世界所需天然橡胶主要来自橡胶树,橡胶树的乳管是合成和储存天然橡胶的组织,树干树皮中的次生乳管与天然橡胶生产密切相关,由维管形成层分化而来。次生乳管数量与天然橡胶产量呈显著正相关。因此,乳管分化是天然橡胶生产面临的一个重大理论课题。植物miRNAs是一类长约20~24个核苷酸的非编码小RNA分子,通过介导基因沉默在植物生长发育、细胞分化及逆境适应中起着非常重要的调节作用。橡胶树乳管分化过程中差异miRNAs的鉴定对于进一步认识乳管分化的分子机理具有重要的作用。实时荧光定量PCR(qPCR)已广泛用于miRNA的定量表达分析,选择合适的miRNA内参对于准确进行miRNA的表达定量至关重要。本研究以冠菌素(coronatine, COR)诱导橡胶树萌条分化次生乳管的实验系统,采用小RNA Poly A加尾的qPCR技术分析COR处理对形成层区3个非编码RNA(U6 snRNA、5S rRNA、18S rRNA)和6个miRNA(hbr-miR159b、hbr-miR396b、miR169-x、miR172-y、miR535-x、miR894-x)候选内参的表达稳定性的影响。geNorm和NormFinder软件的联合分析结果显示,表达稳定性最高的是hbr-miR396b和miR894-x,稳定性较差的是U6 snRNA。hbr-miR396b和miR894-x可作为合适的内参基因,用于分析COR影响下的miRNA相对定量表达,为鉴定橡胶树次生乳管分化相关的差异表达miRNAs奠定良好基础。
YABBY基因家族是一类植物特有的转录因子,在植物叶片和花器官的发育以及非生物胁迫应答中起重要的调控作用。本研究从橡胶树基因组中鉴定得到11个HbYABBY家族成员,并从基因结构、启动子顺式作用元件、染色体定位、系统进化及基因表达等方面进行分析。结果显示11个橡胶树HbYABBY基因分布在9条染色体上,编码蛋白的长度在132~241个氨基酸,分子量在14.75~26.41 kDa,启动子区域含有丰富的光响应元件。该基因家族具有显著的组织表达特异性,叶片和花中高表达,而在胶乳和根中基本不表达。叶片的发育过程中,除HbCRC1上调表达,另外9个HbYABBY基因均显著持续下调表达,表明HbYABBY深度参与橡胶树叶片发育调控。转录组测序和荧光定量检测均发现所有HbYABBY成员受高温诱导持续下调表达,但不受低温胁迫诱导,暗示了HbYABBY在橡胶树的高温胁迫中发挥调控作用。本研究以热带经济林木巴西橡胶树为研究对象,对YABBY转录因子基因家族的理化特征、表达及功能进行了初步分析,为该基因家族功能的深度研究提供了理论依据和参考。
ICE(inducer of CBF expression)是类似MYC(myelocytomatosis)的bHLH(basic helix-loop-helix)转录因子,在植物应对低温、干旱、高盐等非生物胁迫中起重要的调节作用。本研究通过qPCR分析橡胶树ICE家族成员的表达模式。结果表明:5个ICE家族成员均响应盐胁迫上调表达。在盐胁迫2 h时,HbICE2、HbICE3、HbICE4和HbICE5显著上调表达;在盐胁迫4 h时,HbICE4和HbICE5的表达量达到最大值,其中HbICE4的上调幅度最大;HbICE1在盐胁迫4 h内无显著变化,但在处理8 h时显著上调表达。过表达这5个ICE家族成员均可不同程度地提高拟南芥的耐盐性,其中过表达HbICE4的植株对盐胁迫的抗性最强,在盐胁迫下,野生型拟南芥(WT)全部枯萎,而HbICE4转化植株的存活率为96.29%,平均单株鲜重为0.03 g,平均单株干重为0.0035 g,在HbICE家族成员转化株系中均表现最高。在盐胁迫下,WT和HbICEs转基因植株的电导率均显著增加,叶绿素含量和相对含水量均显著降低,其中HbICE4转化植株的相对电导率的增加幅度最小,叶绿素含量和相对含水量的降低幅度最小。因此,HbICE4转化植株的抗盐性可能与增强膜系统的稳定性和减缓叶绿素降解和保持相对含水量有关。该研究结果对橡胶树HbICE家族成员的生物学功能有了新的认识,有望为改良农作物耐盐性提供候选靶基因。
巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)的乳管分初生乳管和次生乳管2种类型,前者分布在叶片和初生生长茎干的皮组织,后者分布在次生生长茎干的皮组织。目前,商用橡胶主要来自次生乳管,关于次生乳管橡胶的认识较透彻;由于初生乳管橡胶未被开发利用,因此人们对其了解也较少。以来自橡胶嫁接幼树枝叶的初生乳管橡胶为研究对象,通过分析与初生乳管橡胶产量相关的因子,包括枝叶生物量、生物量组成和橡胶含量等,明确初生乳管橡胶的产量潜力。同时,还研究了初生乳管橡胶的生胶性能和硫化特性。结果表明,橡胶幼树枝叶的生物量、生物量组成和橡胶含量因无性系而异,受无性系影响。在枝叶生物量组成中,叶片、树皮和木质杆分别占枝叶生物量的55.5%、10.5%和34.0%。叶片和树皮的橡胶含量分别为每克干物质含橡胶13.7和35.6 mg。初生乳管胶乳的橡胶粒子平均粒径(0.36 μm)和相对分子量低于常规割胶树的胶乳橡胶。初生乳管橡胶的氮含量和PRI分别为0.56%和89%,均高于常规橡胶的氮含量(0.50%)和PRI(80%)。初生乳管橡胶的门尼粘度和塑性初值P0分别为66和26,均低于常规橡胶的门尼粘度(101)和P0(50)。初生乳管橡胶的挥发份和灰分含量均与常规橡胶相同,分别为0.50%和0.38%。初生乳管橡胶的初始硫化时间T10为2.00 min,正硫化时间T90为19.12 min,均比常规橡胶的T10 2.47和T90 25.08硫化时间短。初生乳管橡胶硫化曲线的最小扭矩较小(0.22 dN·m),而最大扭矩较大(8.25 dN·m)。通过分析3个无性系材料,结果表明萌条枝叶生物量、生物量组成和橡胶含量具有品系特征,并影响初生乳管橡胶产量,这为初生乳管橡胶在资源育种与栽培技术指明了研究方向。鉴于初生乳管橡胶的门尼粘度和P0达不到标准胶要求,但其他理化性能指标与常规橡胶相似,建议初生乳管橡胶不能作为标准胶使用,但可作为普通胶料用于生产。
天然橡胶(NR)具有优异的综合性能而广泛应用于各个领域,但较差的耐热、耐老化性能影响了NR制品的使用寿命。天然橡胶与顺丁橡胶(BR)共混可改善制品的拉伸强度、耐磨性、抗撕裂性能,提高制品的使用寿命和耐低温性能,二者共混常用于轮胎制造。NR与BR共混,二者的相容性对共混物的相结构和性能具有重要影响。本研究利用Material Studio软件构建模型,采用分子动力学(MD)和耗散粒子动力学(DPD)模拟方法在分子尺度和介观尺度上对室温下NR/BR共混的相容性进行探讨。通过MD模拟,确定了NR和BR在模拟过程的最小聚合度均为20;构建10/90、30/70、50/50、70/30、90/10的NR/BR共混物模型,并计算每个NR/BR共混模型的相互作用参数χ,发现在NR/BR共混体系中NR与BR分子间的相互作用参数χNR-BR始终比临界相互作用参数χC小;分析了不同质量比NR/BR共混物分子间的径向分布函数,发现NR与BR分子间的径向分布函数ginter(r)始终高于NR与NR、BR与BR同种分子间的径向分布函数,表明共混物中不同种类分子间(NR与BR)的相互作用比同种类分子间(NR与NR、BR与BR)的相互作用要强;DPD模拟得到不同质量比NR/BR共混物的介观形貌,发现共混物分散相的相畴尺寸会随着分散相含量的增加而增加,但均未出现宏观相分离的情况。上述模拟结果表明,NR和BR在室温下以不同质量比混合时,始终表现出良好的相容性。为验证模拟结论是否准确,制备了NR/BR共混物试样,并采用动态热机械分析仪对样品进行测试,结果证实了NR/BR共混体系的混溶性。模拟结论与实验结果相匹配,证明分子模拟研究和预测共混物相容性是可行的,可为共混实验提供可靠的参考和指导。
引入多尺度分子模拟技术对比研究了2种受阻酚类防老剂2,2°-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(防老剂2246)与防老剂2,2°-亚甲基双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)(防老剂425)对天然橡胶(natural rubber, NR)的热氧老化防护效果。量子力学模拟(QM)结果表明,2种防老剂的O-H键解离反应自由能(ΔG)均低于NR的C-H键ΔG,且防老剂425在其解离位置h处的O-H键ΔG最低,为250.08 kcal/mol,搜索2种防老剂或NR与过氧自由基CH3OO·的反应过渡态,发现防老剂425的过渡态能垒(Ebarrier)最低,为5.31 kcal/mol,证明其能更快速地捕获过氧自由基,有效延缓NR分子链的氧化反应,表明了其防老剂化学反应防护机制。分子动力学(MD)模拟结果表明,防老剂425与NR之间的溶解度参数(δ)更接近,扩散系数(D)更低,即防老剂425与NR分子链更易相容,迁移性更低。蒙特卡洛(MC)模拟结果表明,氧气在3种体系中的渗透系数(P)大小顺序为PNR>PNR/2246>PNR/425,即防老剂425更容易阻隔氧气渗透,表明了其防老剂物理防护机制。为验证分子模拟结论的准确性,对不同NR复合体系进行0~7 d的热氧老化实验,采用拉力试验机、邵尔A硬度计、傅里叶红外变换光谱仪研究2种防老剂对NR的热氧老化防护效果,发现NR/425体系的力学性能保持率最好,红外图谱结果显示,防老剂425/NR复合体系的氧碳摩尔比增长率最低,表明防老剂425对NR的防护效果更好,与分子模拟结论一致,证明多尺度分子模拟有助于防老剂的选取。
