变态根茎和禾谷类籽实中淀粉粒形态比较分析毕业论文

1、 . . . 变态根茎和禾谷类籽实中淀粉粒形态比较摘要利用光学显微镜和电子显微镜对变态根茎和禾谷类籽实中的淀粉粒形貌与结构进行了详细的研究，揭示了两种不同器官中淀粉粒形貌与结构之间的共同点和差别。结果表明：这两类储藏器官中淀粉粒均有球形、卵形和不规则多边形的形状，但大小、分布、表面结构作物品种间存在明显差异。此成果为淀粉种类的鉴别和淀粉科学研究提供有价值的参考依据。关键字食用植物 禾谷类 变态根茎 淀粉粒 形态比较淀粉是高等植物体储藏的主要能源物质，每年以淀粉形式贮藏的光合产物约28.5亿t，人类利用的淀粉主要来源于植物的籽粒、块根和块茎，每年产生于籽粒的淀粉约20.5亿t，玉米、水稻、小麦、

2、马铃薯等是生产淀粉的主要作物。淀粉是人类食物和动物饲料的主要碳水化合物成分，提供60%80%的热量，同时淀粉也广泛应用于食品工业与非食品工业。淀粉和改性淀粉在食品生产中已用作增稠剂、粘结剂和稳定剂等而改变食品的物理特性和风味。改性淀粉应用于造纸业可改善纸质量。在纺织业中淀粉常被用作上浆剂、整理剂、增色剂以获得高质量的布料。在药品中和化妆品生产中可用作粘结剂、增量剂和乳化剂、定型剂等。此外，淀粉还可用于生产可生物降解的塑料、生物聚合体塑料等。随着科技的快速发展，淀粉的用途将越来越广泛,对淀粉品质的要求也将越来越高,因此，对于淀粉的结构、结构与品质的关系以与淀粉品质形成机制的研究受到人们的高度重视

3、1。在显微镜下观察，淀粉在植物细胞中以颗粒状存在，故称为淀粉粒。在长期的研究过程中，人们发现来源于不同植物的淀粉粒在大小和形态上存在着明显差异，有资料显示，淀粉粒粒径的大小决定着淀粉用途和产品品质2。淀粉粒在形态上由3种类型：单粒淀粉，只有一个脐点，无数的层纹围绕这个脐点；复粒淀粉，具有两个以上的脐点，各脐点分别有各自的层纹围绕；半复粒淀粉，具有两个以上脐点，各自脐点除有本身的层纹环绕外，外面还有共同的层纹。不同的植物淀粉粒在形态、类型、大小、层纹和脐点等各方面各有特征3。因此可以根据淀粉粒的在形态特征上的差异来区别和确定淀粉种类4。本课题利用光学显微镜和扫描电子显微镜，分别从淀粉粒的脐点位置

4、、轮纹特点、整体形态等方面，对部分禾谷类和变态根茎类淀粉粒的结构和形貌特征进行了系统的研究，为淀粉的进一步开发应用提供参考依据。1材料和方法1.1材料和设备禾谷类：小麦(Triticum aestivum L.)、大米(Oryza sativa L.)、玉米(Zea mays L.)、燕麦(Avena sterilis Linn.)、大麦(Hordeum vulgare Linn.)，禾谷类样品由市粮食局提供；变态根茎类：马铃薯(Solannum tuberosum L.)、山药（Dioscorea opposite Thunb.）、莲藕(Nelumbo nucifera)、茨菰(Sagitt

5、aria sagittifolia)、生(Zingiber officinaleRoscoe.)、山芋(Rhizoma Dioscoreae Oppositae.)，变态根茎类样品由市亭湖开发区农贸市场提供。美国FEI环境扫描电子显微镜、MOTIC双目生物显微镜、数码相机、解剖器、载玻片、盖玻片、碘液、清水。1.2样品的处理将上述样品研磨成粉浆状，取适量放在载玻片中间，加入少许蒸馏水稀释，然后滴加少许碘液，使之均匀分散，盖上盖玻片，制成装片，置于光学显微镜下观察。在这个过程中一定要注意，每次制完一个装片后，所用的工具一定要清洗干净，否则工具上残留的淀粉会对下一个装片产生污染。1.3测试条件和方

