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作者简介:

王凤华(1972-),女,四川邛崃人,副教授,博士,研究方向为蔬菜生物学与生物技术。E-mail:fenghual23668@126.com。同时为通讯作者。

参考文献 1
O’Neill M A,Ebedlard S,Albemheim P,et a1.Requirement of borate cross-linking of cell wall rhamnogalacturonan II for Arabidopsis growth[J].Science,2001,294:846-849.
参考文献 2
Albert L S.Ribonucleic acid content,boron deficiency syruptoms,and elongation of tomato root tips[J].Plant Physiology,1965,40:649-652.
参考文献 3
Cakmak I,Kurz H,Marschaer H.Short-term effects of boron,germanium and high light intensity on membrane permeability in boron deficient leaves of sunflower[J].Physiologia Plantarum,1995,95(1):ll-18.
参考文献 4
肖家欣,严翔,彭抒昂,等.赣南华盛顿脐橙果实发育中几种矿质营养含量动态的研究[J].中国生态农业学报,2008,16(1):134-138.
参考文献 5
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参考文献 7
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参考文献 8
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参考文献 9
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参考文献 10
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参考文献 11
Wang F H,Ahammed G J,Li G Y,et al.Boric acid mediates self-Incompatibility response by affecting sugar metabolism in radish[J].International Journal of Agriculture & Biology,2020,23(2):288-294.
参考文献 12
张以顺,黄霞,陈云凤.植物生理学实验教程[M].北京:高等教育出版社,2009.
参考文献 13
王永章,张大鹏.乙烯对成熟期新红星苹果果实碳水化合物代谢的调控[J].园艺学报,2000,27(6):391-395.
参考文献 14
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参考文献 15
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参考文献 16
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参考文献 17
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参考文献 18
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参考文献 20
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参考文献 21
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参考文献 22
牛义,张盛林.植物硼素营养研究的现状及展望[J].中国农学通报,2003,19(2):101-104.
参考文献 23
马光恕,廉华,王彦宏,等.硼素对马铃薯淀粉合成和积累的影响[J].核农学报,2013,27(3):384-390
参考文献 24
Riaz M,Yan L,Wu X W,et al.Boron supply maintains efficient antioxidant system,cell wall components and reduces aluminum concentration in roots of trifoliate orange[J].Plant Physiol Biochem,2019,137:93-101.
目录contents

    摘要

    以“白玉春”萝卜为试料,研究了硼酸处理对萝卜幼苗糖代谢的影响。结果表明,硼酸处理提高了萝卜叶片可溶性总糖含量且以 0.6% 硼酸效果最明显。在处理第 4 d,0.6% 硼酸处理组的可溶性糖含量分别比其它组高 12.21%(0.4% 硼酸)、21.59%(0.2% 硼酸)和 29.90%(对照)。0.6% 硼酸处理下萝卜叶片的蔗糖含量、葡萄糖含量以及果糖含量均显著高于对照。处理第 4、6、8 d,0.6% 硼酸处理组的蔗糖含量分别高出对照 31.50%、 52.49%、27.40%;在第 6、8 d 时,处理组的葡萄糖含量分别高出对照 11.48%、12.80%;在第 2、4、6 d 时,处理组的果糖含量分别高出对照 17.31%、33.14%、25.34%。同时 0.6% 硼酸处理下萝卜的酸性转化酶活性和中性转化酶活性也显著提高。在第 6 d,0.6% 硼酸处理组的中性转化酶活性是对照的 3.04 倍;而在第 4、6 d 时,处理组的酸性转化酶活性分别为对照组的 3.32 和 1.22 倍。0.6% 硼酸处理对萝卜叶片淀粉含量没有显著影响,但对 α- 淀粉酶和 β- 淀粉酶的活性却有显著影响,对前者起抑制作用,对后者起促进作用。说明硼酸通过影响萝卜相关酶的活性来调控蔗糖及淀粉代谢。

