瓜儿豆种子萌发糖代谢动态分析

王海杰,杨宇,黄家权*



瓜儿豆种子萌发糖代谢动态分析

王海杰1,2,杨宇1,黄家权1*

1. 海南大学, 海南 海口 570228 2. 海南省农业科学院, 海南 海口 571100

本文测定了瓜儿豆种子萌发过程中三个关键时期的几种主要糖代谢产物的含量及蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)和转化酶(Inv)的活性。在瓜儿豆种子萌发过程中，蔗糖含量有所降低，果糖和葡萄糖含量逐渐升高，可溶性总糖变化不大，Inv活性和SS分解方向活性逐渐升高，所测得SS合成方向活性有所偏差，SPS活性逐渐下降。

瓜儿豆种子; 糖代谢关键酶; 糖代谢产物

近年来，由于瓜尔豆胶的广泛的应用价值，瓜儿豆在世界很多地区得以推广种植，在栽培及其应用方面取得了较大发展[1-4]。植物的糖代谢直接关系到同化物的积累，从而影响产量，目前，提高瓜儿豆的产量已成为一大问题，但关于其糖代谢等相关生理指标的变化报道较少。大量的研究表明SPS、SS和Inv是蔗糖代谢的关键酶,而葡萄糖、果糖和蔗糖含量是糖代谢的主要产物。瓜儿豆为直接播种，播种质量影响早苗、全苗、壮苗，关系到能否为高产打下基础。萌发期的糖代谢变化是在一系列酶的参与下进行的，研究其动态变化有利于深入了解种子萌发的生理生化基础，对提高播种质量具有参考价值。本研究的目的在于通过对瓜儿豆种子萌发过程中糖代谢相关生理参数进行测定，分析比较在整个萌发过程中糖代谢产物及酶活性的变化情况，从而得出糖类的运输及分配规律，为提高瓜儿豆产量提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

瓜儿豆种植于海南省乐东黎族自治县海南省腰果研究中心院内，2016年3月4日种植，成熟后采收瓜尔豆种子。

1.2 试验方法

选取了相同地块上生长，栽培管理措施一致的瓜儿豆种子，作4个生物学重复，每个重复10粒种子，要求所选种子大小均匀，外表无差异。参照中国科学院上海植物生理研究所[5]的方法,分别测定整个萌发过程三个不同时期（吸胀种子、露白种子、萌发第三天种子）蔗糖磷酸合酶活力、蔗糖合酶活力、转化酶活力和糖含量（蔗糖、葡萄糖、果糖、可溶性总糖）的变化，并测定萌发第三天种子的根、茎酶活力和糖含量的变化。

1.3 数据统计与分析方法

数据采用Excel处理,再用SPSS数据处理系统中的单因素方差分析和多重比较对试验数据进行方差分析，最后用origin软件以柱状图的形式将结果展示。

2 结果与分析

2.1 蔗糖磷酸合酶活性的动态分析

蔗糖磷酸合酶(SPS)是合成蔗糖的主要酶系，由图1可看出，在种子萌发的过程中，SPS的活性无显著性差异，但随着种子的萌发，活性有所降低。种子萌发第一天指吸胀种子时期，第二天指露白种子时期，第三天指萌发第三天，下同。由图2可看出，种子萌发第三天长出的根和茎中的SPS活性无显著性差异。说明在种子的整个萌发过程中，SPS均保持着较高的活性合成蔗糖。

图 1 整个萌发过程中SPS活性变化

Fig.1 The changes of SPS in the germination

图 2 根茎中的SPS活性

2.2 蔗糖合酶合成方向活性的动态分析

蔗糖合成酶(SS)作为蔗糖代谢调节中的关键酶能够可逆地合成和分解蔗糖。由图3可看出，在种子萌发过程中，SS合成方向的活性逐渐提高，且种子萌发第二天和第三天的该酶活性明显高于吸胀种子时期。吸胀种子时期结果为负，主要原因是，该时期活性太小几乎为0，导致用酶标仪测酶活是出现误差，并没有准确测出该时期的活性。由图4可看出，萌发第三天的种子的根和茎的该酶活性差异不显著，但根中该酶活性高于茎中的。

图 3 整个萌发关键过程中SS合成方向活性变化

图 4 根茎中的SS合成方向活性

2.3 蔗糖合酶分解方向活性的动态分析

图 5 整个萌发关键过程中SS分解方向活性变化

图 6 根茎中的SS分解方向活性

由图5可知，蔗糖合成酶(SS)分解方向的活性，随着种子的萌发，活性逐渐提高，且种子萌发第三天该酶活性显著高于吸胀种子和露白种子时期，种子吸胀时期和露白时期并无显著性差异。由图6可看出，萌发第三天种子长出的根和茎该酶的活性均较高，但之间无显著差异。

