鹽脅迫和干旱脅迫下大豆萌發過程中可溶性糖含量的變化研究

摘要：植物體內可溶性糖含量的變化是植物體內碳水化合物代謝的重要標志，萌發期是可溶性糖利用的關鍵時期。因此采用HPLC-RID法測定栽培大豆晉大53和野生大豆平南在鹽脅迫和PEG模擬干旱脅迫條件下不同萌發時期的可溶性糖含量變化，以期得出大豆糖代謝在不同脅迫下的變化規律。結果表明，栽培大豆和野生大豆可溶性糖含量及其組分存在差異，栽培大豆的蔗糖、棉子糖含量明顯高于野生大豆，水蘇糖含量高于野生大豆但不明顯；在鹽脅迫及PEG脅迫條件下，2個品種大豆萌發期蔗糖含量和水蘇糖含量整體上呈先上升后下降趨勢，栽培大豆葡萄糖含量呈上升趨勢，野生大豆葡萄糖含量呈先上升后下降的趨勢；不同可溶性糖指標間相關性分析結果表明，在鹽脅迫條件下，葡萄糖、蔗糖與棉子糖含量兩兩間呈顯著正相關關系，在PEG脅迫條件下，4種可溶性糖含量兩兩之間相關性均不顯著。2種脅迫處理下可溶性糖含量變化的結果說明，4種可溶性糖受脅迫影響的程度不同，變化趨勢也不完全相同，不同脅迫對可溶性糖的作用機理可能存在差別，有待進一步解析。

關鍵詞：大豆；鹽脅迫；干旱脅迫；萌發期；可溶性糖

Research on Changes of Soluble Sugar Content in Soybean

Germination Process under Salt and PEG Stress

WANG Yipu1，2，JI Wei2，SU Wenying2，LIU Xiaomei2，REN Likai2，WANG Min1

（1Shanxi Agricultural University，Jinzhong 030801，Shanxi；

2Lianyungang Academy of Agricultural Sciences，Lianyungang 222000，Jiangsu）

大豆起源于中國，大豆籽粒中的營養物質包括蛋白質、油脂、碳水化合物、維生素、無機鹽以及微量元素等，其中可溶性糖一般占大豆籽粒物質含量的8%～10%[1-3]。大豆可溶性糖對人體有重要的保健作用。研究表明，在動物日糧中添加可溶性糖可以改善瘤胃內環境，提高纖維物質的降解率[4]。可溶性糖有利于改善人體內微生態環境，改善血脂代謝，降低血液中膽固醇和甘油三酯的含量[5-6]。其中低聚糖屬非胰島素所依賴，不會使血糖升高，適合于高血糖人群、肥胖病和糖尿病人食用，大豆中的低聚糖還具有調節血糖值和血液脂質、促進腸道有害物質的吸附與排泄、抗癌、促進礦物質吸收利用等生物學活性，在抗氧化、抗菌、抗病毒及免疫調節等方面也有一定功效[7-9]。植物體內可溶性糖含量的變化是植物體內碳水化合物代謝的重要標志，既能夠反映碳水化合物的合成情況，也能夠說明碳水化合物在植物體內的運輸情況。植物中的糖參與滲透調節，并對植物的抗逆性有著重要的影響，其調節作用保證了細胞的正常功能。此外，可溶性糖還與信號轉導和植物激素存在一定關系，可溶性糖與植物中多種生物組分共同維持著植物體代謝的基本平衡，同時也是生物體對外界環境響應的重要基礎[10]。種子萌發是植物生理活動的開始，因此對不同脅迫下大豆萌發過程中可溶性糖含量變化的分析十分重要。

大豆中的可溶性糖主要有葡萄糖、蔗糖、棉子糖、水蘇糖等，目前研究多集中于總糖含量在發芽過程中的變化、不同濃度脅迫的影響等方面，對大豆中不同脅迫下多種不同可溶性糖含量變化的研究還較少。因此，本研究采用高效液相色譜-示差折光檢測法（HPLC-RID）測定栽培大豆JD53和野生大豆平南在鹽脅迫和PEG模擬干旱脅迫條件下不同萌發時期的可溶性糖含量變化規律，為提高大豆品質和深入研究糖代謝奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 栽培品種晉大53，山西農業大學選育品種，籽粒橢圓形，黃種皮，黃仁，褐臍，百粒重20～22g。晉大53已在山西省中北部地區春播、南部夏播種植，在陜西、河南、甘肅、寧夏等省份進行了推廣應用，推廣面積已達到13.33萬hm2以上。野生品種平南為山西省采集的野生大豆，籽粒橢圓形、有泥膜，黑種皮，黃仁，褐臍，百粒重2～3g。平南為蔓生，莖細，被褐色毛，花小，莢果小，易炸裂。

