辣椒类胡萝卜素生物合成的分子遗传学研究进展

辣椒(Capsicumspp.)属于茄科辣椒属,作为一种蔬菜和香料作物在世界各地得到广泛栽培。除作为烹饪食材和香料应用外,辣椒在制药和化妆品领域也有广泛的用途。类胡萝卜素是一类天然色素的总称,参与植物许多重要的代谢过程,如光合作用、光保护、光形态建成和生长发育等。类胡萝卜素具有多种生物活性,是辣椒果实主要的营养物质之一,培育类胡萝卜素含量更高的辣椒品种需要全面深入了解其生物合成及其调控的分子机制。分子生物学和生物技术的发展促进了类胡萝卜素生物合成基因的鉴定,为培育类胡萝卜素含量更高的辣椒新品种提供了机会。该文描述了类胡萝卜素的生理作用、类胡萝卜素与辣椒果实颜色、类胡萝卜素生物合成途径、辣椒类胡萝卜素生物合成途径的结构基因及调控因子、辣椒果实颜色的分子遗传学及与辣椒果实颜色有关的QTL位点等方面的研究进展。牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGPS)、八氢番茄红素合成酶(PSY)、八氢番茄红素脱氢酶(PDS)、ζ-胡萝卜素去饱和酶(ZDS)、番茄红素环化酶(LCY)、辣椒红素-辣椒玉红素合成酶(CCS)等是辣椒类胡萝卜素生物合成通路的端口酶和限速酶,其表达丰度和活性高低直接调控辣椒体内类胡萝卜素的含量。MYB306、DIVARICATA1、BBX20等转录因子参与辣椒类胡萝卜素生物合成的调控。类胡萝卜素生物合成和调控基因的多样性决定类胡萝卜素单体的数量和含量,影响辣椒果实呈现的颜色。基于目前研究进展,该文对未来辣椒类胡萝卜素代谢研究进行了展望,以期为今后培育富含类胡萝卜素的生物强化型辣椒新品种提供新思路。

云南低洼地辣椒丰产栽培技术规程

辣椒是云南省种植面积最大的蔬菜作物,是农民增收的主要经济来源之一。云南地形与气候条件复杂多样,地势低洼地区水涝灾害频发。通过多年试验与示范,从品种选择、育苗、整地移栽、种植管理与病虫害防治几个方面总结了云南低洼地辣椒丰产栽培技术,以供种植户参考。

根际细菌群落结构对黄瓜幼苗干旱胁迫的响应

【目的】了解根际细菌群落结构和功能对黄瓜幼苗干旱胁迫的响应。【方法】采用盆栽控水法设置干旱处理D和正常处理N,利用Illumina NovaSeq测序技术测定黄瓜幼苗根际细菌群落结构和多样性。【结果】处理N的叶绿素和可溶性糖含量分别是2.440和10.380 mg/g,显著高于处理D的1.547和8.356 mg/g;处理D的脯氨酸和丙二醛含量分别为51.807μg/g和54.848 nmol/g,显著高于处理N的32.628μg/g和29.005 nmol/g;处理N的根系活力为32.670μg/(g·h),显著高于处理D的20.714μg/(g·h);处理N的SOD含量为324.826 U/g,显著低于处理D的578.363 U/g;黄瓜幼苗根际细菌群落中,门分类水平下丰度前5位的是变形菌门(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadota)、拟杆菌门(Bacteroidota)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Ac⁃tinobacteriota);α多样性指数(Chao1、Shannon、Simpson)中各处理间无显著差异,但PCoA分析显示,两处理间细菌群落结构差异显著;处理N与处理D相比,芽单胞菌显著升高,而拟杆菌和厚壁菌则显著下降;LEfSe结果显示,处理D显著富集以拟杆菌门和厚壁菌门为主的Muribaculaceae、梭菌纲(Clostridia)、芽孢杆菌纲(Bacilli)等有益细菌;根际细菌群落功能分析发现,处理D显著增加RNA加工和修饰、染色质结构和动力学、转录、氨基酸运输和代谢、碳水化合物的运输和代谢等相关功能的丰度,并上调与硫胺素等次级代谢物相关的合成途径及以糖类、氨基酸为主的降解代谢途径。【结论】干旱胁迫对黄瓜幼苗根际细菌群落结构有显著影响,促进根际土壤中以拟杆菌和厚壁菌为主的有益微生物显著富集,并对其细菌群落生命活动产生诱导和促进作用,使与硫胺素等次级代谢物相关的合成途径和以糖类、氨基酸为主的降解代谢途径丰度显著上调。以期为挖掘在干旱胁迫下对黄瓜秧苗生长可能有正向作用的土壤有益菌互作机制研究提供新思路。

