甜高粱蔗糖积累与茎秆中SPS表达的相关性研究

 【目的】以甜高粱为原料生产酒精作为替代能源近年来引起人们的广泛关注,本文试图通过检测蔗糖合成的关键酶-蔗糖磷酸合成酶（SPS）在高粱叶片（源）与茎秆（库）中的表达量,了解高粱体内SPS表达与蔗糖积累的关系,进而探讨蔗糖的代谢机理。【方法】以甜高粱和普通高粱为材料,利用Western blot技术对SPS的蛋白质表达进行检测。【结果】在高粱的生长发育过程中,茎秆中蔗糖含量、叶片和茎秆中SPS蛋白质表达量持续上升,灌浆期达到最高,腊熟期略有下降,它们之间的变化趋势基本一致,甜高粱茎秆蔗糖含量与叶片SPS蛋白质的表达相关系数为0.895,与茎秆SPS蛋白质的表达相关系数为0.781;甜高粱和普通高粱相比,其叶片中SPS表达量差别不明显,而甜高粱茎秆中SPS表达量明显高于普通高粱。【结论】蔗糖为高粱糖分的主要形式,蔗糖积累与叶片和茎秆中SPS的表达相关。在甜高粱中,蔗糖积累主要与茎秆中SPS的表达相关。     

土壤盐分胁迫对甜高粱茎秆糖分积累及蔗糖代谢相关酶活性的影响

【目的】研究土壤盐分胁迫对甜高粱茎秆中糖分积累及蔗糖代谢相关酶活性的影响,探明盐胁迫条件下甜高粱茎秆的糖分积累特征。【方法】以甜高粱杂交品种"辽甜1号"为研究材料,采用高效液相色谱法和酶学测定方法,对5种不同土壤盐分(分别为对照CK(0.102%)、T1(0.215%)、T2(0.250%)、T3(0.300%)、T4(0.459%),以上为质量分数)胁迫下,甜高粱各生育时期(拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期、成熟期)茎秆中的糖分(葡萄糖、果糖、蔗糖)含量和糖代谢相关酶(蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶合成方向(SS-s)、蔗糖合成酶分解方向(SS-d)、中性转换酶(NI)、酸性转换酶(AI))活性进行测定。【结果】(1)甜高粱茎秆总糖在灌浆期积累最多,蔗糖是影响总糖含量的主要因素,土壤盐质量分数在0.215%~0.300%时,总糖、蔗糖含量随盐胁迫程度加深呈现增加的趋势。(2)低盐胁迫(0.215%~0.300%)可使甜高粱茎秆中SPS、SS-d、SS-s、AI活性增加,而对NI活性无显著影响。(3)甜高粱茎秆中总糖含量与蔗糖含量和AI活性呈显著正相关,而与其他酶无显著相关性。【结论】甜高粱茎秆糖分累积是各种酶共同作用的结果,其中AI是调控甜高粱茎秆总糖的关键酶。     

30个甜高粱品种糖产量与氮素利用特性

 【目的】探讨不同甜高粱品种糖产量的差异及其与干物质生产分配及氮素利用的关系。【方法】在充分发挥个体生产潜力条件下（大田种植密度15 000株/ha）,采用聚类分析、相关分析及通径分析的方法,对国内外30个甜高粱品种抽穗期和成熟期干物质积累分配及成熟期氮素利用特性进行研究。【结果】依据成熟期整株糖产量进行聚类分析,供试品种划分为早熟低产型、早熟中产型、中熟较高产型和晚熟高产型4类,其中高产型仅占23.3%。与中产和低产型相比,高产型甜高粱品种植株含氮量低,尤其叶片和茎秆N%明显降低,含糖量与植株N%负相关（-0.592**）,是高产甜高粱品种维持较高含糖量的重要原因。高产型甜高粱品种氮在器官间分配比例为茎秆＞叶片＞穗,与成熟期物质分配表现一致,有利于获得高茎秆生物量,同时保障叶源量大、叶片光合同化物供应能力较强。相关分析和通径分析表明,干物质积累量、氮素糖产量生产效率与糖产量均呈极显著正相关,且二者对糖产量都起正直接作用,含氮量则表现相反,对糖产量起负作用。【结论】高糖产量甜高粱品种特征为：在较高含糖量基础上,氮素优先分配给茎秆,显著提高茎秆生物量。高生物量、高氮素糖产量生产效率和低含氮量,可作为选择高产甜高粱的重要衡量指标。     