6、法1.3.1光学显微镜法 将制备好的待测样品玻片放在光学显微镜下观察，选择合适的放大倍数，其中马铃薯淀粉粒的放大倍数是200倍，其余样品淀粉粒的放大倍数为400倍，调节光源，使视野下亮度适中，在光学显微镜下选择合适的位置观察并拍摄淀粉粒的形貌。1.3.2扫描电镜法 用扫描电子显微镜，将上述样品粉末用导电双面胶粘在金属样品台上，在真空中镀金后，置于扫描电子显微镜下观察，除了山药在20KV电子束下观察外，其余样品都在15KV电子束观察，并拍摄具有代表性的淀粉粒形貌。2结果与讨论21马铃薯淀粉粒的形貌结构 马铃薯淀粉粒的光学显微镜照片见图1(a)，从图中可以看到马铃薯淀粉粒呈椭圆形或类圆形，体积很小

7、的马铃薯颗粒中心有一个点，而体积较大的颗粒的一端有一个明显的点，这就是马铃薯淀粉粒的脐点。其脐点位置不是位于淀粉颗粒的中心，而是偏于颗粒的一端的，此结果与本山5等的研究结果一致。在脐点周围可以明显发现有环纹存在，这就是马铃薯的轮纹。从图1(b)马铃薯淀粉粒的电镜扫描照片可以看出马铃薯的淀粉粒的颗粒饱满，体积差别很大，其中体积较大的粒径在26.6736.30µm左右，平均粒径是30.18µm，基本形状为椭球形，表面光滑；体积较小的呈圆球状，部分粘附在大的淀粉粒表面。 图1(a)马铃薯淀粉粒（L） 图1(b)马铃薯淀粉粒（E）22山药淀粉粒的形貌结构 图2(a)山药淀粉粒（L）

8、 图2(b)山药淀粉粒（E）图2(a)是山药淀粉颗粒的光学显微镜照片，从图2(a)可以看出在，山药的淀粉粒是几乎球形的椭圆形或类圆形，脐点点状、人字状、十字状或短缝状，多位于较小端可见轮纹，其药的轮纹没有马铃薯的轮纹那么明显。山药的淀粉粒中复粒稀少，由2-3分粒组成。从图2(b)山药淀粉粒的扫描电镜结构可以发现山药淀粉粒的形貌特征和光学显微镜下的形貌结构相似，即基本形状均为卵圆形、类圆形或柱形，山药的淀粉粒饱满，粒径在15.7026.26µm左右，平均粒径在19.77µm，表面光滑无裂纹。2.3莲藕淀粉粒的形貌结构 图3(a)是莲藕淀粉颗粒的光学显微镜照片。从图3(a)可以

9、看出莲藕淀粉颗粒主要有两种形态：一种体积较大，呈长椭圆形或鞋底形；另一种体积较少，近圆球形，它们或单独游离在细胞中，或通过网状膜系统连接在一起，形成半复粒淀粉。椭圆形颗粒的脐点位于颗粒的一端，而近圆球形颗粒的脐点位于颗粒的中央。莲藕淀粉粒具有明显的轮纹结构。图3(b)是莲藕淀粉颗粒在扫描电镜下的形貌结构，自然形貌下的莲藕淀粉颗粒饱满，表面光滑。对于Suzukid等6和闵燕萍7报道的淀粉粒有明显凹陷端，应该是由于制作扫描电镜样品时的物理损伤造成的。莲藕的淀粉粒分为两类，其中一类是颗粒非常的饱满，自然形状为粒形或长圆柱形，体积较大，粒径在42.6263.45µm之间，平均粒径为49.75

10、µm；另一类是未成熟的莲藕淀粉粒为球形或不规则粒形，体积较小，平均粒径为14.31µm，它们常聚在一起。 图4(a)茨菰淀粉粒（L） 图4(b)茨菰淀粉粒（E） 图3(a)莲藕淀粉粒（L） 图3(b)莲藕淀粉粒（E）2.4茨菰淀粉粒的形貌结构图4(a)是茨菰淀粉粒在光学显微镜下拍到的照片，从图4(a)可以看出茨菰的淀粉粒有两种形态，一种是体积较小，呈圆形状，另一种体积较大，呈类圆形。同时在较大的淀粉粒中央可以明显看到茨菰淀粉的脐点，脐点呈点状、人字状、十字状或短缝状。在脐点的周围有明显的环纹存在，这就是茨菰的轮纹结构。从图4(b)茨菰淀粉粒在扫描电镜下的形貌结构可以看出茨菰

11、的淀粉粒是不规则的多面体而且表面有凹槽存在，这点和光学显微镜下观察到的外貌特征差别很大，这种差异的存在可能是由以下几点造成的：人为原因，在实验操作过程中破坏了淀粉粒的结构；样品本身原因，淀粉粒在成长过程中营养不足或其它生长环境造成的；茨菰淀粉粒的平面结构和立体结构本身存在差异的。茨菰淀粉粒的粒径不大，在8.8411.95µm左右，平均粒径为10.30µm。2.5生淀粉粒的形貌结构 图5(a)生姜淀粉粒（L） 图5(b)生姜淀粉粒（E）图5(a)是生淀粉粒在光学显微镜下结构照片。从照片可以看出生的淀粉粒是棱角的不规则形状，脐点的形状不如茨菰脐点那么明显，呈点状，并且脐点不是位

