【doc】高粱可溶性糖含量與SS、SPS酶活性的相關(guān)性研究

1、高粱可溶性糖含量與ss、sps酶活性的相關(guān)性研究中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2009,11(2):124128journalofagriculturalscienceandtechnology高粱可溶性糖含量與ss,sps酶活性的相關(guān)性研究薛薇,崔江慧,孫愛芹,常金華(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,河北省種質(zhì)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北保定071000;2.廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北廊坊065001)摘要:以5個(gè)高梁品系和1個(gè)雜交種為試材,研究了不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期高粱可溶性糖含量與ss,sps酶活性的變化規(guī)律及相關(guān)性.結(jié)果表明,ss與可溶性糖含量在生長(zhǎng)后期呈負(fù)相關(guān),sps與可溶性糖含量呈正相關(guān).莖稈可溶性糖含量一直呈上升趨

2、勢(shì),在完熟期達(dá)到最大值,此時(shí)正是高粱的最佳收獲時(shí)期.關(guān)鍵詞:高粱;蔗糖合成酶(ss);蔗糖磷酸合成酶(sps);酶活性;可溶性糖含量;相關(guān)性分析中圖分類號(hào):$514文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào):1008-0864(2009)02-0124-05researchofsolublesugarcontentandactivitiesofsucrosesynthaseandsucrosephosphatesynthaseonsorghumxuewei,cuijiang.hui,sunai.qing,changjin.hua(1.keylaboratoryofcropgemplasmresources,heb

3、eiprovince;collegeofagronomy,hebeiagriculturaluniversity,hebeibaoding071000;2.langfangpolytechnicinstitute,hebeilangfang065001,china)abstract:fivesorghumlinesandonehybridwereusedtostudythechanginglawofsugarcontentsandactivitiesofsucrosesynthase(ss)andsucrosephosphatesynthase(sps),thecorrelationbetwe

4、ensolublesugarcontentsandactivitiesofssandspsondifierentphases.theresuhsshowedthattherearemainlynegativecorrelationbetweensolublesugarcontentandssenzymeactivitiesinthelatergrowingstage,andmostlypositivecorrelationbetweensolublesugarcontentandspsenzymeactivities.thesolublesugarcontentinstemswasrising

5、duringthewholegrow?ingperiod.itreachedthemaximumwhensorghumwasfullymatured.fullripestageisthebestphaseforharvest.keywords:sorghum;sucrosesynthase(ss);sucrosephosphatesynthase(sps);enzymeactivity;solublesugarcon?tent;correlationanalysis高粱(sorghumbicolor(l.)moench)具有抗旱,耐瘠,耐鹽堿的特性,可作為飼料和用于釀酒.甜高粱以其生長(zhǎng)快,莖稈

6、產(chǎn)量高,莖汁液豐富,含糖量高等特點(diǎn)被歐共體列為未來(lái)有待開發(fā)的再生性能源植物¨j.研究甜高粱莖稈中可溶性糖含量及其相關(guān)酶活性的變化對(duì)高梁的改良,有效利用和開發(fā)具有重要意義.蔗糖合成酶(sucrosesynthase,ss)和蔗糖磷酸合成酶(sucrosephosphatesynthase,sps)是高等植物中與糖代謝密切相關(guān)的酶.ss既可催化蔗糖合成又可催化蔗糖分解,ss催化的反應(yīng)為:果糖+udpg+-一蔗糖+udp.因?yàn)樯鲜龇磻?yīng)是可逆的,所以植物可以通過ss的作用,利用可逆反應(yīng)進(jìn)行自身調(diào)節(jié).當(dāng)ss分解活性大于其合成活性時(shí),蔗糖被分解,形成大量同化器官建成需要的基礎(chǔ)物質(zhì)(udpg與果糖

7、);而當(dāng)ss合成活性大于其分解活性時(shí),則有利于蔗糖的形成.所以在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過程中,ss酶活性的調(diào)節(jié)在蔗糖代謝分配上非常重要.sps催化的反應(yīng)為:udpg+6一磷酸果糖一6一磷酸葡萄糖+udp.產(chǎn)生的6一磷酸葡萄糖通常由磷酸蔗糖磷酸脂酶(sucrosephosphatephoshatas,spp)迅速降解為蔗糖.由于sps和spp是以復(fù)合體的形式存在于植物體內(nèi),sps催化蔗糖生成在事實(shí)上是不可逆的【3j.國(guó)內(nèi)外對(duì)sps的研究報(bào)道很多.huber等曾指出sps活力越高,蔗糖積累得越多.在甘蔗收稿日期:2009-01-05;修回日期:2009-01-16基金項(xiàng)目:河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2005