1.2 試驗設計 選擇圓潤飽滿，無病、蟲、殘、霉粒的大豆籽粒，清水洗滌3遍后用1%次氯酸鈉溶液浸泡20min，清水浸泡8h。蒸餾水洗滌3遍后濾干多余水分，均勻放置于覆蓋有2層濾紙的培養皿上。采用隨機區組設計，對照為清水；脅迫處理分別為0.2mol/L濃度的NaCl溶液和15%的PEG溶液，3次重復。將培養皿放入人工氣候箱中培養，萌發條件為24℃黑暗條件、相對濕度70%。分別在第0、2、4、6、8天取樣，樣品取出后冷凍干燥24h，球磨儀磨成粉末（60s），密封置于-20℃環境下保存。

1.3 可溶性糖含量的測定 葡萄糖、蔗糖、棉子糖、水蘇糖4種可溶性糖含量均采用HPLC-RID檢測法進行測量。由于葡萄糖和果糖是同分異構體，難以分離，因此將果糖視為葡萄糖進行測量。取不同處理的大豆粉0.15g，置于離心管中，加50%乙醇3mL，超聲振蕩4h，靜置8h，12000r/min離心10min，取上清液，加正己烷2mL萃取，靜置10min，待出現明顯分層后將上清液抽離，取下層液體過0.22μm濾膜。采用高效液相色譜儀Agilent 1260 Infinity Ⅱ和Agilent ZORBAX SB-C18色譜柱（5μm，25cm×4.6mm）進行定量分析。流動相為70%的乙腈溶液，流速1.0mL/min，柱溫30℃，參比池溫度35℃，進樣量20μL，運行20min。

分別取葡萄糖、蔗糖、棉子糖、水蘇糖標準樣品200μg、400μg、600μg、800μg、1000μg進行定量分析。得到4種可溶性糖的標準曲線：葡萄糖：Y=37.717x-9521；蔗糖：Y=88.352x+549.67；棉子糖：Y=69.494x-151.6；水蘇糖：Y=63.059x+2031.1。可溶性總糖含量為4種主要可溶性糖含量之和。

1.4 數據處理 采用Excel、SPSS和GraphPad Prism進行數據處理和圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 種子萌發過程中不同脅迫處理下葡萄糖含量的變化 從圖1可看出，在不同脅迫處理條件下，栽培大豆晉大53隨著萌發天數的增加，葡萄糖含量整體上呈逐漸上升的趨勢；對照的葡萄糖含量在萌發的不同時期均高于2種脅迫處理，且隨著萌發天數的增加差距逐漸增大，在發芽第8天明顯高于2種脅迫條件，表明晉大53萌發期葡萄糖含量受脅迫影響程度隨著萌發天數的增加越來越大；比較2種脅迫條件下的葡萄糖含量，鹽脅迫下葡萄糖含量在萌發的不同時期均低于PEG脅迫，但并不明顯，表明鹽脅迫對晉大53葡萄糖合成的抑制作用稍大于PEG脅迫。

野生大豆平南在3種處理條件下，葡萄糖含量均先上升后下降，其中葡萄糖含量在對照和PEG脅迫處理下萌發第6天時達到最大，而在鹽脅迫下萌發第2天時達到最大；2種脅迫處理下的葡萄糖含量在萌發前6d均低于對照，其中在第4～6天鹽脅迫下的葡萄糖含量明顯低于其他2個處理，表明鹽脅迫對野生大豆萌發期葡萄糖合成的抑制作用影響較大；在發芽第8天3種處理條件下葡萄糖含量的差異逐漸減小，且PEG脅迫下的葡萄糖含量超過了對照，表明PEG脅迫對野生大豆平南萌發期葡萄糖合成的抑制效果不明顯，甚至對最終葡萄糖合成起到了一定的促進作用。

