全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2006, 33 (3) : 529～533
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2005 - 06 - 27; 修回日期 : 2005 - 09 - 13
基金项目 : 江苏省自然科学基金资助项目 (BK2002403) ; 江苏省高校自然科学基金项目 (04KJA210158)3 通讯作者 Author for correspondence
黄瓜叶片和韧皮部汁液中碳水化合物及相关酶的日
变化
蒋亚华　缪 珉 3 　陈学好　曹碚生
(扬州大学农学院园艺系 , 江苏扬州 225009)
摘 　要 : 以黄瓜叶片和韧皮部汁液为对象 , 研究 1个昼夜周期中各种碳水化合物含量及相关酶活性的
变化。结果表明夜间至上午 10: 00, 葡萄糖和果糖是叶片中主要的可溶性糖 , 而下午 13: 00至 16: 00,
水苏糖成为成熟叶片中含量最高的可溶性糖 , 这种变化主要由叶片中水苏糖含量剧烈的昼夜变化引起 ; 当
黄瓜同化物从源叶向外运输时 , 韧皮部汁液中的可溶性糖以水苏糖为主 , 运输完毕后则以蔗糖为主 ; 黄瓜
成熟叶片在夜间以淀粉、葡萄糖、果糖、水苏糖、蔗糖等各种形式贮藏尚未运出的同化物 , 而此时韧皮部
汁液中葡萄糖、果糖、水苏糖的含量极低 , 可能有特定的源库调节机制阻止叶片中的可溶性糖在夜间进一
步向韧皮部中装载。
关键词 : 黄瓜 ; 碳水化合物 ; 日变化
中图分类号 : S 64212　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2006) 0320529205
D iurna l Changes of Non2structura l Carbohydra tes and Rela tive Enzym es in
L eaves and Phloem Sap of Cucum ber
J iang Yahua, M iao M inm in3 , Chen Xuehao, and Cao Beisheng
(D epartm ent of Horticu lture, A gricu ltura l College, Yangzhou U niversity, Yangzhou, J iangsu 225009, China)
Abstract: D iurnal patterns of non2structural carbohydrates and relative enzymes in mature leaves and
phloem sap in cucumber (Cucum is sa tivus L. ) were studied. The results showed that glucose and fructose are
p rimary soluble sugars from night to 10: 00 a1m. in mature leaves, but during 13: 00 - 16: 00 p1m. ,
stachyose becomes the most abundant oligosaccharide, this diurnal change is mostly due to the tempestuous
fluctuation of stachyose concentration in mature leaves. During photoassim ilate transportation, the p rimary sol2
uble sugar in phloem sap is stachyose. W hen transportation is finished, sucrose becomes the main sugar in
phloem sap. Cucumber leaves may store photoassim ilate in the form s of starch, glucose, fructose, stachyose
and sucrose at night. The concentrations of glucose, fructose and stachyose in phloem sap are much lower than
in leaves at that time. There may be some unique mechanism s modulating source2sink translocation by which
soluble sugars in leaves were p revented from loading into the phloem further during night.
