铁皮石斛多糖积累与蔗糖代谢的影响因素研究

发布时间：2020-06-18 06:57

【摘要】：多糖是铁皮石斛的主要活性成分,也是评价其品质的重要指标。组成石斛多糖的单糖一般由蔗糖分解或衍生而来,因而多糖积累与蔗糖代谢直接相关。植物的生长条件和激素、金属离子等外源添加物都会对植物多糖的积累和蔗糖代谢产生影响,从而调节植物中的不同糖分水平和各种生理功能。本研究通过采用不同的温度、光照、酸碱度等生长条件以及NaCl、Ca~(2+)、Mn~(2+)、ABA等外源添加物处理铁皮石斛组培苗,测定铁皮石斛茎叶中糖分含量和蔗糖代谢中SPS、SS、AI和NI的酶活性,研究影响多糖积累及蔗糖代谢的因素和作用机制,主要结果如下:不同温度、光照和pH的生长条件处理对铁皮石斛茎叶中糖分含量和4种蔗糖代谢酶活性会产生不同程度的影响:(1)在一定范围内,温度越高SPS酶活性越高,而SS、AI与NI酶活性均在25℃表现较高,且SPS酶活性与蔗糖含量呈显著正相关(R=0.816),AI酶活性与多糖和葡萄糖含量呈显著(R=0.811)和极显著正相关(R=0.903),温度为25℃时蔗糖、多糖、葡萄糖含量均达到最高;(2)不同光照强度下,SPS与SS在叶中的酶活性显著高于茎中,SPS与蔗糖含量呈极显著正相关(R=0.896),是蔗糖合成的主要酶,SS与多糖呈显著正相关(R=0.833),说明SS主要参与蔗糖的分解。光照强度为3500 lx时,SPS与SS酶活性均达到最高,蔗糖、多糖等含量达到显著水平;(3)不同酸碱度对AI酶活性的影响较大,pH5.0较利于AI的催化活性,pH越高抑制作用越强,SPS、SS、NI均在pH7.0时活性较高。SPS与SS共同影响蔗糖的合成,AI与NI共同作用于葡萄糖与多糖的积累,其中AI的作用比NI更显著。pH7.0较有利于铁皮石斛蔗糖、多糖和葡萄糖的积累。不同外源添加物的处理对铁皮石斛组培苗糖含量与蔗糖代谢酶活性也会产生不同程度的影响。(1)外源添加Ca~(2+)不仅提高了铁皮石斛库强,还在一定浓度范围内提高了蔗糖代谢酶的活性,促使蔗糖向库中的转运,4.5mmol·L~(-1)Ca~(2+)浓度下4种蔗糖代谢酶的催化活性较高,蔗糖、多糖等的积累较多,其中SPS显著影响蔗糖的积累,AI显著影响多糖与葡萄糖的积累;(2)外源添加Mn~(2+)显著提高了SPS与AI酶活性,叶中蔗糖合成增多,库中储存的糖分含量增大,当Mn~(2+)浓度为1.0mmol·L~(-1)时,SPS、AI活性均达到最大,显著增加了可溶性糖含量。(3)添加不同浓度的NaCl显著提高了转化酶的催化活性,促进了葡萄糖的积累;SS与SPS酶活性虽有提升,但并不显著;NaCl在一定浓度范围内,糖含量显著增加,降低了逆境胁迫压力。当NaCl浓度为50mmol·L~(-1)时,铁皮石斛糖含量最高,满足了对高能的需求,提高了植株抵御不良环境的能力。(4)外源添加不同浓度ABA,能够在一定程度上促进SS与转化酶的催化活性,显著影响铁皮石斛糖分的积累,但对SPS却有抑制作用。蔗糖含量与SS、SPS呈显著和极显著正相关,当ABA浓度为60umol·L~(-1)时,SS与转化酶活性较高,铁皮石斛糖分积累达到显著水平。本研究结果显示对铁皮石斛糖分积累及蔗糖代谢来说,25℃、3500 lx与pH7.0是最适的生长条件,Ca~(2+)4.5mmol·L~(-1)、Mn~(2+)1.0mmol·L~(-1)、NaCl 50 mmol·L~(-1)和ABA60umol·L~(-1)分别是各自最佳的处理浓度,在这些条件下蔗糖代谢酶活性较高,抵御不良环境的能力较强,最有利于铁皮石斛的糖分积累;这些因素通过影响铁皮石斛中蔗糖代谢酶的活性来改变蔗糖积累或分解的方向,从而调节蔗糖和多糖水平的高低以满足铁皮石斛生长发育对物质和能量的需求以及保持细胞渗透势的平衡。这些结果可为今后铁皮石斛多糖和蔗糖代谢的深入研究及调控提供依据。
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S567.239
【图文】：

铁皮石斛,茎叶,合成酶,多糖含量

铁皮石斛茎叶中多糖含量随温度的升高呈现先升后降的变化趋势。茎中多糖含量在 25℃时达到峰值 77.85 mg·g-1，较 10℃上升了 30.75%；当温度升至 35℃时，多糖含量反而降至 64.44 mgg-1，下降幅度为 17.23%。铁皮石斛叶中的多糖含量的变化趋势与茎中一致，但多糖含量均小于同处理茎中的含量，且 10℃和 35℃之间的多糖含量没有显著差异。在一定温度范围内，铁皮石斛茎叶中葡萄糖含量也是随温度的升高而先升后降，且茎中的葡萄糖含量高于叶中。10℃时茎中葡萄糖含量最低，为 12.54mg·g-1，温度升至 25℃时达到峰值 16.81mg·g-1，增幅为 34.05%；随着温度继续升至 35℃，葡萄糖含量又降至 15.73mg·g-1，降幅为 6.42%。铁皮石斛叶中的葡萄糖含量的变化趋势也与茎中一致，但含量均小于同期茎中的含量。（2）温度处理对铁皮石斛茎叶中蔗糖代谢酶活性的影响不同温度对铁皮石斛茎叶中蔗糖代谢酶的活性的影响均有差异，如图 2.1、2.2。随着温度的升高，除 SPS 外，SS、AI、NI 酶活性均呈现先升高后降低的趋势，且均在 25℃达到峰值。温度对 SPS 酶活性的影响最大，SS 与 AI 次之，NI 最弱。

铁皮石斛,酶活性,茎叶,增幅

铁皮石斛茎中 SPS 酶活性从 10℃的 10.47μmol (gh)-1FW 升至 25℃的12.30μmol (gh)-1FW，增幅为 17.48%，再至 35℃的 14.77 μmol (gh)-1FW，增幅为20.08%；叶中 SPS 酶活性从 10℃的 9.04μmol (gh)-1FW 到 25℃的 14.20μmol (gh)-1FW，增幅为 57.08%，再到 35℃的 14.20μmol (gh)-1FW，增幅为 21.06%。因此温度对铁皮石斛叶中 SPS 的影响高于茎中。由表可以看出，铁皮石斛茎叶中 SS 酶活性的大小均低于 SPS，说明 SPS 是铁皮石斛中蔗糖的主要合成酶，此外叶中 SPS 与 SS 酶活性基本高于茎中，说明 SPS 与 SS 的作用部位在叶中居多，进一步说明叶是蔗糖合成的主要组织部位。

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