甜高粱的糖分积累与蔗糖合成酶基因表达规律的相关性

以甜高粱品种罗马和W452与普通高粱品种忻粱52不同生育时期的叶片和茎秆为材料,对总糖、蔗糖含量以及蔗糖合成酶(sucrose synthase,SS)基因表达规律进行研究。结果表明:在叶片和茎秆的整个生育期,蔗糖为总糖的主要组成成分,其含量与总糖含量的变化趋势一致;在叶片中,总糖和蔗糖含量从拔节期开始逐渐升高,在灌浆期达到最高,随后又下降,同时通过对SS基因表达规律研究发现,SS基因表达量先于蔗糖含量在开花期达到最高;在茎秆中,蔗糖含量占总糖含量的60%,甜高粱的糖分含量明显高于普通高粱,完熟期时糖分含量达到最高,而SS基因表达规律与在叶片中表达相似,开花期达到最高,随后有所下降。因此,通过研究糖分含量变化趋势与SS基因表达规律为甜高粱分子育种创造了条件。     

不同品种甜高粱茎秆中糖分积累规律的研究

为明确甜高粱茎秆的含糖量积累规律,应用液相色谱法,测定了12个品种的甜高粱茎秆在不同生长时期的总糖、葡萄糖、蔗糖、果糖含量。结果表明:蔗糖含量是影响总糖含量变化的主要因素;茎秆中果糖含量与葡萄糖含量具有显著正相关(R=0.82,P0.01),果糖与蔗糖无显著相关性,葡萄糖与蔗糖呈正相关(R=0.341,P0.05);在生长最旺盛的拔节期,蔗糖含量是整个生长发育时期中的最低值,成熟期蔗糖含量达到最高峰,说明生长发育前期,蔗糖主要被分解用于甜高粱的快速生长,而生长后期被用来存储积累。     

甘蔗脱毒健康种苗中蔗糖转化酶表达分析

甘蔗脱毒健康种苗能够有效提高植株生物量和糖分,而蔗糖转化酶则是甘蔗生长和蔗糖积累的关键酶。拟分析3种甘蔗蔗糖转化酶基因,即可溶性酸性转化酶(soluble acid invertase,简称SAI)、可溶性中性转化酶(neutral invertase,简称NI)和细胞壁酸性转化酶(cell wall-bound invertase,简称CWI)基因在脱毒种苗、常规种苗全生育期的表达量差异。结果表明,细胞壁酸性转化酶主要在脱毒健康种苗拔节期未成熟叶片、茎及成熟期叶片、未成熟茎节中上调表达,尤其在成熟期未成熟茎节中大幅上调表达,促进茎节的快速生长和蔗糖的卸载及积累;液泡可溶性酸性转化酶SAI、可溶性中性转化酶主要在成熟期叶片和未成熟茎节中上调表达,有利于促进成熟期脱毒健康种苗茎秆中糖分积累及对单糖的快速利用。进一步研究表明,脱毒处理可以提高甘蔗生长后期蔗糖转化酶的表达量,有利于生物量和蔗糖含量的增加,可能是脱毒健康种苗增糖增产的分子调节机制之一。     

不同甜高粱品种蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性与糖分积累的关系

以12个品种的甜高粱为材料,测定其叶片和茎秆在4个主要生长时期的可溶性糖含量以及蔗糖合成酶(sucrose syhthase,简称SS)和蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,简称SPS)的活性变化,对2种酶的活性以及酶活性与可溶性糖含量之间的相关性进行分析,以了解甜高粱体内蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶对糖积累的影响。结果表明:在整个生长时期中,可溶性总糖含量不断提高,成熟期达到最大值。同一时期,茎秆中的2种酶活力大于叶片中的酶活力,在前期,2种酶活力差异不明显,但在生长后期,相同部位的SS活性要大于SPS活性。叶片中可溶性糖含量与SS活性呈极显著正相关(r=0.913,P0.01),与SPS活性也呈极显著正相关(r=0.92,P0.01);茎秆中可溶性糖含量与SS活性呈极显著正相关(r=0.989,P0.01),与SPS活性也呈极显著正相关(r=0.983,P0.01),说明SPS和SS是影响甜高粱糖积累的关键酶。     