牛尾山药茎尖培养及快繁技术研究

为建立牛尾山药脱毒培养和快繁体系,采用培养技术,筛选茎尖培培养、茎段扩繁和生根培养适宜的培养基,并研究适宜的炼苗条件。结果表明:在MS+0.5 mg·L^(-1)6-BA+1.5 mg·L^(-1)NAA培养基中,茎尖的膨大率和成活率较高;对茎尖的褐变现象抑制效果最佳的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)浓度为0.01%,其褐变率仅为11.67%;培养基MS+1 mg·L^(-1)6-BA+0.3 mg·L^(-1)NAA诱导节茎段萌芽的效果较好;在生根培养中,MS+0.5 mg·L^(-1)6BA+1 mg·L^(-1)NAA培养基最合适;混合基质(珍珠岩∶秸秆腐殖物=1∶1)、温度20℃、遮光率75%、相对湿度80%是山药组培苗最适宜的炼苗条件。综上,本研究为牛尾山药脱毒培养和快繁奠定基础,对山药产业可持续发展有重要意义。

钙离子及其抑制剂对盐胁迫下黄瓜幼苗形态建成的影响

以“滇翠8号”黄瓜为试材,通过施加75 mmol·L^(-1)NaCl进行盐胁迫,外源施加不同浓度的EGTA、LaCl_(3)、CaCl_(2)、Ca(NO_(3))_(2),采用温室大棚栽培方法,研究了外源施加Ca^(2+)对盐胁迫下黄瓜幼苗叶片和根系的形态、生理指标的影响,以期为缓解土壤盐分胁迫对黄瓜等蔬菜栽培的危害提供参考依据。结果表明:在盐胁迫下,黄瓜幼苗的株高、根长、茎粗等均受到不同程度的抑制,施加浓度为4.0 mmol·L^(-1)的Ca^(2+)抑制剂(LaCl_(3)和EGTA)对黄瓜幼苗的生长抑制显著,同时降低抗氧化酶系统的活性,增强盐胁迫的危害;而施加5.0 mmol·L^(-1)的CaCl_(2)和Ca(NO_(3))_(2)能够缓解盐胁迫,促进黄瓜幼苗的生长,且显著降低丙二醛和脯氨酸含量,激活并加强抗氧化酶(过氧化物酶、超氧化物歧化酶)的活性。

芸苔素内酯浓度对干旱胁迫大白菜幼苗生长及生理指标的影响

【目的】探明不同浓度芸苔素内酯对干旱胁迫大白菜幼苗抗旱性的调控作用,为芸苔素内酯在大白菜生产中的应用提供参考。【方法】以大白菜胜丽118为试验材料,苗期喷施不同浓度(0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L、1 mg/L)28-表高芸苔素内酯后,选用10%浓度的聚二乙醇-6000溶液模拟干旱胁迫,测定大白菜生长和生理生化指标,分析不同浓度芸苔素内酯处理大白菜幼苗生理活性差异。【结果】随芸苔素内酯浓度升高,大白菜幼苗长势呈先良好后衰败变化;从大白菜幼苗表型看,芸苔素内酯浓度0.05 mg/L、0.1 mg/L处理的耐旱效果最明显。干旱胁迫下叶片POD和CAT活性随芸苔素内酯浓度升高呈先增强后减弱趋势,MDA含量随浓度升高呈先降后升趋势。芸苔素内酯浓度过高大白菜幼苗叶绿素相对含量变低。【结论】喷施适宜浓度的芸苔素内酯可提高干旱胁迫下大白菜幼苗的抗氧化酶活性,有效缓解干旱胁迫造成的损害,适宜的芸苔素内酯浓度为0.05~0.1 mg/L。

大气CO_(2)浓度对萝卜生长及氮磷钾养分吸收的影响

【目的】探明CO_(2)浓度升高是否改变土壤养分状况进而影响萝卜生长及养分吸收,为大气CO_(2)浓度升高条件下萝卜合理施肥方式提供理论依据。【方法】以糖晶萝卜为试验材料,设置4个CO_(2)浓度水平:C_(0)(大气CO_(2)浓度)、C_(1)(C_(0)+33%C_(0))、C_(2)(C_(0)+67%C_(0))和C_(3)(C_(0)+100%C_(0)),研究不同CO_(2)浓度对萝卜生长、氮磷钾养分吸收及土壤养分的影响。【结果】与C_(0)相比,C_(1)、C_(2)和C_(3)处理萝卜地上生物量增加0.52%~34.68%,地下生物量增加63.00%~100.46%,总生物量增加37.83%~67.61%,CO_(2)浓度升高促进萝卜生长和干物质积累,且C_(2)处理最适宜;CO_(2)浓度升高降低萝卜地下氮磷和地上钾含量,但植株氮磷钾积累量分别增加39.77%~43.30%、2.08%~17.27%和38.38%~72.26%。土壤硝态氮、有效磷和速效钾在CO_(2)浓度升高条件下分别降低29.62%~34.20%、10.03%~14.12%和1.92%~16.62%。植株氮和钾积累量与植株干重呈显著正相关,与土壤硝态氮、有效磷和速效钾呈显著负相关。【结论】CO_(2)浓度升高通过增加脲酶和磷酸酶活性改善土壤肥力,促进植株氮磷钾养分吸收,进而提高萝卜产量。在大气CO_(2)浓度升高条件下,应合理增施氮肥、磷肥、钾肥,且氮肥施用量应大于磷肥和钾肥。