甘蔗是我国主要的糖料作物,是生产蔗糖最主要的原料,甘蔗生产过程中受到的病虫害威胁给蔗糖产业造成了严重的损失。甘蔗镰孢菌(Fusarium sacchari)引起的梢腐病是一种真菌性病害,严重影响甘蔗作物生产。镰孢菌致病基因的研究对于梢腐病的防治具有重要意义。腺苷酸转移酶(adenine nucleotide translocase, ANT)介导线粒体与细胞质基质之间ADP/ATP的交换,在真核细胞能量代谢中发挥重要作用,与细胞的生长、发育和凋亡密切相关。本研究克隆获得了长936 bp具有完整开放阅读框(open reading frame, ORF)的甘蔗镰孢菌ANT基因序列,命名为FsANT,其编码311个氨基酸,并且与小麦条锈菌病原菌ANT蛋白和小麦白粉病病原菌ANT序列相似性较高。蛋白软件分析显示,该基因编码的蛋白为稳定的疏水蛋白,含有5个跨膜结构,一个ADP/ATP transporter结构域,有3个同源重复的MCF基序,与粒体转运蛋白家族(mitochondrial carrier family,MCF)的基本结构特点相吻合。软件预测分析发现FsANT基因可能定位在线粒体。qRT-PCR结果显示,FsANT基因在菌丝生长时期的表达相对稳定无显著差异;在与甘蔗互作过程的表达模式表现为:接种后12 h该基因开始上调表达,24 h表达量显著升高,72 h达到表达高峰。推测FsANT基因的表达不仅与甘蔗镰孢菌细胞的生长相关,同时可能参与F. sacchari与甘蔗的互作过程,且主要在侵染后期发挥功能。研究病原菌生长保守基因为甘蔗抗梢腐病育种提供新思路。
AGL80/FEM111属于Type I型MADS-box基因家族,调控拟南芥中央细胞及胚乳的发育。目前,AGL80在木本植物中鲜有研究报道。本研究从芒果转录组数据中获得并命名为MiAGL80基因。生物信息学分析表明:MiAGL80基因位于1号染色体上,ORF全长为897 bp,无内含子,编码299个氨基酸,理论等电点为4.95,蛋白质分子量为73.19 kDa,氨基酸序列中含有1个MADS_SRF_like保守结构域。系统进化树分析表明:芒果MiAGL80与阿月浑子PvAGL80最为接近,且同源性最高,氨基酸相似性为64.29%。启动子序列分析显示:芒果MiAGL80基因的启动子包含光响应元件、逆境响应元件、转录因子结合位点以及激素响应元件等,其中光响应元件相较其他元件数量较多,不仅包含光调节相关元件,还包含昼夜节律表达所必需的区域元件;激素响应元件中包括赤霉素响应元件、生长素响应元件和乙烯响应元件;逆境响应元件主要是干旱响应元件。基因表达模式分析显示:在芒果果实中,MiAGL80随着芒果果实的逐渐发育,其在果肉中的表达水平持续下降,在花后100 d的果实与成熟果中的表达水平很低;在种胚发育过程中其表达水平先上升后下降,在花后100 d的胚和成熟胚中表达水平也很低;在种胚萌发发育期,其表达水平再次升高。在成花发育不同时期的组织器官中:MiAGL80主要在叶片中表达,其表达量先降低后逐渐升高,然后再降低,在花器官发育末期达到最大值;在花芽中的表达水平也显著高于营养芽;但在茎中表达量极低,几乎不表达。说明MiAGL80在芒果果实发育、种胚发育、种子萌发以及成花调控方面发挥作用。以上研究结果为深入研究MiAGL80基因的功能提供参考。
石斛属(Dendrobium)是兰科(Orchidaceae)一个大属,我国植物志记载有76种,主要分布于我国海南省、西南和两广地区,石斛属植物种类繁多,花朵鲜艳,颜色丰富,花期长,具有极高观赏价值。目前,石斛属植物野外资源濒临灭绝,面临自交异交不亲和、观赏种数量少、缺乏优良育种亲本的困境,为保护现有良种、培育新物种及为建立基因分子库奠定基础,以石斛属植物幼嫩叶片为材料,采用MGb解离液制备细胞核悬浮液,利用玉米(Zea mays, ‘B73’)和番茄(Lycopersicon esculentum)作为内标,建立了基于流式细胞术测定石斛倍性和基因组大小的方法,用流式细胞仪对兰科(Orchidaceae)石斛属(Dendrobium)27种石斛属植物的倍性和基因组大小进行测定。研究表明:以玉米为内标区分度较好,且没有重叠峰,峰型清晰集中,对27种石斛属植物的倍性和基因组大小能准确估测;27种石斛中二倍体19种,三倍体5种,四倍体3种;27种石斛分属于8组,分别是禾叶组1种,顶叶组2种,石斛组16种,瘦轴组1种,叉唇组1种,距囊组1种,草叶组4种,基肿组1种,各个组间基因组大小不同,各组内基因组大小也存在差异;27种石斛预估基因组大小在0.98~2.41 pg之间,预估的平均基因组大小为1.44 pg,27种石斛的基因组大小均大于0.7 pg,主要集中在0.7~1.4 pg之间,其中草石斛的预估基因组最大,梳唇石斛最小,二者的预估基因组大小相差近2.5倍;27种石斛的基因组可归为极小基因组或小基因组。该研究为石斛属植物的人工杂交授粉配置、 杂交育种、多倍体诱导提供便利,同时,为石斛属植物基因分子库的建立以及石斛属植物基因组学、遗传变异、进化生物学与全基因组测序等研究奠定基础。