甜高粱茎秆糖产量内因调控研究进展

甜高粱因其高光效、高抗逆性而被认为是一种重要的能源作物。对影响茎秆糖产量的内因的了解有助于下一步育种及栽培调控措施的改良。本文从个体发育、农艺性状和代谢生理几个方面总结了影响茎秆糖产量的内因及其研究进展。甜高粱作为能源作物,茎秆糖产量是其目标产量,一般随生育进程推进而增加,花后糖分积累速率加快,生理成熟期是最佳收获时期。株高、茎粗、叶面积、抽穗期与茎秆糖产量成正相关,而穗所占比例及籽粒产量与之成负相关。决定物质积累的光合速率在甜高粱不同品种间有显著的遗传差异,但其差异的机理探讨很少。对蔗糖代谢的有限几个研究发现,蔗糖代谢酶活性的差异不能解释不同品种糖含量的差异。明确不同品种物质积累差异机理,进一步提高生物量的积累是目前提高甜高粱糖产量的首选途径。明确茎秆糖含量差异是否来源于"库"强的制约和"库"强的制约因子是什么对下一步提高糖产量具有重要的指导作用。     

30个甜高粱品种茎秆糖产量与干物质生产特性相关研究

甜高粱是一种主要的生物质能源作物,加强甜高粱品种改良与高产栽培对保障我国能源供应及能源安全具有重要意义。在充分发挥个体生产潜力条件下(大田种植密度15 000株/hm2),研究了国内外30个甜高粱品种茎秆糖含量与抽穗前和抽穗后干物质积累特性。结果表明,对成熟期糖产量起直接贡献作用的性状由大到小排序为:抽穗期干物重、抽穗期含糖量、抽穗后干物重所占比例和抽穗后含糖量。其中,抽穗期干物重对糖产量的直接通径系数与其简单相关系数接近,而抽穗期含糖量与此时期干物重呈极显著正相关,最终与糖产量密切相关。抽穗后含糖量由于与抽穗期干物重显著负相关,使其对成熟期糖产量的负间接效应大于自身正直接效应,表现与糖产量弱负相关;抽穗后干物重所占比例则总间接负效应远大于自身正直接效应,最终与糖产量呈极显著负相关。因此,提高茎秆含糖量基础上增加抽穗前干物质积累量,是甜高粱高糖产量品种选育的重要目标。     

地表覆膜对柑橘果实糖积累及蔗糖代谢酶活性的影响

【目的】研究地表覆膜（plastic film mulching,PFM）促进柑橘果实糖分积累增加的调控机制,丰富柑橘果实优质品质的形成理论知识。【方法】以鄂柑1号椪柑为材料,比较柑橘果实成熟期覆膜和对照之间叶片中可溶性总糖和淀粉含量、果实糖分积累以及蔗糖相关代谢酶活性的差异。【结果】与对照相比,覆膜处理使土壤水势降低,最终叶片中的可溶性总糖含量、果肉囊瓣皮和汁胞中可溶性糖含量显著增高;处理中囊瓣皮中的酸性转化酶和蔗糖合酶分解活性比对照显著增加,而汁胞中蔗糖合酶的分解活性降低,合成活性增加。【结论】覆膜使土壤产生了一定的水分胁迫,水分亏缺胁迫下诱发的渗透调节机制,使果实中糖分含量增加。其中蔗糖合酶是在覆膜情况下提高果肉库强,促进果实糖分积累增加的关键酶。     

不同盐碱地对甜高粱农艺性状的影响

[目的]探索甜高粱在盐胁迫条件下各农艺性状的变化动态.[方法]以2种甜高粱品种为材料,研究不同盐分含量对2种甜高粱农艺性状的影响.[结果]2品种耐盐能力存在着明显的差异.从不同盐分含量的试验地,2品种的出苗率、茎粗、株高和生物产量的变化情况来看,新高粱9号比新高粱3号具有比较强的耐盐能力.2品种在不同盐碱地含糖量差异不一致,新高粱3号含糖量高于新高粱9号.[结论]盐分含量对甜高粱各农艺性状都有影响.研究甜高粱耐盐能力对盐碱化地区甜高粱栽培与种植具有很大的意义.     

