谷物是膳食的重要基础组成部分，也是B 族维生素、矿物质、膳食纤维等营养素的重要食物来源。根据加工程度不同，谷物可分为精制谷物和全谷物。全谷物的特点是保留了完整谷粒所具备的胚乳、胚芽和麸皮及营养成分。它既可以是完整的谷物籽粒，也可以是碾磨、粉碎、压片等简单处理后的产品。经常食用全谷物，不仅可以有助于维持健康体重，还可以降低心血管疾病、2型糖尿病、肠道癌症等疾病的患病风险。应鼓励公众逐步改变“精、细、白”的主食消费习惯，提高全谷物在膳食结构中的比例。

氮素是影响玉米生长发育、产量和籽粒品质形成所必需的营养元素.为挖掘早期发育的玉米胚乳响应低氮胁迫的关键基因,揭示玉米胚乳抵御低氮胁迫的生理响应及分子机制,本研究在低氮和足氮处理下,对授粉后第6天的自交系B73玉米胚乳进行氨基酸含量、氨基酸衍生物含量分析和转录组测序.生理测定表明,低氮胁迫下,玉米胚乳中10种氨基酸或氨基酸衍生物含量升高,其中苏氨酸、β-氨基异丁酸、组氨酸、β-丙氨酸、赖氨酸含量升高程度最大,其升高范围介于71.1％～153.1％;而其余21种氨基酸或氨基酸衍生物含量降低,其中鸟氨酸、胱氨酸、天冬酰胺、苯丙氨酸、α-氨基丁酸含量下降程度最大,其下降程度范围介于51.6％～65.8％.转录组测序结果表明,与足氮处理相比,低氮胁迫下玉米胚乳中鉴定到3185个显著上调和2612个显著下调的差异表达基因.进一步检测到参与氮代谢途径和氰基氨基酸代谢途径的差异表达基因分别为12和9个,AP2/ERF-ERF、bZIP、WRKY差异表达转录因子家族成员分别为20、10和21个.这些候选基因可能是玉米胚乳抵御低氮胁迫响应的重要基因资源,其为玉米胚乳应答低氮胁迫的分子机制及耐低氮玉米新品种培育奠定基础.

凤眼果具有温胃、杀虫等功效,其名称和性状易与苹婆属其他物种混淆,然而其相关研究基础比较薄弱.该研究对凤眼果性状、微性状、种子横切面及粉末显微特征进行观察;利用双向测序获取凤眼果DNA条形码序列ITS2、psb A-trn H、mat K、rbc L,计算Kimura 2-Parameter(K2P)遗传距离,建立邻接系统进化树并进行聚类分析.结果表明:(1)凤眼果性状特征为外被深红色果皮,种子表面红褐色或暗栗色,质硬,内含浅黄色肥厚胚乳 2 片.(2)微性状特征为外种皮红褐色,极薄,质脆;中种皮黑褐色,较厚,质硬;内种皮浅黄色,质软.(3)显微特征为外种皮石细胞结构和排列方式、中种皮栅状细胞结构、内种皮细胞壁呈连珠状增厚、草酸钙簇晶.(4)基于ITS2 序列可将凤眼果与苹婆属其他植物有效区分,mat K序列可将假苹婆与苹婆属其他植物有效区分.该研究获取的凤眼果性状、微性状及显微特征数据,结合ITS2 条形码序列可有效鉴别凤眼果,为其资源开发及质量标准制定提供了科学依据.

本研究测定了 100份糜子种质资源的直链淀粉和支链淀粉含量,采用分子标记对胚乳直链淀粉合成调控基因Waxy进行基因分型,并选取不同直链淀粉含量代表种质资源进行基因测序和差异位点分析.结果表明,100份糜子种质资源直链淀粉含量变化幅度为0～22.78％,平均6.07％,直链淀粉含量低于3.7％的糯性材料占36％,完全糯性材料占24％;支链淀粉含量变化幅度为4.55％～56.73％,平均15.30％.分子标记M5/R11扩增产物能有效区分S0、S-15和S0S-15基因型;标记int5Lf/R3和M12/R12的PCR产物利用内切酶ACC I和EcoN I剪切,可鉴别出Lc、LY、LF基因型.100份糜子种质共发现9种基因型,其中S0/Lc数量最多,占33％,S-15/LF占25％,杂合型S0S-15/LF、S0S-15/Lc、S0S-15/LYLF各占2％.通过Waxy基因序列比对,在地方品种甘谷黑蝉背、黑糜子、庆阳饿死牛,育成品种晋黍9号、赤糜2号等种质资源中发现了大量新的SNPs位点,可用于基因功能和糜子育种材料创制研究.本研究结果为糜子分子育种工作及品质改良提供了理论依据.

