張兆金，萬(wàn)天宇，鄭玉紅，周 堅(jiān)*

(1.江蘇省東?？h現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)管理委員會(huì)，江蘇東海 222300；2.南京林業(yè)大學(xué)，生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210037；3.江蘇省中國(guó)科學(xué)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(wàn)天宇2，鄭玉紅3，周 堅(jiān)2*

(1.江蘇省東海縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)管理委員會(huì)，江蘇東海 222300；2.南京林業(yè)大學(xué)，生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210037；3.江蘇省中國(guó)科學(xué)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(zhǎng)筒石蒜、中國(guó)石蒜以及換錦花為材料，用軟件Scophoto測(cè)量了根、鱗莖、葉內(nèi)淀粉粒的形態(tài)特征，并且統(tǒng)計(jì)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(zhǎng)筒石蒜、中國(guó)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(guó)石蒜和換錦花小淀粉粒比例高于大淀粉粒；長(zhǎng)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(duì)鱗莖較低。忽地笑、長(zhǎng)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(guó)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(jiàn)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(duì)于植株和球莖的生長(zhǎng)都有重要的作用[1-2]。百合(Liliumspeciosum‘Rubrum No.10’)的球莖生長(zhǎng)與儲(chǔ)存的碳水化合物活化有關(guān)，碳水化合物儲(chǔ)備對(duì)葉生長(zhǎng)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(fēng)信子(Hyacinthusorientalis)球莖在培養(yǎng)2~16周期間，隨著小鱗莖生長(zhǎng)和發(fā)育，淀粉顆粒出現(xiàn)減少趨勢(shì)[4]。因此，只有詳細(xì)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(kāi)花種球)高溫催花過(guò)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(yíng)養(yǎng)成分年變化規(guī)律研究[8]和中國(guó)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(diǎn)，比較了它們之間的差異，以期為進(jìn)一步了解石蒜屬植物淀粉生物學(xué)特性提供理論研究，也為開(kāi)發(fā)與利用石蒜屬植物資源以及發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)提供參考。

1材料與方法

1.1材料以忽地笑、石蒜、長(zhǎng)筒石蒜(Lycorislongituba)、中國(guó)石蒜和換錦花為試驗(yàn)材料，取自南京林業(yè)大學(xué)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(gè)部位，擠壓汁液，均勻涂片。每個(gè)部位重復(fù)3次。利用攝像頭的尼康顯微鏡(Nikon50i)在偏振光下觀察。每個(gè)部位隨機(jī)取3個(gè)視野的淀粉粒，拍攝成數(shù)碼照片存在電腦硬盤(pán)供分析。采用Scophoto軟件測(cè)量顯微照片上淀粉粒面積(μm2)，并且計(jì)算淀粉粒數(shù)目，用R統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。

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(jiàn)到馬耳他十字(Maltesecross)，即在淀粉粒上出現(xiàn)“十字紋”，十字的交點(diǎn)處為淀粉粒的臍。在同一觀察視野比較，發(fā)現(xiàn)中國(guó)石蒜和忽地笑植物的淀粉較多(圖1C、1E)，同時(shí)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(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)筒石蒜的淀粉粒整體相對(duì)較大，平均數(shù)約為388 μm2，而中國(guó)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(duì)比較均勻；在淀粉顆粒大小方面，長(zhǎng)筒石蒜的淀粉粒總體比較大，平均數(shù)為388.20 μm2，而中國(guó)石蒜的淀粉顆粒相對(duì)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(biāo)看，5種石蒜屬植物的淀粉粒多數(shù)為小淀粉粒，達(dá)到比較均等的只是長(zhǎng)筒石蒜(占50%)，而中國(guó)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(méi)有呈現(xiàn)正態(tài)分布，并且與“大于平均數(shù)顆粒數(shù)”指標(biāo)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(zhǎng)筒石蒜(圖2J)外，其余都偏向正態(tài)分布線左側(cè)；同時(shí)，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(zhǎng)筒石蒜(J、K、L)，中國(guó)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(yàn)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(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)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(guó)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(biāo)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(diǎn)為粒心(臍)，將淀粉顆粒分成 4 個(gè)白色的區(qū)域。長(zhǎng)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(guó)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?jiàn)，與其他植物類(lèi)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(zhǎng)筒石蒜淀粉粒、中國(guó)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(duì)而言，石蒜和換錦花較小，長(zhǎng)筒石蒜的淀粉顆粒小粒淀粉和大粒淀粉都最大，而中國(guó)石蒜和忽地笑小粒淀粉面積比較大，但大粒淀粉則相對(duì)比較小。由于植物中淀粉粒的數(shù)量與大小不穩(wěn)定，會(huì)隨著發(fā)育時(shí)期[4]和含淀粉細(xì)胞所在部位[9]等而變化。同時(shí)，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(xué)性質(zhì)、消化性質(zhì)、改性效果以及熱力學(xué)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(zhǎng)和淀粉特性的基礎(chǔ)。

在百合栽種期鱗片細(xì)胞中淀粉粒數(shù)量最多，鱗莖起著“源”的功能。在植株生長(zhǎng)過(guò)程中，鱗片細(xì)胞中以分解代謝為主，淀粉粒數(shù)量下降，至盛花期時(shí)達(dá)到最低，然后鱗莖細(xì)胞內(nèi)開(kāi)始貯藏同化產(chǎn)物，淀粉粒呈上升趨勢(shì)，在花后期鱗莖轉(zhuǎn)變以發(fā)揮 “庫(kù)”的功能，收球期淀粉粒再次充滿整個(gè)細(xì)胞[16]。對(duì)比生長(zhǎng)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(lèi)的植物，但淀粉主要是存儲(chǔ)在鱗莖中，即石蒜屬植物的鱗莖是淀粉的主要儲(chǔ)存器官，更具體地說(shuō)，石蒜屬植物的鱗葉部分是淀粉儲(chǔ)存的主要場(chǎng)所。

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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(jiǎn)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(jì)方面的工作。*通訊作者，教授，從事植物生長(zhǎng)發(fā)育及栽培方面的工作。

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

中圖分類(lèi)號(hào)S 682.2+9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)02-021-05