Key words: Cucumber; Carbohydrate; D iurnal change
植物的光合作用在一个昼夜周期中会呈现有规律的变化 , 其光合产物在从源到库的运输过程中也
会有一定的日变化规律。这种规律性的变化以及代谢过程中各种糖类和酶类变化的具体情况及其对环
境条件的反应 , 往往是指导作物设施栽培中如何进行科学管理的依据。与大多数高等植物不同 , 黄瓜
以水苏糖作为体内光合产物的主要运输形式〔1〕。与蔗糖运输型植物相比 , 水苏糖运输型植物的光合
产物在输出之前尚需经历由蔗糖合成水苏糖的步骤 , 可以预测 , 黄瓜在一个昼夜周期中的源库变化规
律将较蔗糖运输型植物更为复杂。尽管目前已有大量关于黄瓜光合作用日变化规律的报道〔2〕, 但这
些研究均未涉及到碳水化合物的具体代谢过程。为此 , 本试验以黄瓜叶片和韧皮部汁液为对象 , 研究
一个昼夜周期中各种碳水化合物含量及相关酶活性的变化情况 , 以期为进一步探索水苏糖运转型植物
园 　　艺 　　学 　　报 33卷
源库调节关系提供基础 , 并为制定黄瓜设施栽培管理技术提供生理学依据。
1　材料与方法
111　试验材料及栽培管理
供试材料为黄瓜 (Cucum is sa tivus L. ) ‘津研 4号 ’ (购于扬州蔬菜种子公司 )。种子于 2004年 4
月直播于扬州大学农学院蔬菜试验地 , 常规栽培管理 , 单蔓整枝 , 生长过程中每个植株只在 5～7节
间保留 1果 , 其余雌花全部摘除。
112　取样时间、部位和方法
当田间大量植株 5～7节的雌花开放时 , 选择生长健壮的雌花挂牌标记 , 于花后两周 (2004年 6
月 18日 ) , 分别在 1: 00、4: 00、7: 00、10: 00、13: 00、16: 00、19: 00、22: 00时于果实所在
的节位取叶片和韧皮部汁液。其中韧皮部汁液的取样参照 M itchell等的方法〔3〕: 用锋利刀片切割紧邻
果实所在节位上方和下方的茎和该节位的叶柄 , 将流出物混合后用于各种可溶性糖含量的测定。韧皮
部汁液及一部分叶片取样后立即投入液氮中冷冻后移至 - 40℃冰箱保存 , 以待测定各种糖的含量和
酶的活性。另一部分叶片立即杀青并烘干 , 用于淀粉含量的测定。所有样品重复取样 3次 , 其中每个
样品均为来自 5个植株相应部位的混合物。
113　温度、光合有效辐射 ( PAR) 和光合速率的测定
用温度计测定当天的田间温度 , 用 C I2301型二氧化碳分析仪测定 PAR和光合速率。其中光合速
率选取果实所在节位的健壮成熟叶片测定。每测定重复 3次。
114　糖和淀粉及相关酶的提取和测定
各种可溶性糖的提取方法参照杜永臣的方法加以改进〔4〕。取 013 g样品 , 充分研磨均匀 , 用 50
mL提取液 (乙醇 ∶水 ∶甲酸 = 33 ∶7 ∶2, ) 匀浆 10 m in, 5 000 g·m in - 1下离心 15 m in, 取上清液 ,
重复 3次。合并上清液 , 在 40℃减压蒸干 , 加入 15 mL无离子水溶解 , 再加入 5 mL氯仿 , 振荡离
心 , 去有机相 , 重复 3 次。水相用 011 mol·L - 1 NaOH 调 pH 至 710, 置于旋转蒸发器下蒸干
(40℃) , 用 500μL无离子水溶解 , 经 0145μm针式滤器过滤后待测。参照 M itchell等的方法〔3〕, 用
480μL 80%的乙醇提取 20μL韧皮部汁液 , 置于旋转蒸发仪下蒸干 (40℃) , 用 500μL去离子水溶
解 , 经 0145μm针式滤器过滤后待测 (鉴于以上两种提取方法不同 , 图中数据均经过损失率的换
算 )。各种可溶性糖的测定参照杜永臣的方法加以改进〔4〕, 采用高效液相色谱法 , W aters2244色谱仪
及示差折射检测器 , 色谱条件为 SugarPakⅠ柱 , 流动相 H2 O, 流速 016 mL·m in - 1 , 柱温 75℃, 进样
量 20μL。果糖、葡萄糖和蔗糖标样购自 Am resco公司 , 水苏糖标样购自 Sigma公司。酸性转化酶