泛素结合酶E2(ubiquitin-conjugating enzyme, UBC)在植物中具有重要的作用,参与植物的生长发育、逆境胁迫、免疫响应等生理活动。本课题组前期通过分析桑脉带相关病毒(Mulberry vein banding-associated virus, MVBaV)侵染的桑树品种‘桂桑优62号’(Morus atropurpurea)转录组获得了上调表达的基因MaUBC-C。为探究泛素结合酶MaUBC-C基因的功能,本研究以‘桂桑优62号’桑树为材料,克隆MaUBC-C的CDS序列进行生物信息学和表达模式分析,并对其进行原核表达获得该蛋白。结果显示,MaUBC-C编码区全长为567 bp,编码蛋白含188个氨基酸,大小为21.03 kDa,属于亲水、酸性、不稳定的核定位蛋白,具有保守的UBC结构域。将其氨基酸序列与其他物种的UBC氨基酸序列进行比对和进化分析,发现MaUBC-C与川桑MnUBC-C的相似性最高为98.40%,且具有最近的进化亲缘关系。荧光定量PCR分析MaUBC-C基因表达模式,结果显示MaUBC-C在桑苗的根、茎、叶中均有表达,其中在根部表达量最高,分别是茎和叶的1.24倍和1.71倍;对外源激素(ABA、GA、MeJA、SA)和非生物胁迫(低温、高温、高盐、干旱)处理均产生响应,且在ABA和MeJA处理下表现出显著上调,在24 h时的表达量分别为正常水平的29.55、9.05倍,推测MaUBC-C在桑树的生长发育中具有广泛的调控作用,参与桑树的激素信号转导和对非生物胁迫的防御反应。利用无缝克隆技术构建MaUBC-C原核表达载体pET-30a-MaUBC-C并转化大肠杆菌BL21,0.5 mmol/L IPTG在37℃条件下进行诱导,获得约为25 kDa的融合蛋白,与预期大小相符,为今后进行MaUBC-C基因功能研究提供了基础材料。本研究为进一步探究桑树泛素蛋白酶体途径的作用机制奠定了基础。
报道了采自西藏自治区林芝市墨脱县炭团菌科(Hypoxylaceae)3个中国新记录种和7个西藏新记录种。3个中国新记录种为:瘦弱环纹炭团菌(Annulohypoxylon leptascum)、竹生轮层炭壳菌(Daldinia bambusicola)和拟勒农炭团菌(Hypoxylon sublenormandii);7个西藏新记录种为:博韦环纹炭团菌(A. bovei)、启迪轮层炭壳菌(D. childiae)、豪伊炭团菌(H. howeanum)、坚硬炭团菌(H. investiens)、穿孔炭团菌(H. perforatum)、热带炭团菌(H. trugodes)和多形罗杰斯环纹炭团菌(Jackrogersella multiformis),并对它们的宏观和微观特征进行描述及图示。
杂草稻是生长形态与栽培稻相似,而稻米质量、落粒性和休眠性等性状不符合栽培稻生产需求的一类杂草。江苏省是我国杂草稻危害最严重的省份之一,大量研究主要集中在杂草稻的起源、性状和防控,杂草稻群体作为种质资源用于栽培稻品种改良尚无系统研究。丰富的遗传多样性和优良种质资源是栽培稻育种以及品种改良中最重要的物质基础,本研究收集21个江苏省不同地区的杂草稻群体、6个栽培稻品种和2个杂草稻对照群体为材料,通过在海南同质园种植,测定18个表型性状,分析其性状的多样性,并进行相关性分析、主成分分析、聚类分析和综合评价研究。结果表明:杂草稻的齐穗期和齐花期均明显早于栽培稻,杂草稻的实粒数和总粒数均较优于栽培稻,杂草稻资源群体表型性状变异系数为2.99%~196.29%,多样性指数为0.27~2.06,多样性指数最高的是结实率,其次为实粒数、剑叶长/宽和总粒数。相关性分析表明,18个表型性状之间大部分存在显著或极显著相关,始穗期和始花期与株高、穗长、剑叶长宽比、总粒数、实粒数、千粒重、分蘖数间均呈极显著正相关,千粒重与穗长、剑叶长宽比、分蘖数、始穗期、始花期呈极显著正相关。主成分分析将18个表型性状集中在累计贡献率为70.57%的6个主成份,其中正相关影响最大的性状是杂草稻的始穗期、始花期、齐穗期、齐花期、总粒数、实粒数等性状。聚类分析将23个杂草稻群体在欧式距离为5时分为5大类。18个指标综合评价D值>0.68的有3个群体,其中,来自南通如皋WJ-NJ1的D值最高(0.715),其次是来自常州金坛WJ-CZ1(0.698)和盐城市辖区WJ-YC2(0.682)。本研究为杂草稻种质资源在未来的辅助育种以及栽培稻品种改良等方面提供了重要的理论依据。
