紫花苜蓿落叶及营养品质调控机理研究

【摘要】：优质苜蓿干草已成为我国畜牧业安全生产中不可或缺的重要资源,同时苜蓿干草的品质是提升我国苜蓿干草国际市场竞争力的关键因素。为了找出影响苜蓿干草品质的关键因素,本研究基于转录组测序,从转录机理出发,研究苜蓿品种对苜蓿落叶以及生育期对苜蓿营养品质影响的机理,同时研究影响苜蓿干草干燥的关键因素以及苜蓿干草调制过程中营养指标的变化规律,旨在为我国优质苜蓿干草的生产提供可借鉴的理论依据和技术支持。本研究以5个紫花苜蓿(Medicago sativa L)品种(中苜1号、准格尔、中苜3号、WL232HQ和WL319HQ)为试验原料,通过对不同苜蓿品种的落叶性、苜蓿生育期对其营养品质影响的机理以及影响苜蓿干草调制的因素进行了系统全面的研究。得到结论如下:(1)通过对5个苜蓿品种的产量、落叶性和营养品质进行研究发现,WL319HQ苜蓿的干草产量和株高显著优于其他苜蓿品种(P0.05),且该品种在生长过程中落叶率较低,而准格尔苜蓿的产量和株高较差,该品种在生长过程中叶片容易脱落;通过对干草产量、株高、CP、ADF、NDF和Lignin等6项常用指标做灰色关联度分析发现:WL319HQWL232HQ中苜3号中苜1号准格尔。(2)通过对筛选出的落叶差异性较大的2个苜蓿品种(准格尔和WL319HQ)进行落叶关键基因筛选研究,找到1098个差异基因,其中有706个unigene上调,392个unigene下调(准格尔-vs-WL319HQ);有8414个基因注释到87个KEGG代谢通路中,这些基因中有281个差异基因;从中筛选出控制苜蓿叶片脱落的3条代谢通路,共找到6个控制苜蓿落叶的关键基因;通过qRT-PCR技术对6个基因进行验证,其验证结果与转录组数据中的结果一致,因此初步将这6个基因(ARF、PIF3、ETR、PHYB、CRY和NCED3)确定为控制苜蓿落叶的关键基因。(3)通过对现蕾期、初花期和盛花期的苜蓿(WL319HQ)进行营养品质测定和转录组测序。结果表明,生育期是影响苜蓿营养品质的关键因子,其中苜蓿不同部位的营养品质为叶片整株茎秆,随着生育期推迟,各营养指标含量变化如下:其可消化蛋白质(CP、SP、RDP)指标含量逐渐降低,不可消化蛋白质(ADICP、NDICP)指标含量逐渐升高;纤维指标(Lignin、ADF、NDF)含量逐渐升高,其中LAC11、CCOA OMT1、CCR1、CAD6、HCT、PAL1、COMT1 和4CL等 8 种酶的表达量变化引起苜蓿纤维含量和组成的改变;苜蓿碳水化合物(NSC、ESC、WSC、Starch)指标含量逐渐降低,其中SPS3、SUS6、AGPS1、AMY、pgmA、SBE3、WAXY、SS1和ISA2等9种酶的表达量变化导致苜蓿碳水化合物含量和结构的改变;脂肪和脂肪酸指标(EE、TFA、UFA、SFA)含量先升高后降低,其中FabG、KCS11、GPAT1、ACACA、FAS2、FAD2、KAS1和FATB等8种酶表达量的变化导致苜蓿脂肪酸含量、结构的变化;不同氨基酸的变化趋势各异,其中metE、arg12、glnA、serB、cysK、BCAT2、PAH、ACY1、trpB2和TSB酶等10种酶的表达量变化导致苜蓿的氨基酸含量和成分的变化;黄酮和单宁含量呈现出先降低后升高的趋势,其中CHS4、CHI1、MYB4、FLS、ANS和ANR1等6种酶的表达量变化导致苜蓿黄酮和单宁含量的改变。(4)通过对以上研究中筛选出的品质和产量兼优且落叶率低的苜蓿品种(WL319HQ)进行干草调制试验,研究发现,苜蓿干燥过程中不同植株部位的干燥速率为叶片整株茎秆,随着晾晒时间延长,苜蓿干燥速率和营养品质降低速率呈现出先快后慢的规律,且影响干燥速率的主要环境因子为大气水势(负相关)太阳辐射强度(正相关)土壤温度(正相关)气温(正相关)空气相对湿度(负相关);主要的营养指标变化规律为,蛋白质指标(CP、SP、NDICP和RDP)降低了23.85～69.43%,纤维指标(NDF、ADF 和 Lignin)升高了 26.21～61.82%,相对饲用价值(RFV)降低了 34.42%。