光照强度和移栽时期对紫肉甘薯花色苷代谢的影响研究

发布时间：2020-03-01 07:26

【摘要】：紫肉甘薯块根内外均为紫色,其花青素含量高。花青素除了具有感官调色作用,其抗氧化、延缓衰老、降低血糖和抗肿瘤等生理保健和药用功能也越来越被人们重视。目前对于植物地上组织开花结果的着色和花色苷合成代谢相关研究较多,但是对于植物地下组织大量积累花色苷的合成调控研究报告很少。本研究通过对不同移栽时期、遮光处理的紫肉甘薯进行生理和花色苷合成途径相关酶的蛋白表达水平分析,以期为紫肉甘薯花色苷的合成与积累调节提供初步的生理和分子基础,为高花青素甘薯特色品种栽培与育种提供依据。本研究以紫肉甘薯和普通甘薯为材料,以5月移栽自然光照为对照,分别设置弱光照(60%遮阴)和推迟移栽(6月移栽)处理,在块根膨大不同时期(栽后60d、栽后80d、栽后100d和栽后130d)对地上和地下不同组织(叶片、叶柄、茎和块根)进行取样,测定各组织的可溶性糖含量、淀粉含量和花色苷含量,结合其生理指标分析移栽时期和光照强度对甘薯品质形成的影响,特别是各组织糖类和类黄酮物质代谢的影响;通过制备查耳酮合酶抗体Anti-CHS、花青素合成酶抗体Anti-ANS和类黄酮3-葡糖基转移酶抗体Anti-3GT等花色苷合成关键酶特异性抗体,从关键酶表达水平分析甘薯叶片和块根中花色苷合成的光温调控规律。综合以上实验内容及数据分析,得到以下主要结论:1、光照强度对甘薯膨大早期糖类代谢和花色苷积累有显著影响。遮阴处理甘薯膨大早期(栽后80d)时,紫薯地上组织可溶性糖含量显著增加,叶片和茎中增幅高达215—270%;淀粉含量显著下降,叶片中降幅达到82%;同期叶片和块根中花色苷积累仅达到对照50%。成熟的甘薯中糖含量和花色苷含量与对照差异并不明显,但是块根产量大幅降低。在普通甘薯中糖类积累也有类似变化,只是花色苷含量极低。2、不同移栽时期对甘薯膨大期薯块发育过程物质积累速率有显著影响。推迟移栽处理显著影响块根整个生长发育期,特别是栽后80—100d地上组织叶片、叶柄、茎干等光合作用增强,加快块根的糖类物质积累进程且缩短了薯块发育时间,但因发育时间缩短,生物量和块根产量大幅降低。发现叶柄在其中的光合产物贡献率提高,在栽后80d紫薯叶柄的可溶性糖和淀粉含量分别高于对照57%和365%。推迟移栽期使得植株充分利用具有光合功能的地上组织进行光合作用,实现快速膨大薯块。而推迟移栽的紫薯中花色苷积累,表现出地上组织和地下组织的组织协同调节。3、紫肉甘薯中糖类代谢和花色苷代谢的关系。不同光温条件下紫薯叶片和块根中花色苷含量与可溶性糖含量的相关性不一致。对照组叶片和块根中均为正相关但不显著;而遮阴处理紫肉甘薯叶片和块根中为负相关。此外,遮阴组紫薯叶片组织中可溶性糖含量与淀粉含量为负相关且显著,块根中的可溶性糖和花色苷含量为负相关且极显著,可溶性糖含量在组织间相关性为极显著正相关。推测由于光照强度不足,光合产物供应水平低的情况下降低了各组织的的可溶性糖向淀粉转化量,花色苷的合成消耗了部分可溶性糖。60%遮阴和推迟移栽的紫肉甘薯块根淀粉含量和花色苷含量均呈负相关但不显著,推测淀粉降解为花色苷合成所需的前体物质。4、甘薯花色苷合成途径关键酶受光温和可溶性糖调控。不同光温条件下普通甘薯块根中CHS和3GT两种蛋白表达量与可溶性糖含量均呈正相关,说明CHS和3GT蛋白表达受可溶性糖水平的调节。且紫肉甘薯叶片中CHS和3GT蛋白在栽后80d时表现出对糖的即时响应。不同光温条件下普通甘薯和紫肉甘薯组织间(叶片和块根)CHS蛋白表达量相关性以及块根中CHS蛋白表达量与可溶性糖相关性两者存在一致性,且植株叶片和块根中CHS蛋白表达量与可溶性糖含量相关性相反,说明普通甘薯和紫肉甘薯中叶片和块根中可溶性糖对CHS表达水平的影响作用相反。ANS蛋白仅在紫肉甘薯块根中检测出来。
【图文】：

阳离子,花色苷

图 1 2-苯基苯并吡喃阳离子（傅玉凡，2008）Fig. 1 Flavylium cation (Fu Yufan,2008)取代基种类、数量和取代位置不同形成不同种类的花青很不稳定的游离状态，花青素常与半乳糖、葡萄糖、阿形式结合形成花色苷，，以更稳定的糖苷形式存在。糖基对羟基苯甲酸、阿魏酸、咖啡酸等结合，酰基化形成较色苷主要有矢车菊素-3-槐糖苷-5-葡糖苷（Cy 类）和芍类）两类。紫肉甘薯花色苷具有极强的抗氧化性可作基清除剂。花色苷的抗氧化性由羟基的位置和羟基化的氧化的主要活性部位是基本骨架 B 环上的羟基，即 B 除自由基活性越高。Furuta 等[14]将颜色不同甘薯中的 2除叔丁基过氧化物自由基实验，结果发现紫肉甘薯花色甘薯花色苷对抑制亚麻酸自动氧化引起的脂质过氧化最过对紫肉甘薯花色苷的化学成分以及抗氧化能力进行

花色苷,晚期基因,类黄酮,花青素

图 2 花色苷合成途径（引自 Petroni 2011）Fig. 2 Anthocyanin biosynthesis pathway (From Petroni et al 2011)1.1.3 花色苷合成途径相关酶及基因的表达花色苷生物合成需要两类基因，编码直接参与花青素和其他类黄酮合成途径需酶的结构基因和控制结构基因转录的调节基因[33]。其中结构基因主要包括 CHSCHI、F3H、DFR、ANS 和 UFGT 等；调节基因编码转录因子来作为重要的调控因参与结构基因时空表达的调控[34]。结构基因被分成两组：早期基因和晚期基因[35]早期基因是黄酮、黄酮醇和花青素生物合成共有的基因，晚期基因是花青素生物成特异基因。Pelletier 等[36]指出，在拟南芥中 CHS、CHI 和 F3H 基因属于早期基且受协同调节，而下游基因 DFR 属于晚期基因且受不同调节。CHS 催化 4-香豆酰 CoA 与丙二酰 CoA 合成查耳酮，为类黄酮的生物合成提基本碳骨架。CHS 是整个类黄酮途径中的第一个限速酶和关键酶[37-39]，许多研究实其与植物的花色和育性有关。张玉进等[40]以非洲菊最外层花（Rf）为试材发现
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S531

【参考文献】