淀粉代謝及呼吸代謝對(duì)百合鱗莖破眠的影響

劉芳+汪志強(qiáng)+盛云燕+景艷莉+王彥宏+廉華+靳亞忠

摘要：以細(xì)葉百合休眠鱗莖為試驗(yàn)材料，研究百合鱗莖低溫冷藏過程中，淀粉代謝及呼吸代謝對(duì)鱗莖休眠的影響。結(jié)果表明，百合鱗莖中部鱗片細(xì)胞的淀粉粒數(shù)量及淀粉含量在低溫冷藏過程中逐漸減少或降低。鱗莖冷藏過程中線粒體數(shù)量總體上呈逐漸上升的趨勢，在冷藏36 d后線粒體發(fā)生縊裂現(xiàn)象。冷藏后期，圓球形線粒體數(shù)量大幅度增加，鱗莖冷藏12～24 d內(nèi)呼吸速率下降，36～84 d內(nèi)呼吸速率隨冷藏時(shí)間的延長呈遞增趨勢?；钴S的呼吸代謝及淀粉代謝為鱗莖破眠提供了能源保障。

關(guān)鍵詞：細(xì)葉百合；鱗莖；休眠；淀粉代謝；呼吸代謝

中圖分類號(hào)： S682.2+65.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2017）18-0139-02

收稿日期：2016-04-21

基金項(xiàng)目：大慶市指導(dǎo)性科技計(jì)劃（編號(hào)：zd-2016-105）；黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校內(nèi)培育課題資助計(jì)劃（編號(hào)：XZR2015-01）。

作者簡介：劉 芳（1980—），女，黑龍江哈爾濱人，博士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事園藝植物種質(zhì)資源研究。E-mail：byndliufang@163.com。 百合是一種觀賞性及經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)的植物，其鱗莖在秋季采收后會(huì)進(jìn)行生理休眠，人們通常用低溫冷藏的方法打破百合鱗莖的自然休眠。在百合休眠期間，養(yǎng)分主要靠鱗莖內(nèi)部貯藏的大量糖類物質(zhì)提供，淀粉占相當(dāng)大的比例。在低溫處理打破休眠過程中，鱗莖內(nèi)發(fā)生低溫糖化現(xiàn)象[1]，主要貯藏物質(zhì)——淀粉發(fā)生水解，淀粉向可溶性糖轉(zhuǎn)化，可溶性碳水化合物得到積累[2]。鱗莖不同部位的淀粉含量各有差異[3]，糖類化合物的代謝規(guī)律也因百合種類的不同而存在差異[4]。休眠過程中呼吸作用影響著細(xì)胞的生理代謝水平，糖類代謝與呼吸代謝之間的聯(lián)系對(duì)百合鱗莖休眠破除的影響對(duì)揭示百合鱗莖休眠的生理機(jī)制具有重要的意義。有關(guān)百合鱗莖休眠破除過程中淀粉代謝與呼吸代謝之間的關(guān)系的研究尚未見報(bào)道，本研究旨在揭示百合鱗莖休眠過程中呼吸代謝動(dòng)態(tài)對(duì)淀粉代謝的影響，為進(jìn)一步明確百合鱗莖休眠破除的生理機(jī)制提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料是從遼寧省凌源市引種的細(xì)葉百合，鱗莖周徑4～6 cm。

1.2 試驗(yàn)方法

2014年10月下旬收獲百合鱗莖，用50%多菌靈可濕性粉劑清洗后置于5 ℃冰箱中保存。冷藏階段，每12 d隨機(jī)取樣1次，共8次。每次取5個(gè)鱗莖，中部鱗片一部分參照曾小魯?shù)姆椒╗5]做石蠟切片觀察淀粉粒數(shù)量，另一部分參照李合生的方法[6]測定淀粉含量；莖尖部分參照孟凡娟等的方法[7]制作超薄切片觀察線粒體變化。再取5個(gè)鱗莖參照王晶英等的方法[8]測定呼吸速率，以單位時(shí)間單位質(zhì)量葉片產(chǎn)生的CO2質(zhì)量計(jì)。淀粉粒及線粒體數(shù)量的觀察每次取3個(gè)視野，每個(gè)視野5個(gè)細(xì)胞。各指標(biāo)測定均重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel處理并用SAS軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 百合鱗莖破眠過程中細(xì)胞淀粉粒數(shù)量的變化

