硼酸對(duì)蘿卜幼苗糖代謝的影響

王鳳華，李光遠(yuǎn)，賈亞莉，蔣 燕，王少先，陳雙臣

（河南科技大學(xué)林學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471000）

硼是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的微量元素，也是細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性所必需的元素［1］。缺硼會(huì)引起植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)異常［2］、機(jī)械強(qiáng)度降低、細(xì)胞延伸能力下降、細(xì)胞壁硬化［3］。硼在植物體內(nèi)參與糖的運(yùn)輸，植物缺硼時(shí)碳水化合物運(yùn)輸受阻、糖滲漏程度增加［4］。有研究表明，硼可促進(jìn)或抑制某些酶的活性并參與植物體內(nèi)的糖代謝。例如，硼砂浸種提高了馬鈴薯幼苗葉片的蔗糖含量、還原糖含量、蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性［5］。葉片噴施硼有效地促進(jìn)了西瓜蔗糖的合成與積累，導(dǎo)致酸性轉(zhuǎn)化酶活性下降、中性轉(zhuǎn)化酶活性增加［6］。汪開(kāi)拓等［7］報(bào)道硼處理可顯著抑制楊梅果實(shí)貯藏期間酸性轉(zhuǎn)化酶活性，降低蔗糖含量和淀粉含量。張衛(wèi)華等［8］發(fā)現(xiàn)，對(duì)黃瓜幼苗葉片施用硼后，可溶性糖含量先上升后降低，淀粉酶活性也呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。四季豆可溶性總糖含量也受硼酸濃度的影響［9］。本研究早期發(fā)現(xiàn)蘿卜成花過(guò)程中，葉片的可溶性糖含量與硼酸濃度密切相關(guān)［10］，進(jìn)一步研究表明硼酸引起了蘿卜雌蕊部位蔗糖代謝相關(guān)基因的表達(dá)［11］。為進(jìn)一步研究硼酸對(duì)蘿卜糖分代謝的影響，本研究選用蘿卜幼苗為試材，采用不同濃度的硼酸對(duì)葉片進(jìn)行噴施處理，測(cè)定不同處理對(duì)蘿卜糖類含量及相關(guān)酶活性的影響，為探究硼酸在蘿卜糖分代謝中的作用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

“白玉春”蘿卜。挑選飽滿的蘿卜種子，采用70%酒精消毒1 min，然后用清水漂洗干凈后用于播種。本試驗(yàn)采用穴盤(pán)育苗，基質(zhì)為草炭∶蛭石=3∶1，每穴播種3 粒種子，蓋土1 cm。溫度控制為（20+2）℃、12 h/12 h（晝/夜），光照強(qiáng)度2 000 lux。適時(shí)間苗，每穴留一株。

1.2 試驗(yàn)處理

1.2.1 待蘿卜幼苗長(zhǎng)至三葉一心期，對(duì)蘿卜葉片噴施不同濃度的硼酸溶液（0%、0.2%、0.4%、0.6%），連續(xù)噴施3 d。噴施結(jié)束后，于處理的第2、4、6、8、10 d 取葉片測(cè)定可溶性總糖含量，篩選可溶性總糖含量變化最大的硼酸處理濃度，用于下一步試驗(yàn)（1.2.2）。

1.2.2 育苗同1.1。待蘿卜幼苗長(zhǎng)至三葉一心期，對(duì)蘿卜葉片噴施0.6%硼酸溶液（0%為對(duì)照），連續(xù)噴施3 d。噴施結(jié)束后，于處理的第2、4、6、8 d 取葉片測(cè)定蔗糖、果糖、葡萄糖以及淀粉的含量，同時(shí)測(cè)定α-淀粉酶、β-淀粉酶、中性轉(zhuǎn)化酶和酸性轉(zhuǎn)化酶的酶活性。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定方法

可溶性總糖、蔗糖、果糖的含量采用蒽酮法測(cè)定［12］，葡萄糖含量采用比色法測(cè)定［12］，淀粉含量采用碘顯色法測(cè)定［12］，淀粉酶活性的測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸法［12］。中性轉(zhuǎn)化酶和酸性轉(zhuǎn)化酶的提取和測(cè)定參照王永章等［13］的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010作圖，SPSS 23.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硼酸對(duì)蘿卜葉片可溶性糖含量的影響

由圖1 可以看出，硼酸處理組的可溶性糖含量始終高于對(duì)照組。處理第4 d，各組的可溶性總糖含量均達(dá)到最大值，0.6%硼酸處理組含量最高，為12.04 mg/100 g，分別比其它組高12.21%（0.4%硼酸）、21.59%（0.2%硼酸）、29.90%（對(duì)照）。至第10 d 時(shí)各組之間差異不再顯著。綜上，噴施硼酸可以在一定程度上提高蘿卜幼苗葉片中的可溶性糖含量，本試驗(yàn)中以0.6%硼酸處理的效果較好。