咖啡是世界三大饮料之一,营养丰富,经济价值高,深受消费者欢迎。咖啡是热区重要的多年生经济作物,长期的连作产生了严重的连作障碍,已成为影响咖农增收、制约产业可持续发展的严重问题,亟待解决。本研究采集咖啡园病株根际土壤,开展室内盆栽试验,研究其4个浓度的水提液(0、0.50、1.00和2.00 g/mL,分别表示为CK、T1、T2和T3)对咖啡幼苗根系生长发育的影响,以期明晰咖啡连作障碍产生的机理,为克服咖啡连作障碍提供科学和试验依据。结果表明:发病植株根际土壤水提液导致其幼苗根系表皮细胞变小、排列更加紧密,并且随着浓度的升高,根系细胞壁及内膜系统逐渐被破坏,形成空腔;初生木质部细胞的木质化程度逐渐增加。根系鲜重、干重、总根长、根体积、根尖数、总根表面积以及根系活力均随根际土壤水提液浓度的升高而下降,T2处理与CK相比差异显著(P<0.05),T3处理差异极显著(P<0.01)。随着根际土壤水提液浓度的升高,根系木质素含量和相对电导率逐渐升高,T1处理与CK相比,木质素含量增加29.53%,差异显著,T2、T3处理木质素含量分别增加42.38%、66.52%,差异均达极显著;T2、T3根系相对电导率分别增加34.40%、58.30%,差异均达极显著。根系可溶性蛋白含量随着土壤水提液浓度的升高呈现先升高后下降的变化趋势,T2处理与CK相比,可溶性蛋白含量增加61.75%,差异显著。MDA含量、SOD、POD和CAT活性均随着土壤水提液浓度升高而升高,T3处理与CK相比,SOD活性增长56.77%,差异显著;POD活性增加96.28%,差异极显著。综上可知,发病咖啡植株根际土水提液中存在自毒物质,破坏咖啡幼苗根系结构、抑制根系生长发育。
本研究探究了不同施肥模式对菠萝(Ananas comosus)生长发育、养分吸收及产量品质的影响,旨在筛选出高产优质高效的施肥方案。以‘台农17号’菠萝为材料,采用田间小区试验,设置不施肥(CK)、农户常规施肥(NPK)、减量施肥(INF)、有机无机肥配施(INF+M)和有机无机缓控释肥配施(INF+M+S)5组处理,每组3次重复,比较不同施肥模式下菠萝叶片数、干物质量、产量品质和氮、磷、钾积累与分配的差异。结果表明:快速生长期后,NPK处理叶片数高于其他处理,约为84片。INF+M和INF+M+S处理收获期干物质积累量分别提高20.28%和23.16%,而INF与NPK处理间无显著差异。INF+M+S处理氮、磷积累量分别较NPK处理提高8.33%、2.77%,钾积累量无显著差异,而INF和INF+M处理对氮积累量无显著影响,但降低了磷、钾积累量。此外,INF+M+S处理显著提高了氮、磷、钾转运量,增幅依次为62.32%、189.83%和30.79%,INF+M处理氮、磷、钾转运量也有不同程度提高,而INF处理则降低了磷、钾转运量。相较于CK处理,施肥处理显著降低了冠芽养分分配率,3种减量施肥处理较NPK均提高了收获期菠萝果实养分分配率,减少了叶片等营养器官养分分配率,其中INF+M+S处理果实氮、磷、钾分配率分别较NPK处理提高131.43%、66.60%和147.33%。INF、INF+M和INF+M+S处理产量较NPK处理分别提高1.64%、19.35%和37.09%,且INF+M+S显著高于其他处理;施肥处理较CK显著提高可溶性糖的含量,降低可滴定酸和维生素C含量。但施肥处理间可溶性糖、可滴定酸和维生素C含量之间无显著差异。综上所述,INF+M+S处理下菠萝产量最高,且能提高养分积累量、养分转运量和果实养分分配率,为菠萝最优施肥模式。
