全 文 ：收稿日期：2009-11-30
基金项目：辽宁省教育厅项目（2008653）；沈阳农业大学博士后基金项目（777-230409）
作者简介：陆秀君（1966-），女，沈阳农业大学教授，博士，从事林木种子生理与苗木培育技术研究。
沈阳农业大学学报，2010－02，41(1)：18-22
Journal of Shenyang Agricultural University，2010－02，41(1)：18-22
变温层积过程中 GA3诱导天女木兰种子贮藏物质及
糖代谢关键酶活性的变化
陆秀君 a，刘月洋 a，李天来 b，吴 可 a，陈晓旭 a
（沈阳农业大学 a.林学院， b.园艺学院/辽宁省设施园艺重点实验室，沈阳 110866）
摘要：对天女木兰（M.sieboldiiK.Koch）种子进行变温层积处理，测定其在 GA3处理诱导下种子内淀粉、糖含量以及糖代谢关键酶的
活性。 结果表明：在 GA3诱导下，淀粉作为一种暂时储存的物质不断地降解，层积结束后 CK处理淀粉含量最少，降至 0.43mg·g-1；层
积前期（40d）与层积后期（120d）以积累蔗糖为主，以层积 40d 时 CK 处理蔗糖含量最大，其值高达 2.3mg·g-1，同期酸性转化酶
（AI）和中性转化酶（NI）活性降低，蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸化酶（SPS）活性升高；层积中期（90d）果糖和葡糖糖含量随 GA3 浓
度的增加有增强的趋势，以 1500mg·L-1 GA3处理果糖和葡萄糖含量最高，分别为 0.33mg·g-1和 0.38mg·g-1，此时 AI 和 NI 活性达
到最大值。
关键词：天女木兰；GA3；淀粉；糖；蔗糖代谢相关酶
中图分类号：S238;S274.2 文献标识码： A 文章编号： 1000-1700（2010）01-0018-05
Change of Storage Substance Contents and Sucrose-metabolizing Enzyme
Activities on GA3 induced during the Variable-temperature Stratification of
M.sieboldiiK.Koch Seeds
LU Xiu-juna, LIU Yue-yanga, LI Tian-laib, WU Kea, CHEN Xiao-xua
(a.College of Forestry, b.College of Horticulture/Key Laboratory of Protected Horticulture of Liaoning Province, Shenyang Agricultural University,
Shenyang 110866, China)
Abstract： In order to understand the characterristics of suger metabolism in M.sieboldiiK.Koch seeds, monitored the changes of
starch, suger and sucrose metabolism enzyme activities were monitored on GA3 induced of M.sieboldiiK.Koch seeds during
variable -temperature stratification process. The results showed that the starch as a temporary substance was decomposed
continuously on GA3 induced during the stratification process, starch content of CK treatment reduced the minimum value afeter
stratification process (0.43 mg·g-1). Sucrose were predominantly accumulated in the early stratification stages (40 days) and late
stratification stages (120 days), suger content of CK treatment reduced the maximum value afeter stratification process(2.3mg·g-1).
In the same time period the activities of sucrose synthase (SS) and sucrose phosphate synthase (SPS) rised, while the activities of
acid invertase (AI) and neutral invertase (NI) reduced. The sucrose content were decomposed continuously; Glucose and fructose
content increased with the increasing amount of GA3, and 1500mg·L-1 of GA3 treatment had the highest content of glucose and
fructose, 0.33mg·g-1 and 0.38mg·g-1, respectivelies. Meanwhile, the activities of AI and NI reached the maximum.
