不同品種甜高粱莖稈中糖分積累規律的研究

毛鑫　宇鑫　王鵬飛　常方照　段可　張寧　李玥瑩

摘要：為明確甜高粱莖稈的含糖量積累規律，應用液相色譜法，測定了12個品種的甜高粱莖稈在不同生長時期的總糖、葡萄糖、蔗糖、果糖含量。結果表明：蔗糖含量是影響總糖含量變化的主要因素；莖稈中果糖含量與葡萄糖含量具有顯著正相關（R=0.82，P<0.01），果糖與蔗糖無顯著相關性，葡萄糖與蔗糖呈正相關（R=0.341，P<0.05）；在生長最旺盛的拔節期，蔗糖含量是整個生長發育時期中的最低值，成熟期蔗糖含量達到最高峰，說明生長發育前期，蔗糖主要被分解用于甜高粱的快速生長，而生長后期被用來存儲積累。

關鍵詞：甜高粱；糖代謝；不同時期；糖分積累

中圖分類號： S514.01文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）01-0077-03

收稿日期：2013-06-04

基金項目：遼寧省教育廳項目（編號：L2012387）。

作者簡介：毛鑫（1989—），女，遼寧營口人，碩士研究生，研究方向為甜高粱糖代謝。E-mail：1019578434@qq.com。隨著經濟和社會的高速發展，能源的需求量越來越大，能源短缺和溫室氣體已經成為各國面臨的重大問題，在國內外石油價格不斷上漲的情況下，世界各國都在積極探索利用可再生能源[1-3]。甜高粱具有適應性強、抗旱、耐澇、耐鹽堿[4]等優點，且生長迅速，糖分積累快[5]，生物學產量高，不僅能夠作青貯飼料，還可生產燃料乙醇[6]，因而對于緩解能源危機具有重大意義。高效液相色譜法是在色譜法的基礎之上發展起來的[7]，是色譜法的一個重要分支，以液體為流動相，采用高壓輸液系統，將具有不同極性的單一溶劑或不同比例的混合溶劑、緩沖液等流動相泵入裝有固定相的色譜柱，在柱內各成分被分離后，進入檢測器進行檢測，從而實現對試樣的分析。該方法已成為化學、醫學、工業、農學、商檢、法檢等學科領域中重要的分離分析技術。本研究以不同品種甜高粱作為試材，應用高效液相色譜法測定糖含量，研究甜高粱莖稈不同時期糖的累積規律，以期為選育含糖量高的優良品種奠定一定的基礎。

1材料與方法

1.1試驗材料

甜高粱：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、9198A3×（111×1022）、矮四A3×（111×1022），由遼寧省農業科學院提供。

1.2高效液相色譜法測定總糖、蔗糖、葡萄糖、果糖含量

1.2.1總糖的提取在拔節期、抽穗期和成熟期分別取甜高粱莖稈0.5 g，用3 mL蒸餾水溶解于研缽中，將其制成勻漿導入離心管中。再用7 mL蒸餾水沖洗研缽1～2次，轉入上述離心管中，在5 000 r/min下離心15 min。取上清液于大試管中，定容至100 mL，用于測定總糖含量。3次重復。

1.2.2總糖含量的測定采用蒽酮比色法[8]測定甜高粱中可溶性總糖的含量。

1.2.3蔗糖、葡萄糖和果糖的測定在拔節期、抽穗期、成熟期分別取甜高粱莖稈0.5 g，在5 000 r/min下離心15 min，取上清液。利用高效液相色譜法進行分析，色譜柱為Agilent Zorbax NH4 4.6 mm×250 mm（5 μm），色譜條件為：流動相（乙腈 ∶超純水=70 ∶30），流速為1.0 mL/min，NH4柱，柱溫35 ℃，每次進樣量為20 μL，安捷倫G1362A示差檢測器。3次重復，每次重復保證為一個獨立的樣品[9]。

1.3數據分析

利用Excel及SPSS 12.0對試驗數據進行統計分析。

2結果與分析

2.1甜高粱莖稈中總糖含量分析

在3個生長時期內，莖稈中可溶性總糖的含量呈上升趨勢，拔節期、抽穗期總糖含量變化不顯著，而到成熟期時增長得很迅速。遼甜9號的可溶性糖含量最多，遼甜4號含量最少（圖1）。

2.2甜高粱莖稈中蔗糖含量與總糖含量的相關性

在12個品種甜高粱莖稈中，遼甜9號的蔗糖含量最高，并且在整個生長時期中一直呈顯著增長，而遼甜4號的蔗糖含量最低，與總糖的變化趨勢相近（圖2）。對這12種甜高粱莖稈中的蔗糖和總糖進行相關性分析，得出蔗糖與總糖呈極顯著正相關（r=0.898，P<0.01）（圖3）。

