凤丹种子发育过程中营养物质变化规律的研究开题报告

1. 研究目的与意义

牡丹(Paeonia suffruticosa)在植物分类上归属于芍药科芍药属牡丹组多年生落叶小灌木。凤丹(Paeonia. Ostii)是原产于中国的特有植物资源，是一种牡丹组中结籽能力强，能够用来生产种籽、加工食用油的一种牡丹类型。凤丹用途广泛，不仅种子含油量较高，而且其花味道独特，营养丰富。另外，凤丹的根、茎、叶可制成菜肴，不仅色香味俱全，还具有食疗的功效。凤丹兼具极高药用和食用价值的特点，具有非常广阔的开发前景。

目前，对凤丹籽油开发与利用领域的研究，主要集中于采后凤丹籽含油率、油脂的脂肪酸组成、油的提取工艺等。然而，对凤丹种子发育过程中生理生化变化的相关研究还比较少。本试验以凤丹品种群为材料，观察凤丹籽粒发育过程中果实形态指标的变化，分析主要营养物质的积累过程及转化规律，种子含油量最高是凤丹荚果的最佳采收期。以期为凤丹生产与籽油的开发利用提供科学参考。

2. 国内外研究现状分析

种子发育过程是一个有序的、有选择性的基因表达过程，一般可以分为三个阶段：形态建成期、成熟期和脱水干燥期。形态建成期是种子发育过程中的重要时期，在形态建成期，胚发育成型，并建立起种子贮藏物质生物合成的代谢调控网络；在种子成熟期，淀粉、蛋白质和脂肪等贮藏物质在胚、胚乳或子叶细胞中大量积累；在种子脱水干燥期，贮藏物质的积累逐渐停止，种子含水量降低，胚开始进入休眠阶段（goldberg et a1., 1989thomas, 1993颜克亮, 2008）。种子形成发育的过程是从合子开始，随着细胞的生长，大量可溶性物质随之进入，在形态和生理上发生一系列复杂变化，并在种子中积累各种营养物质，最终发育为成熟种子(毛培胜等, 1997）。种子在生长发育过程中包括外部形态变化及物理性变化、物质的输入与转化。物理性变化主要包括鲜重变化、干重变化、比重变化、硬度和透明度变化、热容量和导热性变化，一般除了热容量和导热性变化是由高到低（因为水分降低），其余都是由低到高，但其中的鲜重是先由低到高（因为营养物积累），然后再由低到高（因为含水量降低）。物质的输入即植株中的可溶性物质输入种子成为种子可溶物质，然后通过合成转化成为不溶性物质；物质的转化积累即生理生化变化，是种子充分发育的物质基础（胡晋, 2006）。

种子发育过程中生理生化变化的相关研究较多，种子生长发育一般可以划分为4个时期，即形成期、快速生长期、转化期、脱水成熟期（马雪情，2016）。西葫芦（cucurbita pepol.）种瓜发育时发现有两个发育高峰期,第一个高峰为决定种子大小的建成期，第二个为瓜内营养物质向种子胚内的成熟期，以脂肪、蛋白质的积累为主（孙守如等，2005）。种子经历了受精与籽粒形成、质量和体积的快速增加、内含物转化与脱水开裂，最终达到种子成熟。春小麦（triticum aestivum l.）时进一步发现可溶性糖作为淀粉合成的底物向淀粉的转化可能更多地依赖于籽粒利用和合成能力的大小，而蛋白质积累更多地直接依赖供应源（zhang q y等, 2000）。种子发育期间，糖类在种子内不断地进行转变和积累。可溶性糖的含量随种子成熟的提高而不断下降，不溶性糖(主要是淀粉)含量则随种子成熟度提高而增加（余玲等, 2008）。百子莲（agapanthus africanus hoffmgg.）种子形成过程中可溶性糖和淀粉存在转化关系（孙颖等, 2010）。淀粉、可溶性糖可以在油脂快速积累之前大量积累，并在油脂积累过程中不断减少，表明二者均为油脂合成提供原料物质（陈虹等, 2016）。费约果（feijoa sellowianaberg）发生生理变化时，淀粉在胚胎发生不同阶段的积累，淀粉是合子胚发育过程中的主要贮藏物质（cangahuala g c等，2014）。随着种子的发育，单粒淀粉的体积逐渐增大，改变形状，最后叶绿体结构消失，被淀粉粒代替。在种子发育后期生成的淀粉为脂肪和蛋白质的合成提供了碳架（韩建国等, 2000b)。大豆（glycine max (linn.) merr）荚果营养物质变化规律时发现在荚果发育初期光合产物以可溶性糖和淀粉形式积累,至中后期则大多转化为可溶性蛋白质和脂肪（张圣平等，2005）。对于不同发育期的大豆包括早熟品种晋大75(生育期为110 d)、中熟品种晋大47(生育期为125 d)、晚熟品种国审晋大53(生育期为135 d)，蛋白质和脂肪在合成积累过程中存在剧增时期，而且不同品种的剧增期不同（赵晋忠等, 2004）。

油料作物种子发育过程生理生化研究主要集中在有机物质的合成与积累规律以及代谢途径等方面。有报道类黄酮对油菜（brassica napusl.）脂肪酸积累的影响是黄酮会抑制脂肪酸的积累（严涛等, 2018）。新型油料作物亚麻荠(camelina sativa (l.) crantz)种子早期高含棕榈酸、硬脂酸和油酸，但含油量较低；发育中间阶段种子油脂迅猛积累；在种子发育后期阶段含油量持续升高（苑丽霞等, 2015）。不同含油量的花生（arachis hypogaea linn.）种子品种在萌发过程中对各种脂肪酸的利用不同（王允等, 2017）。水黄皮（pongamia pinnata(l.) pierre）在果实成熟期结束时，含油量随种子成熟而增加，油酸含量保持较高水平（pavithra h r等, 2014）。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

试验所用凤丹果荚及种子采自南京绿宙油用牡丹研究所6年生实生苗，研究凤丹种子发育过程中营养物质的变化，并对这些不同发育时期中凤丹的生物学特性和亚显微结构进行测定，采用数据处理进行分析来得出最适合凤丹生产和籽油开发利用的时期。

研究计划：

4. 研究创新点

通过研究凤丹种子发育过程中营养物质的变化，旨在研究不同时期凤丹脂肪、蛋白质、可溶性糖、淀粉积累和转化的规律，为凤丹生产与籽油的开发利用的最佳时期提供理论依据。