果实中糖的运输、代谢与积累及其调控

叶片光合产物向果实运输的主要形态是蔗糖,但在木本蔷薇科果树中,光合产物的主要运输形态为山梨醇.糖从质外体空间跨膜运入共质体的过程由糖运输蛋白介导,而糖运输蛋白的基因表达伴随着果实糖的积累而增强.蔗糖代谢酶参与了细胞内外4个与糖运输有关的无效循环.己糖代谢抑制是果实糖快速积累的前提.在木本蔷薇科果实中,蔗糖代谢酶活力仍非常活跃,表明蔗糖可能与山梨醇在果实生长发育中都起重要的作用.糖作为信号分子,调节了承担糖运输与代谢的基因的表达.自然环境因子和栽培措施能有效调控糖运输、代谢与积累.反义抑制Ivr基因表达能提高番茄果实含糖量的实验结果表明遗传工程调控糖积累的潜力.阐明糖信号与其它信号互作对糖运输与代谢的调控机制是今后研究的重点.     

甘蔗分蘖发生及成茎的调控研究进展

甘蔗是以收获地上茎为主的重要糖料作物,蔗糖分储藏在蔗茎节间,而分蘖是甘蔗有效茎形成的关键,因此促进甘蔗分蘖成茎是提高甘蔗产量的最有效途径之一。目前,水稻分蘖机理的研究取得了突破性进展,甘蔗也具有禾本科植物特殊的分蘖特性,但相关研究相对滞后,尤其是分子调控机制。本文详细阐述了甘蔗分蘖的生物学特性及现实意义,从栽培技术与管理、环境条件、植物生长调节剂(植物激素)和遗传因素等方面阐述甘蔗分蘖发生及其生长发育的研究结果,为深入研究甘蔗分蘖调控的分子机理提供新视角,也为甘蔗高产栽培技术及分子辅助育种提供理论依据。     

甘蔗体内的蔗糖转运与运输途径

从生物学角度对甘蔗中蔗糖装载、运输、卸载、积累以及其调节过程的研究进展进行概述。     

木薯蔗糖合成、转运与块根淀粉积累关系研究

该研究以淀粉含量不同的两个木薯品种(辐选01和华南124)为材料,通过测定各品种不同生育期叶、茎和根的蔗糖含量及块根淀粉含量,分析了蔗糖合成、转运和块根淀粉积累过程的相关性.结果表明:与华南124相比,在整个生育期内辐选01叶、茎的蔗糖含量均较高,块根蔗糖含量在块根膨大初期以前高于华南124,块根膨大初期以后则相反.在木薯的整个生育期,与辐选01相比,华南124的淀粉合成量和淀粉合成速率均较低.叶和茎蔗糖含量的变化规律与淀粉合成速率的变化规律相反,即块根淀粉积累明显加快时叶和茎的蔗糖含量略呈下降趋势,而块根淀粉合成减慢时叶、茎的蔗糖含量又开始上升.随着生育期的延后,块根蔗糖含量越来越低.在块根形成初期,蔗糖含量最高的组织部位为块根,其次为茎秆,最低的是叶片;而在块根成熟期时则相反,即蔗糖含量最高的部位是叶片,其次为茎杆,块根的蔗糖含量最小.相关性分析结果表明,木薯叶片蔗糖含量与块根淀粉含量呈显著的正相关;茎秆蔗糖含量与块根淀粉积累量呈不显著的正相关;块根蔗糖含量与淀粉积累量呈显著的负相关.由此可见,木薯叶、茎和根蔗糖与块根淀粉积累过程密切相关,其中叶片合成蔗糖的能力与块根利用蔗糖的能力在淀粉的积累过程中发挥关键作用.该研究结果为木薯的生产选育与高效栽培提供了理论依据.     

植物体内糖分子的长距离运输及其分子机制

植物器官(如叶、叶鞘、绿色的茎等)可以通过光合作用将CO₂合成为碳水化合物, 并经过长距离运输到达库组织(如新生组织、花粉、果实等)中进行贮存或利用。蔗糖是高等植物长距离运输碳水化合物的主要形式。蔗糖分子从源到库的运输包括源组织韧皮部的装载、维管束的运输和库组织韧皮部的卸载3个步骤。遗传学和分子生物学研究证明, 蔗糖转运蛋白、转化酶和单糖转运蛋白在糖分子的装载和卸载过程中发挥重要作用。该文综述了目前对光合产物运输过程及其调控分子机制的最新研究进展。     