橄榄果实风味独特,富含多酚、黄酮、氨基酸等多种生理活性物质,这些物质与其风味品质关系密切。目前对橄榄果实代谢物进行系统研究的报道较少,为解析橄榄果实的主要代谢成分并对3个品质类型存在差异的品种(系)(‘长营’‘檀香’‘灵峰’)进行比较,以期为橄榄果实品质形成、优良品种选育等研究提供理论基础。采用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)的广泛靶向代谢组技术,测定3个橄榄品种(系)成熟期果实代谢物,并结合多元统计分析方法及3个品种(系)果实总酚、总黄酮、木质素含量数据进行分析,结果表明:‘檀香’总酚、总黄酮含量最高;‘灵峰’总酚、总黄酮及木质素含量最低;‘长营’总木质素含量则很高,与其化渣差的特点相吻合。利用广泛靶向代谢组学技术共检测出黄酮、酚酸类、氨基酸及其衍生物、有机酸、脂质、核苷酸及其衍生物、鞣质、糖及醇类、木质素和香豆素等13类524种代谢物,其中黄酮类代谢物数量最多,主要为槲皮素类、木犀草素类和山奈酚类。各品种(系)代谢物差异显著,主要的差异代谢物为黄酮类、酚酸类和氨基酸及其衍生物。‘长营’相比‘檀香’存在161种差异代谢物(上调代谢物116种、下调代谢物45种),‘檀香’相比‘灵峰’存在164种差异代谢物(上调代谢物51种、下调代谢物113种);‘长营’相比‘灵峰’存在146种差异代谢物(上调代谢物51种、下调代谢物95种)。差异代谢物KEGG通路富集分析发现,3个品种(系)中,‘檀香’的黄酮代谢及氨基酸代谢最为活跃,积累更多的槲皮素类、木犀草素类、山奈酚类、丙氨酸、丝氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸等黄酮及氨基酸类物质;‘灵峰’较‘长营’的黄酮代谢相对较弱,黄酮类物质积累相对较少,这可能是造成‘檀香’橄榄风味更为浓厚,而‘灵峰’橄榄风味较为清甜的原因之一。
在热区鲜食玉米的种植研究中,针对不同复种季节筛选适应性品种的研究还较少,为满足鲜食玉米多样化的生产需求,在云南热区德宏州芒市进行甜玉米夏秋两熟复种试验,选用当地主栽甜玉米品种‘库普拉’(T1)、‘金中玉’(T2)、‘高原王子’(T3)、‘瑞佳甜1号’(T4),分析比较各品种两季种植的差异。试验结果表明:两季各品种农艺性状指标差异均达极显著(P<0.01),T2、T4株高、茎粗均高于T1、T3,秋播平均茎粗、叶面积指数较夏播分别增长8.78%、16.67%,夏播T2叶面积指数较T1增长94.73%,秋播T4较T1株高增长71.76%;两季各品种饲用品质指标差异均达极显著(P<0.01),T2、T4的综合饲用品质较好,T2夏播粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)含量分别增长5.52%、8.93%,酸性洗涤纤维(ADF)含量有效降低5.21%,秋播T4较T1粗灰分含量降低40.83%;两季各品种产量产值差异均达极显著(P<0.01),T1、T3产量产值两季均低于T2、T4,秋播平均产量较夏播增长24.68%,平均总收益增加57.83%(约3.32万元/hm2),其中T2夏播T4秋播可实现全年果穗总产47.2 t/hm2,茎叶总产42.4 t/hm2,总产值11.35万元。综合季节性及品种表现的差异性,T2更适合夏播,T1、T3、T4更适合秋播,其中秋播的3个品种综合表现好,依次为T4>T3>T1,T2夏播、T4秋播搭配种植可实现效益最大化。
为评价不同品种紫米淀粉、脂肪、花青素、多酚、氨基酸和矿质元素间的差异,探究不同营养成分之间的关系,选取云南墨江(MJ)、湖南新化(HN)、贵州黎平(GZ)和陕西汉中(SX)4个产地的紫米,并与红米(R)、黑米(B)进行比较。结果显示,不同产地紫米成分含量存在差异,具有不同营养特征。HN紫米的淀粉含量最低(68.13%),脂肪(2.38%)、矿质元素Fe、K、Mg、Mn、Na、P、Zn含量最高,其中Mn(80.37 mg/kg)、Na(10.75 mg/kg)元素显著高于其他产地;MJ和SX紫米花青素(533.03 mg/kg,412.54 mg/kg)、多酚(340.55 mg/100 g,387.91 mg/100 g)含量显著高于其他产地,而GZ紫米花青素(156.55 mg/kg)和多酚(239.23 mg/100 g)显著低于其他产地紫米。SX紫米氨基酸总量(74.37 g/kg)与必需氨基酸(total essential amino acids,ΣEAA,26.09 g/kg)含量最高,与其他紫米差异不显著。紫米成分间相关性分析显示,花青素与多酚呈极显著正相关(0.625),二者分别与Ca呈显著负相关(-0.571,-0.549)。Asp、Gly与Fe、Ca呈显著正相关,大部分元素间呈显著正相关。不同有色稻米间,红米淀粉(74.73%)含量最高,花青素(9.05 mg/kg)、氨基酸总量(55.94 g/kg)、ΣEAA(19.78 g/kg)、Fe(6.51 mg/kg)、Mg(609.41 mg/kg)、P(1746.72 mg/kg)元素含量最低,与紫米和黑米差异显著(P<0.05)。黑米花青素(533.03 mg/kg)、多酚(453.53 mg/100 g)含量显著高于(P<0.05)其他有色稻;黑米和紫米氨基酸含量差异不显著(P>0.05),但显著高于(P<0.05)红米。有色稻ΣEAA与非必需氨基酸总量(total non-essential amino acid,ΣNEA)比例在0.54左右。主成分分析将3种有色稻分为红米、紫黑米两组,前3个主成分可以解释总方差的91%。第一主成分(PC1)贡献率为67.5%,代表矿质元素,说明产地是有色稻米成分组成差异的主要原因。第二主成分(PC2)占总方差的18.2%,主要为总花青素含量、氨基酸等。