辣椒CcBBX20基因克隆和表达分析

锌指蛋白在植物生长发育和对非生物胁迫因子的响应中发挥着重要的调节作用。BBX蛋白属于锌指蛋白,CcBBX20基因是锌指蛋白家族的重要成员。为探讨CcBBX20在辣椒生长发育和响应非生物胁迫中的生物学功能,本研究利用基因克隆获得基因的编码序列;应用生物信息学分析方法预测该基因编码蛋白质的结构和功能;根据PepperHub数据库相关数据分析该基因在10种非生物胁迫处理下辣椒幼苗根和叶的表达量模式。结果表明:辣椒CcBBX20所编码的蛋白有209个氨基酸残基,相对分子质量为23.12 kD,分子式为C984H1551N285O329S15,理论等电点为5.78,是不稳定的亲水性蛋白;有2个典型的Bbox-SF结构域,没有信号肽和跨膜结构域,主要定位在细胞核中;其二级结构主要由无规则卷曲组成(占58.85%),α螺旋占比22.01%,β-转角占比3.83%。辣椒CcBBX20和马铃薯、番茄、茄子BBX20的亲缘关系最近。基因表达分析表明CcBBX20在辣椒幼苗根和叶受到不同胁迫后表达差异显著,在脱落酸、赤霉素、生长素、水杨酸、茉莉酸甲酯以及高温处理下表现为促进作用,其中高温42℃,处理1.5 h后表达量最高;在过氧化氢、甘露醇和盐处理下表现为抑制作用。因此辣椒CcBBX20基因作为BBX基因家族成员,在响应高温胁迫中发挥作用,可能会提高幼苗对高温的耐受力,可为辣椒耐高温育种目标提供候选基因。

不同浓度6-BA浸种对PEG模拟干旱胁迫下辣椒种子萌发的影响

为研究6-苄氨基嘌呤(6-benzylaminopurine,6-BA)对辣椒干旱的缓解作用,选择4份辣椒种子进行不同浓度(0、1、3、5 mg/L)的6-BA浸种处理,浸种24 h后将种子置于15%的聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)溶液中进行发芽试验,在第6 d测定发芽势,第14 d测定发芽率和发芽指数。结果表明:一定浓度的细胞分裂素6-BA可以缓解辣椒种子的干旱胁迫,提高辣椒种子的发芽率、发芽势和发芽指数;不同品种辣椒种子对细胞分裂素6-BA浸种的最适浓度均为1 mg/L。1 mg/L的6-BA浸种处理能缓解干旱胁迫造成的影响,其中‘兴蔬曲美’对6-BA最敏感,能够最大程度缓解干旱造成的影响。

辣椒CMB1基因克隆与表达分析

【目的】CMB1基因在植物的花序结构和果实成熟调控中发挥重要作用,但有关辣椒CMB1基因的功能和调控机制鲜有报道,因此研究辣椒中调控类胡萝卜素合成相关的转录因子及CMB1基因在辣椒中的作用,为辣椒选育提供参考。【方法】以皱皮红、皱皮黄两种辣椒果实为试验材料,利用同源序列法克隆CMB1的编码序列并对其进行生物学信息分析,通过实时荧光定量PCR技术分析CMB1在红色与黄色辣椒果实中不同发育时期(绿熟期、转色期、完熟期)的表达模式。【结果】皱皮红与皱皮黄辣椒的CMB1基因ORF长度均为732 bp,可编码243个氨基酸残基。序列比对发现,皱皮红CMB1碱基序列的第11个位点发生突变,G突变为T,导致氨基酸序列由G(甘氨酸)突变为V(缬氨酸)。生物信息学分析显示,皱皮红CMB1编码蛋白的分子质量为20923.21,理论等电点为5.59,不稳定系数为57.28,亲水性总平均值(重力)指数为-1.001;皱皮黄CMB1编码蛋白的分子质量为27958.47,理论等电点为7.10,不稳定系数为53.54,亲水性总平均值(重力)指数为-0.809。皱皮红和皱皮黄的CMB1均为不稳定的疏水蛋白,含有38个磷酸化位点,无跨膜结构和信号肽,具有典型的MADS-box结构域和K-box结构域。进化分析结果发现,辣椒CMB1与茄科的亲缘关系最近,与豆科亲缘关系最远。荧光定量结果显示,CMB1在辣椒果实绿熟期、转色期、完熟期3个时期的表达量依次递增,且3个时期CMB1的表达量在皱皮红中均显著高于皱皮黄。【结论】辣椒CMB1是MADS-box家族的成员,为不稳定的疏水蛋白,在辣椒果实中的表达量与辣椒中类胡萝卜素的积累趋势相似,推测CMB1主要参与调控辣椒红素等类胡萝卜素的合成。