李春陽+胡瑞芳+張馨月

摘要：以12個品種的甜高粱為材料，測定其葉片和莖稈在4個主要生長時期的可溶性糖含量以及蔗糖合成酶（sucrose syhthase，簡稱SS）和蔗糖磷酸合成酶（sucrose phosphate synthase，簡稱SPS）的活性變化，對2種酶的活性以及酶活性與可溶性糖含量之間的相關性進行分析，以了解甜高粱體內蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶對糖積累的影響。結果表明：在整個生長時期中，可溶性總糖含量不斷提高，成熟期達到最大值。同一時期，莖稈中的2種酶活力大于葉片中的酶活力，在前期，2種酶活力差異不明顯，但在生長后期，相同部位的SS活性要大于SPS活性。葉片中可溶性糖含量與SS活性呈極顯著正相關（r=0.913，P<0.01），與SPS活性也呈極顯著正相關（r=0.92，P<0.01）；莖稈中可溶性糖含量與SS活性呈極顯著正相關（r=0.989，P<0.01），與SPS活性也呈極顯著正相關（r=0.983，P<0.01），說明SPS和SS是影響甜高粱糖積累的關鍵酶。

關鍵詞：甜高粱；蔗糖合成酶（SS）；蔗糖磷酸合成酶（SPS ）；酶活力；糖分積累

中圖分類號：S514.01 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）11-0139-03

甜高粱[Sorghum bicolor（L.） Moench]別稱糖高粱，屬于禾本科高粱屬，是普通粒用高粱的一個變種[1]，具有光合效率高、糖分積累快、生物量大、適應性廣、抗逆性強等優(yōu)點[2-3]。近年來，甜高粱已成為世界上的一種新型的飼料、糖料和能源作物[4]，引起了許多國家的廣泛重視，受到積極研究并大力推廣[5]。研究甜高粱莖稈中可溶性糖含量及其相關酶活性的變化對高粱的改良、利用和開發(fā)具有很重要的意義。在高等植物中，參與糖代謝相關的酶主要有蔗糖合成酶（sucrose synthase，簡稱SS）和蔗糖磷酸合成酶（sucrose phosphate synthase，簡稱SPS ）等，二者含量的變化直接影響糖的合成[6]。SPS活性影響光合產(chǎn)物在淀粉與蔗糖之間的分配，主要調節(jié)蔗糖的合成[7]。SS能夠控制蔗糖代謝和蔗糖累積，既可催化蔗糖合成又可催化蔗糖分解，功能比較復雜[8]。本研究選用12個品種的甜高粱為材料，測定其在4個主要生長時期的葉片和莖稈中可溶性糖含量以及SS、SPS的活性，對2種酶的活性以及它們與可溶性糖含量之間的相關性進行分析，為進一步研究甜高粱SS、SPS的表達調控機制、糖分積累特征以及改良甜高粱的甜度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料由遼寧省農(nóng)業(yè)科學院提供，分別為9198A3×（111×1022）、矮四A3×（111×1022）、遼甜1號、遼甜2號、遼甜3號、遼甜4號、遼甜5號、遼甜6號、遼甜7號、遼甜9號、遼甜10號、遼甜12號。

1.2 取樣

試驗材料分別取自甜高粱苗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的莖和葉，葉片取自旗葉下第1張葉，莖稈取自從下往上數(shù)第3節(jié)莖，采樣時隨機選取，3次重復，液氮速凍后放入-40 ℃低溫冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 試驗方法

采用優(yōu)化的蒽酮比色法[9-10]測定可溶性糖總含量。采用間苯二酚比色法[11]測定SS和SPS的活性。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel及SPSS對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 甜高粱總糖含量分析

在4個生長時期內，葉片中可溶性糖含量在前3個時期的變化都不明顯，但在成熟期增長迅速，達到最大值，說明甜高粱是在成熟期積累大量的糖類物質；遼甜9號的葉片中可溶性糖含量最多，遼甜4號含量最少（圖1）。

如圖2所示，在3個生長時期中，莖稈的可溶性糖含量隨著植株的生長不斷增加，抽穗期增長緩慢，在成熟期有大幅度的增長，此時期莖稈可溶性糖含量達到最高值。其中遼甜9號的可溶性糖含量最高，遼甜4號含量最低，這一點與葉片中可溶性糖含量相似。

2.2 甜高粱蔗糖合成酶活性分析

在12個品種的甜高粱葉片中SS的活性變化均表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢，在拔節(jié)期處于最低值，在成熟期達到峰值；在苗期和拔節(jié)期， 不同品種的葉片之間SS活性沒有明顯差異，在抽穗期有較小的差異，成熟期時差異最明顯，其中遼甜9號葉片的SS活性高于其他品種，而遼甜4號的SS活性最低（圖3）。

不同品種的甜高粱莖稈中的SS活性在拔節(jié)期相差不大，在成熟期差異明顯，其中遼甜9號莖稈的SS活性依然最大，遼甜4號最??；從整體上分析，莖稈中SS活性呈現(xiàn)上升的趨勢，先是緩慢上升，抽穗期以后，迅速上升，在成熟期達到最大值（圖4）。

2.3 甜高粱蔗糖磷酸合成酶活性分析

在4個生長時期內，葉片中SPS活性與SS活性的變化趨勢基本一致，呈先降低后增高趨勢，在拔節(jié)期達到最小值，成熟期達到最大值，且高于前3個生長時期；不同品種的甜高粱葉片中的SPS活性相比較，前2個時期差異不明顯，抽穗期和成熟期差異明顯，成熟期遼甜9號的SPS活性明顯大于其他品種（圖5）。

