不同外源物质对西瓜番茄红素含量及其关键酶基因表达的影响

【目的】探讨脱落酸(ABA)、MnSO_(4)、褪黑素(MT)对西瓜番茄红素含量及其合成代谢相关酶基因表达的影响,为明确番茄红素积累内在机理和提高西瓜番茄红素含量提供理论依据。【方法】以西瓜品种玲珑王为材料,在植株伸蔓期叶面喷施ABA、MnSO_(4)和MT,以喷施清水为对照,研究3种外源物质处理对西瓜果实发育过程中番茄红素积累及关键酶基因西瓜牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因(GGPS)、植物烯合酶基因(PSY)、酶解-胡萝卜素去饱和酶基因(ZDS)、番茄红素环化酶基因(LCYB、LCYE)、9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶基因(NCED)表达模式的影响。【结果】MnSO_(4)、ABA、MT处理均可使西瓜果实的转色期提前,并增加了果实番茄红素含量。在授粉后10 d,只有ABA、MnSO_(4)处理可检测到西瓜果实中含有番茄红素;授粉后17 d各处理均可检测到番茄红素,授粉后17~24 d番茄红素积累速度最快;授粉后38 d时西瓜果实番茄红素含量最高,MnSO_(4)、ABA、MT处理番茄红素含量分别为90.78,82.24和82.13μg/g,且均显著高于清水对照(65.00μg/g)。外源物质对西瓜果实番茄红素含量的影响受番茄红素合成代谢酶基因表达差异的调控,其中ABA处理会引起番茄红素代谢酶基因LCYB1、LCYB2、LCYE在多个时期下调表达,MnSO_(4)处理会引起西瓜GGPS1、GGPS2、PSY1、PSY2、ZDS番茄红素合成基因在多数时期上调表达,MT处理主要引起NCED1、NCED7基因大幅下调表达。【结论】叶面喷施MnSO_(4)、ABA、MT会加快西瓜果实番茄红素的积累,其中ABA处理主要通过降低番茄红素转化速率来实现西瓜番茄红素的积累,MnSO_(4)处理主要通过提高番茄红素合成速率使番茄红素含量增加,MT处理主要通过NCED基因的低表达降低类胡萝卜素的分解速率,从而使番茄红素含量增加。

外源褪黑素对高温胁迫下甜瓜幼苗抗氧化特性及其相关基因表达的影响

为了研究外源褪黑素诱导甜瓜幼苗耐热性的生理和分子机制,以‘农大甜5号’为试验材料,在人工气候培养箱内培养幼苗,用浓度为150μmol/L褪黑素喷施甜瓜幼苗叶片,高温胁迫36 h后,测定根系活力、抗氧化能力等相关生理指标以及抗逆基因表达。结果表明,高温胁迫对甜瓜幼苗生长有明显的抑制作用,热害指数高达92.59%,而叶面喷施外源褪黑素显著地降低热害指数。叶面喷施褪黑素后超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性普遍提高,而且与AsA-GSH循环相关酶的活性也有所升高,如抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)。此外,喷施外源褪黑素提高了甜瓜幼苗HSP70、HSP90、HSP101、SOD、APX基因的表达水平。可见,高温胁迫下,叶面喷施褪黑素通过调节抗氧化途径和抗逆相关基因的表达从而提高甜瓜幼苗的耐热性,缓解高温对甜瓜幼苗的伤害。

甜瓜质地差异及相关细胞壁酶活性变化

对两种不同质地类型甜瓜果实发育过程中果肉质地的变化及相关酶活性进行研究。结果表明,花后35~40 d为软、脆两种甜瓜质地形成的关键时期。在该时期,软肉型甜瓜‘NSL’细胞面积与间隙增大,果肉细胞排列疏松,细胞面积为脆肉型甜瓜的115.35%,软肉型甜瓜‘NSL’与脆肉型甜瓜‘XZM’质构参数差异显著,脆肉型甜瓜果实4种细胞壁酶活性总体低于软肉型甜瓜。花后35 d,软肉型甜瓜‘NSL’细胞壁扩展酶基因(CmEXP3、CmEXP5、CmEXP9)相对表达量为最大值,显著高于脆肉型甜瓜‘XZM’。

南非富矿粉配矿烧结矿相结构分析

为了充分利用南非富矿粉,对南非富矿粉(坦巴津比、PMC尾矿、PMC0.044 mm)和巴卡矿粉配矿烧结矿相的微观结构进行了分析。研究结果表明,随着PMC0.044 mm精粉配比的增加,烧结矿的交织熔蚀结构变得更加均匀,孔隙率减少,针状铁酸钙的含量增加且分布趋于均匀;随着坦巴津比矿粉配比的增加,针状铁酸钙的分布由均匀变得集中再到均匀,烧结矿的强度先略微降低后升高;随着巴卡矿配比的增加,铁酸钙含量先减少后增多,烧结矿强度先升高后降低,铁酸钙的形态先由集中分布的柱状转变为均匀的交织熔蚀结构,后又转变为分布较为集中的柱状。当配比巴卡∶坦巴津比∶PMC尾矿∶PMC 0.044 mm为10∶70∶20∶0时,烧结矿的冷强度及矿相结构最理想。

西瓜、甜瓜蔗糖转化酶基因家族鉴定及表达分析

为了预测蔗糖转化酶基因家族在蔗糖代谢中的作用,本研究利用生物信息学方法对西瓜所有蔗糖转化酶基因家族成员进行搜索鉴定及分析。结果显示:西瓜蔗糖转化酶基因家族一共包括12个基因,系统发育分析揭示,这些基因分为3个已知的亚群,其中细胞壁蔗糖转化酶基因(CWINV)5个,液泡蔗糖转化酶基因(VINV)2个,细胞质蔗糖转化酶基因(CINV)5个,它们分别分布在6条染色体上,甜瓜的蔗糖转化酶基因数量及类型与西瓜相同,分布在8条染色体上。细胞壁蔗糖转化酶和液泡蔗糖转化酶同属于酸性蔗糖转化酶,细胞质蔗糖转化酶属于中性/碱性蔗糖转化酶,这两者的保守基序类型不同,保守基序motif 1、motif 7在所有酸性蔗糖转化酶蛋白中是高度保守的。中性/碱性蔗糖转化酶蛋白的保守性要高于酸性蔗糖转化酶蛋白,几乎所有中性/碱性蔗糖转化酶蛋白都含有motif 2、motif 3、motif 4、motif 5、motif 9、motif 10这6个保守基序。基因结构显示,部分酸性蔗糖转化酶基因存在外显子丢失情况。西瓜和甜瓜的蔗糖转化酶基因家族上游序列存在多种顺式作用元件,包括光响应、激素应答、逆境响应、发育调节四大类。根据定量分析的结果,推测ClCWINV1、ClCWINV2、ClCWINV5、ClCINV1、ClCINV3、ClCINV4、ClCINV5可能是西瓜蔗糖代谢的关键基因。本研究的结果为进一步阐述西瓜蔗糖转化酶基因家族成员如何调控果实蔗糖代谢提供一定的理论依据。