为揭示毛竹(Phyllostachys edulis)种子生长过程中胚、胚乳、果皮及种皮的发育规律,以桂林海洋山一带的开花毛竹为材料,采集并固定不同时期的开花毛竹种子,使用石蜡制片法制片,显微镜观察胚、胚乳、果皮与种皮的结构变化.结果表明:(1)毛竹花后1 d完成受精并形成合子,合子休眠时长约为5 d.经过原胚阶段、胚芽鞘阶段、幼胚生长阶段及成熟胚阶段,花后40 d的胚发育基本成熟,其发育类型为禾本型.(2)胚乳发育早于胚的发育,其发育类型为核型胚乳,历经游离核、细胞化、细胞分化及成熟4个阶段.在细胞分化阶段胚乳细胞分化形成淀粉胚乳细胞以及糊粉层细胞,淀粉胚乳细胞主要积累淀粉粒,糊粉层细胞主要积累矿质元素、脂类及蛋白质等.(3)花后1 d的果皮细胞及珠被细胞形状规则、内含物丰富、结构完整;花后10～20 d,内、外果皮及珠被细胞层数递减,形状发生改变,中果皮细胞开始出现淀粉粒;花后20～60 d,随着胚乳细胞营养物质的积累及体积的增大,向外产生机械压力,中果皮细胞逐步消解仅剩残留的细胞壁;外果皮细胞呈长条形,细胞壁加厚,与残留的中果皮细胞壁组成保护结构;皮层在种子发育过程中主要起到合成、运输营养物质以及保护胚和胚乳发育的作用.该研究结果为完善毛竹生殖生物学相关内容以及了解竹类植物胚和胚乳的发育提供了理论依据.

植物为宿主表达外源蛋白的系统称之为分子农场,通过农杆菌将外源基因导入植物进行表达具有高效、安全、廉价的优点,特别是植物具备一系列翻译后修饰功能,因此该系统能弥补原核表达系统的缺陷.本综述首先介绍了近些年在烟草叶片瞬时表达和水稻胚乳组织特异性表达上取得的进展,特别是一些利用分子农场进行医用蛋白表达、药物合成、疫苗制备等典型案例.在优化生物反应器、提高表达效率策略上,本综述重点探讨了蛋白翻译后水平上的调控,包括蛋白酶抑制剂的作用、糖基化修饰环节以及分子伴侣共表达等对外源蛋白表达的影响.最后,围绕外源蛋白大量囤积于内质网可能引发内质网胁迫的问题,展望了通过优化内质网环境来提高外源蛋白表达效率的可行性.

为了解观光木种子内源抑制物质活性及其存在部位,用甲醇浸提种子不同部位(假种皮、种皮和胚乳),采用培养皿滤纸法,研究不同质量浓度(0、12.50、25.00、50.00、75.00、100.00 g/L)观光木种子不同部位浸提液对白菜种子萌发、幼苗生长和抗氧化酶活性的影响.结果表明:观光木种子不同部位均含有抑制白菜种子萌发和幼苗生长的物质,且不同部位的抑制物活性存在差异,对种子萌发和苗高生长的抑制作用表现为假种皮＞胚乳＞种皮;假种皮、种皮和胚乳中的抑制物质影响白菜幼苗的酶活性,随着浸提液质量浓度的升高,白菜幼苗的SOD与CAT活性表现出先升高后降低趋势,而POD活性与MDA含量则表现出相反趋势.可见,观光木种子中存在较强的抑制种子萌发的物质,这可能是观光木种子休眠的主要原因之一.