Key words： M.sieboldiiK. Koch; GA3; starch; carbohydrate; sucrose- metabolizing enzyme
天女木兰(Magnolia sieboldiiK.Koch)种子秋季采收后种胚尚未发育完全，是导致其种子深休眠的主要原
因[1]。 种子在催芽过程中，一般先进行浸种处理，后经低温沙藏，再经变温或高温催芽，才能解除休眠，而且在催
芽过程 GA3浸种能促进种子形态后熟提前完成，有利于种子萌发 [2-3]。 种子的发育过程包含了一系列的组织分
化、细胞伸长和贮藏过程。 所有这些过程都受到了糖代谢的控制，主要是代谢过程中转化酶(酸性转化酶 acid
invertase，AI 和中性转化酶 neutral invertase，NI)、 蔗糖合成酶 (sucrose synthase，SS) 及蔗糖磷酸合成酶(sucrose
phosphate synthase，SPS)对种子发育的影响 [4]，然而对于糖代谢的研究主要集中在果实中糖的运输、代谢与积累
及其调控对果实风味和品质的影响[5-6]。 在南瓜果实发育过程中发现，果实生长前期 AI 和 NI 活性较高，在果实
生长中后期 SPS和 SS活性上升,与成熟时酶活性趋于平衡[7]。番茄在品质形成期，淀粉含量下降，以积累果糖为
主，AI 和 NI 活性急剧升高，SPS 和 SS 活性很低[8]。 但对于种子层积过程中糖含量与蔗糖代谢相关酶作用之间
第 1期
关系研究还很少。本试验以 GA3诱导天女木兰种子，研究变温层积过程中淀粉、糖含量及关键酶活性变化规律，
以期揭示天女木兰种子层积过程中糖代谢的特性，为指导种子贮藏和催芽奠定理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料
供试天女木兰种子采自辽宁省老秃顶子国家级自然保护区天然生长的天女木兰实生树。 2007 年 10 月 20
日采种后冰箱冷藏（2～5℃）备用。 供试赤霉素（GA3）购自 Sigma公司。
1.2 方法
12 月 20 日脱去天女木兰种子外种皮 ， 经 0.2％KMnO4 溶液表面消毒 30min， 清水洗净后分别用
500，1000，1500mg·L-1 GA3溶液浸种处理 48h，以清水浸种为对照（CK），试验设 3 次重复。将处理后的种子分别
与湿沙混拌（V/V＝1:3），放入直径 20cm，高 20cm的泥盆中进行变温层积。变温层积过程为：0～5℃低温层积处理
30d 后，8～10℃/-5～0℃昼夜变温层积处理 60d，交替变温层积处理 30d（高温 12～14℃，低温 0～5℃，每隔 5d 变温
1次）。 层积处理 0，40，70，90，120d取样，液氮速冻后放入-70℃超低温冰箱作为待测样品。
1.3 测定项目
1.3.1 种子内淀粉及糖含量的测定 淀粉含量采用蒽酮比色法测定[9]。果糖、葡萄糖与蔗糖的提取与测定参照齐
红岩等[10]的方法，试验设 3次重复。 取 3g种子研磨后，85％乙醇沸水浴浸提 3次，300μL 超纯水定容，过 0.22μm
滤膜，HPLC 测定条件为：Waters 600E 高效液相色谱，氨基柱（Dikma 公司）, 柱温 40℃，2410 示差检测器，流动
相比例为 75%乙腈:25%超纯水,流速为 1.0 mL·min-1。 所得数据采用 Waters Millennium 软件控制及数据处理。
1.3.2 蔗糖代谢相关酶活性的测定 酶的提取与测定参照齐红岩等[10]的方法,试验设 3次重复。 取冷冻的样
品，加 0.5gPVPP 和 10 mL HEPES 缓冲液, 冰浴研磨过滤后，于 12000×g (4℃) 离心 20min，上清液逐渐加硫酸
铵，再以 12000×g (4℃)离心 20 min, 用 HEPES缓冲液 3 mL 溶解沉淀，再用稀释 10 倍的缓冲液透析 20 h(4℃)，
得酶提取液。
转化酶活性测定采用 0.8mL 反应液 (AI pH 值 4.8 或 NI pH 值 7.2 的 0.1mol·L-1 Na2HPO4-柠檬酸钠, 0.1
mol·L-1的蔗糖 ) 中加入 0.2 mL酶液 , 37℃孵育 30min, 用 3,5 -二硝基水杨酸法测定生成的还原糖含量。 蔗糖
