不同木薯品种叶片碳氮代谢与块根淀粉积累特性研究

摘 要：本试验以木薯高淀粉品种GR891、南植199(nanzhi199)和低淀粉品种南洋红(SC201)为材料,分别在块根形成期、块根膨大期和工艺成熟期测定叶片碳氮代谢有关指标和块根淀粉含量,探讨木薯叶片碳氮代谢与块根淀粉积累的关系。结果表明,块根淀粉含量与叶片叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性、叶片蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性、叶片磷酸合成酶(SS)活性、叶片可溶性糖含量呈正相关关系且与叶片磷酸合成酶(SS)活性达到显著水平,与叶片硝酸还原酶(NR)活性呈负相关但不显著。块根淀粉含量与叶片蔗糖含量、叶片可溶性蛋白含量、叶片氨基酸含量呈极显著负相关关系。但高淀粉木薯品种在生育后期代谢活性下降缓慢,显示出源端较强的同化物持续供应能力。各品种表现出相同的规律。     

不同木薯品种生理及块根淀粉积累特性研究

以木薯品种南洋红、华南205、GR891、华南124、新选056、辐选01、华南5号、新选048为材料,对木薯不同品种生理生化和淀粉积累特性进行研究。结果表明：辐选01、GR891叶片可溶性糖、可溶性蛋白质、还原糖、蔗糖含量较高,块根淀粉积累早、积累快,淀粉含量较高;而华南124、南洋红叶片可溶性糖、可溶性蛋白质、还原糖、蔗糖含量较低,块根淀粉积累较迟、积累较慢,淀粉含量较低。华南205、新选056、华南5号、新选048介于前四者之间。可见,木薯叶片可溶性糖、可溶性蛋白质、还原糖、蔗糖含量与块根淀粉积累有密切关系。     

木薯叶片可溶性糖含量与块根淀粉积累的关系

试验以辐选01，华南5号(SC5)，新选048，新选056，南洋红（SC201），华南205(SC205)，GR891，华南124（SC124）为材料，分别在块根形成期、块根膨大期和工艺成熟期测定叶片可溶性糖含量和块根淀粉含量，探讨木薯叶片可溶性含量与块根淀粉积累的关系。结果表明，从块根形成期到工艺成熟期，叶片可溶性总糖含量与块根淀粉积累都逐渐增加，叶片可溶性总糖含量与块根淀粉积累呈正相关，从块根膨大期到工艺成熟期，叶片还原糖含量逐浙增加，与块根淀粉积累呈正相关，而叶片蔗糖含量逐浙降低。与块根淀粉积累呈负相关。8个品种都有同样的趋势。     

木薯内源激素含量与块根淀粉积累关系研究

为探讨木薯内源激素(IAA、ABA、GA3、CYT)含量和块根淀粉积累的关系,分别对高低淀粉木薯品种不同时期块根、茎秆、叶片内源激素(IAA、ABA、GA3、CYT)和块根淀粉含量变化进行研究。结果表明：块根、茎秆、叶片中IAA含量变化趋势一致,在块根形成期达到最大值;块根、茎秆内ABA、GA3,叶片内ABA与块根淀粉含量呈极显著正相关关系,其中茎秆ABA、GA3主要是通过影响光合产物的装载和运输来促进块根淀粉的积累;在块根形成期和膨大期,高淀粉木薯品种‘辐选01’块根内CYT含量高且持续时间长。叶片中IAA、CYT、GA3与块根淀粉含量呈极显著负相关关系,随着块根成熟,这3种内源激素都有不同程度的上升趋势,可能与它抗衰老的能力有关。在块根膨大期,‘华南124’茎秆GA3含量极显著高于‘辐选01’,‘辐选01’块根、叶片ABA含量在生长后期显著高于‘华南124’,说明低淀粉木薯品种后期不易早衰,但地上部分生长过旺不利于块根淀粉积累。     

