普通玉米和超甜玉米苗期蔗糖合成酶与磷酸蔗糖合成酶的活力比较

普通玉米和超甜玉米苗期蔗糖合成酶与磷酸蔗糖合成酶的活力比较 普通玉米和超甜玉米苗期蔗糖合成酶与 磷酸蔗糖合成酶的活力比较 高向阳 , 徐凤彩 , 赵亚华 , 梅志弘 ()华南农业大学生物技术学院 , 广东 广州 510642 摘要 : 以普通玉米和超甜玉米为试材 ,比较两玉米品种在苗期的蔗糖合成酶与磷酸蔗糖合成酶的酶活力变化 . 结 果明 ,从胚芽期到五叶期 ,超甜玉米和普通玉米的蔗糖合成酶 、磷酸蔗糖合成酶的活力逐渐升高 ,并且超甜玉米 中这两种酶的酶活力都高于普通玉米 . 关键词 : 普通玉米 ; 超甜玉米 ; 蔗糖合成酶 ; 磷酸蔗糖合成酶 中图分类号 :Q946 文献标识码 :A - 3 蔗糖是重要的光合产物 ,为植物体内运输的主 10 g/ L 的高锰酸钾处理 30 s ,取出用湿纱布覆盖 ,要物质 ,又是碳水化合物积累和贮藏的主要形式 ,特 24 ?温室催芽 6 d ,当胚芽长出 2 cm 左右即分别取胚 别对于甜玉米 ,在植物糖代谢中具有特殊的位置. 甜 芽和根. 玉米独特的风味主要取决于可溶性糖含量 , 乳熟期 材料 2 : 种子处理同上 ,土壤播种 ,成苗后 ,分别甜玉米籽粒中的可溶性糖主要有蔗糖 、葡萄糖 、果糖 () 取三叶期 、五叶期 即播种后 12 、30 d 左右幼苗的倒 等 ,是普通玉米的 5,6 倍 . 其中以蔗糖含量为最高 , 数第二片功能叶和根. 1 占总糖 62 %,77 %. 植物细胞中蔗糖合成与降解 各处理重复 3 次以上. ( 的平 衡 调 节 依 赖 于 蔗 糖262P 合 成 酶 EC 21411114 , 112 粗酶的制备 ) ( ) SPS、蔗糖262P 酯酶 EC 31113100 , Suc2Pase、蔗糖合 分别称取 2 g 新鲜材料洗净 、吸干 、剪碎 ,用 100 ( ( ) ) 成酶 EC 21412113 , SS及蔗糖酶 EC 31211126的协 ( ( ) mmol/ L Tris2HCl p H 710 缓 冲 液 内 含 10 mmol/ L 2 同作用. 蔗糖酶将蔗糖水解为果糖与葡萄糖. SPS φ 、2 mmol/ L EDTA 、= 2 %乙二醇 、20 mmol/ L 巯 MgCl 2 的产物 Suc262P 及时被 Suc262Pase 脱 Pi ,表观平衡常 ) 基乙醇10 mL 冰浴上快速研磨匀浆 ,尼龙布过滤 ,滤 数为 52,3 250 ,反应有利于蔗糖的合成 ,主要分布在 液于 10 000 r/ min 离 心 5 min , 取 1 mL 上 清 液 过 合成蔗糖的组织中. SS 催化可逆反应 , 表观平衡常 () Sephadex G225 2 cm ×10 cm柱 ,以上述提取液进行 数为 113,810 ,主要分布在消耗蔗糖的组织中. 一般 洗脱 ,流速 为 215 mL/ min , 分 别 收 集 洗 脱 液 进 行 SS 认为 , 体 内 蔗 糖 的 合 成 主 要 依 靠 SPS/ Suc262Pase 系 与 SPS 的活力测定. 统 ,而 SS 主 要 是 将 输 入 至 籽 实 中 的 蔗 糖 降 解 为 113 酶活力测定3 UDPG 以提 供 葡 萄 糖 供 体 进 而 合 成 淀 粉 等 多 糖. () 1SS 活力测定 : 取 0115 mL 的反应混合液 ,内 其中 SPS 的活力大小直接影响光合产物在淀粉与蔗 含 100 mmol/ L Tris2HCl p H 810 、10 mmol/ L 的果糖 、3 4 糖之间的 分 配 , SPS 活 力 越 高 , 蔗 糖 积 累 得 越 多. ( ) mmol/ L 尿苷二磷酸葡萄 糖 UDPG, 另 加 入 012 mL因此 ,研究玉米蔗糖合成与转化的机理是非常重要 酶液. 的 ,而 SS 和 SPS 在其中起着重要的作用 ,为此笔者研 () 2SPS 活力测定 : 取 0115 mL 的反应混合液 ,究普通玉米 、超甜玉米在幼苗期的 SS 和 SPS 酶活力 内含 50 mmol/ L Tris2HCl p H 712 、10 mmol/ L 的 MgCl、 2 变化. ( ) 10 mmol/ L 62磷酸果糖 F6P、3 mmol/ L UDPG ,另加入 012 mL 酶液.1 材料与 将上述反应液分别在 30 ?水浴中反应 10 min , 111 试验材料及处理 立即加入 011 mL 2 mol/ L NaOH 终止反应. 