2.3甜高粱莖稈中果糖含量與總糖含量的相關性

在這3個生長期中，抽穗期果糖含量最低，成熟期果糖含量最高（圖4）。盡管成熟期莖稈中果糖含量最高，但是拔節期的果糖相對含量卻是最高的。這表明在成熟期果糖并不是主要的貯存物質，它可能轉化成蔗糖儲存在莖稈中。對這12種甜高粱莖稈中的果糖和總糖進行相關性分析得出，果糖與總糖呈極顯著正相關（r=0.584，P<0.01）（圖5）。

2.4甜高粱莖稈中葡萄糖含量與總糖含量的相關性

在拔節期和抽穗期，葡萄糖的含量幾乎沒有變化；在成熟期，葡萄糖的含量開始逐步增加達到最大值（圖6）。與莖稈中的果糖相同，葡萄糖的相對含量也是在拔節期時達到最高峰，在成熟期達到最低值。這表明葡萄糖并不是最終的貯存物質，它最后要轉化成蔗糖儲存起來。對這12種甜高粱莖稈中的葡萄糖和總糖進行相關性分析得出，葡萄糖與總糖呈極顯著正相關（r=0.564，P<0.01）（圖7）。

3討論

3.1成熟甜高粱莖稈中糖分主要存在形式

甜高粱莖稈中的含糖量極為豐富，許多科學家研究過果糖、葡萄糖、蔗糖的含量[10-12]，但是對各種可溶性糖之間的相關性及其相對含量卻不是很清楚。本研究通過對12個甜高粱品種莖稈的果糖、葡萄糖、蔗糖和可溶性總糖含量變化的分析發現，果糖含量與葡萄糖含量具有極顯著正相關性（r=082，P<0.01），果糖與蔗糖無顯著相關性，葡萄糖與蔗糖呈顯著正相關（r=0.341，P<0.05）。此外，只有蔗糖的含量及相對含量到成熟期一直持續著最高值，而果糖、葡萄糖的含量在成熟期達到了最大值，但是相對含量在成熟期不是最大值，而是在拔節期達到最大。這就表明果糖和葡萄糖在拔節期含量的顯著增加是為成熟期合成蔗糖提供物質基礎，蔗糖主要被分解為UDPG和果糖用于甜高粱的快速生長；到生長后期，甜高粱以積累糖類物質為主，甜高粱莖稈是糖分儲存的主要器官。因此，蔗糖含量的變化是影響甜高粱體內總糖含量的根本原因，蔗糖是甜高粱莖稈糖分存在的主要形式，這

也與 Weschke 等的結論[13]基本一致。

3.2優勢品種的選擇

通過對12個品種甜高粱的莖稈總糖、葡萄糖、蔗糖、果糖含量的測定，發現從拔節期到成熟期，遼甜12號、9198A3×（111×1022）甜高粱品種葡萄糖的含量先降低后升高，其他品種的葡萄糖含量是逐漸增加的，遼甜9號在拔節期的葡萄糖相對含量是最大的，遼甜4號最低；蔗糖含量方面，所有品種的甜高粱蔗糖含量都是顯著增加的，其中遼甜9號的蔗糖含量是最多的，遼甜4號最低；果糖方面，遼甜12號、9198A3×（111×1022）、矮四A3×（111×1022）的果糖含量先降低后升高，其他品種持續升高，遼甜3號、遼甜9號、遼甜10號的果糖相對含量最高，遼甜4號最低。綜上所述，遼甜9號的蔗糖轉化率相對是最高的，在12個品種中應該為較為優勢的品種。

4結論

通過對12個品種甜高粱莖稈中不同時期果糖、葡萄糖、蔗糖和可溶性總糖的含量變化的研究，得出以下結論：（1）甜高粱成熟期糖積累以蔗糖為主；（2）莖稈中的蔗糖含量與總糖含量具有顯著的正相關性，說明蔗糖含量是影響總糖含量變化的總要因素；（3）莖稈中果糖含量與葡萄糖含量具有顯著正相關性（r=0.82，P<0.01），果糖與蔗糖含量無顯著相關性，葡萄糖與蔗糖含量呈正相關性（r=0.341，P<0.05）；（4）在成熟期，12個甜高粱品種中，遼甜9號的蔗糖含量和總糖含量最高，遼甜4號最低。

參考文獻：

[1]Dalvi U S，Chavan U D，Shinde M S，et al. Effect of staggered planting on stalk yield，sugar content and ethanol yield of sweet sorghum for increasing harvest window[J]. Sugar Tech，2012，14（2）：144-147.

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[9]宋曉暉，謝凱，李艷麗，等. HPLC-ELSD法測定梨果實中不同種類可溶性糖含量[J]. 南京農業大學學報，2012，35（2）：87-91.

