不同甜菜种质叶柄中大分子多糖含量的初步分析

王 希 ，陈 丽 *，赵春雷 ，张克楠

（1.中国农业科学院甜菜研究所/黑龙江大学农作物研究院，黑龙江哈尔滨150080；2.黑龙江省普通高等学校甜菜遗传育种重点实验室，黑龙江哈尔滨150080；3.中国农业科学院北方糖料作物资源与利用重点开放实验室，黑龙江哈尔滨150080；4.黑龙江大学生命科学学院，黑龙江哈尔滨 150080）

甜菜茎的节间缩短，基生叶形成莲座状叶丛，由叶柄为甜菜叶片提供支持作用。甜菜叶柄的挺立状态与机械强度直接影响着甜菜的栽植密度、叶的生物量与光合利用率、田间管理与收获操作等方面；同时，叶柄通过影响叶片与地面的距离，间接影响着土壤中病原菌经雨水迸溅侵染叶片的过程，从而影响着甜菜生物胁迫的防治工作[1]。但是，甜菜叶柄机械强度的影响因素尚未见报道。大分子多糖作为植物维管束内起主要支持作用的物质，其含量理论上与机械强度或挺立状态有一定关系[2-4]。

植物中起支持作用的大分子多糖主要有纤维素、半纤维素、木质素三类。纤维素（cellulose）是结构复杂、结晶度很高的大分子多糖，常温下不溶于水，也几乎不溶于有机溶剂，但可与浓酸反应生成葡萄糖[5-6]。半纤维素（hemi-cellulose）结构层次复杂，糖单元丰富多样，常结合在纤维素表面共同形成坚硬的网格结构，亲水性高于纤维素，在酸性条件下分解[7]。木质素（lignin）是三维立体网状结构，常与纤维素、半纤维素紧密连接成复合体，较难分解或提纯[8]。目前，检测大分子多糖的方法主要有标准曲线法、比色法、Van Soest法、王玉万法、高效液相色谱法等[9]，其中Van Soest法[10-11]对起始样品总量和实验条件要求相对较低，成本也较低廉。

本研究收集了3份叶柄部位性状表现不同的甜菜种质，采用Van Soest法对叶柄中起支持作用的大分子多糖类物质的含量进行分析，一方面探讨该项分析的可行性；另一方面初步推断不同甜菜种质中大分子多糖与叶柄机械强度的关系。

表1 被分析种质叶柄的性状表现

1 材料与方法

1.1 试验材料

被分析的甜菜种质为B8952、DZ-6、J9451，分别取繁茂期功能叶片的完整叶柄，每份种质取5株作为独立重复。各种质叶柄的性状表现见表1。

1.2 试验方法

按Van Soest法[10，13]进行3种大分子多糖含量测定，测得中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、浓酸洗涤残渣、灼烧后灰分的质量百分含量，然后根据公式1~3计算纤维素、半纤维素、木质素的质量百分含量。以上所得的质量百分含量均为相对于样品干重的百分含量。

在样品烘干前后称重，按公式4计算叶柄的含水量。

公式1~3中，ADF为酸性洗涤纤维的质量百分含量，NDF为中性洗涤纤维的质量百分含量，Ap为浓酸洗涤残渣的质量百分含量，As为灼烧后灰分的质量百分含量。

纤维素（%）=ADF（%）-Ap（%）…………………………………1

半纤维素（%）=NDF（%）-ADF（%）……………………………2

木质素（%）=Ap（%）-As（%） …………………………………3

含水量（%）=（样品鲜重-样品干重）×100/样品鲜重 …………4

2 结果与分析

对每个种质的5份叶柄样品进行纤维素、半纤维素、木质素含量的测定，计算3种成分的百分含量，结果见表2、图1。

在3份种质之间，叶柄的含水量无显著差异，表明待分析叶柄样品的生长状态类似，叶柄的机械强度或挺立状态并非由水分情况不均所致。较软的叶柄（种质1）中，纤维素的含量显著低于较硬的叶柄（种质2、3），而半纤维素、木质素含量与手感硬度无直接关系；较脆的叶柄（种质2）与较韧的二者（种质1、3）相比，木质素含量显著偏高，其它2种成分与手感韧性无直接关系；直立型叶丛（种质3）与斜立型叶丛（种质1、2）的叶柄中，大分子多糖的含量与组成不存在明显的规律性。

据以上结果推断，在所分析的3份种质之间，手感硬度和韧性分别与纤维素含量、木质素含量有一定关联；其中，纤维素含量高的叶柄表现出较强的硬度，木质素含量较高的叶柄表现出较低的韧性；半纤维素含量则与叶柄机械强度无关。

表2 不同种质叶柄中3种大分子多糖及水分含量

图1 不同种质叶柄含水量及3种大分子多糖的百分含量

3 讨论

虽然目前对甜菜种质的性状调查标准中，只对甜菜的叶丛类型进行了规范[12]，但叶柄其它方面的状态也具有相当的研究价值。甜菜叶柄的挺立状态直接影响着叶片与地表的角度，从而影响着甜菜的密植方案与甜菜叶片的光合效率，且叶柄在不同时期、不同条件、不同操作中的表现也都直接或间接地影响着甜菜的生长状态、耐逆性、抗病性等，并影响着田间管理、收获等工作[1]。

从一些对易倒伏作物茎部的研究得知，纤维素、半纤维素、木质素等起支持作用的大分子多糖有可能在植物倒伏过程中起一定作用[2-4，14-15]，且对于不同作物、不同部位，甚至不同时期、不同条件，其作用均不尽相同[3-4，14-18]。本研究对不同种质繁茂期功能叶片的叶柄进行了分析，结果表明在甜菜繁茂期，功能叶叶柄的手感硬度与纤维素含量有关，手感韧性与木质素含量有关，半纤维素含量则与叶柄机械强度无直接关系，甜菜的叶丛类型与大分子多糖的含量及组成也无直接关系。

本研究结果为深入研究甜菜叶柄挺立状态的影响因素提供了一定信息，后续可对叶柄的机械强度指标进行数据化，并扩大检测的范围，对来自更多种质、不同时期、不同状态的叶柄进行进一步的分析，以推断这些大分子多糖对叶柄机械强度的影响及其生理机制。