terization of rice lipoxygenase component 3 from embryos
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熟软化的关系 [J ] . 植物生理学报 ,1999 ,25 (2) :138 -
的未缺失株数和缺失株数之比为 1∶1 ,则得到证明 。 3 讨论
Aibara[7]等 (1986) 研究了贮藏中稻谷米糠脂肪的变 化 ,指出 :亚油酸和油酸为稻谷膜脂中脂肪酸主要成分 , 同时还含有少量的亚麻酸 ,在贮藏过程中 ,膜脂易在脂肪 水解酶作用下分解产生游离脂肪酸 ,其中亚油酸 、亚麻酸 极易被氧化 ,油酸 、棕榈酸的含量保持不变 。膜磷脂结合 的多元不饱和脂肪酸如亚油酸 、亚麻酸等是膜流动性主 导因素 ,它们的氧化导致膜流动性的丧失和细胞膜透性 的增加 ,膜完整性丧失 ,随之而来 ,液泡等膜内蛋白水解 酶和有机酸因膜功能丧失而释放出来 ,进一步加快对膜 的破坏 。启动膜脂过氧化主要方式有 2 种 : 自氧化和酶 促氧化 。在花生和油菜中主要是膜脂过氧化 ,而稻谷则 主要为酶促氧化 ,即 Lox 以多元不饱和脂肪酸如亚油酸 、 亚麻酸等作为底物所进行的反应 。Lox 反应使得膜磷脂 的游离多元不饱和脂肪酸量减少 ,打破了膜脂的降解平 衡 ,促使膜脂的降解 ,随后 ,游离多元不饱和脂肪酸大量 增加 ,促进了 Lox 自我活化[6] 。Lox 的产物主要为脂肪氢 过氧化物和氧自由基 ,而这些物质可以直接作用于更多 的多元不饱和脂肪酸 ,产生一系列连锁反应 ,最终加剧了 膜脂过氧化的进行 ,还可以对蛋白质 、膜结构 、细胞组织 以及 DNA 造成破坏 ,从而导致米质劣变 ,种子活力丧失 。 稻谷贮藏陈化变质后 ,往往会散发出陈味 ,这是产生陈味 的酶系统作用的结果 。该酶系统包括脂酶 、水解酶 、Lox 和裂解酶等组成 。在它们的联合作用下 ,使稻谷的膜磷 脂中的亚油酸降解为小分子的醛 、酮和其他挥发物[9] 。 图 1 表明了这一变化过程 。
摘要 介绍了一种新的植物脂肪氧化酶同功酶快速检测技术在筛选 Lox23 缺失的稻谷耐贮藏材料的应用 ,并讨论了脂肪氧化 酶与稻谷贮藏的陈化变质之间的联系 。旨在开辟一条研究 Lox 特性和选育 Lox 缺失型材料的新途径 。 关键词 脂肪氧化酶 ;稻谷贮藏 ;陈化变质
Lipoxygenase and the Deterioration of Rice Grain in Storage Zhang Ying et al ( Rice Research Institute , Key Lab of Rice Genetics and Breeding of MOA , AAAS , Hefei 230031 ) Abstract In this paper , a new rapidly detective technique of plant lipoxygenase isozymes was introduced , which was used to screen new rice varieties with lacking in Lox23. The effect of lipoxygenase on the deterioration of rice grain storage was researched. Our aim was to create a new way of studying Loxs characters and developing new rice varieties with lacking in Lox23. Key words Liposygenase , Rice grain in storage , Deterioration
试验采用由安徽省农业科学院水稻研究所提供的水 稻稻胚 Lox23 缺失型材料 (DawDam、皖鉴 1518) 和水稻常规 品种材料 (M3122 、早籼 14) 及农艺性状优良 DawDam 杂交 后代的株系 。 1. 2 化学试剂和主要仪器
亚油酸为中国医药公司经销产品 ;β- 类胡萝卜素为 MERLK 公司产品 ,其他化学试剂均为分析纯 。
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566 安徽农业科学 2001 年
215 . 3 Hildebrand. D. F. Lipoxygenases [J ] . Physiol . Plant , 1989 ,
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lipid and their changes during storage [ J ] . Agric. Biol .
