萌芽菊芋块茎中菊糖对盐胁迫的响应

发布时间：2020-05-17 02:20

【摘要】：菊芋(Helianthustuberosus)是菊科(Compositae)向日葵属草本植物,耐盐能力较强,其块茎在较高强度的盐胁迫下仍能萌芽成苗。菊芋块茎以菊糖(一种果聚糖)而不是通常的淀粉作为主要储藏物质,菊糖有可能在适应盐胁迫的生理调控中扮演重要角色。本实验采用0、50、150、250 mmol/LNaCl溶液浇灌以模拟不同强度盐胁迫,观察了盆栽菊芋块茎萌芽成苗过程(0-7 d)中菊糖含量和聚合度的变化,并进一步分析了参与菊糖代谢的3种关键酶——果聚糖-1-外切水解酶(fructan 1-exohydrolase,1-FEH)、蔗糖:蔗糖-1-果糖基转移酶(sucrose:sucrose l-fructosyltransferase,1-SST)和果聚糖:果聚糖-1-果糖基转移酶(fructan:fructanl-fructosy-transferase,1-FFT)的基因表达变化,还对150mmol/LNaCl处理7d的菊芋块茎进行了蛋白质组学分析,主要研究结果如下。(1)在0-250 mmol/LNaCl处理下,菊芋块茎均能萌芽成苗且幼苗都能存活。从最终成苗情况看,盐胁迫下菊芋幼根和叶片的长度明显短于对照,并且随NaCl浓度的增加而减少,高浓度盐胁迫显著抑制了菊芋幼根和幼芽的生长。(2)无盐胁迫下菊芋块茎的菊糖含量在1-7 d没有显著变化,而150 mmol/L NaCl处理下菊芋块茎的菊糖含量第3-5 d显著降低、第7 d却迅速升高甚至超过初始水平,意味着菊芋块茎可能将储藏的其他糖分转化为更多的菊糖来应对盐胁迫。250 mmol/L NaCl处理7 d时的菊糖含量显著低于150 mmol/L NaCl处理的,表明更强的盐胁迫抑制了块茎中菊糖的动员。(3)伴随着菊芋块茎萌芽成苗过程(1-7 d),不同聚合度(DP)菊糖的比例也发生变化。DP 2-5菊糖的占比随时间进程呈中间高、两边低的和缓倒V形变化,而DP6-10、DP 11-15、DP 16-20和DP20菊糖的占比则随时间进程呈中间低、两边高的正V形变化。对照和NaCI处理的总体变化趋势类似但细节又有所差异,150 mmol/L NaCl处理下DP 6-10菊糖的占比在时间进程后期要多于对照,而DP 11-15、DP 16-20和DP20的则是在第1 d高于对照很多、而第3-7 d又低于对照很多。而且,从第7 d各盐浓度下的菊糖聚合度变化看,越是聚合度高的菊糖,其占比在各处理盐浓度间变化越大。(4)菊糖代谢关键酶1-FEH、1-SST和1-FFT的基因表达变化比较复杂,受盐胁迫影响也比较大,且不能很好地对应解释菊糖含量和聚合度的变化,意味着基因表达量与最后的酶活性并不完全一致。(5)菊芋块茎萌芽成苗过程发现23个蛋白质受盐胁迫影响差异表达(20个上调、3个下调),遗憾的是这些差异蛋白与糖类代谢并不直接相关,主要是代谢相关蛋白和遗传信息处理相关蛋白。
【图文】：

