芝麻籽粒芝麻素和芝麻林素含量变异及杂种优势分析

[目的]明确不同芝麻杂交组合的杂种优势,发掘出高芝麻素和芝麻林素含量材料及合理组配亲本,为培育高芝麻素和芝麻林素品种提供基础材料.[方法]应用高效液相色谱(HPLC)结合近红外光谱(NIR),对62份地理来源不同且表型变异明显的芝麻种质材料及18个杂交组合进行芝麻素和芝麻林素含量测定分析,并评价其杂种优势,筛选出更多高芝麻素和芝麻林素含量的芝麻材料.[结果]62份芝麻材料中芝麻素和芝麻林素的含量在不同年份间极显著相关(P<0.01).其中,芝麻素含量变异范围在0.51~8.85 mg/g,平均3.56 mg/g,77.42%以上芝麻材料的芝麻素含量分布在2.00~5.99 mg/g;芝麻林素含量变异范围在0.72~3.22 mg/g,平均2.02 mg/g,82.26%芝麻材料的芝麻林素含量分布在1.50~3.49 mg/g.芝麻籽粒芝麻素和芝麻林素含量平均值排序均为褐色芝麻>白色芝麻>黑色芝麻,褐色芝麻表现出较高的芝麻素含量变异系数(CV),而黑色芝麻表现出较高的芝麻林素含量变异系数.芝麻育成品种的平均芝麻素含量(3.90 mg/g)高于地方品种(3.44 mg/g),但芝麻林素含量稍低于地方品种.层次聚类分析可将62份材料分为七大类,其中第VII类包含5个褐色芝麻,其芝麻素和芝麻林素含量均较高,芝麻素含量高出总体平均值58.74%,芝麻林素含量高出总体平均值22.13%.芝麻素和芝麻林素含量的杂种优势主要表现为中亲优势,且以负向优势为主,芝麻素含量的杂种优势变化在-69.63%~31.62%,平均-20.07%;芝麻林素含量的杂种优势变化在-36.48%~25.84%,平均-5.44%.在18个组合仅有5个组合表现出超高亲优势.[结论]芝麻籽粒中芝麻素和芝麻林素含量呈显著正相关,且不同基因型间存在明显变异;芝麻素和芝麻林素含量的杂种优势主要表现为中亲优势,且以负向优势为主.因此,育种上若要提高目标材料的芝麻素和芝麻林素含量,应发掘和应用高含量供体亲本以提高成功概率.     

芝麻硬脂酸脱饱和酶基因SiSAD的克隆及功能验证

【目的】对芝麻△9硬脂酰-ACP脱饱和酶基因SiSAD（△9 stearoyl acyl-carrier-protein desaturase）进行克隆与表达分析,并转入拟南芥,探究其在油酸合成过程中的作用,为芝麻油酸含量的遗传改良提供分子基础。【方法】提取中芝13叶片的总RNA,反转录为cDNA。根据芝麻基因组数据库中的SiSAD序列信息（序列号为SIN_1008977）设计引物,以cDNA为模板,通过RT-PCR克隆获得SiSAD编码区序列,并与参考基因组序列进行比较。利用InterPro进行保守结构域分析,获得SiSAD蛋白的保守结构域。利用BLAST对SiSAD蛋白进行同源对比,获得SiSAD的同源蛋白质。采用邻接法构建系统进化树,获得芝麻SAD蛋白与橄榄、牵牛花、蓖麻、莴苣、葡萄、柑橘、拟南芥等植物SAD蛋白的亲缘关系。通过荧光定量PCR检测SiSAD在2个芝麻品种中芝33和中丰芝一号的根、茎、叶、蕾和种子中的相对表达量,分析SiSAD的表达特异性。将SiSAD连接过表达载体,通过农杆菌介导法转化野生型拟南芥（Col-0）,筛选阳性后代,对T₃代转基因和野生型的拟南芥种子中硬脂酸和油酸相对含量进行测定,分析SiSAD的功能。【结果】成功获得SiSAD的编码区序列,与参考基因组序列一致,全长为1 152 bp,编码383个氨基酸,SiSAD蛋白的分子量为43 kD,等电点为6.18。发现SiSAD蛋白含有一个保守结构域,属于脂肪酸去饱和酶家族成员,与其他植物的SAD蛋白质序列的同源性较高,暗示SiSAD在不同物种中的功能可能比较保守。系统进化分析显示,芝麻SAD蛋白与牵牛花和橄榄的SAD蛋白处于同一分支,进化关系较近,与蓖麻、拟南芥、柑橘的SAD蛋白亲缘关系较远。荧光定量PCR结果表明,SiSAD在芝麻种子中的表达量远远高于其他组织,有显著的组织特异性。成功构建了SiSAD的过表达载体,通过农杆菌介导法转化拟南芥,结果表明SiSAD成功导入拟南芥中,而且转录水平很高。对T₃代转基因拟南芥种子中硬脂酸和油酸的相对含量分析表明,与野生型拟南芥比较,3个转SiSAD拟南芥株系中硬脂酸（C18:0）含量分别降低了3.0%、4.8%和6.1%,而油酸（C18:1）含量分别升高了2.8%、4.3%和7.8%,平均升高4.97%。【结论】克隆获得芝麻SiSAD的全长cDNA序列,鉴定了SiSAD的功能,发现SiSAD在油酸合成代谢过程中正向增加油酸含量,可应用于高油酸芝麻新品种培育。     

