磷胁迫对不同磷效率玉米糖代谢的影响

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摘要：以磷高效基因型KH5和磷低效基因型西502为供试材料,研究了玉米在低磷胁迫下糖代谢的差异。在低磷胁迫下KH5第2叶可溶性糖含量与对照相比下降了12%,西502第2叶可溶性糖含量与对照相比下降了38%,WKH5第4叶可溶性糖含量与对照相比提高了125%,西502第4叶可溶性糖含量与对照相比只提高了12%,WKH5未展叶可溶性糖含量与对照相比提高了309%,西502未展叶可溶性糖含量与对照相比却下降了42%。磷高效基因型KH5蔗糖含量明显高于对照,磷低效型西502的蔗糖含量均低于对照。

关键词：玉米；基因型；磷胁迫；糖代谢

1 引言

磷是细胞的重要组成成分之一,磷在碳水化合物代谢中起重要作用。磷直接参与呼吸和糖酵解过程。例如己糖在被氧化前必须转变为磷酸己糖后才能被利用。在呼吸过程中起能量传递作用的ATP,ADP,CoA等都含有磷酸。碳水化合物的合成与分解都需要磷酸参加。磷对碳水化合物的运输有促进作用,糖的磷酸脂就是碳水化合物的主要运输形式。第四,光合作用和磷酸有直接的关系,因为磷酸直接参与光合作用的生化过程。并且直接参与糖代谢。磷还可促进玉米茎叶中的糖与淀粉的合成,并可促使往子粒中运输,增加千粒重,提高品质。磷素在玉米的营养物质代谢中较为重要。如磷酸甘油酸为光合作用的初产物,没有磷的参加,糖代谢会受到抑制,从而影响光合作用的进行,严重影响干物质积累。郎印海,聂俊华研究番茄磷胁迫下应激反应,研究结果表明缺磷番茄可溶性糖含量大量积累,这是因为缺磷使植物体内碳水化合物代谢受阻,体内糖类相对积累的结果。陈立松研究水分胁迫对荔枝叶片糖代谢的影响,得出结果为水分胁迫引起荔枝叶片还原糖含量显著上升,且品种间差异明显。蔗糖含量下降,抗旱性强的品种蔗糖含量明显高于抗旱性弱的品种。干旱胁迫条件下柽柳组织的可溶性糖含量明显增加,作为渗透调节物质的可溶性糖主要有蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等；逆境下柽柳植物体内可溶性糖增加的原因可能有大分子碳水化合物和蛋白质的分解加强而合成受到抑制,蔗糖的合成加快光合产物形成过程中直接转向低分子量的物质蔗糖等,而不是淀粉；从植物体其他部分输入有机溶质糖。柽柳主动积累可溶性糖参与降低其体内渗透势,以利于其在干旱环境下维持植物体正常生长所需水分。

我国对作物耐低磷基因型的研究,已在小麦,油菜,大豆上做了一些工作但对玉米磷效率高低的研究,国内报道的不多,对低磷胁迫下玉米糖代谢的影响的研究就更少。本文以磷高效基因型KH5和磷低效基因型西502为材料,研究玉米在低磷环境下糖代谢的差异机理,为玉米磷效率差异机理的研究提供科学参考。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验在农科所试验田进行。 供试自交系为选出的磷高效玉米基因型KH5,磷低效玉米基因型西502 。用土沙混合物创造培养苗床,培养基厚度为25cm,苗床面积为40m2,四周及底部用塑料布作为防渗层,土为耕作层熟土,粉碎过筛去除植物残茬后,与淘洗过的河沙以土： 沙=1∶2.5(W/W)的比例混合均匀,肥料处理分低磷和高磷2个处理,高磷为对照,高磷处理按1kg土施304mg磷酸二铵、96mg尿素,折140mg P/kg土和90mg N/kg土,低磷处理按每千克土施尿素204mg,折合90mgN/kg土,肥料在土沙混合时施入。施肥后测定土壤肥力状况表1,6月22日播种,每个自交系一行,行距为20cm，见表1。

