钾元素对枇杷果实品质的影响及其EjUGD1与EjTP3基因的克隆与表达分析
作者单位：西南大学
学位级别：硕士
导师姓名：梁国鲁;景丹龙
授予年度：2020年
学科分类：09[农学] 0902[农学-园艺学] 090201[农学-果树学]
摘 要：钾是枇杷生长和果实发育中必不可少的元素,且与果实品质密切相关,研究钾元素对枇杷生长特性及果实品质的影响具有重要意义。本试验以9年生枇杷‘金华1号’为材料,土施四个水平的钾肥,分别为对照组(CK,不施钾肥)、低钾(K1,每株施50g)、中钾(K2,每株施100g)和高钾(K3,每株施200g),通过对枇杷果实中蔗糖、果糖、葡萄糖含量、有机酸含量测定,明确了钾元素对枇杷生长和果实品质的生理影响;在生理测定基础上,开展转录组测序分析,筛选关键代谢通路相关基因;进一步利用筛选的基因序列,进行糖合成相关基因的克隆和表达分析,初步阐明了钾元素调控枇杷果实糖合成基因的表达特性。主要研究结果如下:1.施钾提高了枇杷果实的单果重、可溶性固形物含量,降低了可滴定酸含量,同时,枇杷叶片厚度增加,叶片下表皮呈现“波浪状凸凹不平结构;上述各指标在施钾量为K2处理时效果最显著。当施钾量为K3处理时,与K2处理相比,果实单果重、纵横径变小,叶片厚度变薄。本研究表明,K2对枇杷果实品质形成有促进作用,并促进果实可溶性糖的积累与酸的降解,提高果实糖酸比。2.施钾可以显著提高果实中矿质营养元素的含量,枇杷果实中K、Zn、Mn含量随施钾量的增加先上升后下降,因此K2有利于K、Zn、Mn元素的积累。枇杷果实中Ca元素含量随施钾量增加,呈现先下降后上升再下降的趋势,在K2处理时表现最显著;枇杷果肉与叶片中的Fe元素含量随着施钾量的增加而逐渐降低;果实与叶片中的N元素含量随施钾量的增加而先上升后下降,因此过量施钾不利于N元素含量的积累。3.在幼果期,果实中糖含量以果糖为主,且K3处理显著高于其他处理;果实转色期蔗糖、果糖含量均高于对照组CK;在果实成熟期,K2和K3处理果实的蔗糖含量显著高于CK,而K2处理下,总糖及蔗糖含量最高。在果实幼果期,果实中酸含量主要以奎宁酸和苹果酸、乳酸为主,苹果酸含量最高;草酸含量在CK处理中显著高于施钾处理,而在K3处理下其含量最低;在果实转色期与成熟期,酸含量主要以苹果酸为主,并且成熟期的总酸含量在果实各时期中含量最低。施钾处理后,草酸、酒石酸、乳酸及奎宁酸含量显著低于CK处理;苹果酸、乳酸含量在CK处理下含量最高,施钾降低了二者的含量。4.随着土壤中施钾量的增加,叶片气孔导度与净光合速率变化趋势基本一致,呈先上升后下降的趋势。在K2处理下,净光合速率与气孔导度最大,显著高于对照处理。在果实成熟期,蒸腾速率变化趋势与气孔导度变化趋势相反,蒸腾速率在K2处理最低,但在CK处理最高,并且叶片蒸腾速率在CK处理显著高于施钾处理。5.抗氧化酶在果实幼果期酶活性最高;随着果实的发育,抗坏血酸过氧化物酶在果实成熟期施钾处理后酶活性显著高于CK处理;在果实成熟期,随着施钾量的增加,过氧化氢酶和愈创木酚过氧化物酶活性先升高后下降,且在K1处理下酶活性最高,超氧化物歧化酶呈现下降的趋势,施钾处理下酶活性显著低于CK处理。6.在果实快速膨大期,施不同浓度钾肥的基础上,并配施相同浓度的氮肥处理后,测定了土壤中的氮磷钾含量。结果表明,土壤中的钾含量K3K2K1CK,磷元素之间变化趋势不显著,但是土壤中氮元素含量变化显著。CK处理的土壤中氮元素含量显著高于施钾处理;随着施钾量的增加,土壤中的氮元素含量显著下降,表明钾元素有助于枇杷根部对土壤中氮元素的吸收。7.施钾处理糖含量显著高于CK处理,而有机酸含量在施钾后显著降低。为了探究钾元素对糖酸影响的分子调控机制,在以上生理指标测定的基础上,本研究选取了K2处理与CK处理的成熟期果实,利用RNA-seq技术进行转录组测序,获取钾对枇杷果实生长影响的转录本。通过差异基因筛选,筛选出660个上调基因,1368个下调基因。这些差异基因主要富集在糖酵解、磷酸戊糖途径、蔗糖代谢、三羧酸循环、含氮化合物合成及氧化还原酶活性等代谢通路;同时b HLH、C2H2、ERF、WRKY等转录因子参与调控钾元素影响枇杷生长和果实发育。8.利用同源克隆技术,获得与枇杷蔗糖合成相关的葡萄糖脱氢酶基因EjUGD1与双孔钾离子通道蛋白基因EjTP3。EjUGD1基因c DNA完整开放阅读框为1443 bp,编码480个氨基酸,分子系统发生分析表明,EjUGD1与梨Pp UGD1蛋白具有较高的同源性,并聚为一支。实时荧光定量分析表明,EjUGD1基因表达量在果实快速膨大期、转色期以及成熟期随着施钾含量的增加表达量而下降。EjTP3基因完整开放阅读框(ORF)为1203bp,编码400个氨基酸,通过分子系统发生和蛋白序列比对分析表明,EjTP3与梨Pb TP3蛋白具有较高的相似度,并聚为一支。实时荧光定量PCR分析表明,EjTP3基因的表达量在果实中显著高于叶片,而在叶片中的表达量随着施用钾肥浓度的升高而增加。
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