5个木薯品种生理特性与主要农艺性状的研究

对木薯品种西选07、桂垦09-11、辐选01、南植199和华南205的生理特性和主要农艺性状进行比较研究。结果表明,5个木薯品种的叶片叶绿素、蔗糖、可溶性糖含量、农艺性状、产量和淀粉含量有显著差异。西选07块根产量最高,其次是桂垦09-11和辐选01;南植199淀粉含量最高,其次是辐选01和西选07;西选07淀粉产量最高,其次是辐选01和桂垦09-11;西选07单株块根数、块根长、块根粗和块根重最高,其次是桂垦09-11和辐选01;南植199叶片蔗糖和可溶性糖含量最高,其次是西选07和辐选01。叶片蔗糖、可溶性糖含量均与块根淀粉含量呈极显著正相关,可作为高淀粉木薯品种评价的生理指标。淀粉产量综合反映木薯淀粉生产能力,可作为木薯品种品质评价的指标。     

不同木薯品种抗衰老生理与淀粉积累特性研究

以新选056、南洋红、GR891、辐选01、华南124和新选048共6个木薯品为材料,于生育后期分析其叶片过氧化物酶活性、丙二醛、可溶性糖、自由水、束缚水含量以及块根淀粉积累等,以探讨木薯衰老生理与块根淀粉积累的关系。研究结果表明,不同木薯品种生育后期抗衰老生理与淀粉积累特性有明显差异,生育后期茎叶生长和生理机能最旺盛的是华南124,最弱的是南洋红,居中的是辐选01、GR891、新选048和新选056。木薯后期茎叶生长状况对块根淀粉积累有明显影响,过早衰老,降低块根淀粉含量及块根产量;过旺使光合产物大量用于地上部分茎叶生长,而运到地下部的相对减少,从而降低块根淀粉积累和块根产量。因此,木薯生育后期茎叶生长的调控,使其保持在适当水平,是提高木薯块根淀粉积累和块根产量的一项重要措施。同时,生育后期抗衰老生理指标也可作为高产和高淀粉含量品种选育的参考。     

不同木薯品种生长后期衰老生理特性研究

试验研究了5个木薯品种生长后期,叶片过氧化物酶 (POD)、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（CAT）活性及丙二醛（MAD）含量随叶片衰老的动态变化。结果表明：10月份木薯膨大期各品种过氧化物酶活性变化略有不同,11月份随着木薯不断成熟各品种过氧化物酶活性呈逐渐增大的趋势;过氧化氢酶活性随着木薯的不断衰老呈下降趋势;超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量在木薯膨大期呈上升趋势并随着木薯的成熟逐渐下降。各衰老指标综合比较,5个品种抗衰老能力次序为：GR891>巴西种>SC124 >南洋红>GR911。     

MeNINVs在不同品种木薯的表达模式及酶活性分析

碱性/中性转化酶(NINV)催化蔗糖分解成葡萄糖和果糖,是木薯块根的蔗糖分解代谢的关键酶之一。本研究以淀粉含量不同的木薯品种(SC8-高淀粉,SC124-中淀粉,9Ⅰ-低淀粉)为材料,研究木薯块根膨大期,Me NINV基因家族在源库器官的表达模式以及酶活性特点。结果表明,不同品种木薯Me NINVs的表达模式相似,Me NINV1、Me NINV16、Me NINV110及n INV1在叶片中表达量均高于其他成员;同时,Me NINV1和NINV1在块根中的表达量也高于其他成员。不同品种木薯叶片中的Me NINVs表达及酶活性差别不大,但是高淀粉品种SC8块根中的Me NINVs表达量比9Ⅰ低,而NINV酶活性却远高于9Ⅰ,推测木薯NINV酶活性存在转录后调控机制。本研究为进一步研究碱性/中性转化酶在木薯淀粉积累过程中的作用奠定了基础。     