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“Adv. Cereal Sci . Tech”pomeranz , Y(eds) 1988 ,9 :161 -
721W 微机型分光光度计 (上海光学仪器厂) 。 1. 3 方法 1. 3. 1 植物脂肪氧化酶同功酶快速检测技术 。该技术已 申请国家发明专利[8] 。其主要原理为 :利用脂肪氧化酶
注 :农业部重点研究项目 。 作者简介 :张瑛 (1968 - ) ,男 ,硕士 ,安徽省含山县人 ,主要从事植物生
Andre 和 Hou 于 1932 年首次发现大豆脂肪氧化酶 (lipoxygenase. EC1. 13. 11. 12 , Lox) 使多元不饱和脂肪酸 ( PUFA) 氧化产生豆腥味[4] ,从此 ,人们开始了在各种不同 植物中检测 Lox 的存在 , 研究其特性和反应机理 。1964 年 , YASUMATSU 等发现禾本科作物水稻稻谷陈化变质也 是由多元不饱和脂肪酸酶促降解所致[1] 。此后 H. W. Gard2 ner(1988) 、D. F. Hildebrand. (1989) 研究表明 ,导致稻谷陈 化变质的关键酶是脂肪氧化酶[2 ,3] 。脂肪氧化酶除存在 大豆和水稻外 ,还广泛地存在于其他植物特别是高等植 物体内[4] 。我国是世界上主要的稻米生产国之一 ,大部 分人口以稻米为主食 。水稻种子脂肪氧化酶的活力直接 影响稻谷贮藏 ,导致陈化变质 。因此 ,研究稻谷脂肪氧化 酶检测技术并用于筛选 Lox23 缺失的耐贮新材料 ,对进一 步研究克服稻谷贮藏陈化变质技术有十分重要的意义 。 1 材料和方法 1. 1 材料
明 Lox23 缺失体是单隐性基因控制性状 ,并初步证明 ,该 Lox 的缺失并不影响水稻的生长发育 。稻谷脂肪氧化酶 含量很低[5] ,主要存在于稻谷的稻胚和种皮中 ,其 Lox 活 性也很低 ,约为大豆 Lox 活性的 1/ 20[4] ,且 Lox 纯化时不 稳定 、易失活[5] , 故研究其生化特性有一定的难度 。为 此 ,笔者开发研制了简便 、快捷 、实用性强的脂肪氧化酶 同功酶检测技术 。安徽省农科院水稻所从日本引进了
表 1 为田间杂交和回交及组培的 Lox23 检测结果 。
表 1
方法
类型
田间杂交 粳稻
及回交 籼稻
组培
粳稻
合计
稻胚 Lox23 缺失情况
Lox23 缺 杂交 检测 总株数 缺失株 失株系 组合 世代 株 数/ 株
109
19 F3 916
271
73
33 F3 897267源自44D120
10
186
56
1833 548
表 2
Lox23 缺失材料 F3 的 x2 测验
籼稻
粳稻
Lox23 Lox23 未缺失 缺失
Lox23 Lox23 未缺失 缺失
实得数 预期数 实得数 - 预期数
645 271 641. 2 274. 8 3. 8 - 3. 8
630 267 627. 9 269. 1 2. 1 - 2. 1
144 . 7 Aibara S , Ismail I A , Yamashita H , et al . Changes in rice
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Chem. ,1986 ,50 :665 - 673. 8 中华人民共和国知识产权局. 发明专利公报. 2001 年 ,
(实测数 - 预期数) 2 预期数
0. 023 0. 053
0. 007 0. 016
合计
0. 076
0. 023
籼稻 x2[1] = 0. 076 粳稻 x2[1] = 0. 023 查 x2 表得 :0. 50 < P < 0. 95
从表 1 、表 2 可以看出 :田间杂交及回交的后代 ,粳稻 组合和籼稻组合 Lox23 x2[1] 的值分别为 0. 076 和 0. 023 , P 大于 0. 50 而小于 0. 95 。因此 ,其理论值与实际值没有明 显差异 ,即分离比为 7∶3 。由此表明 ,水稻脂肪氧化酶的遗 传由一对隐性基因所控制 ,而花药组织培养的后代 Lox23
Lox23 缺失基因型水稻材料 Daw Dam ,该品种株高 140 cm 以上 ,糯性 , 分蘖性差 , 叶片散 , 农艺性状差 。笔者已用 Daw Dam 和国内外优良水稻品种进行配组 。通过该脂肪 氧化酶同功酶检测技术 ,在后代 56 个组合 186 个株系的 1 833株中筛选 548 株 Lox23 缺失且农艺性状优良的品系 。 这些Lox23 缺失体获得 ,为进一步利用Lox 酶缺失基因从遗 传育种上克服稻谷贮藏陈化变质 ,从根本解决稻谷陈化变 质问题 ,对我国粮食安全贮藏具有深远意义 。 4 参考文献 1 Yasumatsu K, Moritaka S. Fatty acid compositions of rice