12、于淀粉粒的中央而是偏在一端，在脐点周围有比较清晰的轮纹结构。图5(b)是生淀粉粒在扫描电镜下的形貌结构,从生淀粉粒的电镜照片可以看出生淀粉粒是一类颗粒饱满，表面光滑的圆球状颗粒。生淀粉粒的粒径很小，粒径在5.257.28µm左右，平均粒径为5.96µm。多数情况下是两个或两个以上淀粉粒紧挨在一起，形成复粒淀粉。 图6(a)山芋淀粉粒（L） 图6(b)山芋淀粉粒（E）2.6山芋淀粉粒的形貌结构图6(a)是山芋淀粉粒在光学显微镜下的形貌结构。从图6(a)可以看出山芋的淀粉粒有两类，一类是体积较小，呈圆颗粒状的未成熟的淀粉粒，另一类是体积较大，呈圆形状的，成熟的淀粉粒。山芋淀粉粒

13、具有脐点结构，且脐点位于淀粉粒的中央，呈点状，就像其它的变态根茎类植物一样，在山芋的淀粉粒脐点四周也具有明显的轮纹结构。从山芋淀粉粒的电镜照片可以看出山芋淀粉粒几乎都是紧挨在一起的，是复粒淀粉。山芋淀粉粒粒径变化幅度很大，小的只有5.44µm左右，大的有20.11µm，平均粒径为11.21µm。2.7小麦淀粉粒的形貌结构图7(a)是小麦淀粉的光学显微镜照片。从图7(a)可以看出小麦的淀粉粒是单粒淀粉，即每个质体只有一个淀粉粒8，小麦淀粉粒也像莲藕淀粉粒一样都有两种形态：一种是淀粉粒体积较大的，呈扁型；另一种是淀粉粒较小，呈球形（有些资料显示，小麦的大淀粉粒是单粒淀

14、粉，小淀粉粒是复粒淀粉9），表面有轮纹和脐点。从图7(b)小麦淀粉粒的扫描电镜照片可以得出和光学显微镜下得出的结论一致，即小麦的淀粉粒分为两种形态，一类是体积较大，直径在14.4623.02µm左右，平均粒径为20.01µm；另一类是体积较小的，直径小于10.00µm，这种小淀粉粒通常被认为是由大淀粉粒分裂而来的10。大淀粉粒多呈椭球形或扁平状，表面有明显的凹槽和小孔；小淀粉粒有球形、角形和不规则形。目前越来越多的研究表明，小麦的大、小淀粉粒具有不同的结构和理化特性，由此产生不同的淀粉特性，影响小麦的加工品质和食用品质11-13，因此很多研究者在从事小麦大、小淀粉

15、粒的研究，但这些研究多集中在成熟籽粒上9。 图7(a)小麦淀粉粒（L） 图7(b)小麦淀粉粒（E）2.8大米淀粉粒的形貌结构图8(a)是大米淀粉粒的光学显微镜照片。大米的淀粉粒是复粒淀粉，它由多个淀粉颗粒构成。从大米淀粉粒的光学显微镜可以看出大米淀粉粒是有棱角的不规则形状，颗粒较小。仔细观察可以发现大米淀粉粒中间有黑色的斑点，即大米的脐点，说明大米的淀粉颗粒也存在脐点。在脐点周围存在像树木的年轮一样的环纹，这就是大米淀粉颗粒的轮纹。图8(b)是大米淀粉粒的电子显微镜照片，从照片可以看出大米的淀粉粒是复粒淀粉，即一个淀粉体里含有多个淀粉粒，粒径大少差别很大，在7.1121.19µm之间

16、，平均粒径为15.62µm，在大淀粉颗粒间隙中充实着体积较小的淀粉体，因此淀粉粒之间间隙较小，相互挤压，呈多面体状不规则排列，棱角明显，相互镶嵌。2.9玉米淀粉粒的形貌结构图9(a)是玉米的淀粉粒结构的光学显微镜照片。从图9(a)可以看出玉米淀粉粒外形多为圆形和多角形，颗粒表面具有多个平面和棱角，从照片可以比较清楚地观察到多数淀粉颗粒的中心都有一个黑色斑点，或是一个亮斑，这就是玉米淀粉粒的脐点所在，即玉米淀粉颗粒也具有脐点，而且位于淀粉颗粒的中心处，在个别玉米淀粉颗粒上可以观察到存在的轮纹，而且是以颗粒脐点为中心向颗粒的四周逐渐扩散的4,5。目前，对玉米淀粉粒的形态结构已有较多了解，

