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羧甲基壳聚糖对玉米籽粒氮代谢关键酶和种子贮藏蛋白含量的影响 |
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困难很大，而利用基因工程，目前仅能对玉米的氨基酸组分进行改良，要提高玉米蛋白质含量难度较大，因为蛋白质属多基因簇编码。已有研究表明，和蛋白质含量较高的作物相比，低蛋白作物的氮代谢途径中谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脱氢酶(GDH)往往受到抑制，结果使铵离子补偿能力下降，造成贮藏蛋白含量较低（Osuji和Cuezo 1992，Godson等1992）。因此，如果能通过对氮代谢的生理调控解除或减轻对GS和GDH的抑制，提高铵离子补偿能力，就可以促进氨基酸和蛋白质的生物合成，从而提高其蛋白质含量。
羧甲基壳聚糖（N-carboxymethylchitosan，NCMC）是天然多糖甲壳素的衍生物，易溶于水，对植物具有生理调节功能。NCMC处理番茄可提高叶片中叶绿素含量（Cuezo 等1991）；处理玉米果穗，可大幅度提高醇溶蛋白的含量（Osuji和Cuezo 1992）；处理玉米种子不仅可提高种子发芽率及α-淀粉酶活性（师素云等1996）,同时也提高了幼苗中硝酸还原酶和谷氨酸脱氢酶活性（师素云等1997）。这些研究的初步结果，肯定了NCMC对作物代谢的生理调节效果。本实验通过羧甲基壳聚糖处理玉米果穗，测定了种子发育过程中与氮代谢有关的酶活性和种子贮藏蛋白含量的变化，以进一步阐明羧甲基壳聚糖对植物氮代谢的调节功能。
1 材料与方法
1.1 实验材料 羧甲基壳聚糖由无锡轻工业学院食品科学与工程系提供，为白色固体，1%的水溶液25℃时粘度为100cP。玉米(Zea mays L.)杂交品种丹玉13号于4月中旬播于网室，常规管理。在玉米抽穗开花期取生长一致的植株分3组进行处理：一组用0.2%的羧甲基壳聚糖水溶液注射果穗基部，每穗2ml；一组用同样的药液5ml喷洒花丝，第2天重复处理一次，处理后随即授粉；另一组不处理，与前者同时授粉。10d后每隔5d取样一次，共4次，每个样品从5个果穗上取约2.0g籽粒，置-70℃冰箱保存，备酶活性测定和可溶性蛋白分析。种子成熟后分别收获、脱粒、干燥、磨粉，进行种子贮藏蛋白含量及蛋白质组分分析。
1.2 酶活性测定 GS、GDH和谷丙转氨酶（GPT）活性测定参照黄维南（1985）方法。离体实验与酶活性测定时，取未成熟玉米籽粒按黄维南（1985）方法，提取酶液后加入羧甲基壳聚糖，再按上述方法进行酶活性测定。蛋白水解酶活性测定参照吴光南等（1985）方法。
1.3 可溶性蛋白含量测定 应用Lowry等（1951）方法。
1.4 贮藏蛋白含量测定 采用张龙翔等（1981）编著的凯氏定氮法。
1.5 种子贮藏蛋白组分分析 参照董牛等（1988）方法。
2 结 果
2.1 羧甲基壳聚糖处理玉米果穗后，与未成熟籽粒氮代谢有关酶活性的变化
2.1.1 GS活性 玉米籽粒发育前期GS活性逐渐增强，授粉后15d达最高值，随后下降；但经羧甲基壳聚糖处理的果穗，其籽粒中GS活性比对照高20%以上（图1）。
图 1 NCMC处理后玉米籽粒GS活性的变化
Fig.1 Dynamics of GS activities in maize grains after NCMC treatment
2.1.2 GDH活性 授粉后第10到15天，无论是处理还是对照，籽粒中GDH活性逐渐上升，15d后开始下降，但处理高于对照（图2），并随着籽粒的成熟，GDH活性增强的比率也越大。例如在第10、15和25天时处理比对照分别增加30%、40%和50%以上。
图 2 NCMC处理后玉米籽粒GDH活性的变化
Fig.2 Dynamics of GDH activities in maize grains after NCMC treatment
2.1.3 GPT活性 与GS和GDH相比，籽粒中的GPT活性高峰到达较迟，在授粉后的前15天活性上升较慢，15d后则急剧上升，至20d时达最高值，以后开始下降。在这个过程中，羧甲基壳聚糖处理和对照GPT活性变化趋势基本一致，但处理比对照高20%以上。随着籽粒的日趋成熟，处理与对照相比GPT活性增强的幅度也加大（图3）。
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