高低淀粉木薯品种可溶性糖运转、分配与块根淀粉积累的关系研究

在大田条件下,试验以华南124,辐选01为材料,分别在各生育期测定块根淀粉积累量和根茎叶可溶性糖积累量,研究木薯可溶性糖运转、分配与块根淀粉积累的关系。结果表明,从块根形成初期到成熟期,块根可溶性糖呈明显下降的趋势,而茎和叶的可溶性糖先是随块根淀粉积累速率的升高而下降,后又在淀粉积累速率下降时明显升高,和淀粉积累速率趋势相反。在块根形成初期,可溶性糖的分配是块根积累量大于茎杆,茎杆大于叶片,而在成熟期,块根可溶性糖的积累量小于茎杆,茎杆小于叶片。由此可见,木薯可溶性糖的运转、分配与块根淀粉积累关系密切,限制块根淀粉积累的主因是库限制。另外,高淀粉品种有更强的合成和转化利用可溶性糖的能力。     

HPLC-ELSD法测定木薯块根中蔗糖、葡萄糖、果糖的含量

可溶性糖为木薯块根淀粉的合成提供底物和能量,准确测定其含量有助于进一步了解木薯块根淀粉积累过程。本研究以水提法提取木薯块根中的可溶性糖,采用高效液相色谱-蒸发光散射检测法(HPLCELSD)测定样品中果糖、葡萄糖、蔗糖的含量。以Waters-NH2色谱柱结合Alltech 3300 ELSD蒸发光检测器进行糖含量的测定,流动相为乙腈/水(70/30,V/V),含0.1%的氨水。果糖、葡萄糖和蔗糖的分离效果较好,在1~25μg范围内线性关系良好,精密度RSD分别为0.31%、0.22%和1.42%,回收率分别为97.62%、98.03%、96.30%,样品稳定性实验的RSD分别为0.88%、0.48%和1.05%。实验结果表明HPLC-ELSD法是分析木薯块根中的蔗糖、葡萄糖、果糖含量的有效技术,可为研究淀粉含量不同的木薯品种在糖代谢过程中的差异奠定基础。     

木薯栽培种与野生种叶片光合器官结构和酶学差异

为探究栽培型木薯高光效的机理,采用石蜡切片法和酶活测定等方法分别对木薯栽培品种Arg7(Manihot esculenta)和野生种W14(Manihot esculenta subsp. flabellifolia)进行了叶片解剖结构、光合淀粉累积关键酶活性、净光合效率和叶绿素含量的测定。对比分析两木薯种试验结果,发现栽培型木薯较野生种具有独特的叶片维管束鞘细胞结构,较高的PEPCase(50.41NADHμmol/(mg protein?hr)活性和净光合速率(36.82μmol/(m2s))以及低于野生种的叶绿素含量。另外,木薯种Arg7叶片中Rubisco、PEPC、AGPase和SuSy这4个酶活性动态变化与净光合速率变化趋势基本一致,表明木薯光合作用、淀粉合成以及光合产物的运输是个协同作用的过程。最后推断出栽培型木薯高光效的原因可能是叶片中存在一定程度的C4光合模式以及较野生种通畅的光合产物运输通路。     

木薯施用生物有机肥的增产效应

以木薯品种辐选01和利达生物有机肥为材料，对木薯施用生物有机肥的增产效应进行研究。结果表明，木薯施用生物有机肥能促进茎叶生长，促进木薯体内生理代谢，提高叶片叶绿素含量，提高叶片光合强度，增强植株抗衰老生理机能，促进同化物向地下部运输和积累，提高块根产量和淀粉含量。     

植株叶片蔗糖、淀粉积累与其降解酶活性关系研究

不同植物功能叶片淀粉、蔗糖积累及酸性转化酶、淀粉酶活性均存在显著差异。依叶片蔗糖与淀粉积累量比值可大体将测定的28种植物划分为以积累淀粉为主的粉叶植物，以积累蔗糖为主的糖叶植物和介于两者之间的中间类型植物。三类植物功能叶片淀粉积累量与淀粉降解酶活性均无显著相关，但糖叶及粉叶植物叶片蔗糖积累量与酸性转化     