圖1 硼酸處理對(duì)蘿卜幼苗葉片可溶性糖含量的影響

2.2 硼酸對(duì)蘿卜葉片蔗糖含量的影響

由圖2 可以看出，噴施硼酸后對(duì)照組和0.6%硼酸處理組的蔗糖含量均先增加后降低。除了在第2 d 時(shí)處理組的蔗糖含量低于對(duì)照組外，其余各階段處理組的蔗糖含量均顯著高于對(duì)照組，在處理第4、6、8 d 時(shí)，0.6%硼酸處理下的蔗糖含量分別高出對(duì)照31.50%、52.49%、27.40%。總的看來(lái)，0.6%硼酸處理增加了蘿卜葉片中的蔗糖含量。

圖2 0．6%硼酸處理對(duì)蘿卜葉片蔗糖含量的影響

2.3 硼酸對(duì)蘿卜葉片葡萄糖含量的影響

由圖3 可以看出，隨著時(shí)間的推移，無(wú)論是對(duì)照還是0.6%硼酸處理組的葡萄糖含量均逐漸升高。在前4 d，硼酸處理的效果并不顯著，從第6 d 開(kāi)始，硼酸處理組的葡萄糖含量顯著高于對(duì)照，在第6、8 d 時(shí)處理組分別高出對(duì)照11.48%和12.80%。說(shuō)明0.6%的硼酸處理在一定程度上提高了葡萄糖含量，且時(shí)間越長(zhǎng)效果越顯著。

圖3 0．6%硼酸處理對(duì)蘿卜葉片葡萄糖含量的影響

2.4 硼酸對(duì)蘿卜葉片果糖含量的影響

由圖4 可以看出，0.6%硼酸處理組和對(duì)照組的果糖含量均隨著時(shí)間進(jìn)程逐漸上升，在第2、4、6 d 時(shí)，0.6%硼酸處理組的果糖含量均顯著高于對(duì)照組，分別高出17.31%、33.14%、25.34%。至第8 d，處理組和對(duì)照組之間差異不再顯著。說(shuō)明0.6%硼酸處理在一定時(shí)間內(nèi)可以提高蘿卜葉片中的果糖含量。

圖4 0．6%硼酸處理對(duì)蘿卜葉片果糖含量的影響

2.5 硼酸對(duì)蘿卜葉片淀粉含量的影響

由圖5 可以看出，整個(gè)處理時(shí)間內(nèi)0.6%硼酸處理組與對(duì)照組之間的淀粉含量沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明0.6%硼酸處理并不影響蘿卜葉片的淀粉含量。

圖5 0．6%硼酸處理對(duì)蘿卜葉片淀粉含量的影響

2.6 硼酸對(duì)蘿卜葉片中性轉(zhuǎn)化酶活性的影響

由圖6 可以看出，兩組的中性轉(zhuǎn)化酶活性僅在第6 d 時(shí)存在顯著差異，此時(shí)0.6%硼酸處理組的酶活性是對(duì)照組的3.04 倍。據(jù)此認(rèn)為，0.6%硼酸處理可在一定時(shí)間內(nèi)提高蘿卜葉片中性轉(zhuǎn)化酶活性（第6 d）。

圖6 0．6%硼酸處理對(duì)蘿卜葉片中性轉(zhuǎn)化酶活性的影響

2.7 硼酸對(duì)蘿卜葉片酸性轉(zhuǎn)化酶活性的影響

由圖7 可以看出，0.6%硼酸處理組和對(duì)照組的酸性轉(zhuǎn)化酶活性均隨時(shí)間推移呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，從第4 d 開(kāi)始兩組活性出現(xiàn)差異，在第4、6 d 時(shí)，處理組酸性轉(zhuǎn)化酶活性分別為87.41、91.33 mg/（100 gFW·h），對(duì)照組則為26.31、74.63 mg/（100 gFW·h），前者為后者的3.32 和1.22 倍；至第8 d 兩者之間差異不再顯著。綜合考慮，認(rèn)為0.6%硼酸對(duì)蘿卜葉片中酸性轉(zhuǎn)化酶活性有一定的促進(jìn)作用。

圖7 0．6%硼酸處理對(duì)蘿卜葉片酸性轉(zhuǎn)化酶活性的影響

2.8 硼酸對(duì)蘿卜葉片淀粉酶活性的影響

由圖8 可以看出，無(wú)論是0.6%硼酸處理組還是對(duì)照組，其α-淀粉酶活性都隨時(shí)間推移而升高，且0.6%硼酸處理下的α-淀粉酶活性始終低于對(duì)照組，兩者均在第8 d 時(shí)達(dá)到最大值，在第2、4、6、8 d 時(shí)，處理組的α-淀粉酶活性分別為對(duì)照組的74.11%、35.51%、68.50%、71.03%。說(shuō)明0.6%硼酸對(duì)蘿卜葉片中的α-淀粉酶活性有一定的抑制作用。