不同播种期对甜高粱生育期糖分含量的影响

[目的]探索不同播期下甜高粱不同生育阶段茎秆糖分含量的变化规律.[方法]对新高粱3号和新高粱9号在5个不同播期条件下的秸秆进行糖分测定试验.[结果]2个品种总糖含量总的变化趋势一致,呈升高的趋势,成熟期达到峰值.2个品种不同播期处理拔节期、挑旗期、开花期、成熟期总糖含量的差异均极显著.新高粱3号总糖均随着播期的延后而降低、新高粱9号总糖均随着播期的延后而升高.新高粱3号不同播期处理还原糖含量呈先升高后降低的变化动态.新高粱3号的还原糖含量始终高于新高粱9号.两个品种在整个生育期蔗糖含量总的变化趋势基本一致,呈升高的变化趋势.[结论]新疆,尤其是在北疆新高粱3号糖分积累的最适播期为5月初,新高粱9号最适播期为5月中旬.     

转化酶与甜瓜果实膨大及糖分积累相关研究

【目的】探明厚皮甜瓜果实及叶片转化酶与果实膨大及糖分积累的内在机理,为厚皮甜瓜品质遗传改良提供理论依据。【方法】以丰蜜二号和好运52为材料,对甜瓜果实农艺性状、可溶性糖含量、转化酶及叶片转化酶活性进行测定。【结果】两个厚皮甜瓜在授粉后16 d内果实纵径长度、横径宽度及果肉厚增长迅速,还原糖含量迅速增加,果肉和叶片酸性转化酶和中性转化酶活性急剧下降,蔗糖含量低;授粉16 d后,蔗糖含量迅速增加,果肉酸性转化酶和中性转化酶的活性下降,但叶片中性转化酶活性呈上升趋势。【结论】两个厚皮甜瓜在授粉后16 d内,果实迅速膨大,24 d后果实膨大速度缓慢,甜瓜蔗糖积累迅速,果肉转化酶活性降到较低水平;相关分析表明,两个厚皮甜瓜品种的还原糖含量与果肉中性转化酶呈显著负相关;在丰蜜二号中,蔗糖积累与叶片中性转化酶呈显著正相关。     

不同区域对甜高粱农艺性状及营养成分的影响

【目的】 研究甜高粱不同种质资源在新疆不同种植区的表现,为新疆地区甜高粱品种的选育提供参考依据。【方法】 以辽甜15-1号、辽甜13号、辽甜1号、辽甜3号等不同甜高粱品种为材料,在新疆玛纳斯县和奇台县等地进行品比试验,分析不同种植区域对不同品种的农艺性状及营养成分的影响。【结果】 玛纳斯县种植的所有品种基本上比奇台县种植的生育期短,其中辽甜1号生育期最短,为138 d。辽甜15-1号在玛纳斯和奇台的生物产量均最高,分别为15.94和14.88 t/hm²。辽甜1号在两地的总糖含量最高,分别为9.15%、8.39%。不同甜高粱秸秆的粗蛋白质含量差异不大,其中辽甜13号的粗蛋白质含量最高,为6.41%。不同区域对同一甜高粱品种的总糖、还原糖和粗纤维素含量有很大的影响,两地的差异均达极显著水平。【结论】 其不同品种的产量和营养成分在玛纳斯县高于奇台县。辽甜15-1号在两地的生物产量最高并且总糖、粗蛋白质含量等品质也比较好,该品种宜于在本地及周边地区种植和推广。     