(A I)、中性转化酶 (N I) 的提取和测定参照 Lowell等的方法〔5〕。蔗糖合成酶 ( SS)、蔗糖磷酸合成酶
( SPS) 和淀粉的提取和测定参照现代植物生理学实验指南〔6〕。α -半乳糖苷酶的提取和测定参照杜永
臣的方法加以改进〔4〕: 取溶于 011 mol·L - 1 Hepes2NaOH (pH 715) 缓冲液的 16 mmol·L - 1水苏糖
018 mL加入 015 mol·L - 1的 Hepes2NaOH (pH 715) 缓冲液 014 mL和 014 mL酶提取液 , 37℃水浴 15
m in, 煮沸 2 m in终止反应 , 吸取 016 mL 上述混合液 , 加入 0145 mL 含有 4 mmol·L - 1谷胱甘肽
( GSH) 和 4 mmol·L - 1二磷酸吡啶核苷酸 (NAD ) 的 011 mol·L - 1 Tris缓冲液 (pH 816) , 测定
340 nm处的吸光值 , 再加入 5μL 01075 U的半乳糖脱氢酶 (购自 Sigma) 溶液 , 置于室温下反应 1
h, 再测定其在 340 nm下的吸光值 , 以两次读数的差值表示α -半乳糖苷酶的活性。
2　结果与分析
211　取样当天田间气温及 PAR的日变化
如图 1所示 , 取样当天的气温在 13: 00 出现最高值 ( 31℃) , 最低值 ( 22℃) 出现在凌晨
4: 00,昼夜温差 9℃。PAR最大值也出现在 13: 00左右 , 为 650μmol·m - 2 ·s- 1。
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　3期 蒋亚华等 : 黄瓜叶片和韧皮部汁液中碳水化合物及相关酶的日变化 　
212　净光合速率的日变化
黄瓜在 7: 00有微弱的光合作用 , 10: 00时
净光合速率迅速提高 , 达到一天的最大值 , 约为
(CO2 ) 2214 μmol ·m - 2 · s- 1 , 至 13: 00 和
16: 00,净光合速率下降 , 19: 00时仍有微弱的
净光合速率 , 约为 (CO2 ) 412μmol·m - 2 ·s- 1。
213　叶片糖和淀粉含量及相关酶活性的昼夜变化
如图 2所示 , 黄瓜成熟叶片中果糖、葡萄糖
和蔗糖含量在光照条件下均缓慢提高 , 进入夜间
后有所下降 , 但上升和下降幅度都不大。水苏糖
含量 10: 00后急剧上升 , 最大值出现在 13: 00,
约为 3103 mg·g- 1 FM , 而后逐步下降 , 昼夜含量
变化十分明显。上午成熟叶片淀粉含量在光照下
缓慢升高 , 13: 00～16: 00有所下降 , 在 16: 00
～22: 00, 即傍晚和进入夜间的前一段时间内其
含量又有所提高 , 午夜 1: 00下降至最低值。
由图 3可知 , 黄瓜叶片中 SPS活性在一天中
波动较大 , 总体来说下午活性较高 , 夜间活性较
低。SS活性 (合成方向 ) 从下半夜开始即缓慢提
高 , 直至 16: 00达最大值 , 此后迅速下降 , 前半
夜维持较低水平。叶片中的 A I活性上午较高 , 中
午开始下降 , 下午又有所回升 , 直至前半夜一直
维持在较高水平。N I活性在一个昼夜周期中变化
不大 , 且一直处于较 A I低的水平。叶片中 α2半
乳糖苷酶最低值出现在清晨 4: 00, 此后逐步上
升 , 至 13: 00达最大值 , 下午开始下降。
214　黄瓜韧皮部汁液中糖含量的昼夜变化
如图 4所示 , 韧皮部汁液中水苏糖的昼夜变
化最为明显 , 上午 10: 00后含量急剧上升 , 至
16: 00达峰值 , 而后下降 , 夜间 22: 00～7: 00
图 3　黄瓜叶片中 SS、SPS、A I、N I和
α2半乳糖苷酶活性的昼夜变化
F ig. 3　D iurna l change of the activ ity of SS, SPS, A I, N I
andα2ga lactosida se in ma ture leaves of cucum ber
图 4　黄瓜韧皮部汁液中糖含量的昼夜变化
F ig. 4　D iurna l change of sugar concen tra tion s
