不同甜菜種質(zhì)葉柄中大分子多糖含量的初步分析

王 希 ，陳 麗 *，趙春雷 ，張克楠

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所/黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院，黑龍江哈爾濱150080；2.黑龍江省普通高等學(xué)校甜菜遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150080；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北方糖料作物資源與利用重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150080；4.黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150080）

甜菜莖的節(jié)間縮短，基生葉形成蓮座狀葉叢，由葉柄為甜菜葉片提供支持作用。甜菜葉柄的挺立狀態(tài)與機(jī)械強(qiáng)度直接影響著甜菜的栽植密度、葉的生物量與光合利用率、田間管理與收獲操作等方面；同時(shí)，葉柄通過影響葉片與地面的距離，間接影響著土壤中病原菌經(jīng)雨水迸濺侵染葉片的過程，從而影響著甜菜生物脅迫的防治工作[1]。但是，甜菜葉柄機(jī)械強(qiáng)度的影響因素尚未見報(bào)道。大分子多糖作為植物維管束內(nèi)起主要支持作用的物質(zhì)，其含量理論上與機(jī)械強(qiáng)度或挺立狀態(tài)有一定關(guān)系[2-4]。

植物中起支持作用的大分子多糖主要有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素三類。纖維素（cellulose）是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)晶度很高的大分子多糖，常溫下不溶于水，也幾乎不溶于有機(jī)溶劑，但可與濃酸反應(yīng)生成葡萄糖[5-6]。半纖維素（hemi-cellulose）結(jié)構(gòu)層次復(fù)雜，糖單元豐富多樣，常結(jié)合在纖維素表面共同形成堅(jiān)硬的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，親水性高于纖維素，在酸性條件下分解[7]。木質(zhì)素（lignin）是三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，常與纖維素、半纖維素緊密連接成復(fù)合體，較難分解或提純[8]。目前，檢測大分子多糖的方法主要有標(biāo)準(zhǔn)曲線法、比色法、Van Soest法、王玉萬法、高效液相色譜法等[9]，其中Van Soest法[10-11]對起始樣品總量和實(shí)驗(yàn)條件要求相對較低，成本也較低廉。

本研究收集了3份葉柄部位性狀表現(xiàn)不同的甜菜種質(zhì)，采用Van Soest法對葉柄中起支持作用的大分子多糖類物質(zhì)的含量進(jìn)行分析，一方面探討該項(xiàng)分析的可行性；另一方面初步推斷不同甜菜種質(zhì)中大分子多糖與葉柄機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)系。

表1 被分析種質(zhì)葉柄的性狀表現(xiàn)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

被分析的甜菜種質(zhì)為B8952、DZ-6、J9451，分別取繁茂期功能葉片的完整葉柄，每份種質(zhì)取5株作為獨(dú)立重復(fù)。各種質(zhì)葉柄的性狀表現(xiàn)見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

按Van Soest法[10，13]進(jìn)行3種大分子多糖含量測定，測得中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、濃酸洗滌殘?jiān)?、灼燒后灰分的質(zhì)量百分含量，然后根據(jù)公式1~3計(jì)算纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的質(zhì)量百分含量。以上所得的質(zhì)量百分含量均為相對于樣品干重的百分含量。

在樣品烘干前后稱重，按公式4計(jì)算葉柄的含水量。

公式1~3中，ADF為酸性洗滌纖維的質(zhì)量百分含量，NDF為中性洗滌纖維的質(zhì)量百分含量，Ap為濃酸洗滌殘?jiān)馁|(zhì)量百分含量，As為灼燒后灰分的質(zhì)量百分含量。

纖維素（%）=ADF（%）-Ap（%）…………………………………1

半纖維素（%）=NDF（%）-ADF（%）……………………………2

木質(zhì)素（%）=Ap（%）-As（%） …………………………………3

含水量（%）=（樣品鮮重-樣品干重）×100/樣品鮮重 …………4

2 結(jié)果與分析

對每個(gè)種質(zhì)的5份葉柄樣品進(jìn)行纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量的測定，計(jì)算3種成分的百分含量，結(jié)果見表2、圖1。

在3份種質(zhì)之間，葉柄的含水量無顯著差異，表明待分析葉柄樣品的生長狀態(tài)類似，葉柄的機(jī)械強(qiáng)度或挺立狀態(tài)并非由水分情況不均所致。較軟的葉柄（種質(zhì)1）中，纖維素的含量顯著低于較硬的葉柄（種質(zhì)2、3），而半纖維素、木質(zhì)素含量與手感硬度無直接關(guān)系；較脆的葉柄（種質(zhì)2）與較韌的二者（種質(zhì)1、3）相比，木質(zhì)素含量顯著偏高，其它2種成分與手感韌性無直接關(guān)系；直立型葉叢（種質(zhì)3）與斜立型葉叢（種質(zhì)1、2）的葉柄中，大分子多糖的含量與組成不存在明顯的規(guī)律性。

據(jù)以上結(jié)果推斷，在所分析的3份種質(zhì)之間，手感硬度和韌性分別與纖維素含量、木質(zhì)素含量有一定關(guān)聯(lián)；其中，纖維素含量高的葉柄表現(xiàn)出較強(qiáng)的硬度，木質(zhì)素含量較高的葉柄表現(xiàn)出較低的韌性；半纖維素含量則與葉柄機(jī)械強(qiáng)度無關(guān)。

表2 不同種質(zhì)葉柄中3種大分子多糖及水分含量

圖1 不同種質(zhì)葉柄含水量及3種大分子多糖的百分含量

3 討論

雖然目前對甜菜種質(zhì)的性狀調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)中，只對甜菜的葉叢類型進(jìn)行了規(guī)范[12]，但葉柄其它方面的狀態(tài)也具有相當(dāng)?shù)难芯績r(jià)值。甜菜葉柄的挺立狀態(tài)直接影響著葉片與地表的角度，從而影響著甜菜的密植方案與甜菜葉片的光合效率，且葉柄在不同時(shí)期、不同條件、不同操作中的表現(xiàn)也都直接或間接地影響著甜菜的生長狀態(tài)、耐逆性、抗病性等，并影響著田間管理、收獲等工作[1]。

從一些對易倒伏作物莖部的研究得知，纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等起支持作用的大分子多糖有可能在植物倒伏過程中起一定作用[2-4，14-15]，且對于不同作物、不同部位，甚至不同時(shí)期、不同條件，其作用均不盡相同[3-4，14-18]。本研究對不同種質(zhì)繁茂期功能葉片的葉柄進(jìn)行了分析，結(jié)果表明在甜菜繁茂期，功能葉葉柄的手感硬度與纖維素含量有關(guān)，手感韌性與木質(zhì)素含量有關(guān)，半纖維素含量則與葉柄機(jī)械強(qiáng)度無直接關(guān)系，甜菜的葉叢類型與大分子多糖的含量及組成也無直接關(guān)系。

本研究結(jié)果為深入研究甜菜葉柄挺立狀態(tài)的影響因素提供了一定信息，后續(xù)可對葉柄的機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)化，并擴(kuò)大檢測的范圍，對來自更多種質(zhì)、不同時(shí)期、不同狀態(tài)的葉柄進(jìn)行進(jìn)一步的分析，以推斷這些大分子多糖對葉柄機(jī)械強(qiáng)度的影響及其生理機(jī)制。