2.4 转化酶活性的动态分析

转化酶(Inv)是将非还原性的蔗糖水解为葡萄糖和果糖的关键酶。由图7可知，随着种子的萌发，Inv活性逐渐提高，种子萌发第三天Inv的活性显著高于种子露白时期，露白时期显著高于种子吸胀时期。由图8可知，萌发长出的根和茎中Inv均保持较高的活性，但在根茎之间并无显著差异。

图 7 整个萌发关键过程中Inv活性变化

图 8 根茎中的Inv活性对比

2.5 蔗糖含量的动态分析

蔗糖是植物体内能量物质运输的主要方式，葡萄糖和果糖主要由蔗糖分解产生。由图9可知，随着种子的萌发，蔗糖含量有所降低，种子吸胀时期的蔗糖含量显著高于种子露白时期和萌发第三天，种子露白时期和萌发第三天之间无显著差异。由图10可看出，种子萌发长出的根和茎中蔗糖含量存在显著性差异，茎中的蔗糖含量显著高于根中的。

图 9 整个萌发关键过程中蔗糖含量的变化

图 10 根茎中的蔗糖含量

2.6 葡萄糖含量的动态分析

由图11可知，随着种子的萌发，葡萄糖含量逐渐升高，且升高的趋势较大，种子萌发第三天的葡萄糖含量显著高于种子吸胀时期和露白时期，但种子吸胀时期和露白时期之间的差异并不显著。由图12可看出，萌发形成的根、茎中葡萄糖含量差异显著，根中的葡萄糖含量显著高于茎中的。

图 11 整个萌发关键过程中葡萄糖含量的变化

图 12 根茎中的葡萄糖含量的对比

2.7 果糖含量的动态分析

由图13可知，随着种子的萌发，果糖含量有所升高，萌发第三天的种子中果糖含量显著高于种子吸胀和露白时期，种子露白时期的果糖含量显著高于吸胀时期。由图14可知，根茎中的果糖含量存在显著性差异，茎中的果糖含量显著高于根中的。根中的果糖含量很少，导致用酶标仪测得的数据很小，得出的结果最终为负。

图 13 整个萌发关键过程中果糖含量的变化

图 14 根茎中的果糖含量的对比

2.8 可溶性总糖含量的动态分析

由图15可知，瓜尔豆种子萌发过程中，可溶性总糖含量并无显著性差异，含量基本相当。由图16可看出，根茎中的总糖含量无显著性差异，根中的总糖含量稍微高于茎中的。

图 15 整个萌发关键过程中可溶性总糖含量的变化

图 16 根茎中的可溶性总糖含量的对比

3 讨论与结论

本文测定了瓜儿豆种子萌发三个关键时期糖代谢产物的含量和几种关键酶的活性。由上述结果可知，在瓜儿豆种子萌发过程中，蔗糖含量有所降低，果糖和葡萄糖含量逐渐升高，可溶性总糖含量变化不明显，Inv活性和SS分解方向活性逐渐升高，所测得SS合成方向活性有所偏差，SPS活性逐渐下降。这些指标均符合一般种子萌发的一般规律，是种子正常萌发的标志。上述结果中，种子萌发第三天的果糖含量有所偏差，因为根中的果糖含量极少，导致由酶标仪测定的值很小，根据标曲换算出来得到了负值，使得第三天的果糖总量偏低。

蔗糖被蔗糖合成酶分解方向分解为果糖，被转化酶水解为葡萄糖和果糖，运送到正在生长的幼胚中去，作为幼胚生长的营养物质，说明瓜儿豆种子萌发糖代谢过程与这些酶的活性紧密联系。转化酶活力越高，蔗糖的降解速率就越快，萌发过程糖代谢就越活跃，从而为高产打下了基础。

[1] 胡新旭,马秋刚,计成,等.瓜尔豆及其饲用价值[J].中国饲料,2006(3):37-38

[2] 蔡为荣,徐苗之,史成颖.食品增稠剂瓜儿豆胶性质及复配性的研究[J].四川食品与发酵,2002,38(1):39-42

[3] 张育英.云南省瓜尔豆适生区的探讨[J].热带植物研究,1974(10):1-7

[4] 徐又新,史劲松,孙达峰,等.瓜尔豆的资源分布及引种栽培[J].中国野生植物资源,2009,28(2):69-71

[5] 中国科学院上海植物生理研究所.现代植物生理学实验指南[M].北京:科学出版社,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

海南自然科学基金面上项目(317186)

王海杰(1982-),男,博士生,副研究员,作物遗传育种专业. E-mail:527931616@qq.com

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