì)含量處于不斷變化之中。長(zhǎng)期以來(lái)人們一直把支鏈淀粉與直鏈淀粉含量的比值作為衡量水稻蒸煮食用品質(zhì)的重要指標(biāo)，支鏈淀粉相對(duì)含量高，米飯軟而黏、品質(zhì)好，相反則直鏈淀粉含量高，米飯較硬、黏性差。長(zhǎng)期的食用經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為南芡比北芡黏性強(qiáng)，性糯，適于煮食，口感好。本試驗(yàn)5個(gè)品種的食用品質(zhì)與成熟期支鏈淀粉和直鏈淀粉含量的比值具有很好的相關(guān)性，支鏈淀粉與直鏈淀粉含量的比值越大黏性越強(qiáng)，至芡實(shí)成熟時(shí)支鏈淀粉與直鏈淀粉含量的比值由高到低依次為紫花南芡、白花南芡、紅花南芡、紫花北芡、白花北芡。近年來(lái)有研究表明，淀粉的性質(zhì)主要決定于簇狀結(jié)構(gòu)中各類(lèi)分支的分布模式[19]，稻米食味品質(zhì)與支鏈淀粉的分支長(zhǎng)短及其分布比例關(guān)系密切[20]，Villareal等也提出了類(lèi)似的觀點(diǎn)[21]。對(duì)于芡實(shí)的品質(zhì)性狀與淀粉結(jié)構(gòu)的關(guān)系有待于進(jìn)一步研究。

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