    Abstract

    Variety‘Baiyuchun’ was selected as the test material to study the influence of boric acid on the metabolism of sugar in radish. The results showed that boric acid increased the content of soluble sugar in radish leaves and the change of those under 0.6% boric acid treatment was the best. At the 4 th day of treatment,the soluble sugar content of 0.6% boric acid treatment group was 12.21%(0.4% boric acid),21.59%(0.2% boric acid)and 29.90%(control group),respectively, higher than that of other groups. 0.6% boric acid increased the content of sucrose,glucose and fructose in radish leaves. On the 4 th,6 th and 8 th day,the sucrose content of the 0.6% boric acid treatment group was 31.50%,52.49% and 27.40% higher than that of the control group,respectively. At the 6 th and 8 th day,the glucose content of the treatment group was 11.48% and 12.80% higher than that of the control. The fructose content of treatment group was 17.31%,33.14% and 25.34% higher than that of control at the 2 th,4 th and 6 th day. Meanwhile it increased the activity of acid invertase and neutral invertase. At the 6 th day,the enzyme activity of the 0.6% boric acid treatment group was 3.04 times that of the control group. The activity of acid invertase in the treatment group was 3.32 and 1.22 times of that in the control group at the 4 th and 6 th day. 0.6% boric acid had no effect on the content of starch,but it affected the activity of α-amylase and β-amylase,with the former being inhibited and the latter being increased. The results suggested that boric acid regulated sucrose and starch metabolism by affecting the activity of related enzymes.

    关键词

    硼酸可溶性糖转化酶淀粉酶代谢

  • 硼是植物生长发育必需的微量元素,也是细胞壁结构和稳定性所必需的元素[1]。缺硼会引起植物细胞壁结构异常[2]、机械强度降低、细胞延伸能力下降、细胞壁硬化[3]。硼在植物体内参与糖的运输,植物缺硼时碳水化合物运输受阻、糖渗漏程度增加[4]。有研究表明,硼可促进或抑制某些酶的活性并参与植物体内的糖代谢。例如,硼砂浸种提高了马铃薯幼苗叶片的蔗糖含量、还原糖含量、蔗糖转化酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性[5]。叶片喷施硼有效地促进了西瓜蔗糖的合成与积累,导致酸性转化酶活性下降、中性转化酶活性增加[6]。汪开拓等[7] 报道硼处理可显著抑制杨梅果实贮藏期间酸性转化酶活性,降低蔗糖含量和淀粉含量。张卫华等[8] 发现,对黄瓜幼苗叶片施用硼后,可溶性糖含量先上升后降低,淀粉酶活性也呈现出先升高后降低的趋势。四季豆可溶性总糖含量也受硼酸浓度的影响[9]。本研究早期发现萝卜成花过程中,叶片的可溶性糖含量与硼酸浓度密切相关[10],进一步研究表明硼酸引起了萝卜雌蕊部位蔗糖代谢相关基因的表达[11]。为进一步研究硼酸对萝卜糖分代谢的影响,本研究选用萝卜幼苗为试材,采用不同浓度的硼酸对叶片进行喷施处理,测定不同处理对萝卜糖类含量及相关酶活性的影响,为探究硼酸在萝卜糖分代谢中的作用奠定基础。

  • 1  材料与方法

  • 1.1  供试材料

  • “白玉春”萝卜。挑选饱满的萝卜种子,采用70%酒精消毒1 min,然后用清水漂洗干净后用于播种。本试验采用穴盘育苗,基质为草炭∶蛭石=3∶1,每穴播种3 粒种子,盖土1 cm。温度控制为(20+2)℃、12 h/12 h(昼/夜),光照强度2000 lux。适时间苗,每穴留一株。

  • 1.2  试验处理

  • 1.2.1 待萝卜幼苗长至三叶一心期,对萝卜叶片喷施不同浓度的硼酸溶液(0%、0.2%、0.4%、 0.6%),连续喷施3 d。喷施结束后,于处理的第2、4、6、8、10 d取叶片测定可溶性总糖含量,筛选可溶性总糖含量变化最大的硼酸处理浓度,用于下一步试验(1.2.2)。

  • 1.2.2 育苗同1.1。待萝卜幼苗长至三叶一心期,对萝卜叶片喷施0.6%硼酸溶液(0%为对照),连续喷施3 d。喷施结束后,于处理的第2、4、6、8 d取叶片测定蔗糖、果糖、葡萄糖以及淀粉的含量,同时测定 α-淀粉酶、β-淀粉酶、中性转化酶和酸性转化酶的酶活性。