in cucum ber phloem sap
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含量极低 ; 而蔗糖与水苏糖的变化趋势不同 , 整个昼夜周期中其含量变化平缓 , 只是在 16: 00左右
略有增高 ; 葡萄糖 , 果糖含量极低 , 且在整个昼夜周期中未见明显变化。
3　讨论
卢育华等研究表明 , 黄瓜单个叶片的光合速率在昼夜周期中会出现 “午休 ”现象 , 但本试验中
则呈单峰曲线 , 可能是因为本试验测定时间间隔较长或栽培环境不同所导致〔2〕。
Pharr等研究表明〔1〕, 黄瓜叶片中的蔗糖含量相当高 , 常高于叶片中水苏糖含量 , 但本试验的结
果蔗糖的含量相对其它可溶性糖来说在一个昼夜周期中一直较低 , 这种差异可能是因为品种不同的原
因造成的。从图 3可以看出 , 黄瓜成熟叶片中各种可溶性糖所占的比例在一个昼夜周期中的变化主要
是由水苏糖的剧烈昼夜变化所引起的。
水苏糖是黄瓜光合产物运输的主要形式 , 其在韧皮部汁液中的含量远较蔗糖、棉子糖等其他可溶
性糖高〔7〕, 但至今未见有关黄瓜韧皮部汁液成分日变化规律的报道。根据本试验结果 , 黄瓜韧皮部
汁液中各种可溶性糖的含量在一个昼夜周期中并非一成不变 , 从 10: 00～19: 00, 汁液中水苏糖含
量高于蔗糖 , 从 22: 00～10: 00, 蔗糖含量高于水苏糖。Toki等试验数据表明〔8〕, 夜温 20℃时 , 黄
瓜叶片内的同化物可在 2 h内运输完毕 , 本试验当天的夜间温度高于 20℃, 因此可以推断 22: 00之
前 , 黄瓜叶片内的同化物应已运输完毕。结合图 5的结果可以认为 , 当黄瓜同化物从源叶向外运输
时 , 韧皮部中的可溶性糖以水苏糖为主 , 运输完毕后则以蔗糖为主 , 此时的蔗糖可能会为韧皮部及周
围组织的夜间呼吸消耗提供能源。
有研究表明 , 在装载同化物的过程中 , 水苏糖以共质体途径进行 , 至今未发现以质外体途径向韧
皮部装载水苏糖 , 而蔗糖的装载则会涉及质外体途径〔9〕。因为黄瓜以水苏糖作为光合产物的主要运
输形式 , 长期以来研究者一直认为黄瓜同化物装载过程中只存在共质体途径 , 不存在质外体途径 , 但
本试验中黄瓜夜间韧皮部汁液中的可溶性糖主要是蔗糖 , 水苏糖含量极低 , 此时黄瓜韧皮部装载是否
涉及质外体途径值得进一步研究。
结合图 3和图 5的数据可以看出 , 夜间黄瓜同化物运输完毕后 , 韧皮部汁液中葡萄糖、果糖和水
苏糖含量极低 , 此时叶片中这 3种糖的含量虽然较白天有所降低 , 但仍显著高于此时韧皮部汁液中相
应糖的水平。这表明夜间黄瓜叶片以淀粉、葡萄糖、果糖、水苏糖、蔗糖等各种形式贮藏尚未运出的
同化物 , 维持此时叶片与韧皮部之间葡萄糖、果糖、水苏糖浓度差的机制目前并不清楚 , 可能有特定
的源库调节机制阻止叶片中的可溶性糖在夜间进一步向韧皮部中装载 , 设置不同的库强度 (一个植
株上保留不同数目的果实 ) 试验可能有助于阐明该问题。
黄瓜各部位昼夜周期中 SPS、SS (合成方向 )、A I、N I活性与蔗糖、葡萄糖、果糖含量之间 , 及
α
-半乳糖苷酶 (催化水苏糖分解 ) 活性与水苏糖含量之间的无显著相关 , 暗示了黄瓜各部位在 1个
昼夜周期中碳水化合物之间复杂的代谢过程。黄瓜各部位 SPS、SS、A I活性较高 , 昼夜周期中波动比
较剧烈 , 暗示了这 3种酶可能与碳水化合物代谢密切相关。N I在各部位的活性均较低 , 且在昼夜周
期中变化平缓 , 在黄瓜碳水化合物代谢过程中可能处于次要地位。一般认为 , SS在植物体内主要行
使分解蔗糖的功能 , 但 Schaffer等研究表明 , SS在黄瓜体内主要表现为蔗糖合成方向的活性〔10〕。本
试验也测定了黄瓜各部位 SS蔗糖分解方向的活性 , 但活性很低 , 与前人研究结果一致。
参考文献 :
1　Pharr D M, Huber S C, Sox H N. Leaf carbohydrate status and enzymes of translocate synthesis in fruiting and vegetative p lant of Cucum is sa2