在沸水浴 材料 1 : 普 通 玉 米 和 超 甜 玉 米 种 子 分 别 用 1 ×φ 保温10 min ,流水冷却 ,再加315 mL = 30 %的 HCl φ 和 1 mL 的用 = 95 %乙醇配制的质量浓度为 1 g/ L 1 中看出 ,普通玉米和超甜玉米的叶和根 从图 的间苯二酚 ,摇匀 ,于 80 ?水浴反应 10 min ,流水冷 在幼苗期 SS 的活力逐渐升高 ,超甜玉米的 SS 活力普 5 却 ,在 480 nm 波长处比色. 遍高于普通玉米 ,以五叶期的超甜玉米为例 ,叶的 SS 酶活力单位定义为 : 在上述条件下 ,每克样品干活力是普通玉米的 3 倍 ; 根的 SS 活力是普通玉米的 μ质量 ,在 10 min 内催化生成 1 g 蔗糖的酶量为 1 个 2 倍左右.() 酶活力单位 U. 2 . 3 不同苗期 SPS 的活力变化114 蛋白质含量测定 不同苗期 SPS 的活力变化如图 2 .6 ,并以牛血清白蛋白为标准蛋 按 Bradford 方法 白质. 115 样品干 、鲜质量的测定 样品干质量按常规恒质量法 ,鲜质量按称量法. 2 结果与分析 211 不同苗期普通玉米和超甜玉米的根和叶的蛋 白质含量 试验表明 ,玉米根在不同苗期蛋白质含量变化 不大 ,而叶的蛋白质含量随着幼苗的生长逐渐增大 , 图 2 不同苗期玉米磷酸蔗糖合成酶的活力变化 并且 超 甜 玉 米 叶 的 蛋 白 含 量 普 遍 高 于 普 通 玉 米 Fig. 2 The changes of activity of SPS of corn in different () 表 1. seedling stages - 1 表 1 不同苗期根叶干质量的蛋白质含量[ w/ ( mg?g ) 普通玉米和超甜玉米的叶在幼苗期 SPS 的活力 Ta b1 1 The protein contents of roots and leaves 逐渐升高 ,超甜玉米叶的 SPS 活力在三叶期 、五叶期 - 1 in different seedling stages w/ ( mgg? ) 高于普通玉米 ,分别是 216 倍 、119 倍 . 材料 胚芽期 三叶期 五叶期 214 不同苗期普通玉米 、超甜玉米叶片中 SS 与 SPSthree2leaf five2leaf material plumula 活力比较 stage stage 不同苗期普通玉米 、超甜玉米叶片中 SS 、SPS 活 普通玉米根 9. 40 10. 33 10. 31 ordinary corn root () 力比较 图 1 、图 2可看出 ,在萌芽期时 ,SS 活力在两 普通玉米叶 32. 66 60. 69 82. 65 种玉米中均较高 ,说明此期主要以分解体内蔗糖供ordinary corn leaf 超甜玉米根 生长需要 ,以后的生长期活力增加不多 ; 而 SPS 则明 13. 22 12. 18 11. 65 super2sweet corn root 显不同 ,三叶期与萌芽期相比 ,在普通玉米 SPS 活力 超甜玉米叶 增加了约 2 倍 ,而超甜玉米的增加了约 7 倍 ,比普通 super2sweet corn leaf 33. 40 83. 82 96. 32 玉米的增加更多. 2 . 2 不同苗期 SS 的活力变化 3 讨论 不同苗期 SS 的活力变化如图 1 .已知在植物体内 ,SS 主要是催化蔗糖的降解 ,以 提供 UDPG 和果糖 , 满足机体多糖合成或呼吸作用 7 的需要. SPS 主要催化蔗糖的生物合成. 本试验结 果也表明 ,在萌芽时 , SS 活性在两种玉米均较高 ,以 后的生长期活力增加不多 ,说明了这种作用 ; SPS 显 著增加 ,特别是超甜玉米增加更多 ,说明 SPS 的作用 与上述报道一致 ,并说明超甜玉米在此生长时期蔗 糖生物合成较普通玉米强. 从玉米生长发育的规律 来看 ,五叶期正是植物从完全营养生长转入营养生 长与生殖生长并进时期 ,雄穗生长锥开始分化 ,是决 定叶片总数的时期 ,生长旺盛 , 从胚芽期到五叶期 , 图 1 不同苗期玉米根叶中蔗糖合成酶的活力变化 Fig. 1 The changes of activity of SS of corn in different 无论普通玉米还是超甜玉米的 SS 、SPS 的活力都是 seedling stages 随生长发育逐渐升高的趋势 ,蛋白质含量也随之升 五叶期酶的活力最高是有利于此时期形成大量生长 1 崔彦宏 ,周 海 ,李伯航 1 甜玉米籽粒的营养品质及影 过程所需要的基础物质 ,满足自身生长需要 ; 在萌芽 () 响因素 J 1 河北农业大学学报 ,1996 ,19 4:99 - 1041 夏期普通玉米和超甜玉米的 SPS 活力相差不大 , 且活 叔芳 ,徐 健 , 苏丽英 , 等 1 水稻叶片的蔗糖合成酶 2 () J 1 植物生理学报 ,1989 ,15 3:239 - 243. 