研究朱砂根种子胎萌发生与果实不同部位碳水化合物及酶活性的关系,为探讨胎萌发生的生理机制提供依据.以朱砂根胎生与非胎生果实为材料,剥离外果皮、中果皮、内果皮、胚乳以及胎生种子的胚根,分别测定不同部位的蛋白质、可溶性糖、淀粉、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)以及淀粉酶活性,并进行相关性分析.结果表明,朱砂根胎生果实不同部位的蛋白质、可溶性糖和淀粉含量均显著低于非胎生果实,而胚根中的含量均较高;胚根突破种皮后,胎生果实中的SOD和POD酶活性均增加,大多高于非胎生果实,且淀粉含量与SOD呈负相关,与POD呈极显著负相关.此外,无论是胎生还是非胎生果实,以内果皮的α,β-淀粉酶活性最高,但胎生果实均低于非胎生果实,说明淀粉酶对朱砂根果皮中的淀粉发生了水解作用.胎生果实不同部位的碳水化合物可能协同参与胚发育的代谢过程,其含量被降解用作胚的组织分化发育所需的能量,并在胚内积累,同时启动了相应的抗氧化酶防御系统,尤其是内果皮中较高的碳水化合物、淀粉酶与POD酶活性,可能对朱砂根种子的胎萌起重要的调控作用.

为探究低温层积过程中桃儿七种子细胞壁代谢及种皮超微结构与休眠解除的内在联系,该研究通过低温层积解除桃儿七种子休眠,分析休眠解除过程中种子不同部位细胞壁组分及相关代谢酶的变化,同时利用扫描电镜对种皮的超微结构进行观察.结果表明,(1)桃儿七种皮主要由角质层、栅状石细胞层及海绵组织层3层构成,在层积过程中,种皮内部的海绵组织逐步疏松膨胀,种皮表面破损加剧;(2)种子不同部位的细胞壁组分具有明显差异,整个层积过程中,种胚、种皮和胚乳中的纤维素含量均在层积中期(45 d和60 d)降至最低,3个部位的纤维素酶活性在层积中期对应升高;种胚和种皮内的半纤维素含量均在层积中期显著下降,种皮中甘露聚糖酶活性和木糖苷酶活性在层积中期时相应达到最大;3个部位的果胶含量均在层积后期(75 d和90 d)时显著下降,而种皮和胚乳中多聚半乳糖醛缩酶活性也在层积后期相应升高;(3)种胚和胚乳内过氧化物酶活性在层积75 d和90 d时明显下降,而SOD活性在此时显著上升.(4)种子不同部位3种木质素单体的组成比例具有明显区别,同时3种木质素单体含量均随层积时间的延长而显著降低,且胚乳和种皮中的S-木质素含量对种子萌发存在显著的负向影响关系.研究认为,在低温层积过程中,桃儿七种子内细胞壁组分纤维素、半纤维素及木质素的逐步酶解,活性氧作用下的细胞壁松弛以及海绵组织层的疏松膨胀和种皮的破裂,破坏了细胞壁的刚性结构,促使种子机械束缚力降低,吸水性能提高、胚根生长能力增强,最终导致其休眠解除.

水稻是人类主要的粮食作物,如何有效提高其产量和品质是备受关注的重大科学问题.水稻籽粒大小是影响产量的主要因素之一,水稻籽粒发育调控的研究对利用分子设计育种提高产量、改善品质具有重要的指导意义.粒型由籽粒的长度、宽度和厚度共同决定,是受多基因调控的数量性状,是决定水稻产量和品质的关键因素之一.近年来,通过对水稻种子发育缺陷突变体的研究,发现了大量与粒型相关的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL),一些相关基因也相继被克隆和鉴定,调控水稻粒型的复杂信号通路正在逐步阐明,其中一些基因涉及植物激素的合成、分解、运输,以及植物激素的信号转导途径.本文概述了水稻胚乳发育的基本过程,归纳了目前对胚乳发育过程中植物激素动态变化的整体认识,聚焦于控制水稻粒型的植物激素信号通路相关QTL和基因的研究现状,并对近年来取得较大进展的细胞分裂素、油菜素内酯、生长素、赤霉素、乙烯、茉莉酸和脱落酸相关通路与粒型调控的关系进行了总结和分析,进一步梳理了水稻粒型相关植物激素信号调控网络,旨在为鉴定和解析植物激素调控水稻粒型的分子机制提供参考,同时为水稻分子设计育种提供新的思路.