  • 1.3  生理指标测定方法

  • 可溶性总糖、蔗糖、果糖的含量采用蒽酮法测定[12],葡萄糖含量采用比色法测定[12],淀粉含量采用碘显色法测定[12],淀粉酶活性的测定采用3,5-二硝基水杨酸法[12]。中性转化酶和酸性转化酶的提取和测定参照王永章等[13]的  方法。

  • 1.4  数据处理

  • 采用Excel 2010作图,SPSS 23.0进行数据分析。

  • 2  结果与分析

  • 2.1 硼酸对萝卜叶片可溶性糖含量的影响

  • 由图1 可以看出,硼酸处理组的可溶性糖含量始终高于对照组。处理第4 d,各组的可溶性总糖含量均达到最大值,0.6%硼酸处理组含量最高, 为12.04 mg/100 g,分别比其它组高12.21%(0.4%硼酸)、21.59%(0.2%硼酸)、29.90%( 对照)。 至第10 d时各组之间差异不再显著。综上,喷施硼酸可以在一定程度上提高萝卜幼苗叶片中的可溶性糖含量,本试验中以0.6%硼酸处理的效果较好。

  • 图1 硼酸处理对萝卜幼苗叶片可溶性糖含量的影响

  • 注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05),下同。

  • 2.2 硼酸对萝卜叶片蔗糖含量的影响

  • 由图2 可以看出,喷施硼酸后对照组和0.6%硼酸处理组的蔗糖含量均先增加后降低。除了在第2 d时处理组的蔗糖含量低于对照组外,其余各阶段处理组的蔗糖含量均显著高于对照组,在处理第4、6、8 d时,0.6%硼酸处理下的蔗糖含量分别高出对照31.50%、52.49%、27.40%。 总的看来,0.6%硼酸处理增加了萝卜叶片中的蔗糖含量。

  • 图20.6%硼酸处理对萝卜叶片蔗糖含量的影响

  • 2.3 硼酸对萝卜叶片葡萄糖含量的影响

  • 由图3 可以看出, 随着时间的推移, 无论是对照还是0.6%硼酸处理组的葡萄糖含量均逐渐升高。 在前4 d, 硼酸处理的效果并不显著,从第6 d开始,硼酸处理组的葡萄糖含量显著高于对照,在第6、8 d时处理组分别高出对照11.48%和12.80%。说明0.6%的硼酸处理在一定程度上提高了葡萄糖含量,且时间越长效果越显著。

  • 图30.6%硼酸处理对萝卜叶片葡萄糖含量的影响

  • 2.4 硼酸对萝卜叶片果糖含量的影响

  • 由图4 可以看出,0.6%硼酸处理组和对照组的果糖含量均随着时间进程逐渐上升,在第2、4、 6 d时,0.6%硼酸处理组的果糖含量均显著高于对照组,分别高出17.31%、33.14%、25.34%。至第8 d,处理组和对照组之间差异不再显著。说明0.6%硼酸处理在一定时间内可以提高萝卜叶片中的果糖含量。

  • 图40.6%硼酸处理对萝卜叶片果糖含量的影响

  • 2.5 硼酸对萝卜叶片淀粉含量的影响

  • 由图5 可以看出,整个处理时间内0.6%硼酸处理组与对照组之间的淀粉含量没有显著差异,说明0.6%硼酸处理并不影响萝卜叶片的淀粉含量。

  • 图50.6%硼酸处理对萝卜叶片淀粉含量的影响

  • 2.6 硼酸对萝卜叶片中性转化酶活性的影响

  • 由图6 可以看出,两组的中性转化酶活性仅在第6 d时存在显著差异,此时0.6%硼酸处理组的酶活性是对照组的3.04 倍。据此认为,0.6%硼酸处理可在一定时间内提高萝卜叶片中性转化酶活性(第6 d)。

  • 图60.6%硼酸处理对萝卜叶片中性转化酶活性的影响

  • 2.7 硼酸对萝卜叶片酸性转化酶活性的影响

  • 由图7 可以看出,0.6%硼酸处理组和对照组的酸性转化酶活性均随时间推移呈现逐渐上升的趋势,从第4 d开始两组活性出现差异,在第4、6 d时, 处理组酸性转化酶活性分别为87.41、 91.33 mg/(100 gFW·h), 对照组则为26.31、 74.63 mg/(100 gFW·h),前者为后者的3.32 和1.22 倍;至第8 d两者之间差异不再显著。综合考虑,认为0.6%硼酸对萝卜叶片中酸性转化酶活性有一定的促进作用。