由圖1可知，百合鱗莖中部鱗片細(xì)胞的淀粉粒數(shù)量在低溫冷藏過程中逐漸減少。冷藏0～12 d內(nèi)下降幅度不大，鱗莖在冷藏24 d后淀粉粒數(shù)量下降趨勢明顯，淀粉粒數(shù)量在冷藏24 d時(shí)顯著低于冷藏0、12 d。冷藏84 d時(shí)細(xì)胞淀粉粒只有8個(gè)，冷藏84 d時(shí)淀粉粒數(shù)量與冷藏0～60 d相比差異均顯著（P<0.05）。

2.2 百合鱗莖破眠過程中淀粉含量的變化

由圖2可知，百合鱗莖低溫冷藏過程中，隨著冷藏時(shí)間的延長，中部鱗片淀粉含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。冷藏0～12 d下降緩慢，冷藏24 d時(shí)下降幅度增大，在冷藏24 d時(shí)百合鱗莖中淀粉含量顯著低于冷藏0、12 d。冷藏36 d時(shí)淀粉含量下降幅度緩和，冷藏60 d后下降幅度有所增大。冷藏60～80 d 時(shí)淀粉含量與冷藏過程中其他取樣時(shí)間相比差異均顯著（P<0.05）。

2.3 百合鱗莖破眠過程中細(xì)胞線粒體的變化

由圖3可知，百合鱗莖的線粒體數(shù)量較多，采收時(shí)每個(gè)細(xì)胞內(nèi)可達(dá)16.3個(gè)。鱗莖冷藏過程中線粒體數(shù)量總體上呈逐漸上升的趨勢，冷藏0～36 d內(nèi)線粒體數(shù)量變化差異不顯著，從冷藏48 d開始線粒體數(shù)量與冷藏0 d時(shí)相比差異顯著（P

2.4 百合鱗莖破眠過程中鱗莖呼吸速率的變化

由圖5可知，鱗莖采收時(shí)呼吸速率最高，為 13.84 mg/（kg·h），顯著高于其他冷藏時(shí)期

3 討論

鱗莖是百合休眠期營養(yǎng)物質(zhì)的貯藏器官，在細(xì)葉百合鱗莖低溫處理的整個(gè)過程中，鱗莖休眠的程度和狀態(tài)與鱗莖內(nèi)的淀粉代謝和呼吸代謝的水平密切相關(guān)。生物膜是植物生理生化代謝活動(dòng)的中心，細(xì)胞內(nèi)很多生理生化活動(dòng)都是在生物膜上或周圍空間內(nèi)進(jìn)行的。在鱗莖冷藏12～84 d內(nèi)，線粒體的數(shù)量及管泡狀內(nèi)嵴的數(shù)量都有所增加，由于線粒體是有氧呼吸的主要場所，因此，線粒體內(nèi)各種酶活動(dòng)接觸的生物膜面積大大增加。

淀粉是百合休眠鱗莖的主要貯藏物質(zhì)，鱗片是百合鱗莖的主要結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)存著大量的糖類化合物，鱗莖冷藏過程中，鱗片內(nèi)淀粉粒數(shù)量逐漸減少，淀粉逐漸降解，前期研究可知，在此過程中促進(jìn)淀粉分解的α-淀粉酶、β-淀粉酶以及淀粉磷酸化酶在冷藏36～60 d內(nèi)活性上升均較快[9]，本研究中淀粉含量的逐漸降低與之相一致，鱗莖休眠解除進(jìn)程中淀粉蔗糖代謝活躍，蔗糖合成方向代謝關(guān)鍵酶蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性均呈上升趨勢，糖類代謝酶類調(diào)控基因α-淀粉酶基因[10]、α-葡糖苷酶、糖基轉(zhuǎn)移酶、腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）合成酶等[11]在這個(gè)過程中也有較高的表達(dá)量。而這些酶類的變化過程與細(xì)胞器的變化有密切關(guān)系，冷藏過程中百合鱗莖細(xì)胞高爾基體分泌囊泡數(shù)明顯增多[12]，不斷有新的高爾基體合成，這些重要的糖代謝酶在核糖體中合成后要通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的轉(zhuǎn)運(yùn)與加工，冷藏過程中大量增加的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)橋?yàn)槠滢D(zhuǎn)運(yùn)提供了通道，酶類合成和在細(xì)胞內(nèi)外運(yùn)輸過程中需要消耗大量的能量，線粒體數(shù)量的增加為其提供了能源保障。endprint

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