力较低 ,而在三叶期 、五叶期酶活力逐渐增高 , 而且 WHITTINGHAM C P , KEYS A J ,BIRD I F. The enzymology 二者差异加大 ,这与玉米开始进行光合作用 ,利用外 3 of sucrose synthesis in leavesA . Gibbs M ,Latzko E. Ency 2 界的营养物质来合成自身生长的物质 , 而胚乳中的 clopedia of plant physiology : New series Vol 6 C . Berlin : 物质则逐渐被消耗完有关 . Springer2Verlag ,1979. 313 - 326. 超甜玉米无论是 SS 还是 SPS ,其酶活力都明显 HUBER S C. Role of sucrose2phosphate synthetase in partition 高于普通玉米 . 可推知超甜玉米幼苗中蔗糖代谢的 4 of carbon in leavesJ . Plant Physiol ,1983 ,71 :818 - 821. 薛能力大于普通玉米 ,已有报道 ,超甜玉米蔗糖的含量 应龙 ,夏镇澳 . 植物生理学实验手册 M . 上海 : 上海 科8 5 技出版社 ,1985. 146 - 150. 均比普通玉米的高,这可能与 SS 和 SPS 的酶活力 李 琳 ,徐 萌 . 考马斯亮蓝测定蛋白质含量方法的改 高有很重要的关系. 同时此时期的氨基酸含量也较 () 进 J . 植物生理学通讯 ,1980 , 6:52 - 55. 6 8 普通玉米的高,这与笔者测得的超甜玉米幼苗期 苏丽英 ,吴 勇 ,於新建 ,等 . 水稻叶片蔗糖磷酸合成酶 () 蛋白质含量比普通玉米高的结果一致 1 的一些特性 J . 植物生理学报 ,1989 ,15 2:117 - 123. 7 刘雅楠 ,曾孟潜 ,叶松青. 甜玉米新种质生化成分的分 () 析 J . 华北农学报 ,1997 ,12 2:1 - 6. 致谢 :本试验所用玉米种子由华南农业大学农学系张德 8 华副教授 、吴汉副教授提供 ,在此表示感谢 ! Compare with the Activities of Sucrose Syntheta se and Sucrose Phosphate Syntheta se in Ordinary Corn and Super2S weet Corn GAO Xiang2yang , XU Feng2cai , ZHAO Ya2hua , MEI Zhi2hong ( )College of Biotechnology ,South China Agric . Univ. , Guangzhou 510642 , China Abstract : By using ordinary corn and super2sweet corn as test sample ,the activities of sucrose synthetase and sucrose phosphate synthetase were studied at plumule stage , three2leaf stage and five2leaf stage . The result indicated that the ac2 tivities of sucrose synthetase and sucrose phosphate synthetase increased gradually with the process of growing . In addi2 tion ,the activities of two enzymes in super2sweet corn were higher than those in ordinary corn. Key words : ordinary corn ; super2sweet corn ; sucrose synthetase ; sucrose phosphate synthetase 【责任编辑 柴 焰】