8、000254)資助.作者簡(jiǎn)介:薛薇,碩士研究生,主要從事高梁遺傳方面研究.e-mail:xuewei0792.通訊作者:常金華,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)樽魑镞z傳育種.telemail:jhchang2006126.corn2期薛薇等:高粱可溶性糖含量與ss,sps酶活性的相關(guān)性研究125中,莖中蔗糖的含量依賴于sps的活力j.有關(guān)高粱莖稈含糖量的研究已多有報(bào)道l6,7l,但有關(guān)糖含量與相關(guān)酶類的研究還未見報(bào)道.因此,研究高粱ss,sps酶活性與可溶性糖含量之間的關(guān)系,可為進(jìn)一步研究高梁ss,sps表達(dá)調(diào)控機(jī)理,改良高粱莖稈甜度這一品質(zhì)提供理論依據(jù).1材料與方法1

9、.1材料試驗(yàn)材料取自2006年種植于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場(chǎng)的tx623a,tx623b,高梁蔗(農(nóng)家種),四麗美(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的甜高粱品系),能飼一號(hào),f1(tx623ax高粱蔗).常規(guī)水肥管理.1.2取樣試驗(yàn)材料分別取拔節(jié)期,孕穗期,抽穗期,乳熟期和完熟期的莖和葉.莖桿取自地上第三莖節(jié),葉片取自旗葉下第一片葉片.隨機(jī)選取3株高粱,對(duì)應(yīng)著取莖,葉,每單株的莖,葉測(cè)定時(shí)做3個(gè)重復(fù).1.3測(cè)定方法采用蒽酮比色法測(cè)可溶性糖含量.采用間苯二酚比色法測(cè)定ss和sps的酶活性,方法略加改動(dòng).測(cè)定前不使用紗布過濾,而在4,10000rpm離心10min,取上清液直接用于酶活性測(cè)定.1.4數(shù)據(jù)處理運(yùn)用dps軟件

10、進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析.2結(jié)果與分析2.1不同品種不同時(shí)期ss,sps酶活性變化由圖1可以看出,除tx623a整個(gè)生育期酶活性值表現(xiàn)為先降低后上升外,其余各高粱品種葉片的ss酶活性均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì).高粱蔗的ss酶活性值于抽穗期達(dá)到峰值.而tx623a×高梁蔗,tx623b,能飼一號(hào),四麗美的ss酶活性于乳熟期達(dá)到峰值.由圖2可以看出,高粱蔗,tx623a×高梁蔗及tx623b的sps酶活性表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì).tx623a,能飼一號(hào)和四麗美的sps酶活性在乳熟期到完熟期沒有顯著變化.整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期高粱蔗的葉片ss,sps酶活性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他品種,其次為tx623

11、a×高粱蔗.tx623a,tx623b的ss,sps酶活力值總體上都低于其他品種.l喜耋昌占!g譬口【_卜tx623a,fl+tx623b+能飼一號(hào)nengsino.1一高粱蔗gaoliangzhe+四麗美silimei測(cè)定期determinationstages圖1不同品種不同生育時(shí)期葉片ss酶活性的變化fig.1thechangesofthessactivityinthedifferentstagesanddifferentsorghums'leaves._.一tx623afl?一tx623b+能飼一號(hào)nengsino.1高粱蔗gaoliangzhe+四麗美silimei

12、萎童暑言蜒譬蓍魯【工】測(cè)定期determinationstages圖2不同品種不同時(shí)期葉片sps酶活性的變化fig.2thechangesofthespsactivityinthedifferentstagesanddifferentsorghums'leaves.2.2不同品種不同時(shí)期莖稈可溶性糖含量的變化由圖3可以看出莖稈的可溶性糖含量隨著植株的生長(zhǎng)不斷增加.其前期增長(zhǎng)緩慢,抽穗期后有大幅增長(zhǎng)趨勢(shì),到完熟期仍有增長(zhǎng)趨勢(shì),但增長(zhǎng)126中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)11卷幅度已有所下降,此時(shí)期其莖稈可溶性糖含量達(dá)到最大值.完熟期高梁莖稈可溶性糖含量表現(xiàn)為:高粱蔗>四麗美>

13、tx623a×高粱蔗>能飼1號(hào)>tx623a>tx623b,高粱蔗和四麗美之間差異不顯著(見表1).-_tx623a6廣-f1+tx623b+能飼一號(hào)nengsino.1一高粱蔗gaoliangzhe+四麗美silimeil2lo86420拔節(jié)期孕穗期抽穗期乳熟期完熟期jointingbootingheadingmilkfullripestagestagestagestagestage測(cè)定時(shí)期determinationstages圖3不同品種不同時(shí)期可溶性糖含量的變化fig.3thechangesofthesolublesugarconten