小麦非结构性碳水化合物分配对水分胁迫的生理响应

以‘西旱2号’小麦为试材,采用水分胁迫和复水处理方法,研究了小麦发育过程中不同水分胁迫下非结构性碳水化合物(NSC)在小麦旗叶、茎、叶鞘等器官中的动态变化,以及籽粒中碳代谢相关酶(可溶性淀粉合成酶SSS和淀粉粒结合态合成酶GBSS)活性的变化.结果表明:不同程度水分胁迫对小麦旗叶、茎、叶鞘等器官中蔗糖含量无显著影响.随水分胁迫的深入,花后12～ 18 d旗叶中淀粉含量显著增加;水分胁迫缩短了花后茎和叶鞘中淀粉的积累时间,抑制了茎中淀粉的转化和分配;而叶鞘中淀粉的积累逐渐增大,在中度水分胁迫下积累提前终止.在水分胁迫初期,各营养器官中的NSC含量为旗叶＞茎＞叶鞘;随着水分胁迫的深入,各营养器官中的NSC含量为茎＞旗叶＞叶鞘.小麦主要营养器官中NSC的分配速率及主要代谢酶的变化可能是小麦对水分胁迫的一种生理调节反应.     

摘心对‘巨峰’葡萄生长及蔗糖和淀粉代谢的调控作用

为揭示摘心对‘巨峰’葡萄(Vitis vinifera L. × V. labrusca L. cv. Kyoho)生长发育、蔗糖和淀粉代谢的作用及其分子机理,采用不同留叶摘心,研究‘巨峰’葡萄叶片和茎段表型,果实可溶性固形物、蔗糖和淀粉积累特征,以及蔗糖和淀粉代谢相关基因的表达变化。结果表明,摘心抑制‘巨峰’葡萄叶片生长和茎段增粗,但是促进花序早期的快速增长,提高单果重、果穗重、株产量和可溶性固形物含量;2叶摘心提高生长发育后期叶片蔗糖、茎段蔗糖和淀粉的含量;2叶摘心促进蔗糖代谢基因SPS、NI、CWI的高表达,同时抑制淀粉代谢中AMY的表达。因此,2叶摘心能够调控SPS、NI、CWI和AMY基因的表达进而促进蔗糖合成和淀粉积累,为果实成熟、新梢萌芽和开花奠定营养基础。     

水稻蔗糖转运及其与产量形成的关系

蔗糖是植物体内主要的光合产物和运输形式,在叶片中合成并经过维管组织向库器官转运,在库组织中水解并用于合成淀粉、蛋白质和纤维素等有机物。水稻蔗糖转运对调控作物生长发育和产量形成,特别是在逆境条件下的产量稳定,都具有十分重要的作用。本文重点综述了水稻蔗糖韧皮部装载、运输和卸载机制以及关键酶的活性和基因表达调控,并讨论了其与水稻产量形成的关系。     

甘蔗工艺成熟期SS和SPS酶活性与糖分积累的相关性研究

以工艺成熟期甘蔗品种GT28(早熟)和ROC22(早中熟)+1叶和不同节间为材料,分析SPS、SS合成和SS分解方向酶活性与节间糖分积累的相关性。结果表明,+1叶中SPS、SS合成和分解方向的酶活性比蔗茎中高,说明+1叶代谢活跃,是蔗茎糖分不断积累的物质基础。节间SPS酶活性与节间锤度、可溶性总糖和蔗糖含量都正相关,GT28节间SPS酶活性比ROC22中高。节间SS合成方向酶活性与锤度和蔗糖含量都负相关,GT28中SS合成方向酶活性比ROC22中低。而SS分解方向酶活性与ROC22节间锤度、可溶性糖和蔗糖含量都呈负相关,与GT28中呈正相关,未达到显著水平。说明成熟期节间SPS和SS合成方向酶活性提高有利于蔗糖的积累,而随着节间成熟,蔗糖含量可能是促使SS酶活性由合成方向向分解方向转化的一个重要调节因子。     

枇杷果实发育过程中糖积累及相关酶活性变化研究

以'青种'、'霸红'和'鸡蛋白'3个枇杷品种为材料,测定不同果实发育时期果实中蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及蔗糖代谢相关酶即酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性,并对果实中糖积累与酶活性的关系进行了分析.结果表明:在果实膨大期(5月3日)之前,3种枇杷果实的蔗糖、葡萄糖和果糖积累缓慢,之后则迅速积累,存在着明显的转折点;果实成熟(5月23日)之后糖分积累速度趋于平稳.3种枇杷果实在发育过程中转化酶、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性变化与3种糖积累的动态变化趋势相一致.NI和AI活性在果实膨大期之前都较低且没有明显的变化,之后均快速上升;SS和SPS的活性在果实膨大期之前都很低且几乎无变化,随后'鸡蛋白'的活性迅速上升至果实成熟之后便缓慢上升,而'青种'和'霸红'随果实成熟度的增加而升高,但均低于'鸡蛋白'.可见,枇杷果实膨大期是糖分积累代谢活跃期,其糖积累受蔗糖代谢相关酶综合调控.