为探明广西百色市芒果根际土壤丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal, AM)真菌的分布情况,本研究对广西芒果主产区的芒果根际土壤及根系样本进行AM真菌分离,并比较不同施肥制度下芒果根际土壤的AM真菌种类和根系菌根侵染情况。采集5个主施有机肥的芒果园(OT)和5个主施化肥的芒果园(CT)根际土壤,采用湿筛倾析法分离土壤中的AM真菌孢子,通过富集和诱导培养纯化其中的AM真菌,进行分子和形态鉴定。采用墨水醋染色法对根系样本进行染色及内生真菌侵染率的测定。共分离出6种AM真菌,OT处理分离出无梗囊霉属(Acaulospora sp.)1种,近明球囊霉属(Claroideoglomus sp.)1种,类球囊霉属(Paraglomus sp.)1种;CT处理分离出无梗囊霉属2种,近明球囊霉属1种。2种施肥制度分离出的AM真菌种类较少,且分离出的AM真菌种类均较常见,并无特有种。根系染色发现,OT处理菌丝分布较多,AM真菌结构丰富,可明显观察到丛枝和泡囊结构,还发现有少量的深色有隔真菌(dark septate endophytes, DSE);CT处理的菌丝相对较少,泡囊结构和丛枝也较少,DSE相对较多。方差分析结果显示,施肥类型、芒果品种和树龄对AM真菌的根外菌丝、泡囊结构以及孢子密度均有不同程度的影响,其中施用有机肥较化肥对AM真菌的根外菌丝和泡囊结构均有显著的促进作用。综上,本研究筛选所得菌种丰富了我国AM真菌菌种库,并为筛选果树高效AM真菌菌剂奠定物质基础,也为果园管理提供了新方向。
针对引起海南省白沙农场中粒种咖啡成株叶片呈砖红色枯萎症状的一种未知病害的病原菌进行分离,分离得到菌株21BS02-1和21BS02-2。将分离菌株接种到叶片并观察症状,发现菌株21BS02-1的发病症状与田间症状一致,通过再分离获得的菌株发病症状也与初始病原菌症状一致,由此确定菌株21BS02-1即为致病菌。菌株21BS02-1的菌落主要呈白色,毡状,菌丝致密,菌落中央呈玫瑰色;其菌丝体细长,部分菌丝为有隔菌丝;大型分生孢子两端稍弯曲,形状似镰刀,其大小为(56.26~175.76)μm × (12.93~19.78)μm,有3~7个分隔;小型分生孢子较少,呈椭圆形,0~1个分隔;根据形态特征初步鉴定该病原菌为镰刀菌(Fusarium sp.)。进一步对菌株21BS02-1的ITS、β-tubulin、TEF基因序列进行克隆测序,经Blast搜索表明,其ITS、β-tubulin、TEF序列与Fusarium lateritium的同源性分别达到99.56%(MN686293)、100%(KJ00154)、99.68%(KF918550)。3个单基因聚类树均一致,表明菌株21BS02-1属于砖红镰刀菌(F. lateritium)。生物学特性测定表明,致病菌21BS02-1最适合的培养基为OMA和CMA培养基;碳源为蔗糖时的利用率最高;牛肉浸膏为致病菌最适生长的氮源;12 h光暗交替条件下菌丝生长最快;pH在7~9范围内最适合该致病菌生长。本研究是砖红镰刀菌(F. lateritium)侵染中粒种咖啡较为详细的报道。
本研究以3种木薯品种(‘KU50’‘SC205’和‘SC9’)块根为实验材料,采用色谱-质谱联用非靶向代谢组学技术,对8月龄木薯块茎的代谢物进行差异性分析。通过鉴定共获得77个差异代谢物,主要涉及糖及其衍生物、氨基酸、有机酸等,‘KU50’和‘SC205’两个品种的优势代谢产物(相对含量>15%)均为蔗糖,且二者含量基本相当,‘SC9’的优势代谢产物为蔗糖与果糖;‘SC9’中蔗糖、柠檬酸相对含量显著低于‘KU50’和‘SC205’,但果糖、半乳糖、葡萄糖高于二者。利用主成分分析(PCA)发现,3个木薯品种块根代谢物组成结构差异性显著,获得差异显著的33种代谢物中主要涉及糖类及其衍生物、有机酸及其衍生物、生物碱、核苷酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物等5个类别。通过GO、KEGG、通路富集分析共注释到14个差异显著性代谢途径,其中,共有16个代谢物富集于氨酰tRNA生物合成途径,9个富集于精氨酸和脯氨酸代谢途径,3个富集于氰基氨基酸代谢途径。本研究通过对3个木薯品种块根代谢物的种类、相对含量、主要代谢物和显著差异代谢物进行分析,阐明了不同木薯品种淀粉品质形成的物质基础。可为后期更好地进行木薯品种改良、品种选育及木薯食品加工提供参考。
