与木薯块根淀粉合成相关的蛋白质动态变化研究

摘要

木薯块根中淀粉的积累及其组成对木薯产量和品质的形成具有重要意义。影响木薯产量的因素包括物候因素,品种的遗传特性和生理生化特性。决定木薯淀粉合成和组成的生理生化因素有光能的吸收利用,光合产物的同化效率,淀粉和蔗糖之间的相互转换和淀粉降解速率。本文选用四个不同木薯栽培品种SC205、SC8、SC9和SC6068,研究在8-12月份(植后6-10个月)收获期间的木薯块根鲜重及其生物量,研究淀粉中直链淀粉和支链淀粉的比率以及研究与光合作用、淀粉合成降解和植物抗氧化相关的蛋白酶在块根中的表达强度,为培育高产优质品种和选择最佳木薯的采收期提供理论依据和实践指导。本研究结果如下:
　　 1、四个品种间的鲜薯重存在极显著差异,但每个品种在8-12月份之间的变化差异不显著;四个品种的总生物量在品种和月份之间变化差异均达到极显著水平,四个品种中SC9的生物量最低,与其它三个品种达到极显著水平;四个品种的生物量在8月份(植后6个月)最高;
　　 2、直链淀粉含量在同一个栽培品种不同月份之间存在极显著差异,不同栽培品种间差异不显著,木薯在生育后期直链淀粉的含量比例增加,相反支链淀粉的比例减少;
　　 3、与光合作用相关的蛋白酶在块根的表达:四个栽培品种中产量较高的SC205和SC8核酮糖二磷酸羧化酶(Rubsico)的表达水平从9-12月份(植后7-10个月)普遍低于产量较低的SC6068和SC9,这种原因可能是Rubsico同时也参与植物的光呼吸代谢途径,消耗光合产物造成净光合效率损失;木薯SC8的PSII放氧复合体从9-12月份表达增加,SC205的PSII的放氧复合体的表达水平相对比较稳定,11-12月份SC9和SC6068 PSII的放氧复合体的表达水平降低,10月份,木薯产量最高时,SC205、SC9和SC6068的PSII的放氧复合体的表达水平达到最高值,可能木薯某些品种的PSII放氧复合体在块根的表达强度与产量相关。
　　 4、与淀粉合成和降解相关的蛋白酶在块根的表达:在9-10月份尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UGPase)在块根的表达强度普遍最高,11-12月份,表达强度逐渐降低,这说明在9-10月份木薯块根利用叶片光合作用转运来的蔗糖合成淀粉的能力有所提高。SC205、SC8、SC9和SC6068的蔗糖磷酸合成酶(SPS)在10月份后呈增长的趋势,这种变化可能与11-12月份温度降低和水分减少密切相关,木薯以降解淀粉,提高可溶性糖含量的方式来抵抗寒冷带来的胁迫;9-10月份β-淀粉酶的活性提高,11-12月份它的表达强度开始变低,可能是植物对将要到来的低温的一种提前适应。
　　 5、与植物抗氧化相关的蛋白酶在块根的表达:SC6068在9-12月份抗坏血酸过氧化物酶(APX)的表达强度相对稳定;SC205、SC8和SC9在9-12月份APX的表达强度是处于增长的趋势,这可能是植株在经受低温胁迫过程中正常的防御性反应。
　　 因此,木薯不同品种间的产量与淀粉组成之间以及蛋白酶表达水平是不相同的。与光合作用、淀粉合成和植物抗氧化密切相关的蛋白酶对木薯产量和淀粉组成的关联性可以为木薯选育优良品种提供依据。

目录

文摘

英文文摘

1 前言

1.1 木薯的起源和作用

1.1.1 木薯生物学特性

1.1.2 木薯的作用

1.1.3 木薯是高淀粉的能源作物

1.2 我国木薯研究现状与发展趋势

1.2.1 木薯的引种栽培

1.2.2 木薯产业的发展

1.2.3 木薯品质的改良

1.3 木薯淀粉合成和降解的研究进展

1.3.1 木薯淀粉的合成

1.3.2 淀粉和蔗糖之间的相互转化

1.3.3 木薯块根淀粉积累具有重要意义

1.4 目前存在的主要问题

1.5 本研究的目的及意义

1.5.1 研究的目的

1.5.2 研究的意义

1.5.3 研究的技术路线

2 材料和方法

2.1 试验材料的选定

2.2 试验设计

2.3 木薯总生物量和块根鲜重的测定

2.4 木薯直链淀粉和支链淀粉的测定

2.4.1 原理

2.4.2 仪器及器皿

2.4.3 化学试剂

2.4.4 测定方法

2.5 蛋白质印迹法测定蛋白酶在木薯块根的表达量

2.5.1 蛋白质的提取

2.5.2 蛋白质的定量分析(BCA法)

2.5.3 蛋白质的分离(SDS-PAGE法)

2.5.4 蛋白质印迹法

2.5.5 统计数据分析

3 结果与分析

3.1 木薯不同栽培品种的产量分析

3.1.1 木薯产量和产量形成的方差分析

3.1.2 木薯产量变化趋势

3.1.3 木薯产量变化趋势与降雨量和温度的相关性

3.2 木薯不同栽培品种的淀粉含量分析

3.2.1 木薯不同栽培品种的直链淀粉含量变化

3.2.2 木薯不同栽培品种的支链淀粉含量变化

3.3 木薯不同栽培品种蛋白酶表达水平的变化

3.3.1 与光合作用相关的蛋白酶表达水平的变化

3.3.2 与淀粉合成与降解相关的蛋白酶表达水平的变化

3.3.3 与抗氧化剂相关的蛋白酶含量变化

4 讨论

4.1 木薯采收时间和气候与产量的相关性

4.2 木薯淀粉合成与光合作用的关系

4.3 木薯淀粉合成和降解与蔗糖合成之间的关系

4.4 木薯抗逆性与植物抗氧化酶之间的关系

结论

参考文献

致谢