表1 试验土壤肥力状况

处理全氮/g・kg-1碱解氮/mg・kg-1全磷/g・kg-1速效磷/mg・kg-1

高磷0.4250.221.188.01

低磷0.4343.320.862.76

2.2 取样方法

于4叶期取样,取4株长势一致玉米幼苗,取其2叶,4叶和未展叶测定含糖量。

2.3 测定方法

准确称取新鲜样品约1g,研磨成匀浆。放入大试管中,加入25mL蒸馏水,置沸水浴中加热20min,冷却,提取上层清液。 加10%醋酸铅去杂至无黄白色沉淀出现,加10% Na2SO4去除多余醋酸铅,过滤入100mL容量瓶中,加蒸馏水冲残渣2~3次,定容至刻度。 还原糖和蔗糖用砷钼比色法测定。

2.4 结果与分析

2.4.1 低磷胁迫对玉米叶片可溶性糖含量的影响

可溶性总糖（蔗糖+还原糖） 的水平可直接反应源库装载、运输、卸载、转化光合产物的代谢能力。4叶期磷高效基因型KH5可溶性总糖水平明显优于磷低效基因型西502。测定结果表明如表2，在低磷胁迫下磷高效基因型KH5第2叶可溶性糖含量与对照相比下降了12%,磷低效基因型西502第2叶可溶性糖含量与对照相比下降了38%,WKH5第4叶可溶性糖含量与对照相比提高了125%,第4叶可溶性糖含量与对照相比提高了12%,WKH5未展叶可溶性糖含量与对照相比提高了309%,西502未展叶可溶性糖含量与对照相比下降了42%。

表2 4叶期各叶可溶性糖含量

自交系处理第2叶第4叶未展叶

低磷1.261.462.33

KH5高磷1.280.650.57

低磷/高磷0.982.254.09

低磷0.590.480.68

西502高磷0.950.431.17

低磷/高磷0.621.120.58

2.4.2 低磷胁迫对玉米叶片还原糖含量的影响

蔗糖是植物体内主要的非还原糖,是光和产物在植物体内运输的主要形式。因此蔗糖含量是玉米的重要生理指标之一。 磷高效基因型KH5蔗糖含量明显高于对照而磷低效型西502的蔗糖含量均低于对照,第2叶至未展叶蔗糖含量下降了22%~38%,如表3,WKH5在第2叶低磷处理蔗糖含量与对照相比提高了59%,第4叶蔗糖含量与对照相比提高了167%,未展叶蔗糖含量与对照相比提高了422%。

表3 4叶期各叶蔗糖含量

自交系处理第2叶第4叶未展叶

低磷1.11.281.41

KH5高磷0.690.480.27

低磷/高磷1.592.675.22

低磷0.460.200.36

西502高磷0.740.290.46

低磷/高磷0.620.690.78

2.4.3 低磷胁迫对玉米还原糖含量的影响

低磷胁迫下磷高效基因型KH5第2叶还原糖含量与对照相比下降了75%,磷低效基因型西502 第2叶还原糖含量与对照相比下降了38%。KH5第4叶蔗糖含量与对照相比提高的含量较少只提高了12%。西502 提高的幅度较大提高了100%,WKH5未展叶蔗糖含量与对照相比提高了214%,而西502 未展叶还原糖含量与对照相比却下降了55%,见表4。

表4 4叶期各叶还原糖含量

自交系处理第2叶第4叶未展叶

低磷0.150.190.91

KH5高磷0.590.170.29

低磷/高磷0.251.123.14

低磷0.130.280.31

西502高磷0.210.140.69

低磷/高磷0.622.000.45

3 结语

磷胁迫下玉米磷高效基因型KH5第2叶可溶性糖含量下降幅度小于磷低效基因型西502,WKH5第4叶可溶性糖含量提高的程度远高于502未展叶可溶性糖含量KH5提高较多,西502是下降的。由此可以看出低磷胁迫下磷高效型玉米品种KH5可溶性糖含量水平较高,磷低效型西502可溶性糖含量水平较低。磷胁迫下蔗糖含量KH5均上升,西502均下降可以看出低磷胁迫下磷高效型玉米品种KH5蔗糖含量优于磷低效型西502。

参考文献：

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