高粱品种成熟期抗性生理指标及可溶性糖与SS和SPS活性相关性研究

摘要 [目的]通过研究不同品种杂交高粱抗性生理指标的差异并探索其可溶性糖的含量与SS酶及SPS酶活性的关系，建立高效精确选育抗性强产量高的优质高粱种质资源的重要途径。[方法]选用愈创木酚比色法、氮蓝四唑光还原法、紫外分光光度计法分别提取并测定POD、SOD、CAT活性;采用优化后的蒽酮比色法测定叶片可溶性糖含量并以硫代巴比妥酸法测定MDA含量;SS及SPS活性的测定均采用间苯二酚比色法。[结果]辽糯10号同时具有抗逆性强、可溶性糖含量高的双重优势;辽糯15号SOD和CAT活性最高但MDA含量最低，表明其抗逆性在所有品种中最强;辽杂66号具有较高的SS及SPS活性，从而对糖分积累有促进作用，利于实现高产。[结论]从多角度阐明了高粱抗旱、耐盐碱机制，丰富其抗性生理内容;进一步发掘并了解高粱糖分积累机制，明确高粱糖分积累分子调节机制的内在机理，建立了精确选育抗性强、产量高的优质高粱种质资源的重要途径，并制定强化高粱抗性及产量的技术措施，为筛选近缘农作物的优质种质资源、提高农作物的育种技术水平、筛选其差异表达基因后再进行蛋白质组和转录组关联分析、挖掘调控高粱抗性强弱及糖分积累的关键基因及解析其分子调控机制奠定坚实的理论基础。

关键词 高粱;SOD;POD;SPS;种质资源

中图分类号 S514  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）01-0046-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.013

Study on Correlation between the Soluble Sugar and the SS and SPS Activities of Different Sorghum Varieties at Maturity and Analysis of Physiological Indexes of Resistance

SHANG Jing，LU Jin-yu，HUANG Yu-xi et al

（College of Life Science， Shenyang Normal University， Shenyang， Liaoning 110034）

Abstract [Objective] To explore the relationship between soluble sugar content and SS and SPS enzyme activities in sorghum， and to establish an effective way to select high-quality sorghum germplasm resources with strong resistance and high yield. [Method] The activities of POD， SOD and CAT were extracted and determined by guaiacol colorimetry， azoblue tetrazole photoreduction and UV spectrophotometer， respectively. The contents of total available sugar and acetaldehyde were determined by antraton non-color optimization method and mercaptan acid non color method， respectively. The activities of SS and SPS were determined by isophthalic phenol colorimetry. [Result] Liaonuo 10 had the double advantages of strong stress resistance and high soluble sugar content at the same time;Liaonuo 15 had the highest SOD activity， CAT activity and the lowest MDA content， which indicated that it had the strongest stress resistance;Liaoza 66 had the highest SS and SPS enzyme activities， which promoted sugar accumulation and achieved high yield. [Conclusion] The mechanism of drought resistance and saline alkali tolerance of sorghum was revealed from many aspects， and the physiological content of stress resistance of sorghum was enriched;the mechanism of sugar accumulation in sorghum was explored and further understood， and the internal mechanism of molecular regulation mechanism of sugar accumulation in sorghum was clarified. An important way to accurately select high-quality sorghum germplasm resources with strong resistance and high yield was established， and technical measures to strengthen sorghum resistance and yield were formulated ， so as to screen the high-quality germplasm resources of related crops， to enhance crop breeding level， to screen different expressed genes， to carry out proteome and transcriptome association analysis， to explore the regulation of sorghum resistance， and to find out the key genes of sexual strength and sugar accumulation and their molecular regulation mechanism.

Key words Sorghum;SOD;POD;SPS;Germplasm resources

基金项目 辽宁省教育厅重点攻关项目（LZD201901）。

作者简介 商靖（1996—），女，辽宁北票人，硕士研究生，研究方向：植物基因工程。通信作者，教授，博士，从事植物基因工程研究。

收稿日期 2021-05-03;修回日期 2021-06-08

高粱又称蜀黍，是全球第五大粮食作物[1]。因较高的二氧化碳固定效率，使其同时具有抗旱、耐涝、耐瘠薄、光合效率高等显著特点，是目前干旱、瘠薄和盐碱等农田种植的主要经济作物之一。与玉米相比，高粱叶片较窄、叶面积较小、气孔数目较少且叶表面具有一层蜡质层起到保护作用，使得高粱水分蒸发大幅度减少，因此抗旱、耐涝、抗盐碱等能力均强于其他夏季农作物，并能在干旱条件下保持体内水分平衡，并且生长周期的需水量都远小于其他的作物[2]。此外，高粱也极其耐涝，只要所处生存环境中的水没有将高粱穗淹没，都对其生长和发育的影响不太大。同时高粱对水肥要求低，在肥力不足时也能获得高产[3]。