圖8 0．6%硼酸處理對(duì)蘿卜葉片α-淀粉酶活性的影響

由圖9 可以看出，在前6 d，0.6%硼酸處理組的β-淀粉酶活性始終高于對(duì)照組，在處理第2、4、6 d 時(shí)，處理組的β-淀粉酶活性分別為22.34、15.15、31.04 mg/（100 gFW·min），而對(duì)照組為5.04、3.84、9.36 mg/（100 gFW·min），前者分別為后者的4.43、3.95、3.32 倍。在處理第8 d，對(duì)照組與0.6%硼酸處理組之間差異已經(jīng)不顯著。綜上可知，0.6%硼酸處理對(duì)蘿卜葉片中的β-淀粉酶活性有一定促進(jìn)作用。

圖9 0．6%硼酸處理對(duì)蘿卜葉片β-淀粉酶活性的影響

3 結(jié)論與討論

糖既是植物光合作用產(chǎn)物，也是呼吸作用底物，糖代謝是整個(gè)生物代謝的中心，連通蛋白質(zhì)、脂類、核酸及次生物質(zhì)等代謝［14］。硼參與糖類的合成與運(yùn)輸已經(jīng)被眾多研究證實(shí)。Kar 等［15］、Awasthi 等［16］研究表明葉面噴施硼顯著提高了菠蘿、番石榴等果實(shí)的總糖含量，降低了還原糖和非還原糖的含量。葉面硼刺激了西瓜、甜菜等植物蔗糖的積累［6，17］，增加了甜櫻桃果實(shí)的糖含量［18］。增加硼的施用頻率顯著增加了橄欖葉片可溶性糖含量［19］。在蘋(píng)果果實(shí)生長(zhǎng)初期和迅速生長(zhǎng)期，硼能增加果實(shí)可溶性糖和淀粉含量［20］。雖然硼能促進(jìn)可溶性糖的積累，但有研究表明其積累的糖的種類有差別。枇杷中，硼過(guò)多導(dǎo)致莖皮和葉片總糖含量上升，更多的非轉(zhuǎn)移糖（果糖和葡糖糖）積累，但是轉(zhuǎn)移糖含量（蔗糖、山梨醇、甘露醇）卻差異不大［21］。而本研究結(jié)果顯示0.6%硼酸處理在一定程度上提高蘿卜幼苗葉片可溶性總糖含量（圖1），對(duì)其蔗糖、葡萄糖、果糖含量均起促進(jìn)作用（圖2、3、4）。牛義等［22］認(rèn)為糖在植物體內(nèi)運(yùn)輸?shù)闹饕绞绞菍?duì)蔗糖的運(yùn)輸，而尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）是蔗糖合成的前體，UDPG 的合成需要硼，所以硼對(duì)蔗糖的合成與運(yùn)輸至關(guān)重要。蔗糖是植物體的主要能源物質(zhì)，也是基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)。蔗糖轉(zhuǎn)化酶在高等植物蔗糖代謝中起著關(guān)鍵作用，催化蔗糖水解為果糖和葡萄糖，參與植物細(xì)胞的分化生長(zhǎng)、器官建成、糖分運(yùn)輸?shù)取＠盍⒚返龋?］研究證明硼是通過(guò)調(diào)節(jié)蔗糖代謝酶，如酸性轉(zhuǎn)化酶、中性轉(zhuǎn)化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸化酶等促進(jìn)西瓜蔗糖的合成［6］。馬光恕等［23］的結(jié)果也表明適量噴施硼砂提高了馬鈴薯塊莖蔗糖轉(zhuǎn)化酶和蔗糖合成酶活性，促進(jìn)了馬鈴薯塊莖中的蔗糖、還原糖的合成。本研究結(jié)果也顯示硼酸處理下蘿卜的中性轉(zhuǎn)化酶和酸性轉(zhuǎn)化酶活性都有所提高（圖6、7），這與李立梅等［6］、馬光恕等［23］結(jié)果基本一致。雖然在不同的器官和不同的發(fā)育時(shí)期，硼對(duì)植物體內(nèi)糖類的影響效果可能不一樣，有的增加，有的減少，但是可以確定的是硼與植物體內(nèi)糖代謝密切相關(guān)，Riaz 等［24］認(rèn)為硼影響糖的運(yùn)輸主要原因是影響了篩管上胼胝質(zhì)的沉積，這也是本研究下一步探討的問(wèn)題之一。