分析比較不同品種的甜高粱莖稈中SPS活性，拔節(jié)期SPS活性相差不大，抽穗期略有差異，成熟期差異最明顯，同時活性最大的仍然是遼甜9號，活性最小的仍是遼甜4號；甜高粱莖稈中SPS活性與SS活性變化規(guī)律大體相同，呈上升趨勢；成熟期時莖稈中SPS活性明顯高于前2個時期（圖6）。

2.4 甜高粱總糖含量與相關酶活性的分析

12個品種甜高粱葉片中可溶性總糖含量與SS和SPS活性的變化趨勢略有不同，可溶性糖的變化呈先升高，再降低，最后上升的趨勢，而SS和SPS活性的變化呈先降低后升高的趨勢。對甜高粱葉片中可溶性糖含量與SS和SPS活性進行相關性分析得出，可溶性總糖與SS活性呈顯極著正相關（r=0.913，P<0.01），與SPS活性也呈極顯著正相關（r=0.92，P<0.01）。

12個品種甜高粱莖稈中可溶性總糖含量與SS和SPS活性變化趨勢基本相同，都呈上升趨勢。對這12種甜高粱莖稈中可溶性糖與SS和SPS活性進行相關性分析，得到相關系數(shù)。從數(shù)據(jù)上看，莖稈中可溶性糖與SS活性呈極顯著正相關（r=0.989，P<0.01），與SPS活性也呈極著正相關（r=0.983，P<0.01）。

3 結論與討論

甜高粱以其生物學產(chǎn)量高、用途廣成為具有潛在應用價值的能源作物[12]。本試驗通過對12個品種甜高粱不同時期可溶性總糖含量以及SS、SPS活性的研究，結果表明，在甜高粱的整個生長發(fā)育時期內，可溶性糖含量總體上隨著植株的生長不斷增加，到成熟期達最大值，莖稈中的總糖的含量高于其在葉片中的含量，說明莖稈是甜高粱糖分儲存的主要器官。

葉片中SS、SPS活性的變化趨勢相同，呈先少量降低，再緩慢上升，最后迅速上升的趨勢，且SS活性高于SPS活性。莖稈中SS、SPS活性的變化依然相同，呈上升的趨勢。同一時期，莖稈中的2種活性要大于葉片中的活性。在生長前期時，葉片和莖稈中的相關活性差異較小，但在生長后期，相同部位的SS活性普遍大于SPS活性。

對可溶性糖含量和SS、SPS活性的相關性分析可以看出，葉片中可溶性總糖與SS活性呈極顯著正相關（r=0.913，P<0.01），與SPS活性也呈極顯著正相關（r=0.92，P<0.01）。莖稈中可溶性總糖與SS活性呈極顯著正相關（r=0.989，P<0.01），與SPS活性也呈極顯著正相關（r=0.983，P<0.01）。說明SS和SPS是影響甜高粱糖積累的重要酶。在成熟期時，遼甜9號的總糖含量、SS和SPS活性最高，遼甜4號最低，這與成熟期糖積累的情況相符。

研究甜高粱可溶性糖含量及其相關酶活性的變化，可為進一步研究高粱SS、SPS表達調控機制、提升高粱含糖量、培育品質優(yōu)異的甜高粱品種提供參考，對提高甜高粱的產(chǎn)量、生物量、含糖量，及其改良、有效利用和開發(fā)具有重要意義。

參考文獻：

[1]盧 峰，鄒劍秋，段有厚. 甜高粱莖稈含糖量及主要農(nóng)藝性狀相關性研究[J]. 遼寧農(nóng)業(yè)科學，2013（6）：1-4.

[2]Evaggel Billa，Dimitris P. Koullas，et al. Structure and composition of sweet sorghum stalk components[J]. Industrial Crops and Products，1997，6（3）：279-302.

[3]Ritter K B，Mc Intyre C L，Godwin ID，et al. An assessment of the genetic relationship between sweet and grain sorghums，within Sorghum bicolor ssp. bicolor （L.） Moench，using AFLP markers[J]. Euphytica，2007，157（1）：161-176.

[4]李春宏，張培通，郭文琦，等. 甜高粱青貯飼料研究與利用現(xiàn)狀及展望[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2014，42（3）：150-152.

[5]Rooney W L，Blumenthal J，Bean B，et al. Designing sorghum as adedicated bioenergy feedstock [J]. Biofuels，Bioproducts and Biorefining，2007，1（2）：147-157.

[6]葉 凱，再吐尼古麗·庫爾班，陳維維，等. 不同播種期下甜高粱秸稈SS、SPS酶活性的研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學，2012，49（10）：1874-1880.

[7]劉彩霞，蔣學皎，陳進紅. 作物蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性調控的研究進展[J]. 科技通報，2008，24（3）：355-360.

[8]薛 薇，崔江慧，孫愛芹，等. 高粱可溶性糖含量與SS、SPS酶活性的相關性研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導報，2009，11（2）：124-128.

[9]王宏軍，鄧旭明，蔣 紅，等. 蒽酮-硫酸比色法檢測多糖條件的優(yōu)化[J]. 中國飼料，2011（4）：39-41.

[10]李曉旭，李家政. 優(yōu)化蒽酮比色法測定甜玉米中可溶性糖的含量[J]. 保鮮與加工，2013（4）：24-27.

[11]薛應龍. 植物生理學實驗手冊[M]. 上海：上海科學技術出版社，1985：148-150.

[12]張 會，鄒維華，張友兵，等. 優(yōu)質能源甜高粱突變體的篩選與鑒定[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學學報，2015，34（5）：1-6.