王海杰,楊宇,黃家權(quán)*

?

瓜兒豆種子萌發(fā)糖代謝動(dòng)態(tài)分析

王海杰1,2,楊宇1,黃家權(quán)1*

1. 海南大學(xué), 海南 ?？?570228 2. 海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 海南 ?？?571100

本文測(cè)定了瓜兒豆種子萌發(fā)過(guò)程中三個(gè)關(guān)鍵時(shí)期的幾種主要糖代謝產(chǎn)物的含量及蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)和轉(zhuǎn)化酶(Inv)的活性。在瓜兒豆種子萌發(fā)過(guò)程中，蔗糖含量有所降低，果糖和葡萄糖含量逐漸升高，可溶性總糖變化不大，Inv活性和SS分解方向活性逐漸升高，所測(cè)得SS合成方向活性有所偏差，SPS活性逐漸下降。

瓜兒豆種子; 糖代謝關(guān)鍵酶; 糖代謝產(chǎn)物

近年來(lái)，由于瓜爾豆膠的廣泛的應(yīng)用價(jià)值，瓜兒豆在世界很多地區(qū)得以推廣種植，在栽培及其應(yīng)用方面取得了較大發(fā)展[1-4]。植物的糖代謝直接關(guān)系到同化物的積累，從而影響產(chǎn)量，目前，提高瓜兒豆的產(chǎn)量已成為一大問(wèn)題，但關(guān)于其糖代謝等相關(guān)生理指標(biāo)的變化報(bào)道較少。大量的研究表明SPS、SS和Inv是蔗糖代謝的關(guān)鍵酶,而葡萄糖、果糖和蔗糖含量是糖代謝的主要產(chǎn)物。瓜兒豆為直接播種，播種質(zhì)量影響早苗、全苗、壯苗，關(guān)系到能否為高產(chǎn)打下基礎(chǔ)。萌發(fā)期的糖代謝變化是在一系列酶的參與下進(jìn)行的，研究其動(dòng)態(tài)變化有利于深入了解種子萌發(fā)的生理生化基礎(chǔ)，對(duì)提高播種質(zhì)量具有參考價(jià)值。本研究的目的在于通過(guò)對(duì)瓜兒豆種子萌發(fā)過(guò)程中糖代謝相關(guān)生理參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，分析比較在整個(gè)萌發(fā)過(guò)程中糖代謝產(chǎn)物及酶活性的變化情況，從而得出糖類的運(yùn)輸及分配規(guī)律，為提高瓜兒豆產(chǎn)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

瓜兒豆種植于海南省樂(lè)東黎族自治縣海南省腰果研究中心院內(nèi)，2016年3月4日種植，成熟后采收瓜爾豆種子。

1.2 試驗(yàn)方法

選取了相同地塊上生長(zhǎng)，栽培管理措施一致的瓜兒豆種子，作4個(gè)生物學(xué)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10粒種子，要求所選種子大小均勻，外表無(wú)差異。參照中國(guó)科學(xué)院上海植物生理研究所[5]的方法,分別測(cè)定整個(gè)萌發(fā)過(guò)程三個(gè)不同時(shí)期（吸脹種子、露白種子、萌發(fā)第三天種子）蔗糖磷酸合酶活力、蔗糖合酶活力、轉(zhuǎn)化酶活力和糖含量（蔗糖、葡萄糖、果糖、可溶性總糖）的變化，并測(cè)定萌發(fā)第三天種子的根、莖酶活力和糖含量的變化。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法

數(shù)據(jù)采用Excel處理,再用SPSS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的單因素方差分析和多重比較對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，最后用origin軟件以柱狀圖的形式將結(jié)果展示。

2 結(jié)果與分析

2.1 蔗糖磷酸合酶活性的動(dòng)態(tài)分析

蔗糖磷酸合酶(SPS)是合成蔗糖的主要酶系，由圖1可看出，在種子萌發(fā)的過(guò)程中，SPS的活性無(wú)顯著性差異，但隨著種子的萌發(fā)，活性有所降低。種子萌發(fā)第一天指吸脹種子時(shí)期，第二天指露白種子時(shí)期，第三天指萌發(fā)第三天，下同。由圖2可看出，種子萌發(fā)第三天長(zhǎng)出的根和莖中的SPS活性無(wú)顯著性差異。說(shuō)明在種子的整個(gè)萌發(fā)過(guò)程中，SPS均保持著較高的活性合成蔗糖。