14、tinthedifferentstagesanddifferentsorghums'stalks.2.3不同品種可溶性糖含量與酶活性相關(guān)性分析不同品種可溶性糖含量與ss,sps酶活性變化趨勢(shì)大致相同(圖4和圖5).變化趨勢(shì)可用二次方程y=a+b+c較好的描述,其中y為可溶性糖含量,為不同時(shí)期的ss,sps酶活性,a,b,c為參數(shù).對(duì)所有品種可溶性糖含量和ss酶活性進(jìn)行相關(guān)性分析,得到相關(guān)系數(shù).總體上看,各品種均.0j0一0.00002+o.0757x-0.9699r2=o.81820蘿;三00一enzy一酶me活a性eu.vm'2g/gh)itvl?nj高粱蔗ganliangz

15、he-0.00005xz+0.0718x一11.434=0.4198喜蘿一enzy酶活mea性ct1.vltym'g/g.h)l?nj四麗美silimei)一-0.000o2_卜o.3115x-24.484r2=0.895lenzy一酶me活a性eu.vm'g/g.h)ltvl-nj能飼'nengsino.1-0.00002xz+o.1313x-6.2493j=o.3396圖4不同品種可溶性糖含量與ss酶活性相關(guān)性分析fig.4thecorrelationanalysisofthesolublesugarcontentandssactivitiesinthediffer

16、entsorghums.表i高梁不同品種各時(shí)期莖稈可溶性糖含量的duncans分析,table1theduncansanalysisofsolublesugarcontentinthedifferentstagesariddifferentsorghums'stalks注:同列中不同小寫字母代表差異顯著(p<0.05).note:.datawithdifferentlowercaselettersineachcolumnaresignificantlydifferentatp<0.05v苗疊o0jb眥摹q一三o一卿如懿辮2期薛薇等:高粱可溶性糖含量與ss,s

17、ps酶活性的相關(guān)性研究127皇童蘿0j0一enzy酶me活a性ct1.vltym'g/gh)l?njtx623aj-0.000o2+0.067ix一1.9031r2=0.828905001000enzy酶活mea性ctivitymg/gh)(.)f1)一一0.00002x2+0.028lx一4.46422=0.3035口s善蘿0一enzy,酶活mea性ct1.vltym'一g.h.)lg,?jtx623b=一0.00001x2+o.0962x-0.5672r2=0.911l皇s謄蘿00一enme活a性ct1.v'1.tym'2g/g.11)zvl-j四麗美sil

18、imei.y=?0.00001x2+0.0232x一10.739r2=0.96427enzy酶me活a性ctn.w'imtym.2g/g.h)lg?j能飼一號(hào)nengsino.1尸-0.00006x2+0.0064x-8.79370.7869圖5不同品種莖稈可溶性糖含量與sps酶活性相關(guān)性分析fig.5thecorrelationanalysisofthesolublesugarcontentandspsactivitiesinthedifferentsorghums在前幾個(gè)生育時(shí)期表現(xiàn)為曲線正相關(guān)趨勢(shì),在后期的不同時(shí)期開始有負(fù)相關(guān)走向.高粱蔗,四麗美,能飼一號(hào)的變化趨勢(shì)明顯(見圖4)

19、.從相關(guān)系數(shù)上看:tx623a(r=0.818),tx623b(=0.9228),四麗美(r=0.8951)的可溶性糖含量與ss酶活性呈極顯著相關(guān),f1(r=0.5956),高粱蔗(r=0.4198),能飼一號(hào)(r=0.3396)的可溶性糖含量與ss酶活性相關(guān)不顯著.對(duì)所有品種可溶性糖含量和sps酶活性進(jìn)行相關(guān)性分析表明(見圖5),除高粱蔗(r=0.274)后期呈明顯的負(fù)相關(guān)外,其余各高粱品系在整個(gè)生育期內(nèi)其可溶性糖含量均隨sps酶活性的增加呈曲線上升趨勢(shì).四麗美和能飼一號(hào)一直呈正相關(guān)上升趨勢(shì).tx623b(r=0.9111),四麗美(r=0.9642)的可溶性糖含量與sps酶活性呈極顯著相關(guān)

20、.tx623a(r=0.8289),能前期表現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì),是因?yàn)檎崽切璞环纸庖孕纬纱罅客鞴俳ǔ尚枰幕A(chǔ)物質(zhì)(udpg與果糖).當(dāng)大量同化器官已經(jīng)建成,植株需要的果糖和udpg就會(huì)減少,ss酶活性就表現(xiàn)為下降的趨勢(shì).對(duì)于sps酶活性,高粱蔗,tx623a與高粱蔗飼一號(hào)(r=0.7869)的可溶性糖含量與sps酶活性呈顯著相關(guān).高粱蔗(r=0.274),f1(=0.3035)的可溶性糖含量與sps酶活性的相關(guān)性不顯著.對(duì)于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期,不同品種問可溶性糖含量高低與對(duì)應(yīng)的酶活性之間相關(guān)性不顯著.但在乳熟期糖含量越高的材料,對(duì)應(yīng)的ss,sps酶活性越高(r=0.8179,r=0.8234).3討