外源色氨酸对低氮胁迫下高粱苗期叶片碳氮平衡和衰老特性的影响

【目的】研究外源色氨酸对低氮胁迫下高粱叶片衰老的影响,探讨低氮条件下高粱叶片碳氮平衡与衰老的关系,旨在挖掘高粱耐低氮胁迫的有效调控手段。【方法】选用耐低氮高粱自交系398B和氮敏感自交系CS3541为试验材料,采用水培试验,设置正常氮(5 mmol·L^-1)和低氮(0.5 mmol·L^-1)2个氮水平,并进行50 mg·L^-1外源色氨酸喷施处理,喷施10 d后测定叶片形态、组织结构、光合特性、叶绿素荧光参数、叶片碳氮代谢相关物质含量和酶活性、C/N及衰老相关基因表达水平,并分析低氮胁迫下高粱幼苗叶片C/N与衰老相关基因的相关性。【结果】(1)与正常氮水平相比,低氮胁迫显著降低了398B和CS3541的叶面积,而外源色氨酸处理使398B和CS3541的叶面积显著增加了36.72%和52.06%;外源色氨酸显著增加了低氮胁迫下398B和CS3541的叶干重和叶鲜重。(2)与正常氮水平相比,低氮胁迫下,398B花环结构相对完整,而外源色氨酸处理使叶片细胞排列整齐,花环结构清晰;外源色氨酸显著增加了低氮胁迫下398B叶片叶绿素含...     

不同贮藏方式对甜高粱茎秆糖和酸变化影响的研究

[目的]以甜高粱新高粱3号和4号茎秆为试验材料,研究甜高粱茎秆采后40 d贮藏期内不同贮藏方式下水分含量、糖种类及含量、总酸含量的变化.[方法]采用整秆去叶立放、整秆去叶平放、整秆带叶立放、整秆带叶平放、整秆金字塔型的不同贮藏方式.[结果]在0～40 d贮藏期间内,所有贮藏方式下,新高粱3号和4号茎秆水分、总糖、蔗糖、可溶性糖含量均呈下降趋势,还原糖、总酸含量均呈上升趋势.同一种贮藏方式下新高粱3号茎秆的水分、总糖、蔗糖、还原糖、可溶性糖、总酸含量始终比新高粱4号高.在整个贮藏期茎秆水分、总糖、蔗糖、还原糖、可溶性糖含量由高到低依次为整秆去叶立放＞整秆去叶平放＞整秆带叶立放＞整秆带叶平放＞金字塔五层＞金字塔四层＞金字塔三层＞金字塔二层＞金字塔一层.而总酸含量在20～40 d,金字塔型贮藏茎秆总酸的升高速度比整秆型贮藏快.[结论]甜高粱秆贮藏期间糖含量的变化主要由总糖、还原糖、蔗糖等糖之间的合成与代谢决定,在40 d时,金字塔五层贮藏的茎秆总酸含量最高,整秆带叶平放茎秆的总酸含量最低.     

