种子萌发过程中呼吸关键酶调控物质能量代谢规律研究

摘要

自Kleiber提出3/4定律以来，许多学者致力于生物各个层次上的异速关系研究。WBE模型认为植物代谢速率与其个体大小间的异速指数为3/4，但生态代谢理论（Brown et al.,2004）提出，指数为3/4的异速关系只适用于植物大个体，对植物小个体，其代谢速率与个体大小间可能是等速生长关系，即指数为1。这种不确定关系可能与植物萌发及幼苗发育阶段的特殊过程有关，如代谢惰性组织的积累、代谢速率随代谢活跃部分活跃程度变化等。目前，对于这方面的研究鲜有报道，尤其对于种子萌发过程及幼苗阶段各种特征属性间的关系很少有深入的研究。　　基于以上原因，本文选择萌发中的种子及幼苗作为研究对象，通过实验研究其不同呼吸途径的关键酶活性与个体大小、个体呼吸速率、个体含水率等的异速关系。实验结果表明：1）EMP途径的关键酶 PFK活性随培养时间呈不断增大趋势；TCA途径的关键酶IDH与MDH活性随时间呈先不断增大后不断减小的倒“V”型趋势；PPP途径的关键酶G6PDH活性随时间呈先增大后减小的趋势，且在培养初期很短的时间内即达到峰值，此后逐渐下降。出现这种趋势可能与不同代谢途径在种子萌发及幼苗生长阶段所起的作用不同有关；2）PFK、MDH、IDH、G6PDH活性与个体大小间的异速指数分别为1.377、1.478、1.150、1.116。从整体上看，四种酶的活性与个体大小间都呈略大于1的等速关系；3）PFK、IDH、MDH、G6PDH活性与个体呼吸速率的异速指数分别为0.898、1.085、0.832、1.112，实验所得值均接近于1，类似于生态代谢理论提出的植物小个体代谢速率与个体大小间指数为1的等速关系；4）PFK、IDH活性与个体含水率的异速指数分别为0.557、0.562；MDH、G6PDH活性与个体含水率的异速指数分别为1.041、-0.991，前两种酶活性与个体含水率的异速指数接近1/2，后两种酶活性与个体含水率则近似为等速关系，其指数十分接近1。分析上述结果产生的原因，我们认为可能与种子萌发及幼苗发育过程中植物呼吸代谢的复杂多样有关，不能用单一的模式来解释其生长过程，因为各种呼吸途径在种子萌发及幼苗发育过程中被活化的程度不同，所起的作用也有较大差异，且各种呼吸途径间也不是完全独立的。但从本实验的研究结果中，我们也能简要归纳出种子萌发及幼苗发育阶段各呼吸途径变化的大致规律：种子解除休眠转化为萌发及萌发前期阶段，PPP途径作用显著；在种子萌发至形成幼苗的整个过程中，EMP途径活化程度不断推进，且在后期作用显著；TCA循环承继EMP途径，前期活化状态逐步上升，后期逐渐下降。本文的研究结果对于植物小个体不同特征属性间的异速关系研究具有一定的参考价值，为未来进一步研究奠定了基础。

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符号说明

第一章 研究背景

1.1 代谢生态理论

1.2 种子萌发过程中不同代谢途径的关键酶

1.3 科学问题的提出

第二章 材料与方法

2.1 实验材料与仪器

2.2 测定方法

2.3 数据分析

第三章 结果

3.1种子萌发过程中不同代谢途径关键酶活性随培养时间的变化规律

3.2种子萌发过程中不同代谢途径关键酶活性与个体大小的异速关系

3.3种子萌发过程中不同代谢途径关键酶活性与呼吸速率的异速关系

3.4 种子萌发过程中不同代谢途径关键酶活性与含水率的异速关系

第四章 讨论

4.1 EMP、TCA、PPP关键酶活性随时间的变化规律分析

4.2种子萌发过程中不同代谢途径关键酶活性与个体大小的异速关系分析

4.3种子萌发过程中不同代谢途径关键酶活性与个体呼吸速率的异速关系分析

4.4种子萌发过程中不同代谢途径关键酶活性与个体含水率的异速关系分析

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