合成酶 (SS) 活性测定（本试验主要测定 SS 的合成活性）采用 0.6mL 反应液(0.05mol·L-1 果糖，0.82% UDPG，0.1
mol·L-1 Tris，10mmol·L-1 MgCl2) 中加入 0.2mL 酶液，37℃孵育 30min, l00℃下水浴 lmin， 加 0.lmL 2mol·L-1
NaOH，沸水浴中 10min，加 3.5mL HCI 和 lmL 间苯二酚，80℃水浴 10min，在 480nm 下比色。 蔗糖磷酸合成酶
(SPS)测定（仅反应液与 SS不同）是将 0.1mol·L-1果糖换成 6-磷酸果糖即可。 酶的活性单位用 Suc mmol·h-1·g-1FW
表示。
试验所得数据采用 SPSS13.0软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 变温层积过程中 GA3诱导天女木兰种子碳水化
合物含量的变化
2.1.1 淀粉含量 由图 1 可知， 在天女木兰种子层积
催芽过程中，各处理的淀粉含量变化趋势一致，总体呈
逐渐下降趋势。在层积 0～40d时，GA3处理淀粉的含量
由原来的 10mg·g-1迅速降低至约 2.2mg·g-1； 层积 70d
时，1500mg·L-1GA3处理淀粉含量持续下降， 其余各处
理淀粉含量略有增加；层积 90d 时，各处理淀粉含量均
迅速降至相同水平，之后持续缓慢下降至 1.0 mg·g-1。
2.1.2 葡萄糖、果糖和蔗糖含量 由图 2 可知，果糖和
葡萄糖变化趋势一致，但葡萄糖较果糖含量变化剧烈。
层积 40d 时， 果糖和葡萄糖含量变化不大； 层积 70d
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时，果糖和葡萄糖含量出现不同程度的增加，CK 果糖和葡萄糖含量明显高于 GA3各处理，这可能是 GA3加剧
种子呼吸而消耗了营养物质转化而来的糖；层积 70～90d，仅 CK 果糖和葡萄糖含量减少，GA3处理糖含量逐渐
升高，峰值出现在层积处理 90d 时，糖含量上升程度随 GA3浓度的增加有增强的趋势，说明随着 GA3浓度的增
加，GA3能够诱导果糖和葡萄糖含量急剧增加；层积 90d 后果糖和葡萄糖含量逐渐下降，各处理之间糖含量差
异较大，1500mg·L-1 GA3处理果糖和葡萄糖含量最高，分别为 0.33mg·g-1和 0.38mg·g-1。
由图 3 可知， 层积前天女木兰种子中蔗糖含量高达 1
mg·g-1；层积 40d 时，各处理蔗糖含量迅速增加，CK 处理蔗
糖含量明显高于 GA3各处理。 层积 40～90d，蔗糖含量急剧
下降，GA3处理蔗糖含量下降至最低点（约 0.20mg·g-1），层
积 90d 后，CK 种子蔗糖含量变化较缓，GA3处理蔗糖含量
有小幅度的增加。
2.2 变温层积过程中 GA3诱导天女木兰种子糖代谢关键
酶活性的变化
2.2.1 转化酶活性 天女木兰种子层积过程中，AI 和 NI
活性变化一致（图 4）。 层积处理 0～40d，AI 和 NI 活性均迅
速降低，其中 500mg·L-1GA3处理的 AI 活性下降最缓，其余
3 个处理均降至约 7.0mmol·g-1·h-1 FW。 CK处理 NI活性变
化最为显著，由 16.9 mmol·g-1·h-1 FW降至 4.8 mmol·g-1·h-1
FW，1000mg·L-1 GA3处理次之，500mg·L-1 GA3处理变化最
不显著；层积 40～70d，各处理 AI与 NI活性均呈上升趋势，CK处理增加最为缓慢，500mg·L-1GA3处理处于最高
值，AI 与 NI 活性均增加至约 17.5 mmol·g-1·h-1 FW，1000 mg·L-1 和 1500mg·L-1GA3 处理活性相当； 层积 70～
90d，CK 处理 AI 和 NI 活性增加迅速，GA3各处理小幅升高；到层积 120d 时，AI 与 NI 活性变化平缓，恢复到层
积前水平。
2.2.2 蔗糖合酶活性 由图 4 中 SS 活性可知，层积 0～40d ，GA3各处理均呈上升趋势，以 1000mg·L-1 GA3处
理增加最显著，由 4.2 mmol·g-1·h-1 FW 增至 6.8 mmol·g-1·h-1FW，CK 处理活性几乎未变；层积 40～70d 时 SS 活