氮素对甜菜碳代谢产物的影响

研究施氮量对甜菜可溶性糖、蔗糖、果糖、淀粉含量的影响,为甜菜生产的最佳氮肥管理提供理论依据。在大田条件下,选用甜菜品种H003 为试验材料,设置7 个施氮水平(0、40、80、120、160、200、240 kg/hm2)。结果表明,同一施氮水平下,随着生育进程推进甜菜叶片可溶性糖含量呈先降低后升高的趋势,蔗糖、果糖呈降低-升高-降低的趋势,淀粉呈升高-降低-升高的趋势,蔗糖、果糖与淀粉变化规律相反。随着施氮水平的提高,甜菜叶片可溶性糖含量前期呈先降低后升高趋势,后期与之相反;施氮120~ 160 kg/hm2有利于甜菜叶片蔗糖和果糖的累积以及淀粉积累峰值期的提前。综合分析表明,同一施氮水平,叶片可溶性糖含量呈先降低后升高的趋势,蔗糖和果糖表现出一致的变化规律,而淀粉与两者变化规律相反;施氮在120~160 kg/hm2之间有利于甜菜碳水化合物同化、转化及积累代谢。     

木薯有性四倍体遗传稳定性分析

木薯作为中国重要的经济作物,其优良品种的选育一直是木薯科研工作的重点,而多倍体的巨型性特点为其育种提供了新的思路,目前多倍体研究大多是体细胞加倍,有性多倍化研究起步较晚,而本课题组通过2n配子有性活体杂交,成功获得了首例木薯有性四倍体植株。为了研究木薯有性四倍体的遗传稳定性,本研究分别采用:田间的农艺性状观测(生长稳定期)、流式细胞术、叶片染色体计数、蛋白质含量测定/蛋白质聚丙烯酰胺凝胶电泳以及淀粉含量测定等方法进行鉴定。结果显示:木薯有性四倍体各株系农艺性状均保持了母株器官巨型性的多倍体特征;流式细胞仪分析显示,木薯有性四倍体各株系叶片DNA含量均为二倍体亲本(SC5)的两倍,相对应的叶片染色体数目也为二倍体亲本(SC5)的两倍,且视野中四倍体细胞所占比例均在90%以上;各株系蛋白质含量均小于二倍体对照组,且有性多倍体株系电泳谱带基本相似;在淀粉含量测定中,其各株系淀粉含量均小于对照组,且各株系之间含量波动较小。本研究结果表明木薯有性四倍体植株具有较好的遗传稳定性,对木薯多倍体品种的选育具有重要意义。     

烯效唑（S3307）和胺鲜酯（DTA-6）对马铃薯叶与块茎糖代谢及产量的影响

在大田栽培条件下,以马铃薯克新1号为试验材料,在苗期叶面喷施调节剂烯效唑（S₃₃₀₇）和胺鲜酯（DTA-6）进行处理,以清水作为对照（CK）,研究不同植物生长调节剂对马铃薯叶和块茎间光合产物变化和产量的影响。结果表明:S₃₃₀₇和DTA-6处理可以显著提高马铃薯产量,增加前期叶片内蔗糖和淀粉含量;喷施调节剂第34天（块茎膨大期）,S₃₃₀₇和DTA-6处理促进叶片中淀粉含量向块茎中转运降低叶片内淀粉含量,利于源器官的物质输出;S₃₃₀₇和DTA-6显著增加各取样时期马铃薯块茎中淀粉含量;S₃₃₀₇和DTA-6在喷施后第18和34天显著增加块茎可溶性糖含量;马铃薯块茎内淀粉含量的变化与叶片内蔗糖和淀粉含量均呈极显著正相关,与转化酶和淀粉酶活性呈极显著负相关。S₃₃₀₇和DTA-6处理均显著促进单薯重,同时DTA-6处理的单株薯数也显著高于CK。