tivus L. Plant Physiol. , 1985, 77: 104～108
2　卢育华 , 申玉梅 , 陈莉平. 黄瓜单个叶片光合特性研究. 园艺学报 , 1994, 21 (1) : 54～58
Lu Y H, Shen Y M, Chen L P. Studies on photosynthetic characteristics of a single leaf of cucumber. Acta Horticulturae Sinica, 1994, 21
(1) : 54～58 ( in Chinese)
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　3期 蒋亚华等 : 黄瓜叶片和韧皮部汁液中碳水化合物及相关酶的日变化 　
3　M itchell D E, GadusM V, Madore M A. Patterns of assim ilate p roduction and translocation in muskmelon (Cucum is m elo L. ) . Plant Physi2
ol. , 1992, 99: 959～965
4　杜永臣. 高温对黄瓜根系可溶性糖含量和α2半乳糖苷酶活性影响. 见 : 侯喜林 , 常有宏主编. 园艺学进展 (Ⅱ) . 南京 : 东南大学
出版社 , 1998. 448～451
Du Y C. Effect of sup raop timal temperature on sugar concentration andα2galactosidase activity in roots of cucumber p lants. In: Hou X L,
Chang Y H ed. Adveances in Horticulture (Ⅱ) . Nanjing: Southeast University Press, 1998. 448～451 ( in Chinese)
5　Lowell C A, Kuo T M. O ligosaccharide metabolism and accumulation in develop ing soybean seeds. Crop Sci. , 1989, 29: 459～465
6　中国科学院上海植物生理研究所编. 现代植物生理学实验指南. 北京 : 科学出版社 , 1999. 106
Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai Institutes of B iological Sciences, Chinese Academy of Science. Modern p lant physiology
laboratory manual. Beijing: Science Press, 1999. 106 ( in Chinese)
7　Zimmerman M H, Ziegler H. L ist of sugars and sugar alcohols in sieve2tube exudates. In: Zimmermann M H, M ilburn J A ed. Encyclopedia
of Plant Physiology. New York: Sp ringer, 1975. 480～503
8　Toki T, Ogiwara S, Aoki H. Effect of varying night temperature on the growth and yields in cucumber. Acta Hortic. , 1978, 87: 233～237
9　Bush D R. Proton2coup led sucrose transport in p lasmalemma vesicles isolated from sugar beet (B eta vulgaris L. cv. GreatW estern) leaves.