綜上所述，栽培大豆晉大53的葡萄糖含量在萌發第8天時高于野生大豆平南，大豆萌發期鹽脅迫對葡萄糖合成的抑制作用要高于PEG脅迫，并且對栽培大豆的最終抑制效果要高于野生大豆。

2.2 種子萌發過程中不同脅迫處理下蔗糖含量的變化 從圖2可以看出，在對照和PEG脅迫條件下，晉大53隨著萌發天數的增加蔗糖含量呈先上升后下降的趨勢，在鹽脅迫條件下，蔗糖含量呈先上升后下降再上升的趨勢；對照的蔗糖含量在萌發的不同時期均低于2個脅迫處理，并且在第8天明顯低于2種脅迫處理，表明晉大53的蔗糖含量受脅迫程度隨著萌發天數的增加越來越大；比較2種脅迫條件下蔗糖含量，鹽脅迫下蔗糖含量在萌發的不同時期均高于PEG脅迫，表明鹽脅迫對晉大53萌發期蔗糖分解的抑制作用大于PEG脅迫；鹽脅迫下蔗糖含量在萌發的第6天起呈現上升趨勢，表明鹽脅迫對晉大53萌發期蔗糖的合成有一定的促進作用。

野生大豆平南在3種處理下蔗糖含量的變化趨勢與栽培大豆晉大53有相同趨勢，但蔗糖含量出現的高峰不同，栽培大豆晉大53的蔗糖含量高峰出現在第4天，而野生大豆平南蔗糖含量高峰出現在第2天，早于栽培大豆；野生大豆平南在萌發的各個時期鹽脅迫的蔗糖含量均明顯高于其他2個條件，而栽培大豆在萌發前期差異不明顯，只有在萌發后期第8天才表現出明顯的差異，表明2種類型大豆在萌發過程中蔗糖含量對不同脅迫處理表現出差異，但在萌發后期最終的蔗糖含量均為鹽脅迫下最高，PEG脅迫次之，對照最低。

綜上所述，栽培大豆晉大53的蔗糖含量在萌發第8天高于野生大豆平南，大豆萌發期鹽脅迫對蔗糖合成的促進作用要高于PEG脅迫。

2.3 種子萌發過程中不同脅迫處理下棉子糖含量的變化 由圖3可知，在對照條件下，栽培大豆晉大53隨著萌發天數的增加，棉子糖含量呈逐漸上升的趨勢；2種脅迫處理下棉子糖含量略有增加但不明顯；對照的棉子糖含量在萌發的不同時期均高于2個脅迫處理，且隨著萌發天數的增加差距更加明顯，在萌發第8天明顯高于2種脅迫處理，表明晉大53萌發期棉子糖含量受脅迫程度隨著萌發天數的增加越來越大。野生大豆平南與栽培大豆棉子糖含量的變化趨勢基本相同，但栽培大豆萌發第4～8天的棉子糖含量高于野生大豆，并且整體上2種脅迫對栽培大豆的抑制作用高于野生大豆。

綜上所述，栽培大豆晉大53萌發期PEG脅迫對棉子糖合成的抑制作用要高于鹽脅迫，野生大豆平南萌發期鹽脅迫對棉子糖合成的抑制作用要高于PEG脅迫。

2.4 種子萌發過程中不同脅迫處理下水蘇糖含量的變化 由圖4可知，栽培大豆晉大53在萌發過程中，水蘇糖含量在2種脅迫條件下均呈先上升后下降的趨勢，在對照中呈下降趨勢；不同萌發時期水蘇糖含量在PEG脅迫下最高，鹽脅迫居中，對照最低，表明脅迫處理對水蘇糖分解產生了抑制作用，且PEG脅迫對水蘇糖分解的抑制作用高于鹽脅迫。

野生大豆平南的水蘇糖含量在3種處理條件下，總體上均呈現先上升后逐漸下降的趨勢，在萌發第2天達最高峰；鹽脅迫下萌發第2天的水蘇糖含量明顯高于PEG脅迫和對照，其他時期3種處理間差異不明顯；在發芽第8天鹽脅迫和PEG脅迫下水蘇糖含量稍高于對照，表明萌發后期鹽脅迫和PEG脅迫對水蘇糖分解有一定的抑制作用。與栽培大豆相比，野生大豆水蘇糖含量受脅迫影響的程度較小。