柑橘砧木对砂糖橘果实糖积累的影响

【目的】分析不同砧木对砂糖橘果实糖积累、相关酶活性与基因表达水平的影响,以及激素在其中发挥的作用,揭示不同砧木影响砂糖橘果实糖积累的生理与分子机制,为生产上柑橘砧木的使用提供理论依据。【方法】以砂糖橘为接穗,枳壳和红黎檬为砧木,测定果实成熟过程中糖含量及蔗糖代谢相关酶活性变化,并利用实时荧光定量 PCR对蔗糖代谢相关酶及蔗糖转运蛋白的基因表达模式进行分析;同时测定果实中脱落酸（ABA）水平和ABA生物合成中的限速酶9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（NCED）的基因表达变化。【结果】砂糖橘果皮以积累还原糖为主,而果肉以积累蔗糖为主。在果实成熟期,枳壳砧砂糖橘果皮和果肉中可溶性总糖及蔗糖含量皆显著高于红黎檬砧的。枳壳砧砂糖橘果实中蔗糖合成酶（SS）活性更高。荧光定量PCR分析显示,在成熟期枳壳砧砂糖橘果皮与果肉中蔗糖合成酶基因SS2的表达量显著高于红黎檬砧的,而酸性转化酶基因CWINV1表达明显低于红黎檬砧的,且CWINV1表达量与蔗糖积累呈显著负相关（r=-0.648*）。同时,果皮与果肉中蔗糖转运蛋白基因SUC3表达随果实成熟呈上升趋势,且与可溶性总糖含量呈显著正相关（r=0.87*）,后期都为枳壳砧的显著高于红黎檬砧的。此外,随着果实的成熟两种砧木砂糖橘果皮中ABA含量逐渐升高,且与SS2、SUC3表达呈显著正相关,后期枳壳砧的果皮ABA含量显著高于红黎檬砧的;果肉中ABA含量变化波动不大,同样是枳壳砧的ABA水平更高。在果皮中,ABA生物合成中的限速酶NCED的基因NCED1表达趋势与ABA含量变化相似,呈上升趋势,后期枳壳砧的表达量明显高于红黎檬砧的;果肉中,枳壳砧的NCED1表达在后期明显上调,其表达量也显著高于红黎檬砧的。【结论】不同砧木对砂糖橘果实糖积累产生显著的影响。柑橘砧木主要通过影响砂糖橘果实蔗糖代谢酶的活性及其相关基因表达如SS2和CWINV1等来调节糖的代谢从而调控果实糖的积累;不同砧木也影响砂糖橘果实中内源激素ABA水平及果实糖的转运,从而影响果实糖积累。     

刈割期及添加剂对甜高粱青贮发酵品质的影响

【目的】研究刈割期与添加剂对甜高粱青贮饲料发酵品质和营养成分的影响。【方法】以新高粱3号、新高粱9号为供试品种,选择乳熟期、蜡熟期、完熟期3个时期刈割,并以不添加,添加尿素、青贮添加剂进行青贮制作,在青贮60 d后取样分析其发酵品质及营养价值。【结果】随着甜高粱刈割期的后移,粗纤维、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量逐渐减少,在完熟期时达到最低,新高粱3号分别为13.58%、23.51%、16.35%,新高粱9号分别为16.74%、29.55%、21.34%,与乳熟期相比分别降低了15.3%~32.85%、20.87%~57.31%、21.4%~24.76%;完熟期时新高粱3号的体外消化率与粗蛋白含量可达到65.35%、8.16%,比乳熟期时提高了48.4%、0.86%。在青贮过程中,加入青贮添加剂和尿素后蛋白质含量分别比空白组提高了3.34%~4.4%、6.5%~11.4%;体外消化率分别比空白组提高了7.17%~23.22%、1.22%~17.06%;同时降低了青贮饲料的pH值,有效减少了干物质及可溶性碳水化合物的损失。【结论】种植于新疆北疆地区的甜高粱宜在完熟期刈割制作青贮,且青贮时加入添加剂可改善青贮饲料的发酵品质和体外消化率。     

复播饲草高粱和玉米产量及营养成分比较

【目的】研究复播饲草高粱和玉米主要营养成分含量及分布规律,为提高饲料质量及新疆南疆饲料资源的开发利用提供科学依据。【方法】利用玉米品种新玉29号和饲草高粱晋牧1号在同等栽培管理条件下,分析麦后复播生产力、营养成分及分布规律。【结果】晋牧1号可以刈割两次,新玉29号收割一次。晋牧1号的合计鲜草产量高于新玉29号,合计产量分别达167 732.73 、76 276.27 kg/hm²,比新玉29号增产119.90%。新玉29号和晋牧1号叶片和茎部的粗蛋白质、可溶性总糖含量的分布规律一致,茎部﹥叶片。新玉29号和晋牧1号叶片和茎部的粗灰分、水分含量的分布规律一致,叶片﹥茎部并差异达极显著(P﹤0.01)。不同刈割期对饲草高粱的营养含量也有一定的影响。第一割茬的粗纤维含量高于第二茬、第一茬的可溶性总糖含量低于第二茬。晋牧1号的含水率高达在77.52%,总糖含量高达 13.61%,极显著高于新玉29号。【结论】晋牧1号和新玉29号的茎部和叶片等不同部位的营养成分及分布规律有差异。晋牧1号比新玉29号对比具有产草量、粗蛋白、粗灰分、水分含量高等优质饲料的特点。