分子结构图,菊糖,分子结构,果聚糖

逑列（ｌｅｖａｎ邋ｎｅｏｓｅｒｉｅｓ）和混合型果聚糖（ｂｒａｎｃｈｅｄ），其糖苷键类型、起始三糖类型及代表逡逑植物如图１－１邋（Ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎ等，２００９）。这五种类型果聚糖又可以进一步概括为三大类：线逡逑性、分支类型以及它们的新生系列。逡逑逦表卜１植物果聚糖类型及代表植物（Ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎ等，２００９）逦逡逑果聚糖类型逦起始三糖逦糖苷键逦代表植物逡逑线性菊糖型果聚糖逦１－蔗果三糖逦２－１逦菊苣、菊芋逡逑菊糖型果聚糖新生系列逦新蔗果三糖逦２－１逦洋葱、芦笋、黑麦草逡逑梯牧草糖型果聚糖逦６－蔗果三糖逦２－６逦鸭茅逡逑梯牧草糖型果聚糖新生系列逦新蔗果三糖逦２－６逦黑麦草、燕麦逡逑混合型果聚糖逦１－和６－蔗果三糖逦２－１和２－６逦小麦、大麦逡逑从菊芋块茎中提取的菊糖（ｉｍｉｌｉｎ）就是线性果聚糖的一种，是由数目可变的果糖基逡逑经Ｐ－（２—１）糖苷键连接而成的链状多糖，末端通常通过ａ－Ｄ－ｇｌｕｃｏｐｙｒａｎｏｓｙ丨或者ａ－（ｌ—２）糖逡逑苷键连接一个葡萄糖基，聚合度（Ｄｅｇｒｅｅ邋ｏｆ邋Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ＤＰ）就是果糖基的数目。图１：－逡逑２为菊糖的分子结构式，字母ｎ代表聚合度。菊糖聚合度为２－１００邋（Ｌｉ等，２０１５），其中ＤＰ逡逑２－９的短链果聚糖通常称短链菊粉，ＤＰ２１０的长链果聚糖被称为菊粉。菊糖在菊芋块茎中逡逑含量很高，最大可以占到菊芋块茎鲜重的２０％或者干重的９０％邋（ＶａｎｄｅｎＥｎｄｅ等，，２００４）。逡逑Ｈ邋０Ｈ逡逑Ｈ０＾Ｖｉ＾0＼逡逑ｈｏ－Ｖ＾ｏｈＮ逡逑Ｈ逦０逡逑＿邋Ｈ0、逦ｒ

果糖,提取液,液相,进样

图２－１为蔗糖、果糖、提取液ＨＰＬＣ色谱图逡逑蔗糖、果糖标准品溶液梯度均为１０００、２０００、３０００、４０００、５０００邋ｍｇ／Ｌ，液相进样测逡逑定后以标准品浓度（ｘ）为横坐标、峰面积（ｙ）为纵坐标绘制标准曲线（图２－２），计算标逡逑准曲线方程。获得蔗糖的标准曲线方程为ｙ邋＝邋８９９５．４７ｘ－邋８４８０３５６．５０邋（Ｒ２＝０．９８３７），果糖的逡逑标准曲线方程为ｙ邋＝邋１３３０３．４５ｘ邋－邋１２１０６０６８．８０邋（Ｒ２＝０．９８０９）。分别用１０００邋ｍｇ／Ｌ的果糖和蔗逡逑糖标准品溶液对菊糖测定体系进行方法学验证，结果表明测定体系精密度、稳定性及重复逡逑性符合耍求。逡逑４０００００００邋１逦０逦６０００００００邋－ｉ逡逑／邋／逡逑３０００００００邋－逦／逡逑一逦ｙＳ逦＿邋４０００００００邋－逦／逡逑＊＾２０００００００邋－逦／逦＊－＝逦Ｚ逡逑＾邋／0邋￡＊逡逑—邋／邋２０００００００邋－邋／逡逑１０００００００邋－邋＾邋／逡逑０邋———￣￣，逦．逦．逦０邋－Ｉ逦—￣￣Ｉ逦ｉ逦１逡逑０逦２０００逦４０００逦６０００逦０逦２０００逦４０００逦６０００逡逑Ｓ度（ｍｇ／Ｌ）逦浓度（ｍｇ／Ｌ）逡逑图２－２蔗糖（左）、果糖（右）标准曲线逡逑２．２．２粗提液制备及含量测定逡逑提取液制备：准确称取菊芋块茎干燥粉末０．３邋ｇ于１０邋ｍＬ容量瓶中，按照１：２０的固液逡逑－１１－逡逑
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S632.9

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