  • 图70.6%硼酸处理对萝卜叶片酸性转化酶活性的影响

  • 2.8 硼酸对萝卜叶片淀粉酶活性的影响

  • 由图8 可以看出,无论是0.6%硼酸处理组还是对照组,其 α-淀粉酶活性都随时间推移而升高,且0.6%硼酸处理下的 α-淀粉酶活性始终低于对照组,两者均在第8 d时达到最大值,在第2、 4、6、8 d时,处理组的 α-淀粉酶活性分别为对照组的74.11%、35.51%、68.50%、71.03%。 说明0.6%硼酸对萝卜叶片中的 α-淀粉酶活性有一定的抑制作用。

  • 图80.6%硼酸处理对萝卜叶片 α-淀粉酶活性的影响

  • 由图9 可以看出,在前6 d,0.6%硼酸处理组的 β-淀粉酶活性始终高于对照组,在处理第2、 4、6 d时,处理组的 β-淀粉酶活性分别为22.34、 15.15、31.04 mg/(100 gFW·min),而对照组为5.04、3.84、9.36 mg/(100 gFW·min),前者分别为后者的4.43、3.95、3.32 倍。在处理第8 d,对照组与0.6%硼酸处理组之间差异已经不显著。综上可知,0.6%硼酸处理对萝卜叶片中的 β-淀粉酶活性有一定促进作用。

  • 图90.6%硼酸处理对萝卜叶片 β-淀粉酶活性的影响

  • 3 结论与讨论

  • 糖既是植物光合作用产物,也是呼吸作用底物,糖代谢是整个生物代谢的中心,连通蛋白质、脂类、核酸及次生物质等代谢[14]。硼参与糖类的合成与运输已经被众多研究证实。Kar等[15]、 Awasthi等[16]研究表明叶面喷施硼显著提高了菠萝、番石榴等果实的总糖含量,降低了还原糖和非还原糖的含量。叶面硼刺激了西瓜、甜菜等植物蔗糖的积累[617],增加了甜樱桃果实的糖含量[18]。 增加硼的施用频率显著增加了橄榄叶片可溶性糖含量[19]。在苹果果实生长初期和迅速生长期,硼能增加果实可溶性糖和淀粉含量[20]。虽然硼能促进可溶性糖的积累,但有研究表明其积累的糖的种类有差别。枇杷中,硼过多导致茎皮和叶片总糖含量上升,更多的非转移糖(果糖和葡糖糖)积累,但是转移糖含量(蔗糖、山梨醇、甘露醇)却差异不大[21]。而本研究结果显示0.6%硼酸处理在一定程度上提高萝卜幼苗叶片可溶性总糖含量(图1),对其蔗糖、葡萄糖、果糖含量均起促进作用(图2、3、4)。牛义等[22]认为糖在植物体内运输的主要方式是对蔗糖的运输,而尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)是蔗糖合成的前体,UDPG的合成需要硼,所以硼对蔗糖的合成与运输至关重要。蔗糖是植物体的主要能源物质,也是基因表达的重要调节物质。蔗糖转化酶在高等植物蔗糖代谢中起着关键作用,催化蔗糖水解为果糖和葡萄糖,参与植物细胞的分化生长、器官建成、糖分运输等。李立梅等[6]研究证明硼是通过调节蔗糖代谢酶,如酸性转化酶、中性转化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸化酶等促进西瓜蔗糖的合成[6]。马光恕等[23]的结果也表明适量喷施硼砂提高了马铃薯块茎蔗糖转化酶和蔗糖合成酶活性,促进了马铃薯块茎中的蔗糖、还原糖的合成。本研究结果也显示硼酸处理下萝卜的中性转化酶和酸性转化酶活性都有所提高(图6、7),这与李立梅等[6]、马光恕等[23]结果基本一致。虽然在不同的器官和不同的发育时期, 硼对植物体内糖类的影响效果可能不一样,有的增加,有的减少,但是可以确定的是硼与植物体内糖代谢密切相关,Riaz等[24]认为硼影响糖的运输主要原因是影响了筛管上胼胝质的沉积,这也是本研究下一步探讨的问题之一。

  • 参考文献

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