水氮互作對花后谷子果聚糖代謝的影響

摘要：為探索水氮處理對花后谷子不同器官果聚糖生理代謝和轉運的影響，本試驗以抗旱性強的谷子品種濟谷22為材料，采用盆栽種植，設置3種水分處理即正常灌溉CK（田間最大持水量的60%-70%）、苗期干旱Wl（田間最大持水量的30%-40%）、抽穗至灌漿中期干旱W2（田間最大持水量的30%-40%）和2種施氮量處理即施氮處理N150（純N 150kg/hm2）、不施氮處理NO，研究不同水氮處理對谷子葉、莖鞘和穗果聚糖絕對含量及葉片蔗糖-1-果糖基轉移酶（1-SST）和果聚糖外切水解酶（FEH）活性的影響。結果表明，W2處理的葉、莖鞘、穗中果聚糖絕對含量均在花后14 d達到峰值，其中葉和莖鞘中果聚糖絕對含量達到峰值的時間比CK和W1處理均提前，且W2NO處理達到峰值時的果聚糖絕對含量均比其他處理高，而穗中則比CK的時間推遲，且W2N150處理達到峰值時的果聚糖絕對含量均比其他處理高。W2處理在花后14 d復水后，葉、莖鞘、穗的果聚糖絕對含量未能恢復到對照水平。各處理葉片的1-SST活性在達到峰值前均呈上升趨勢，隨后下降，CK和W1處理葉片的i-SST活性均在花后28 d達到峰值，W2處理因干旱脅迫于花后14 d達到峰值，且顯著高于同時期CK和WINO處理，復水后活性下降；而W2處理葉片FEH活性在花后0 d（開花期）達到峰值，比CK和WI處理均提前，且隨著生育期延長而急劇下降。W2處理谷子葉、莖鞘果聚糖的花前轉運率和花前貢獻率均高于花后，Wl和W2處理葉、莖鞘的花后轉運率和花后貢獻率均高于對照，而Wl處理莖鞘的花后轉運率和花后貢獻率高于W2處理，而葉中則相反。綜上可知，果聚糖的合成與降解會受到環境、不同器官以及發育階段的影響。干旱脅迫縮短谷子葉片和莖鞘中果聚糖絕對含量峰值的出現時間，且干旱和氮素脅迫共同作用能提高谷子葉、莖鞘中果聚糖絕對含量峰值，干旱脅迫顯著抑制果聚糖絕對含量峰值出現后谷子葉片1-SST、FEH活性，進而促進果聚糖積累，減少逆境脅迫帶來的損傷，且苗期干旱（Wl）有利于提高谷子果聚糖的花后轉運率和花后貢獻率。

關鍵詞：谷子；水氮互作；果聚糖代謝；果聚糖轉運

中圖分類號：S515 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2025）01-0118-06

水資源短缺不僅是嚴重的環境問題，也是限制作物生長的一個關鍵因素。氮是作物生長所必需的礦質營養元素，對農作物產量的貢獻可達30%-50%，合理的氮肥施用量對提高作物產量顯得尤為重要。適宜的水分條件和合理的養分供應是實現作物高產優質的關鍵，水分脅迫或養分缺乏以及二者供應的不協調均不利于作物生長。

果聚糖作為主要的碳水化合物，結構和類型較為復雜。根據糖苷鍵的類型劃分，植物的果聚糖主要有五種類型：線型菊糖型果聚糖（linear inulin-type fructan）、線型菊糖型果聚糖新生系列（muhn neosenes）、線型梯牧草糖型果聚糖（linear levan-type fructan）、混合型果聚糖（mixed levan）和梯牧草糖型果聚糖新生系列（levan neosenes）。而果聚糖的功能與淀粉和蔗糖一樣，具有貯藏性，即生產的碳水化合物超過需求量時，就會以果聚糖的形式貯存起來：需要能量和碳源時，果聚糖就會被降解，提供碳源和能量。果聚糖作為滲透調節物質或信號分子參與抗旱逆境生理代謝調控，提高植物的抗逆性。果聚糖是小麥生長發育過程中臨時貯藏在營養器官中的可溶性碳水化合物的主要成分，在莖稈中積累、降解并轉運至籽粒，是籽粒產量的主要來源之一。果聚糖代謝主要受蔗糖-1-果糖基轉移酶（1-SST）和果聚糖外切水解酶（FEH）的調控，其中，1-SST起始果聚糖的合成，控制碳素向果聚糖庫分配；而FEH控制果聚糖不可逆的水解反應，使果聚糖最終被降解為蔗糖，并通過韌皮部輸送到籽粒，促進籽粒的灌漿過程。有研究發現，正常生長情況下，生長4周的菊苣小苗幾乎檢測不到果聚糖，但干旱脅迫處理后，其根和葉中的果聚糖含量增加了近10倍，1-SST基因的表達活性也明顯增強。