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[11]池云花，王空軍，蔣高明，等. 甜高粱莖稈糖產量內因調控研究進展[J]. 山東農業大學學報：自然科學版，2011，42（2）：322-328.

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[13]Weschke W，Panitz R，Gubatz S，et al. The role of invertases and hexose transporters in controlling sugar ratios in maternal and filial tissues of barley caryopses during early development[J]. Plant Journal，2003，33（2）：395-411.謝吉先，劉軍民，王書勤，等. 夏花生機械化生產技術規程[J]. 江蘇農業科學，2014，42（1）：80-82.

也與 Weschke 等的結論[13]基本一致。

3.2優勢品種的選擇

通過對12個品種甜高粱的莖稈總糖、葡萄糖、蔗糖、果糖含量的測定，發現從拔節期到成熟期，遼甜12號、9198A3×（111×1022）甜高粱品種葡萄糖的含量先降低后升高，其他品種的葡萄糖含量是逐漸增加的，遼甜9號在拔節期的葡萄糖相對含量是最大的，遼甜4號最低；蔗糖含量方面，所有品種的甜高粱蔗糖含量都是顯著增加的，其中遼甜9號的蔗糖含量是最多的，遼甜4號最低；果糖方面，遼甜12號、9198A3×（111×1022）、矮四A3×（111×1022）的果糖含量先降低后升高，其他品種持續升高，遼甜3號、遼甜9號、遼甜10號的果糖相對含量最高，遼甜4號最低。綜上所述，遼甜9號的蔗糖轉化率相對是最高的，在12個品種中應該為較為優勢的品種。

4結論

通過對12個品種甜高粱莖稈中不同時期果糖、葡萄糖、蔗糖和可溶性總糖的含量變化的研究，得出以下結論：（1）甜高粱成熟期糖積累以蔗糖為主；（2）莖稈中的蔗糖含量與總糖含量具有顯著的正相關性，說明蔗糖含量是影響總糖含量變化的總要因素；（3）莖稈中果糖含量與葡萄糖含量具有顯著正相關性（r=0.82，P<0.01），果糖與蔗糖含量無顯著相關性，葡萄糖與蔗糖含量呈正相關性（r=0.341，P<0.05）；（4）在成熟期，12個甜高粱品種中，遼甜9號的蔗糖含量和總糖含量最高，遼甜4號最低。

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[13]Weschke W，Panitz R，Gubatz S，et al. The role of invertases and hexose transporters in controlling sugar ratios in maternal and filial tissues of barley caryopses during early development[J]. Plant Journal，2003，33（2）：395-411.謝吉先，劉軍民，王書勤，等. 夏花生機械化生產技術規程[J]. 江蘇農業科學，2014，42（1）：80-82.

也與 Weschke 等的結論[13]基本一致。

3.2優勢品種的選擇

通過對12個品種甜高粱的莖稈總糖、葡萄糖、蔗糖、果糖含量的測定，發現從拔節期到成熟期，遼甜12號、9198A3×（111×1022）甜高粱品種葡萄糖的含量先降低后升高，其他品種的葡萄糖含量是逐漸增加的，遼甜9號在拔節期的葡萄糖相對含量是最大的，遼甜4號最低；蔗糖含量方面，所有品種的甜高粱蔗糖含量都是顯著增加的，其中遼甜9號的蔗糖含量是最多的，遼甜4號最低；果糖方面，遼甜12號、9198A3×（111×1022）、矮四A3×（111×1022）的果糖含量先降低后升高，其他品種持續升高，遼甜3號、遼甜9號、遼甜10號的果糖相對含量最高，遼甜4號最低。綜上所述，遼甜9號的蔗糖轉化率相對是最高的，在12個品種中應該為較為優勢的品種。

4結論

通過對12個品種甜高粱莖稈中不同時期果糖、葡萄糖、蔗糖和可溶性總糖的含量變化的研究，得出以下結論：（1）甜高粱成熟期糖積累以蔗糖為主；（2）莖稈中的蔗糖含量與總糖含量具有顯著的正相關性，說明蔗糖含量是影響總糖含量變化的總要因素；（3）莖稈中果糖含量與葡萄糖含量具有顯著正相關性（r=0.82，P<0.01），果糖與蔗糖含量無顯著相關性，葡萄糖與蔗糖含量呈正相關性（r=0.341，P<0.05）；（4）在成熟期，12個甜高粱品種中，遼甜9號的蔗糖含量和總糖含量最高，遼甜4號最低。

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[13]Weschke W，Panitz R，Gubatz S，et al. The role of invertases and hexose transporters in controlling sugar ratios in maternal and filial tissues of barley caryopses during early development[J]. Plant Journal，2003，33（2）：395-411.謝吉先，劉軍民，王書勤，等. 夏花生機械化生產技術規程[J]. 江蘇農業科學，2014，42（1）：80-82.