P型ATP酶是植物体内一种重要的膜转运蛋白,在果实能量代谢和酸代谢中发挥重要作用,并广泛参与植物离子运输、抗逆、细胞信号转导等各项生命活动,然而在荔枝或其他无患子科植物中尚未对P型ATP酶基因家族进行全面分析,本研究基于‘妃子笑’荔枝转录组数据,通过对这些基因进行生理生化分析、生物信息学分析和表达分析,共鉴定了28个P型ATP酶基因家族成员基因,探讨P型ATP酶在荔枝采后贮藏过程中的潜在功能。结构和系统发育分析表明该基因可以分为5个亚家族,同一亚族的基因在基因结构和motif基序方面具有很大的相似性,其蛋白二级结构主要以α-螺旋为主,亚细胞定位预测分析发现LcPAs多定位于线粒体(21/28)。通过转录组分析,在采后贮藏期间,荔枝P型ATP酶家族基因中上调表达的基因明显高于下调表达基因,暗示其可能在荔枝采后品质劣变过程中发挥着积极的抵御作用。使用拮抗菌N-1处理荔枝可以有效抑制其果实采后褐变和病害的发生,结合RT-qPCR结果,发现拮抗菌N-1处理能诱导LcPA1、LcPA7、LcPA8和LcPA19在整个贮藏过程中的上调表达,并维持了较高的ATP酶活性,进一步说明P型ATP酶家族基因在抑制荔枝病变过程中发挥着重要作用。本研究为了解荔枝P型ATP酶基因家族基因的进化和功能分析提供了参考,为深入了解拮抗菌N-1保鲜机理的分子调控机理提供新的证据。
香蕉营养丰富、活性物质含量高,可作为深加工产品的优质原料。香蕉果酒是香蕉精深加工产品中的重要一类。由于香蕉果浆碳水化合物含量较高、酸度低、糖分高,其酿造过程中适宜各种微生物的生长繁殖,特别是乳酸菌数量的变化与酸类物质的产生密切相关。乳酸菌群落的变化容易增加发酵过程的风险,造成香蕉酒挥发酸含量超标、品质低下等不良结果。因此明确香蕉果酒发酵过程中自然存在的乳酸菌的生长繁殖规律及其对有机酸代谢的影响,可为精准调控发酵过程、提高产品质量提供理论依据。试验设置商业酵母Lalvin K1TM接种发酵过程(K1)与香蕉果汁自然发酵过程(SF)2组对比,采用实时定量PCR方法和高效液相色谱法对香蕉汁接种发酵(K1)与自然发酵过程(SF)中酵母菌、乳酸菌的生长规律以及有机酸的含量变化进行监测。结果表明:2种发酵处理下,酵母菌和乳酸菌的生长规律有差异;K1酵母菌主导的发酵过程中,乳酸菌的生长受到显著抑制,最大生长量仅为4.0×106 CFU/mL,而酵母菌生物量为1.2×107 CFU/mL;在自然发酵过程中,乳酸菌与酵母菌的生长周期完全错开,但对乳酸菌的生物量无显著影响,乳酸菌与酵母菌的生长量分别达到1.0×107 CFU/mL和1.6×107 CFU/mL。2种发酵过程均表明,酵母菌和乳酸菌的生长存在竞争与抑制关系;有机酸代谢主要与乳酸菌菌落数量相关,不同有机酸的总体变化趋势一致;在发酵过程中,乳酸含量逐渐增加,乙酸含量呈先增后降的趋势,二者在自然发酵样品中的累积量均高于接种发酵;柠檬酸、苹果酸、酒石酸含量整体呈下降趋势。
以武夷名丛奇兰秋季鲜叶为原料,按传统红茶加工工艺制成红茶,并探明其加工过程中主要生化成分含量、多酚氧化酶(PPO)活性及相关酶基因表达的变化规律,以期为秋季红茶品质改良和工艺改进提供一定参考。结果表明:从鲜叶(XY)至发酵结束(FJ8),茶多酚、儿茶素、水浸出物、咖啡碱分别下降6.13%、15.66%、10.64%、0.10%;黄酮、茶黄素、茶红素、茶褐素、游离氨基酸分别上升4.98 mg/g、7.45 mg/g、2.03%、5.58%、0.14%,其中咖啡碱变化幅度最小。茶黄素、茶红素、茶褐素与儿茶素呈极显著负相关,相关系数分别为:-0.991、-0.969、-0.972。PPO活性呈波动变化,萎凋阶段先上升后下降,揉捻时达到峰值,为458.83 U/g,约为XY的1.67倍;发酵阶段快速下降,FJ8时,PPO酶活显著低于XY,约为XY的0.89。多酚氧化酶基因CsPPO1、CsPPO2表达变化规律一致:先上升后下降,相对表达量在萎凋15 h(WD15)最高,分别为XY的11.2、12.8倍,揉捻时开始下降,发酵阶段表达量与鲜叶无显著差异。儿茶素类代谢相关酶基因PAL、CHS、C4H、CHI、F3H、F3°5°H、FLS、DFR、LAR、ANR的表达在加工过程中均受不同程度抑制,相对表达量显著低于XY,除与CG(儿茶素没食子酸酯)呈负相关外,与儿茶素其他组分均呈正相关,但不显著,相关系数在0.130~0.750之间。