瓜尔豆半乳甘露聚糖生物合成的生理机制及其调控研究

瓜尔豆种子胚乳中的主要成份是半乳甘露聚糖，其优良的理化特性使其在造纸、纺织、食品、炸药、采矿、农药、石油、医药等领域得到了广泛利用。瓜尔豆起源于巴基斯坦、印度，在原产地为严格的短日照植物，新疆的水土、温热条件与瓜尔豆的原产地极其相似，选育出对日长不敏感的品种，本地区可以成为瓜尔豆的栽培中心。自1999年，我们已选育出多个单产超过150千克的品系在生产中推广运用。在生产中发现，同一品系在不同的地区或不同的栽培管理模式下，瓜尔胶含量差异较大。因此，有必要对瓜尔胶积累的生理机制进行研究。本项目主要研究瓜尔豆种子半乳甘露聚糖积累过程中果荚及种子各部位各种糖的时空变化、合成半乳甘露聚糖各种相关酶的变化特性、半乳甘露聚糖的细胞定位等，从而揭示胚乳中半乳甘露聚糖生物合成的生理机制，为瓜尔豆生产提出有效的调控技术；同时,可为加工、利用半乳甘露聚糖胶及选育瓜尔豆优良品种提供科学依据。

瓜尔豆种子胚乳中的主要成份是半乳甘露聚糖，其优良的理化特性使其在造纸、纺织、食品、炸药、采矿、农药、石油、医药等领域得到了广泛利用。瓜尔豆起源于巴基斯坦、印度，在原产地为严格的短日照植物，新疆的水土、温热条件与瓜尔豆的原产地极其相似，选育出对日长不敏感的品种，本地区可以成为瓜尔豆的栽培中心。自1999年，我们已选育出多个单产超过150千克的品系在生产中推广运用。但在生产中发现，同一品系在不同的地区或不同的栽培管理模式下，瓜尔胶含量差异较大。因此，项目主要研究了瓜尔豆种子半乳甘露聚糖积累过程中各种糖的时空变化、合成半乳甘露聚糖各种相关酶的变化特性；水分、温度、光照和外源植物生长调节剂对瓜尔豆生长发育、半乳甘露聚糖合成过程中相关糖含量和酶活性变化的影响。结果表明，瓜尔豆种子在开花后10d左右开始积累半乳甘露聚糖，在花后10d至花后30d 之间积累缓慢，在花后30d以后积累速度迅速上升，至花后45d积累速度开始下降，花后55d以后不再积累。与充分灌溉相比，轻度水分胁迫（充分灌溉的80%）和重度水分胁迫（充分灌溉的60%）均极显著地增加了瓜尔豆种子的产量、显著提高了瓜尔豆种子的千粒重，因此，轻度水分胁迫既可实现高产优质的目的，又能最大限度的节约水分，是非充分灌溉的良好选择，在极干旱的地区或季节也可选择重度胁迫的灌水量。瓜尔豆从播种至齐苗、从齐苗至开花、从开化至种子成熟、从播种至种子成熟所需的有效积温分别为188.59±10.29℃、479.08±7.03℃、1847.03±37.09℃、3111.34～3235.84℃。当光强降低至自然光强的的 50%和 25%时，其产量分别降至 43.79%和 35.08%；不同生育期弱光处理(30%自然光)均会导致瓜尔豆的株高增加、茎粗降低、叶面积减小、叶及植株干物质重减少；开花结荚期弱光对产量影响最大，减产高达67.1%，鼓粒期弱光主要影响了种子的充实，使种子千粒重明显降，产量减少45.2%，幼苗期弱光对植株形态影响较，使产量减少28.1%。在始花期、盛花期、盛荚期和鼓粒期叶面喷施适宜浓度的ABA（2.64 mg·L-1与3.96 mg·L-1）和GA3（500mg·L-1与750mg·L-1），能够提高瓜尔豆产量性状、保护酶系的活性、光合特性和糖代谢的酶活性，进而提高瓜尔豆库与源的协调性，从而提高产量。