瓜兒豆種子萌發糖代謝動態分析

王海杰,楊宇,黃家權*

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瓜兒豆種子萌發糖代謝動態分析

王海杰1,2,楊宇1,黃家權1*

1. 海南大學, 海南 海口 570228 2. 海南省農業科學院, 海南 海口 571100

本文測定了瓜兒豆種子萌發過程中三個關鍵時期的幾種主要糖代謝產物的含量及蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)和轉化酶(Inv)的活性。在瓜兒豆種子萌發過程中，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; 糖代謝關鍵酶; 糖代謝產物

近年來，由于瓜爾豆膠的廣泛的應用價值，瓜兒豆在世界很多地區得以推廣種植，在栽培及其應用方面取得了較大發展[1-4]。植物的糖代謝直接關系到同化物的積累，從而影響產量，目前，提高瓜兒豆的產量已成為一大問題，但關于其糖代謝等相關生理指標的變化報道較少。大量的研究表明SPS、SS和Inv是蔗糖代謝的關鍵酶,而葡萄糖、果糖和蔗糖含量是糖代謝的主要產物。瓜兒豆為直接播種，播種質量影響早苗、全苗、壯苗，關系到能否為高產打下基礎。萌發期的糖代謝變化是在一系列酶的參與下進行的，研究其動態變化有利于深入了解種子萌發的生理生化基礎，對提高播種質量具有參考價值。本研究的目的在于通過對瓜兒豆種子萌發過程中糖代謝相關生理參數進行測定，分析比較在整個萌發過程中糖代謝產物及酶活性的變化情況，從而得出糖類的運輸及分配規律，為提高瓜兒豆產量提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

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

1.2 試驗方法

選取了相同地塊上生長，栽培管理措施一致的瓜兒豆種子，作4個生物學重復，每個重復10粒種子，要求所選種子大小均勻，外表無差異。參照中國科學院上海植物生理研究所[5]的方法,分別測定整個萌發過程三個不同時期（吸脹種子、露白種子、萌發第三天種子）蔗糖磷酸合酶活力、蔗糖合酶活力、轉化酶活力和糖含量（蔗糖、葡萄糖、果糖、可溶性總糖）的變化，并測定萌發第三天種子的根、莖酶活力和糖含量的變化。

1.3 數據統計與分析方法

數據采用Excel處理,再用SPSS數據處理系統中的單因素方差分析和多重比較對試驗數據進行方差分析，最后用origin軟件以柱狀圖的形式將結果展示。

2 結果與分析

2.1 蔗糖磷酸合酶活性的動態分析

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

圖 1 整個萌發過程中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態分析

蔗糖合成酶(SS)作為蔗糖代謝調節中的關鍵酶能夠可逆地合成和分解蔗糖。由圖3可看出，在種子萌發過程中，SS合成方向的活性逐漸提高，且種子萌發第二天和第三天的該酶活性明顯高于吸脹種子時期。吸脹種子時期結果為負，主要原因是，該時期活性太小幾乎為0，導致用酶標儀測酶活是出現誤差，并沒有準確測出該時期的活性。由圖4可看出，萌發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 整個萌發關鍵過程中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態分析

圖 5 整個萌發關鍵過程中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，活性逐漸提高，且種子萌發第三天該酶活性顯著高于吸脹種子和露白種子時期，種子吸脹時期和露白時期并無顯著性差異。由圖6可看出，萌發第三天種子長出的根和莖該酶的活性均較高，但之間無顯著差異。

2.4 轉化酶活性的動態分析

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

圖 7 整個萌發關鍵過程中Inv活性變化

圖 8 根莖中的Inv活性對比

2.5 蔗糖含量的動態分析

蔗糖是植物體內能量物質運輸的主要方式，葡萄糖和果糖主要由蔗糖分解產生。由圖9可知，隨著種子的萌發，蔗糖含量有所降低，種子吸脹時期的蔗糖含量顯著高于種子露白時期和萌發第三天，種子露白時期和萌發第三天之間無顯著差異。由圖10可看出，種子萌發長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 整個萌發關鍵過程中蔗糖含量的變化

圖 10 根莖中的蔗糖含量

2.6 葡萄糖含量的動態分析

由圖11可知，隨著種子的萌發，葡萄糖含量逐漸升高，且升高的趨勢較大，種子萌發第三天的葡萄糖含量顯著高于種子吸脹時期和露白時期，但種子吸脹時期和露白時期之間的差異并不顯著。由圖12可看出，萌發形成的根、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 整個萌發關鍵過程中葡萄糖含量的變化

圖 12 根莖中的葡萄糖含量的對比

2.7 果糖含量的動態分析

由圖13可知，隨著種子的萌發，果糖含量有所升高，萌發第三天的種子中果糖含量顯著高于種子吸脹和露白時期，種子露白時期的果糖含量顯著高于吸脹時期。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，導致用酶標儀測得的數據很小，得出的結果最終為負。

圖 13 整個萌發關鍵過程中果糖含量的變化

圖 14 根莖中的果糖含量的對比

2.8 可溶性總糖含量的動態分析

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

圖 15 整個萌發關鍵過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比

3 討論與結論

本文測定了瓜兒豆種子萌發三個關鍵時期糖代謝產物的含量和幾種關鍵酶的活性。由上述結果可知，在瓜兒豆種子萌發過程中，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，所測得SS合成方向活性有所偏差，SPS活性逐漸下降。這些指標均符合一般種子萌發的一般規律，是種子正常萌發的標志。上述結果中，種子萌發第三天的果糖含量有所偏差，因為根中的果糖含量極少，導致由酶標儀測定的值很小，根據標曲換算出來得到了負值，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，被轉化酶水解為葡萄糖和果糖，運送到正在生長的幼胚中去，作為幼胚生長的營養物質，說明瓜兒豆種子萌發糖代謝過程與這些酶的活性緊密聯系。轉化酶活力越高，蔗糖的降解速率就越快，萌發過程糖代謝就越活躍，從而為高產打下了基礎。

[1] 胡新旭,馬秋剛,計成,等.瓜爾豆及其飼用價值[J].中國飼料,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及復配性的研究[J].四川食品與發酵,2002,38(1):39-42

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

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

[5] 中國科學院上海植物生理研究所.現代植物生理學實驗指南[M].北京:科學出版社,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

海南自然科學基金面上項目(317186)

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

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