綜上所述，栽培大豆晉大53萌發期PEG脅迫對水蘇糖合成的促進作用要高于鹽脅迫，野生大豆平南萌發期鹽脅迫對水蘇糖合成的促進作用要高于PEG脅迫。

2.5 種子萌發過程中不同脅迫處理下可溶性總糖含量的變化 從圖5可知，3種處理條件下，栽培大豆晉大53前6d的總糖含量隨著萌發天數的增加呈先上升后下降的趨勢，第6天后總糖含量在鹽脅迫和對照條件中呈上升趨勢，在PEG脅迫下呈下降趨勢，表明PEG脅迫對栽培大豆萌發后期總糖合成的抑制作用較大。野生大豆平南與栽培大豆總糖含量的變化趨勢基本相同。栽培大豆晉大53的總糖含量差異較小，僅在發芽第8天PEG脅迫下的總糖含量明顯低于其他2個處理；野生大豆平南的總糖含量在萌發各時期均表現出鹽脅迫下最高，其他2個處理間差異不大，萌發第8天栽培大豆晉大53的總糖含量明顯高于野生大豆平南，表明不同類型大豆對鹽脅迫和PEG脅迫的響應不同。

綜上所述，栽培大豆晉大53的可溶性總糖含量在萌發第8天時高于野生大豆平南，栽培大豆萌發期PEG脅迫對可溶性總糖合成的抑制作用要高于鹽脅迫，野生大豆萌發期鹽脅迫對可溶性總糖合成的促進作用呈波動變化，整體上不如栽培大豆明顯。

2.6 可溶性糖含量的相關性分析 如表1所示，在對照處理中，棉子糖與水蘇糖含量呈極顯著負相關，其余各成分之間相關性不顯著。在鹽脅迫下，葡萄糖、蔗糖與棉子糖含量兩兩間互呈顯著正相關，而水蘇糖含量與其他3類可溶性糖間相關性均不顯著。在PEG脅迫下，4種可溶性糖含量之間相關性均不顯著。以上結果表明，正常環境下棉子糖和水蘇糖有負相關關系，而受脅迫的影響，打破了原有的關系，鹽脅迫使葡萄糖、蔗糖、棉子糖相互間的影響呈顯著正相關，而PEG脅迫下各可溶性糖含量間無顯著影響。

3 討論與結論

野生大豆為栽培大豆的祖先品種[11]，從二者脅迫下可溶性糖含量的差別可反映不同類型大豆抗逆性的差別。本研究中栽培大豆和野生大豆可溶性糖含量及其組分存在差異，在萌發過程中，栽培大豆的蔗糖、棉子糖含量明顯高于野生大豆，水蘇糖含量略高于野生大豆但不明顯。可溶性糖含量的提高對大豆貯藏起到積極作用，有利于種子活力的保持，但同時棉子糖、水蘇糖含量的提高不利于大豆營養價值的開發，因此應增加可溶性糖總含量，降低棉子糖、水蘇糖所占比重。

可溶性糖含量的變化既能夠反映碳水化合物的合成情況，也能夠說明碳水化合物的運輸情況，不同可溶性糖含量的變化可進一步反映大豆萌發的生理過程。李倩倩[12]在研究4種栽培大豆萌發過程中的營養成分變化時發現，水蘇糖和棉子糖含量隨發芽時間的延長呈下降趨勢。本研究在對照條件下的萌發過程中水蘇糖含量總體也呈下降趨勢，而棉子糖含量呈上升趨勢。一般認為在發芽過程中，大豆棉子糖、水蘇糖不斷分解轉化，一段時間后大豆可能開始合成棉子糖，棉子糖大量合成時間存在差異，可能與大豆品種的差異有關。研究表明，大豆萌芽過程中，蔗糖含量先增加后減少[13]，與本研究結果一致。在大豆發芽過程中，復雜物質分解轉化為蔗糖，使前期出現蔗糖含量上升的現象，此后可能由于蔗糖被分解利用最終導致其含量降低。