17、如图9(b)所示，玉米淀粉粒表面光滑，多为多角形，还有少许球形，颗粒表面具有多个平面和棱角，颗粒饱满且表面比较光滑，粒径在4.5714.09µm，平均在10.17µm左右。 图8(a) 大米淀粉粒（L） 图8(b) 大米淀粉粒（E） 图9(a)玉米淀粉粒（L） 图9(b)玉米淀粉粒（E）2.10燕麦淀粉粒的形貌结构图10(a)是燕麦淀粉粒在光学显微镜下的形貌结构。如图10(a)所示，燕麦淀粉粒一类是体积较小，呈颗粒状的圆形结构，这类淀粉含量较多；另一类是体积较大的，呈类圆形结构。在体积较大的淀粉粒的中央可以发现有明显的褐色颗粒存在，这就是燕麦的脐点，且每个淀粉粒中存在两个或

18、者两个以上的脐点，这说明燕麦淀粉是复粒淀粉。从燕麦淀粉粒的扫描电镜结构可以看出燕麦淀粉粒颗粒饱满且表面比较光滑，呈卵圆形，淀粉粒与淀粉粒之间相互吸附在一起，粒径在8.369.71µm之间，平均粒径为8.96µm。2.11大麦淀粉粒的形貌结构 图10(a) 燕麦淀粉粒（L） 图10(b) 燕麦淀粉粒（E） 图11(a) 大麦淀粉粒（L） 图11(b) 大麦淀粉粒（E）图11(a)是大麦淀粉粒的光学显微结构，从大麦淀粉粒的光学显微镜照片可以看出大麦的淀粉粒分为两类，一类是体积较小的，呈颗粒状结构；另一类是体积较大，呈卵圆形结构。在部分体积较大的淀粉粒中可以明显找到人字状的脐点。

19、图11(b)是大麦淀粉粒在扫描电镜下拍到的淀粉粒照片，从图片可以看出大麦淀粉粒的粒径比较大，粒径在12.3419.14µm左右，平均粒径为15.45µm，大麦淀粉粒颗粒饱满，表面粘附着一些小的颗粒物质。不同淀粉粒的平均粒径与形态结构比较The average size of different starch grains and morphological structure comparison种类species粒径grain size平均粒径Average size脐点Hilum point轮纹Wheel grain单/复粒Single/after grain形状sha

20、pe马铃薯potatoes26.6736.30µm30.18µm有有单粒椭球形或类圆形山药yam15.7026.26µm19.77µm有有单粒和较少复粒卵圆形或类圆形莲藕Lotus root42.6263.45µm49.75µm有有半复粒长粒形或类圆形茨菰Dimitriosmushroom8.8411.95µm10.30µm有有单粒不规则多面体生ginger5.257.28µm6.01µm有有单粒圆球状山芋potato5.4420.11µm11.21µm有有复粒圆球状小麦wh

21、eat14.4623.02µm20.01µm有有单粒椭球形或扁平状大米rice7.1121.19µm15.62µm有有复粒多面体状不规则玉米corn4.5714.09µm10.17µm有有单粒多角形或球形燕麦oats8.369.71µm8.96µm有有复粒卵圆形大麦barley12.3419.14µm15.45µm有有单粒卵圆形或球形从上表可以得出以下结论：淀粉粒平均粒径方面：变态根茎类的淀粉粒的粒径普遍比禾谷类类淀粉粒的粒径要大，比如马铃薯的淀粉粒粒径为30.18µm，山药淀粉粒粒径

22、为19.77µm，大米淀粉粒粒径在15.62µm之间，小麦的淀粉粒粒径稍微大一点，在20.01µm之间；但是也有少数变态根茎类的淀粉粒粒径比禾谷类淀粉粒的粒径要小，如生的淀粉粒粒径只有6.01µm，茨菰淀粉粒的粒径也只有10.30µm，还有山芋的淀粉粒，它们的淀粉粒粒径都比有些禾谷类的淀粉粒粒径要小的多。而变态根茎类不仅品种间的淀粉粒粒径差别较大，即使同一植物的淀粉粒的粒径变化幅度也很大，比如山芋淀粉粒的粒径小的只有5.44µm左右，大的有20.11µm，在变态根茎类中，莲藕的粒径最大，在42.6263.45µm之