21、論研究結(jié)果表明,除tx623a整個(gè)生育期ss酶活性值表現(xiàn)為先降低后上升趨勢(shì)外,其余各高粱品種葉片的ss酶活性均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì).對(duì)于tx623a的不同,可能與其是不育系材料有關(guān).其余品種ss酶活性在高粱生長(zhǎng)發(fā)育的f1及tx623b表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì),tx623a,能飼一號(hào)和四麗美在后期變化不明顯.sps作為合成蔗糖的主要酶,在高粱生長(zhǎng)前期要提供大量的蔗糖供植株生長(zhǎng)發(fā)育,隨著植株的生長(zhǎng)發(fā)育sps酶活性表現(xiàn)為逐漸增強(qiáng).而隨著乳熟期的結(jié)束,灌漿基本完成,對(duì)蔗糖的需求量相對(duì)于128中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)11卷生長(zhǎng)時(shí)期有一定程度的減少,因此此時(shí)sps酶活性增長(zhǎng)緩慢或開始下降.而tx623a作為不

22、育材料,可能有其特殊性.此外,非甜高粱品種tx623a,tx623b的ss,sps酶活力值總體上都低于其他甜高梁,這說明糖分的積累與sps酶活性有關(guān),.高梁蔗的ss酶活性,sps酶活性明顯高于其他品種,這應(yīng)該與高粱蔗的基因有關(guān).高粱蔗是河北本地常年種植的農(nóng)家甜高粱品種,經(jīng)過了長(zhǎng)期的自然選擇和人工馴化,遺傳基礎(chǔ)比較復(fù)雜,與外來(lái)引進(jìn)品種遺傳基礎(chǔ)相差較大.在一定程度上,造成了上述現(xiàn)象.tx623a×高粱蔗秉承了高粱蔗的性狀特征.在ss酶活性,sps酶活性性狀上tx623a×高梁蔗具有中親優(yōu)勢(shì),造成了高粱蔗和tx623a×高粱蔗的ss酶活性,sps酶活性明顯高于其他品種.

23、莖稈的可溶性糖含量隨著植株的生長(zhǎng)不斷增加,到完熟期達(dá)最大值.無(wú)論是甜高粱還是普通高梁,在完熟期既是它收獲籽粒的最佳時(shí)期也是收獲莖稈的最佳時(shí)期,也就是其生產(chǎn)上利用的最佳時(shí)期.所以,此時(shí)收獲高粱,籽?？捎糜诖旨Z食用與釀酒,莖稈可用于飼料及釀酒工業(yè),達(dá)到了雙贏的目的.對(duì)可溶性糖含量和ss酶活性的相關(guān)性分析可以看出,各品種均在前幾個(gè)生育時(shí)期表現(xiàn)為曲線正相關(guān)趨勢(shì),在后期的不同時(shí)期開始有負(fù)相關(guān)走向.這恰恰是因?yàn)閟s的主要作用是分解蔗糖9.在高粱生長(zhǎng)發(fā)育的后期,各形態(tài)器官已經(jīng)建成,無(wú)需再分解大量蔗糖,此時(shí)ss酶活性下降,莖稈中糖分積累增加.可溶性糖含量和sps酶活性的相關(guān)性分析表明,除高粱蔗外,其余各高粱整

24、個(gè)生育時(shí)期內(nèi)可溶性糖含量均隨sps酶活性的增加呈曲線上升趨勢(shì).四麗美和能飼一號(hào)一直呈正相關(guān)上升趨勢(shì).而高粱蔗后期可溶性糖含量和sps酶活性的相關(guān)曲線呈明顯的負(fù)走向,其原因可能是高粱蔗是早熟品種,乳熟期到完熟期歷經(jīng)時(shí)問較短,雖完熟期時(shí)葉片的sps酶活性有了顯著下降,但前期糖含量的積累及整個(gè)持綠期內(nèi)莖葉依然青綠,光合作用的產(chǎn)物仍然向莖稈中運(yùn)轉(zhuǎn)和貯存,而又不需向籽粒供給,所以糖含量仍呈較大上升趨勢(shì).f1的ss,sps酶活力及含糖量均介于親本高粱蔗和tx623a之間,在一定程度上可以說明高梁可溶性糖含量是數(shù)量性狀由多基因控制.甜高粱既可用來(lái)作飼料和釀酒又是有待開發(fā)的再生性能源¨.2j.研究甜高粱莖稈中可溶性糖含量及其相關(guān)酶活性的變化,可為進(jìn)一步研究高梁ss,sps表達(dá)調(diào)控機(jī)理,提高高梁莖稈的含糖量,培育品質(zhì)優(yōu)異的甜高粱品種提供參考.對(duì)高