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芦笋早熟覆盖促发技术研究及类黄酮代谢相关基因的分离与表达分析

朱翔飞  
【摘要】:芦笋,又名石刁柏(Asparagus officinalis L.),为百合科天门冬属多年生草本植物,以嫩茎供食,具有极高的营养保健价值,是一种重要的功能型蔬菜,被誉为“蔬菜之王”以及“世界十大名菜”之一。芦笋不是中国的传统蔬菜,从国外引进的历史也不长,但近年来,芦笋种植及加工产业在国内发展迅速。 为解决长江流域芦笋冬、春季芦笋嫩茎萌发晚,前期产量低、嫩茎商品性差等问题,本研究以‘格兰德’芦笋为研究材料,主要研究不同覆盖方式对冬春季低温季节芦笋嫩茎萌发、伸长以及最终收获的商品绿芦笋产量和品质的影响,旨在建立芦笋早春促发技术,以延长芦笋采收期、提高芦笋种植效益。同时为了探索芦笋类黄酮化合物积累的生化基础,研究其代谢调控机理,利用RT-PCR,RACE等技术克隆了芦笋类黄酮合成的关键基因的cDNA全长,并通过QRT-PCR分析了上述基因在芦笋不同部位以及嫩茎不同发育时期的表达特征,探讨了类黄酮合成基因的表达水平与其积累及抗氧化特性的关系,为芦笋营养强化栽培技术的完善以及富含类黄酮化合物芦笋品种的选育提供理论依据。 主要研究成果如下: (1)通过比较不同地面覆盖方式对芦笋嫩茎萌发、伸长以及最终收获的商品绿芦笋产量与商品性的影响,表明采用地膜覆盖技术可以促进芦笋嫩茎提前抽生,同在大棚下栽培,通过地膜覆盖的芦笋比不覆盖的对照可以提前15天左右出笋,始收期可提前到1月下旬。嫩茎产量,尤其是前期产量可增加26.6%,栽培效益可提高23.2%。并且与对照和谷糠覆盖相比,地膜覆盖处理采收得到的芦笋嫩茎粗长,弯曲率低,商品性好。 (2)分析了不同地面覆盖对芦笋嫩茎营养品质的影响,表明地膜覆盖和谷糠覆盖都能够增加嫩茎中可溶性总糖的含量,但是还原糖的含量谷糠覆盖却比对照降低了17.3%;两种覆盖处理收获的芦笋嫩茎与对照的可溶性蛋白含量相差都非常明显,谷糠覆盖处理比对照增加58.8%,而地膜覆盖处理反而比对照降低32.0%;两种处理氨基酸含量与对照相比都有不同程度的降低;有机酸含量谷糠覆盖比对照降低25.0%,地膜覆盖比对照略微降低;谷糠覆盖处理的嫩茎抗坏血酸含量比对照略微降低,而地膜覆盖处理的抗坏血酸含量比对照增加了10.5%:类黄酮含量,谷糠覆盖处理和地膜覆盖处理与对照相比都有大幅度的增加,分别增加22.3%和61.2%;谷糠覆盖处理与对照相比总抗氧化性差别不大,而地膜覆盖处理比对照增加了15.4%;芦丁含量的变化规律与类黄酮总量的变化规律大致一致。 (3)通过同源克隆结合RACE的方法从芦笋中分离了与类黄酬合成关键酶(?)PAL、FSH、 F3'H、 FLS、DFR的基因全长以及CHS的部分片段,并对它们分别进行了生物信息学的分析。其中PAL全长为2355bp,包含83bp的5’非编码序列、142bp的3’非编码序列和2130bp的开放阅读框(Open Reading Frame),编码709个氨基酸;F3H全长为1341bp,包含23bp的5’非编码序列、229bp的3’非编码序列和1089bp的开放阅读框,编码362个氨基酸;F3’H全长为1774bp,包含50bp的5’非编码序列、176bp的3’非编码序列和1548bp的开放阅读框,编码515个氨基酸:FLS全长为1235bp,包含60bp的5’非编码序列、167bp的3’非编码序列和1008bp的开放阅读框,编码335个氨基酸;DFR全长为1301bp,包含136bp的5’非编码序列、123bp的3’非编码序列和1047bp的开放阅读框,编码348个氨基酸;CHS中间片段长为382bp。通过构建进化树发现芦笋的上述基因与同为百合科的洋葱、百合、水仙以及大蒜同源基因的亲缘关系较近。 (4)利用QRT-PCR分析了类黄酮合成相关基因在芦笋根、母茎、叶、花、果实以及不同发育时期的嫩茎中的表达变化。结果表明,PAL、CHS、F3H、F3'H、FLS以及DFR在不同组织以及嫩茎不同发育时期的表达均有较大的差异。PAL在母茎中的表达量较高,在根以及嫩茎中表达量都较低;CHS在芦笋花中的表达最高,而在不同发育时期的嫩茎中都表现出从嫩茎顶部到底部先上升后下降的过程:F3H在叶片中的表达量最高,而在其它组织中的表达量变化比较平缓;F3’H在果实中的表达量较高,而在母茎以及嫩茎中表达量都很低;尤其是在母茎中,几乎检测不到;FLS在叶片中的表达量最高;DFR与花色素的合成直接相关,它在芦笋花、嫩茎的底部这些花色素含量比较多的部位表达量比较高。对芦笋根、母茎、叶、以及不同发育时期嫩茎不同部位的类黄酮含量测定结果表明,芦笋叶片中总类黄酮的含量最高,是其它组织中的2至9倍。在不同发育时期的嫩茎中,随着嫩茎的伸长,类黄酮的含量逐渐降低,但是变化比较缓慢,而且从嫩茎顶部到底部,类黄酮的含量也逐渐降低,顶部类黄酮的总量约为底部的两倍;芦丁含量测定结果表明,其变化趋势基本上和类黄酮的总量变化趋势一致,叶片中芦丁的含量最高,母茎和嫩茎中其次,而在根中含量非常低。嫩茎发育的不同时期,芦丁的含量随着嫩茎的伸长逐渐降低,在同一时期的嫩茎中,顶部到底部也呈现出逐渐降低的趋势:芦笋各个组织抗氧化性的差异不是很大,叶片相对于其他部位来说具有较高的抗氧化性。芦笋嫩茎的抗氧化性随着其伸长而逐渐降低,但不是很明显,对于同一嫩茎来说,抗氧化性从顶部到底部逐渐降低。


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