23、间。在轮纹和脐点方面：变态根茎类和禾谷类的淀粉粒都具有轮纹和脐点，不同的是轮纹的清晰度和脐点的位置、形状有区别，比如莲藕的轮纹比较清晰，而山药的轮纹较模糊，马铃薯淀粉粒的脐点呈点状，位于淀粉粒的一端，大麦淀粉粒的脐点呈人字状，位于淀粉粒的中央。在单/复粒淀粉方面：变态根茎类淀粉粒有的是单粒淀粉、有的是复粒淀粉、有的是半复粒淀粉，禾谷类淀粉粒中除了燕麦和大米是复粒淀粉，其它都是单粒淀粉，本文根据实验，观察得出玉米和小麦的淀粉体都是单粒淀粉，有的资料显示在淀粉发育初期，玉米和小麦淀粉体均有多粒现象，即淀粉体不只含有一个淀粉粒，且小麦质体中淀粉粒的数目明显多于玉米，在淀粉粒发育后期，玉米和小麦均为单

24、粒14。在淀粉粒的形态上：变态根茎类的淀粉粒多数是椭圆形、类圆形或者圆球形，形状相比禾谷类较单一，禾谷类淀粉粒的形态具有多样性，如小麦呈椭球形或扁平状，大米淀粉粒呈多面体状不规则，玉米淀粉粒则呈多角形和球形，燕麦和大麦呈卵圆形等。本文虽然对部分禾谷类籽实和变态根茎类植物细胞中淀粉粒的形貌结构进行了研究，但是这些研究是仅限于作物的某一阶段的淀粉粒，并不知道进行描述的作物的淀粉粒处于何阶段，是否属于成熟淀粉粒，以与这些作物淀粉粒在生长到成熟过程时，淀粉粒的形貌特征是否发生了变化等，这些都有待进一步探讨研究。3结语通过本课题的研究可以发现，不同植物体的淀粉粒在形态、大小差异很大，淀粉颗粒的形态有圆球

25、形、卵圆形、长粒形或不规则的多面体形等，淀粉体中的淀粉粒有单粒、复粒之分。即使同一植物在不同部位或不同时期淀粉粒形态也会有所不同，甚至在同种植物的一样部位的淀粉粒在形态上也有所差异，如小麦、玉米、莲藕、生中淀粉都有两种形态等，这种差异的存在可能是由于发育过程中的环境和营养成分的较少致使淀粉粒的发育较差。本课题的研究为了解淀粉粒的性质以与在实践中应用奠定了一定的基础，然而仍有一些问题有待于科研工作者的深入研究，例如本课题对淀粉粒的研究采用了光学显微镜和扫描电镜观察，用淀粉粒的直径和体积来描述其形貌特征，但是由于茨菰、大米、玉米等淀粉粒形状不规则，用直径或体积很难真实的反映淀粉粒的大小。在此次毕业

26、论文过程中，我学到了不少东西。以前书本的知识不是很懂，通过自己的观察、老师的讲解，原本不清楚的知识现在已经明朗了，并且加深了认识。以前我不知道淀粉粒是什么样的形态，不知道哪些种类的淀粉粒存在轮纹和脐点，自从做了这次毕业论文，我可以随时在脑海呈现出它们的形貌结构，知道哪些植物的淀粉粒存在轮纹和脐点，而且通过这次的论文，进一步激发了我对研究淀粉粒的兴趣。在本文中有些话说的可能不周到，对淀粉粒结构描述可能不到位，但我感到，在我大学四年的学习生涯中，这是我得到知识最多，感受最深的一次，并且深刻体会到学习植物学是需要理论与实践相结合的，不能单靠书本的知识，还得靠自己的细心观察与研究。致对于那些帮助过、指

27、导过、激励过我的人在这里向你们衷心的表达我的意。首先感我的论文指导老师于延球老师，于老师在本人论文写作期间给予的悉心指导和帮助，从课题的选择到论文的最终完成，于老师都给予了大量的指导。同时还要感我们植物学实验室的各位老师以与龙飞、坤、迎、荣和吕婷婷等同学给予的热心帮助。参考文献1周琳,晓萌,龙.植物淀粉颗粒结构研究进展J.种子,2009,28(1):55-582春艳,陆振翔,诚,等.小黑麦、小麦和黑麦淀粉粒形态特征与酶解特性的差异J.麦类作物学报,2010,30(3):520 -5253晓燕,吕厚远,东生,等.粟、黍和狗尾草的淀粉粒形态比较与其在植物考古研究中的潜在意义A.第四纪研究,2005

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