水氮互作對花后谷子果聚糖代謝的影響

摘要：為探索水氮處理對花后谷子不同器官果聚糖生理代謝和轉(zhuǎn)運的影響，本試驗以抗旱性強(qiáng)的谷子品種濟(jì)谷22為材料，采用盆栽種植，設(shè)置3種水分處理即正常灌溉CK（田間最大持水量的60%-70%）、苗期干旱Wl（田間最大持水量的30%-40%）、抽穗至灌漿中期干旱W2（田間最大持水量的30%-40%）和2種施氮量處理即施氮處理N150（純N 150kg/hm2）、不施氮處理NO，研究不同水氮處理對谷子葉、莖鞘和穗果聚糖絕對含量及葉片蔗糖-1-果糖基轉(zhuǎn)移酶（1-SST）和果聚糖外切水解酶（FEH）活性的影響。結(jié)果表明，W2處理的葉、莖鞘、穗中果聚糖絕對含量均在花后14 d達(dá)到峰值，其中葉和莖鞘中果聚糖絕對含量達(dá)到峰值的時間比CK和W1處理均提前，且W2NO處理達(dá)到峰值時的果聚糖絕對含量均比其他處理高，而穗中則比CK的時間推遲，且W2N150處理達(dá)到峰值時的果聚糖絕對含量均比其他處理高。W2處理在花后14 d復(fù)水后，葉、莖鞘、穗的果聚糖絕對含量未能恢復(fù)到對照水平。各處理葉片的1-SST活性在達(dá)到峰值前均呈上升趨勢，隨后下降，CK和W1處理葉片的i-SST活性均在花后28 d達(dá)到峰值，W2處理因干旱脅迫于花后14 d達(dá)到峰值，且顯著高于同時期CK和WINO處理，復(fù)水后活性下降；而W2處理葉片F(xiàn)EH活性在花后0 d（開花期）達(dá)到峰值，比CK和WI處理均提前，且隨著生育期延長而急劇下降。W2處理谷子葉、莖鞘果聚糖的花前轉(zhuǎn)運率和花前貢獻(xiàn)率均高于花后，Wl和W2處理葉、莖鞘的花后轉(zhuǎn)運率和花后貢獻(xiàn)率均高于對照，而Wl處理莖鞘的花后轉(zhuǎn)運率和花后貢獻(xiàn)率高于W2處理，而葉中則相反。綜上可知，果聚糖的合成與降解會受到環(huán)境、不同器官以及發(fā)育階段的影響。干旱脅迫縮短谷子葉片和莖鞘中果聚糖絕對含量峰值的出現(xiàn)時間，且干旱和氮素脅迫共同作用能提高谷子葉、莖鞘中果聚糖絕對含量峰值，干旱脅迫顯著抑制果聚糖絕對含量峰值出現(xiàn)后谷子葉片1-SST、FEH活性，進(jìn)而促進(jìn)果聚糖積累，減少逆境脅迫帶來的損傷，且苗期干旱（Wl）有利于提高谷子果聚糖的花后轉(zhuǎn)運率和花后貢獻(xiàn)率。

關(guān)鍵詞：谷子；水氮互作；果聚糖代謝；果聚糖轉(zhuǎn)運

中圖分類號：S515 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2025）01-0118-06

水資源短缺不僅是嚴(yán)重的環(huán)境問題，也是限制作物生長的一個關(guān)鍵因素。氮是作物生長所必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，對農(nóng)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)可達(dá)30%-50%，合理的氮肥施用量對提高作物產(chǎn)量顯得尤為重要。適宜的水分條件和合理的養(yǎng)分供應(yīng)是實現(xiàn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵，水分脅迫或養(yǎng)分缺乏以及二者供應(yīng)的不協(xié)調(diào)均不利于作物生長。

果聚糖作為主要的碳水化合物，結(jié)構(gòu)和類型較為復(fù)雜。根據(jù)糖苷鍵的類型劃分，植物的果聚糖主要有五種類型：線型菊糖型果聚糖（linear inulin-type fructan）、線型菊糖型果聚糖新生系列（muhn neosenes）、線型梯牧草糖型果聚糖（linear levan-type fructan）、混合型果聚糖（mixed levan）和梯牧草糖型果聚糖新生系列（levan neosenes）。而果聚糖的功能與淀粉和蔗糖一樣，具有貯藏性，即生產(chǎn)的碳水化合物超過需求量時，就會以果聚糖的形式貯存起來：需要能量和碳源時，果聚糖就會被降解，提供碳源和能量。果聚糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)或信號分子參與抗旱逆境生理代謝調(diào)控，提高植物的抗逆性。果聚糖是小麥生長發(fā)育過程中臨時貯藏在營養(yǎng)器官中的可溶性碳水化合物的主要成分，在莖稈中積累、降解并轉(zhuǎn)運至籽粒，是籽粒產(chǎn)量的主要來源之一。果聚糖代謝主要受蔗糖-1-果糖基轉(zhuǎn)移酶（1-SST）和果聚糖外切水解酶（FEH）的調(diào)控，其中，1-SST起始果聚糖的合成，控制碳素向果聚糖庫分配；而FEH控制果聚糖不可逆的水解反應(yīng)，使果聚糖最終被降解為蔗糖，并通過韌皮部輸送到籽粒，促進(jìn)籽粒的灌漿過程。有研究發(fā)現(xiàn)，正常生長情況下，生長4周的菊苣小苗幾乎檢測不到果聚糖，但干旱脅迫處理后，其根和葉中的果聚糖含量增加了近10倍，1-SST基因的表達(dá)活性也明顯增強(qiáng)。