伴生小麦对黄瓜叶片糖氮代谢及差异蛋白表达的影响

发布时间：2020-09-28 06:58

　　黄瓜(Cucumis sativus L.)在我国农业生产中占据十分重要的经济地位。一般来说黄瓜在各种外界胁迫下很容易导致其叶片发生早衰,最终导致其产量下降。连作障碍引起的叶片早衰是限制黄瓜经济产量的一个重要因素,严重影响蔬菜的产量和品质,因此缓解连作障碍已成为我国蔬菜产业急需解决的问题。糖氮代谢是作物重要的代谢活动,与作物的衰老密切相关。本课题的前期研究结果表明,采用小麦与黄瓜伴生这种栽培模式,可以有效缓解连作障碍,延缓黄瓜叶片的衰老,但伴生小麦后黄瓜叶片糖氮代谢以及叶片差异蛋白的变化尚不可知。本研究采用大田试验,研究伴生小麦对连作黄瓜生长以及衰老过程中叶片糖、氮代谢生理指标的影响,并采用qRT-PCR技术探讨糖、氮代谢相关基因的表达情况,同时对叶片进行iTRAQ(同位素标记相对和绝对定量)技术定量差异蛋白质分析,探讨伴生小麦处理下黄瓜叶片蛋白质表达水平的差异,以期探明伴生小麦对黄瓜叶片衰老期间糖氮代谢的影响,为后续小麦-黄瓜伴生栽培这种模式的实际应用提供必要的基础研究。研究主要结论如下:1.伴生小麦处理条件下,黄瓜植株的株高、茎粗以及地上/下部干鲜重在各个取样时期均高于单作,且在整个生长周期内,伴生小麦处理的黄瓜产量显著高于单作。2.伴生小麦处理的黄瓜叶片中可溶性糖、还原糖、葡萄糖和蔗糖含量均低于单作,而蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、中性转化酶(NI)和酸性转化酶(AI)活性均高于单作;qRT-PCR分析表明与单作相比,伴生小麦后黄瓜叶片中CsSS(蔗糖合成酶)、CsSPS(蔗糖磷酸合成酶)和CsSUT4(蔗糖转运蛋白)在一定程度上均上调表达。3.伴生小麦处理的黄瓜叶片中的可溶性蛋白、硝态氮、游离氨基酸和脯氨酸含量均高于单作,硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性也高于单作,qRT-PCR分析表明与单作相比,伴生小麦后黄瓜叶片中NRT(硝酸盐转运蛋白基因)家族N1、N2、N3和AMT(铵盐转运蛋白基因)家族A1相关基因以及细胞质谷氨酰胺合成酶GS1在一定程度上均上调表达。4.采用iTRAQ技术对第四片叶龄为40天的黄瓜叶片进行定量差异蛋白分析,与黄瓜单作相比,在伴生小麦处理的黄瓜叶片中共发现了93个差异蛋白,其中2个上调蛋白,91个下调蛋白。这些差异蛋白主要与结合、催化活性这些分子功能有关,涉及的生物过程主要是细胞过程和代谢过程等;GO富集分析表明,伴生小麦与单作相比,其差异蛋白主要富集在生物调节、分子功能的调节、转运活性等生物功能中;KEGG Pathway富集分析表明,伴生小麦处理促进了黄瓜叶片的鞘糖脂生物合成与其他多糖降解通路的显著变化。综上所述,伴生小麦促进了黄瓜植株的生长,增强了黄瓜叶片糖氮代谢活动,诱导了糖氮代谢相关基因的表达,引发了鞘糖脂生物合成与多糖降解这些通路代谢的显著变化,一定程度上对黄瓜叶片的糖氮代谢活动产生了影响,有利于延缓黄瓜叶片的衰老。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S642.2;S512.1
【部分图文】：

通路图,小麦,图片

注：图片来源于 http://www.genome.jp/kegg/kegg2.html图 3-13 伴生小麦后黄瓜叶片上调定量差异蛋白 KEGG 代谢注释通路图Fig. 3-13 KEGG pathway annotation of quantitative differential leaves up-regulation proteins ofcucumber with intercropping with wheat

【参考文献】