性持续上升，1000mg·L-1与 1500mg·L-1 GA3处理均达到最高值约 7.7 mmol·g-1·h-1 FW，此时 GA3促进了蔗糖合
成的能力增强；层积 70～90d 时 SS 急剧下降，其中 1000 mg·L-1和 1500mg·L-1 GA3处理降幅度最大，均降低了
约 5.5 mmol·g-1·h-1 FW，GA3各处理合成蔗糖的能力减弱； 层积 90～120d，CK与 500mg·L-1 GA3处理变化不大，
1000 mg·L-1和 1500mg·L-1 GA3处理呈较为明显的上升趋势。 但层积前后比较，SS活性回到层积前水平。
2.2.3 蔗糖磷酸合酶活性 由图 4 可知，层积 0～40d 时各处理 SPS 活性增加，以 1000mg·L-1 GA3处理增加最
20· ·
第 1期
显著，SPS活性比层积前增加了 2.1 mmol·g-1·h-1 FW； 层积 40～70d，CK与 500mg·L-1 GA3处理 SPS活性变化不
大，而 1000mg·L-1和 1500mg·L-1 GA3处理共同降至约 3.8 mmol·g-1·h-1 FW；之后各处理活性表现出不同程度
的下降，以 1500mg·L-1 GA3处理 SPS活性降幅最大；到层积结束时，各处理又缓慢上升，但 CK与 GA3各处理相
比，在层积后期（70～120d）一直维持在较高水平上，说明在整个层积后期 GA3明显降低了 SPS 活性，促使合成
蔗糖的能力减弱。
3 结论与讨论
GA3诱导天女木兰种子变温层积催芽，在此过程中糖类代谢非常旺盛，碳水化合物含量变化急剧。 其中淀
粉在 GA3诱导下含量急剧减少，层积结束后 CK 处理淀粉含量最少，仅为 0.43 mg·g-1；层积 40d 时蔗糖出现峰
值，CK处理蔗糖含量高，为 2.3 mg·g-1，AI和 NI活性降低，SS 和 SPS 活性升高；层积 90d 时，GA3各处理蔗糖含
量降低到最小值，葡萄糖和果糖含量大量积累，以 1500mg·L-1 GA3 处理果糖和葡萄糖含量最高，分别为 0.33
mg·g-1和 0.38 mg·g-1，AI 和 NI 活性达到最大值；层积后期（90～120d）果糖和葡萄糖含量降低，蔗糖含量重新升
高，SS和 SPS活性再次升高。
试验结果表明，对淀粉的测定结果与宁夏枸杞果实发育过程中淀粉含量变化相一致 [11]。层积过程中天女木
兰种子淀粉含量逐渐下降，可见淀粉不是主要的积累物质，只是在层积前期作为一种暂时储存的物质，说明淀
粉在层积过程中不断地分解代谢，为萌发做物质动员[12]。可溶性糖（葡萄糖和蔗糖等）是种子发育中一种重要的
信号分子，糖的浓度水平控制了胚胎从发育到衰老的整个过程[13]。蔗糖由母体产生，在层积前期（40d）迅速积累
到最大，之后在细胞壁中由转化酶不断水解成葡萄糖和果糖，这些还原糖的产物将运输到子代的贮藏组织中，
在贮藏物质合成之前，这些组织获得还原糖的多少，直接影响到胚胎的发育[4]。 葡萄糖和果糖含量变化趋势一
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致，GA3各处理在层积中期开始积累葡萄糖和果糖。 层积结束后 GA3各处理果糖、葡萄糖含量明显高于 CK，而
蔗糖含量则低于 CK。 在种子的早期发育过程中，蔗糖由种皮中细胞壁转化酶水解，转化酶活性很高，还原糖和
蔗糖的比率增加加快了细胞的分裂，因此转化酶活性对于种子早期发育至关重要 [14]。本试验中天女木兰种子转
化酶活性（AI与 NI）在层积初期活性迅速上升，层积后期（120d）AI 与 NI 活性减少，而高活性的 SS 与 SPS 促进
蔗糖的合成，使还原糖和蔗糖的比值下降，可能会促进贮藏过程的发生。 糖代谢过程与种子发育调控存在着复
杂的相互关系，其调控作用的方式、部位及与其他因子的相互关系尚待进一步探讨，对于激素信号转导与糖代
谢的关系及蔗糖代谢关键酶基因表达调控也应进行深入研究。
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[责任编辑 马迎杰]
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