Plant Physiol. , 1989, 89: 1318～1323
10　Schaffer A A, A loni B, Fogelman E. Sucrose metabolism and accumulation in develop ing fruit of Cucum is. Phytochem istry, 1987, 26 (7) :
1883～1887
收稿日期 : 2006 - 01 - 18; 修回日期 : 2006 - 04 - 26
山药 “优种大株零余子 ”快速繁殖法研究
周锁奎　 (甘肃省平凉市农业科学研究所 , 甘肃平凉 744000)
The Fa st Reproduction M ethod in the Breed ing Aer ia l Stem s of the V igorous
and Hea lthy Yam Plan ts
Zhou Suokui ( The A griculture Science Institu te in Ping liang C ity, Gansu Province, P ing liang, Gansu 744000, Ch ina)
关键词 : 山药 ; 标准种薯 ; 优种大株 ; 零余子 ; 繁殖法
中图分类号 : S 63211　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2006) 0320533201
平凉山药是优质地方山药品种 , 但由于生产上长期沿用传统的龙头 (栽子 ) 繁殖 , 繁殖系数小于 1, 生产面积逐
年减少。采用薯段繁殖成本高 , 且这两种繁殖方法均易造成种性退化。笔者在标准种薯和零余子单重对标准种薯生产
率影响等研究的基础上 , 试验成功 “优种大株零余子 ”快速繁殖法。其单株生产的合格零余子是普通栽培法的 3倍 ,
繁殖系数是龙头繁殖法的 100余倍 , 并能提纯种性。所谓 “优种大株零余子 ”, 是指选留具有平凉山药典型性状的优
株 , 并培育成优良大株 , 然后用其生产合格的零余子 , 继而培育标准种薯 , 供大田种植。现将研究结果简报如下。
　1. 种薯标准研究 　采用单薯为 90、50、36和 24 g的 1年生种薯。结果表明 , 随着种薯单重递减 , 其主径长度、一
级分枝长度、叶片数等营养体指标依次减小 , 24 g的种薯不能正常开花。各处理的薯块产量依次为 32 60815、
29 34910、24 10915和 19 23610 kg/km2 , 种薯 90 g和 50 g的产量较 36 g和 24 g的增产幅度达极显著水平 , 说明种薯
小于 50 g时 , 对薯块产量影响较大。种薯 90 g和 50 g时虽然产量较高 , 但每增加 100 kg种薯 , 两处理分别增产 47510
kg和 83117 kg。因此 , 生产上标准种薯的单薯质量以 45～50 g为宜。
　2. 零余子质量对种薯产量及标准种薯生产率的影响 　研究结果表明 , 山药种薯产量随零余子质量的增长而提高。
零余子为 > 210 g、110～210 g、015～0199 g和 < 015 g时 , 平均产量依次为 29 15818 kg、17 00215 kg、5 05315 kg和
4 24015 kg/km2。标准种薯 ( > 45 g) 生产率依次为 100%、87%、31%和 9%。经统计分析 , 表明单个零余子 110 g
是影响种薯产量和标准种薯生产率的临界值。繁殖种薯时 , 零余子应 > 110 g, 以 210 g左右为宜。
　3. 优种大株零余子生产程序及关键技术 　当年在生长期及收获时多次严格选优 , 选留无退化、无病虫害 , 具有本
品种特性 , 高产、优质植株的整薯。第 2年将选留的整薯分段催芽后种植在水肥充足、通风向阳的地块 , 按 30 000株
/ hm2 稀植 , 加强肥水及田间管理 , 培育成优种大株 , 并注意及时摘除花蕾 , 收获后将零余子分级保存。第 3年将 110
g以上的零余子按 45万粒 / hm2 播种 , 保证出苗率 80% , 育成约 30万个标准种薯 , 供大田生产。110 g以下的零余子
则按 150万粒 / hm2 播种 , 保证出苗率 60% , 可育成 90万个 < 45 g的小种薯。第 4年将小种薯按 15万株 / hm2 播种 ,
当年少数长成商品山药 , 其余育成标准种薯 , 供大田生产。
　4. 成果应用 　　本成果应用于生产 , 在 2003～2005三年内共建立繁殖田 4 hm2 , 生产零余子 4 000余万株粒 , 繁殖
标准种薯 2 500万株 , 使平凉山药迅速扩大到 340 hm2 , 有力地推进了规模化生产进程。
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