我国高粱品种较多，应用的途径也多种多样，既可直接食用、饲用，又可加工利用，对食品工业、畜牧业等方面均具有广泛的现实和潜在价值[4-5]，可以满足我国各类产业的不同需求，减少各行业消费对国际市场的过度依赖。因此高粱的合理开发利用对于解决国家能源短缺问题、改善生态环境、促进国民经济的可持续发展至关重要。

综上所述，为深入了解并解决高粱在育种上存在的问题，笔者测定不同高粱主栽品种在不同时期 SOD、POD、CAT活性变化和 MDA、可溶性糖含量并比较各指标间的差异，探究并揭示糖分积累的规律与其糖代谢机理，根据研究结果从多方面筛选出抗逆性强、光合效率高、生物产量高的优良品种，为提高作物育种水平建立选育优质高粱品种的方法，为培养更优质的高产高抗粮食作物与品种奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

来源于辽宁省农业科学院提供的12个不同高粱品种，分别为辽糯10号、辽糯11号、辽糯15号、辽杂37号、辽杂57号、辽杂58号、辽杂61号、辽杂62号、辽杂66号、辽杂73号、辽杂79号。成熟期随机取材，取材部位为高粱倒2叶，每个样品进行3次重复。

1.2 方法

1.2.1 酶液制备。

1.2.1.1 抗性指标酶液制备。

取0.5 g新鲜叶片，置于液氮预冷后的研钵中，加入适量的液氮（不超过研钵容积的1/3），快速研磨至磨成粉末状，再加入5 mL预冷的以50 mmol/L磷酸缓冲液（pH 7.8）配制而成的酶提取液[6]。在冰浴条件下静置10 min，4 ℃，9 915 r/min离心20 min，弃沉淀后收集的上清液，即为试验用酶提取液，冰箱低温保存，用于测定SOD、POD、ACT 活性和MDA 含量。

1.2.1.2 可溶性糖含量溶液制备。

称取0.5 g新鲜高粱叶片，剪碎后放于研钵中，放入适当的石英砂和蒸馏水，仔细研磨成匀浆状后，转移到带刻度的试管中，再用10 mL蒸馏水分数次冲洗研钵。将试管置于80 ℃水浴锅中，恒温加热30 min后取出，待试管冷却后，将溶液过滤2次至100 mL容量瓶中，用热的蒸馏水冲洗残渣数次，最后定容至100 mL。

1.2.1.3 蔗糖合成酶（SS）及蔗糖磷酸酶（SPS）溶液制备。

称取新鲜高粱叶片1 g，置于液氮预冷的研钵中，研磨同时加入6 mL Hepes-NaOH缓冲液，将叶片匀浆转至离心管中，在4 ℃下，10 000转离心10 min，提取上清液。

1.2.2 指标测定。

采用愈创木酚比色法、氮蓝四唑光还原法、紫外分光光度计法分别提取并测定POD、SOD、CAT活性[7];采用优化的蒽酮比色法和硫代巴比妥酸法分别测定可溶性糖总含量及MDA含量[8];采用间苯二酚比色法测定 SS 和 SPS 的活性[6]。上述数据测定均进行重复试验3次。

1.3 数据分析

采用 Origin 8.6和Excel 2016软件进行试验数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 不同品种成熟期SOD活性比较

不同品种高粱成熟期SOD活性具有明显差距，辽糯10号的SOD活性在成熟期最高并显著高于其余品种，辽杂58号的SOD活性次之;辽糯15、辽糯11、辽粘03、辽杂37的SOD活性没有明显差别。而辽杂57号的SOD活性在成熟期最低，甚至接近无活性，辽杂66号次之，辽杂62、辽杂61、辽杂73的SOD活性均大幅低于辽糯10等高SOD活性品种且相互之间不存在明显差异（图1）。

2.2 不同品种成熟期POD活性比较

不同品种高粱在成熟期（除个别品种外）POD活性差异不明显：成熟期POD活性最高的品种是辽糯10号，辽杂73的POD活性次之，但两者间差距甚微并显著高于其余品种;而辽杂61的成熟期POD活性最低且仅为辽糯10的50%，辽杂66、辽糯11等其余品种POD活性稍高于辽杂61，但不存在显著差异（图2）。

2.3 不同品种成熟期CAT活性比较

不同高粱品种在成熟期时CAT活性存在显著差异，辽杂73成熟期的CAT活性最高且明显高于其余品种，辽糯15成熟期的CAT活性次之;辽粘03、辽糯10、辽杂61在成熟期的CAT活性不存在显著差异;而辽杂66在成熟期的CAT活性最低，仅为辽杂73号的10%（图3）。

2.4 不同品种成熟期MDA含量比较

不同品种高粱的MDA活性在成熟期差异显著，辽杂66和辽杂57的MDA活性在成熟期显著高于其余各品种，但两者间差距甚微。而辽糯15的MDA活性最低，仅为辽杂66的25%（图4）。