脅迫對大豆萌發過程中不同可溶性糖含量變化的影響結果不同。干旱脅迫和鹽脅迫下，2個大豆品種萌發過程中，棉子糖的合成受到明顯抑制，蔗糖含量高于對照，說明脅迫可能對蔗糖的合成有促進作用，與夏世龍[14]的研究結果一致。徐靖宇等[15]和周妍[16]的研究表明，不同類型大豆在鹽脅迫下，子葉中可溶性糖的含量及比例產生了明顯差別，本試驗中鹽脅迫和PEG脅迫會對大豆萌發過程中可溶性糖的積累和消耗產生影響，但對4種可溶性糖的影響也存在差異。不同可溶性糖受脅迫影響的程度不同，說明脅迫對不同可溶性糖的作用機理可能存在差別。紀展波等[17]的研究表明，野生大豆在干旱脅迫下生理指標的表現優于半野生大豆和栽培大豆。本試驗對大豆可溶性總糖含量的分析發現，萌發過程中PEG脅迫對栽培大豆影響較大，且萌發期第8天栽培大豆可溶性總糖含量高于野生大豆，與前人研究略有不同，可能是因為本文用PEG模擬干旱脅迫導致。

由于大豆產品的廣泛使用和糖類在植物代謝過程中的重要作用，大豆中可溶性糖含量變化規律的研究日益重要。本研究有助于探究在不同環境下，不同品種大豆萌發過程中可溶性糖含量的變化，為進一步探究大豆糖含量與環境因素的關系，研究不同類型大豆抗逆機理的區別，選育耐鹽耐、干旱大豆新品種奠定基礎。

參考文獻

[1]黃美．我國大豆地方品種群體籽粒可溶性糖含量的遺傳變異和QTL關聯定位研究．南京：南京農業大學，2012

[2]李莉峰．我國大豆加工利用發展研究．農業科技與裝備，2011（1）：6-8

[3] Hou A，Chen P，Shi A，Zhang B，Wang Y J．Sugar variation in soybean seed assessed with a rapid extraction and quantification method．International Journal of Agronomy，2009，2009：484571

[4]劉才福．日糧中添加不同水平可溶性糖對瘤胃內環境及纖維物質消失率的影響．呼和浩特：內蒙古農業大學，2008

[5]張振宇，朱佳妮，楊帆，顧然，劉吉，洪晶安．魔芋葡甘低聚糖對肥胖病人體成分和糖脂代謝的影響．全科護理，2020，18（5）：591-594

[6]王亞偉，李春亞，田學森，田斌強．膳食纖維和低聚糖對糖尿病人血糖血脂的影響．鄭州工程學院學報，2002（1）：85-88

[7]閆靜弋，張俊黎．大豆低聚糖生理保健功能研究進展．預防醫學情報雜志，2004（3）：267-269

[8]楊秀芳，陳梅，馬養民．大豆低聚糖功能及其應用．糧食與油脂，2010（5）：8-11

[9]李艷莉．低聚糖對嬰兒腸道菌群的益生功能．哈爾濱：東北農業大學，2012

[10]趙江濤，李曉峰，李航，徐睿忞．可溶性糖在高等植物代謝調節中的生理作用．安徽農業科學，2006，34（24）：6423-6425，6427

[11]劉淼，來永才，李煒，徐鵬飛，畢影東，劉明，王玲，邸樹峰，丁俊男．黑龍江省野生大豆疫霉根腐病抗病性評價．中國種業，2017（8）：53-56

[12]李倩倩．四個中國大豆品種發芽過程營養成分消長變化規律．北京：中國農業科學院，2017

[13] Sathe S K，Deshpande S S，Reddy N R，Goll D E，Salunkhe D K．

Effects of germination on proteins，raffinose oligosaccharides，and antinutritional factors in the great northern beans（Phaseolus vulgaris L．）．Journal of Food Science，1983，48（6）：1796-1800

[14]夏世龍．鹽堿條件對甜瓜生長發育與糖代謝的影響．大慶：黑龍江八一農墾大學，2015

[15]徐靖宇，周妍，徐明，金曉飛，石連旋．鹽脅迫對大豆萌發中可溶性糖含量影響的研究．遼寧農業科學，2014（6）：1-5

[16]周妍．鹽脅迫對大豆種子萌發、離子平衡及可溶性糖含量影響的研究．長春：東北師范大學，2014

[17]紀展波，蒲偉鳳，李桂蘭，喬亞科，張敏．野生大豆、半野生大豆和栽培大豆對苗期干旱脅迫的生理反應．大豆科學，2012，31（4）：598-604（收稿日期：2024-05-15）