圖 1 整個(gè)萌發(fā)過(guò)程中SPS活性變化

Fig.1 The changes of SPS in the germination

圖 2 根莖中的SPS活性

2.2 蔗糖合酶合成方向活性的動(dòng)態(tài)分析

蔗糖合成酶(SS)作為蔗糖代謝調(diào)節(jié)中的關(guān)鍵酶能夠可逆地合成和分解蔗糖。由圖3可看出，在種子萌發(fā)過(guò)程中，SS合成方向的活性逐漸提高，且種子萌發(fā)第二天和第三天的該酶活性明顯高于吸脹種子時(shí)期。吸脹種子時(shí)期結(jié)果為負(fù)，主要原因是，該時(shí)期活性太小幾乎為0，導(dǎo)致用酶標(biāo)儀測(cè)酶活是出現(xiàn)誤差，并沒(méi)有準(zhǔn)確測(cè)出該時(shí)期的活性。由圖4可看出，萌發(fā)第三天的種子的根和莖的該酶活性差異不顯著，但根中該酶活性高于莖中的。

圖 3 整個(gè)萌發(fā)關(guān)鍵過(guò)程中SS合成方向活性變化

圖 4 根莖中的SS合成方向活性

2.3 蔗糖合酶分解方向活性的動(dòng)態(tài)分析

圖 5 整個(gè)萌發(fā)關(guān)鍵過(guò)程中SS分解方向活性變化

圖 6 根莖中的SS分解方向活性

由圖5可知，蔗糖合成酶(SS)分解方向的活性，隨著種子的萌發(fā)，活性逐漸提高，且種子萌發(fā)第三天該酶活性顯著高于吸脹種子和露白種子時(shí)期，種子吸脹時(shí)期和露白時(shí)期并無(wú)顯著性差異。由圖6可看出，萌發(fā)第三天種子長(zhǎng)出的根和莖該酶的活性均較高，但之間無(wú)顯著差異。

2.4 轉(zhuǎn)化酶活性的動(dòng)態(tài)分析

轉(zhuǎn)化酶(Inv)是將非還原性的蔗糖水解為葡萄糖和果糖的關(guān)鍵酶。由圖7可知，隨著種子的萌發(fā)，Inv活性逐漸提高，種子萌發(fā)第三天Inv的活性顯著高于種子露白時(shí)期，露白時(shí)期顯著高于種子吸脹時(shí)期。由圖8可知，萌發(fā)長(zhǎng)出的根和莖中Inv均保持較高的活性，但在根莖之間并無(wú)顯著差異。

圖 7 整個(gè)萌發(fā)關(guān)鍵過(guò)程中Inv活性變化

圖 8 根莖中的Inv活性對(duì)比

2.5 蔗糖含量的動(dòng)態(tài)分析

蔗糖是植物體內(nèi)能量物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，葡萄糖和果糖主要由蔗糖分解產(chǎn)生。由圖9可知，隨著種子的萌發(fā)，蔗糖含量有所降低，種子吸脹時(shí)期的蔗糖含量顯著高于種子露白時(shí)期和萌發(fā)第三天，種子露白時(shí)期和萌發(fā)第三天之間無(wú)顯著差異。由圖10可看出，種子萌發(fā)長(zhǎng)出的根和莖中蔗糖含量存在顯著性差異，莖中的蔗糖含量顯著高于根中的。

圖 9 整個(gè)萌發(fā)關(guān)鍵過(guò)程中蔗糖含量的變化

圖 10 根莖中的蔗糖含量

2.6 葡萄糖含量的動(dòng)態(tài)分析

由圖11可知，隨著種子的萌發(fā)，葡萄糖含量逐漸升高，且升高的趨勢(shì)較大，種子萌發(fā)第三天的葡萄糖含量顯著高于種子吸脹時(shí)期和露白時(shí)期，但種子吸脹時(shí)期和露白時(shí)期之間的差異并不顯著。由圖12可看出，萌發(fā)形成的根、莖中葡萄糖含量差異顯著，根中的葡萄糖含量顯著高于莖中的。

圖 11 整個(gè)萌發(fā)關(guān)鍵過(guò)程中葡萄糖含量的變化

圖 12 根莖中的葡萄糖含量的對(duì)比

2.7 果糖含量的動(dòng)態(tài)分析

由圖13可知，隨著種子的萌發(fā)，果糖含量有所升高，萌發(fā)第三天的種子中果糖含量顯著高于種子吸脹和露白時(shí)期，種子露白時(shí)期的果糖含量顯著高于吸脹時(shí)期。由圖14可知，根莖中的果糖含量存在顯著性差異，莖中的果糖含量顯著高于根中的。根中的果糖含量很少，導(dǎo)致用酶標(biāo)儀測(cè)得的數(shù)據(jù)很小，得出的結(jié)果最終為負(fù)。

圖 13 整個(gè)萌發(fā)關(guān)鍵過(guò)程中果糖含量的變化

圖 14 根莖中的果糖含量的對(duì)比

2.8 可溶性總糖含量的動(dòng)態(tài)分析

由圖15可知，瓜爾豆種子萌發(fā)過(guò)程中，可溶性總糖含量并無(wú)顯著性差異，含量基本相當(dāng)。由圖16可看出，根莖中的總糖含量無(wú)顯著性差異，根中的總糖含量稍微高于莖中的。

圖 15 整個(gè)萌發(fā)關(guān)鍵過(guò)程中可溶性總糖含量的變化

圖 16 根莖中的可溶性總糖含量的對(duì)比

3 討論與結(jié)論

本文測(cè)定了瓜兒豆種子萌發(fā)三個(gè)關(guān)鍵時(shí)期糖代謝產(chǎn)物的含量和幾種關(guān)鍵酶的活性。由上述結(jié)果可知，在瓜兒豆種子萌發(fā)過(guò)程中，蔗糖含量有所降低，果糖和葡萄糖含量逐漸升高，可溶性總糖含量變化不明顯，Inv活性和SS分解方向活性逐漸升高，所測(cè)得SS合成方向活性有所偏差，SPS活性逐漸下降。這些指標(biāo)均符合一般種子萌發(fā)的一般規(guī)律，是種子正常萌發(fā)的標(biāo)志。上述結(jié)果中，種子萌發(fā)第三天的果糖含量有所偏差，因?yàn)楦械墓呛繕O少，導(dǎo)致由酶標(biāo)儀測(cè)定的值很小，根據(jù)標(biāo)曲換算出來(lái)得到了負(fù)值，使得第三天的果糖總量偏低。

蔗糖被蔗糖合成酶分解方向分解為果糖，被轉(zhuǎn)化酶水解為葡萄糖和果糖，運(yùn)送到正在生長(zhǎng)的幼胚中去，作為幼胚生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，說(shuō)明瓜兒豆種子萌發(fā)糖代謝過(guò)程與這些酶的活性緊密聯(lián)系。轉(zhuǎn)化酶活力越高，蔗糖的降解速率就越快，萌發(fā)過(guò)程糖代謝就越活躍，從而為高產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。

[1] 胡新旭,馬秋剛,計(jì)成,等.瓜爾豆及其飼用價(jià)值[J].中國(guó)飼料,2006(3):37-38

[2] 蔡為榮,徐苗之,史成穎.食品增稠劑瓜兒豆膠性質(zhì)及復(fù)配性的研究[J].四川食品與發(fā)酵,2002,38(1):39-42

[3] 張育英.云南省瓜爾豆適生區(qū)的探討[J].熱帶植物研究,1974(10):1-7

[4] 徐又新,史勁松,孫達(dá)峰,等.瓜爾豆的資源分布及引種栽培[J].中國(guó)野生植物資源,2009,28(2):69-71

[5] 中國(guó)科學(xué)院上海植物生理研究所.現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南[M].北京:科學(xué)出版社,1999

Dynamic Analysis of Glycometabolism in Guar Seeds during Germination

WANG Hai-jie1,2, YANG Yu1, HUANG Jia-quan1*

1.570228,2.571100,

The contents of several main sugar metabolites and the activities of sucrose phosphate synthase (SPS), sucrose synthase (SS) and invertase (Inv) during the three critical stages of seed germination were determined. During seed germination, the content of sucrose decreased, the content of fructose and glucose increased gradually, the total soluble sugar changed little, the activity of Inv and the activity of SS decomposition direction increased gradually, the activity of SS synthesis direction deviated and the activity of SPS decreased gradually.

Guar seed; key enzyme of glycometabolism; glycometabolism product

Q493.4

A

1000-2324(2019)01-0099-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.022

2018-02-23

2018-04-02

海南自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(317186)

王海杰(1982-),男,博士生,副研究員,作物遺傳育種專業(yè). E-mail:527931616@qq.com

Author for correspondence. E-mail:jqhuang@163.com