生物法处理烟梗提取液提高苯乙醇含量的研究

以烟梗为原料,经过酶处理和微生物发酵制备天然的烟用香精。对发酵过程中产苯乙醇的发酵条件进行了研究,确定了以生香酵母作为最适合菌种,其产苯乙醇的最佳发酵条件:酵母接种量5%,培养基的初始pH值为6.0,在30℃下摇瓶发酵48h。与传统的三级逆流萃取工艺对比,最佳发酵条件下发酵液中的苯乙醇含量从0.3961μg/g提高到了183.46μg/g。     

甘蓝型油菜BnERF104超表达增强了转基因拟南芥对核盘菌的抗性

根据拟南芥乙烯响应因子AtERF104的序列设计保守引物,从甘蓝型油菜品种中双9号中克隆到AtERF104的同源基因BnERF104。序列分析表明BnERF104蛋白含有一个典型的ERF domain保守结构域,属于乙烯响应转录因子ERF家族的成员。甘蓝型油菜用核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)接种6h后,BnERF104基因被诱导显著上调表达。BnERF104基因在拟南芥中的超表达提高了病原相关蛋白(PR)防御素PDF1.2和几丁质酶ChiB基因的表达量,显著增强了对腐生营养型真菌核盘菌的抗性。     

芝麻种质资源信息数据库的设计与构建

农作物种质资源信息的数据建设对品种改良至关重要。本研究对我国收集保存的8 115份芝麻种质资源的基本信息、形态特征和生物学特性、品质特性、抗性等数据进行规范整理,以90 420条芝麻信息为数据来源,采用LMAP数据库技术构建了在线芝麻种质资源信息数据库http://www.sesame-bioinfo.org/phenotype/index.html。数据库主要功能包括芝麻种质资源信息浏览、信息检索及实物索取。本数据库的创建打破了传统纸质或综合性数据库存储芝麻种质资源信息的局限,有效解决芝麻种质资源数据保存分散,共享、交流、利用困难等问题,实现了芝麻资源数字化管理和交流,将极大促进资源的有效利用。     

芝麻素高效提取检测技术的建立与高芝麻素种质的筛选

【目的】 在芝麻种子中建立一种芝麻素高效提取检测技术,并将该技术应用于芝麻素含量变异检测和筛选高芝麻素含量的优异种质,为推动高芝麻素基础研究和育种奠定基础。【方法】 以芝麻种子为原料,进行钢珠直径、粉碎时间、捣碎振幅和种子量等单因素试验,以80%的乙醇为提取溶剂,利用超声波的机械破碎和空化作用,对芝麻进行萃取;结合高效液相色谱法（HPLC）测定芝麻种子中的芝麻素含量;在单因素试验的基础上,进行Box-Behnken四因素三水平的响应面试验,建立芝麻素含量为响应值的二次多项式回归方程模型,并绘制响应曲面图和等高线图,分析影响芝麻素含量的主要因素及各因素间的交互作用,确定芝麻素含量检测的最优提取条件。利用该参数条件对1 151份地方资源和创新种质进行芝麻素含量的测定,筛选芝麻素含量≥9 g·kg^-1的高芝麻素种质,并送至农业农村部油料及制品质量监督检验测试中心进行鉴定。【结果】 建立的回归模型极显著（P<0.05）,失拟项不显著（P=0.1768）,该模型拟合程度较好,可用于分析和预测芝麻素含量。4个因素对芝麻素含量影响的大小依次为：捣碎振幅>钢珠直径>粉碎时间>种子量,其中,捣碎振幅与钢珠直径两因素之间的交互作用显著,捣碎振幅与粉碎时间的交互作用接近显著水平;超声波辅助提取芝麻素的最佳条件为：钢珠直径6.5 mm、粉碎时间225 s、捣碎振幅1 335 r/min、种子量0.20 g,在此条件下提取的芝麻素含量为4.601 g·kg^-1,与模型预测值4.633 g·kg^-1高度相符;从1 151份地方资源和创新种质中筛选出15份高芝麻素含量种质,最高含量为14.36 g·kg^-1,平均含量为12.35 g·kg^-1。【结论】 建立了芝麻素高效提取技术,与传统方法相比,本方法只需0.2 g种子就能提取芝麻素,不仅提高了芝麻素的提取效率,还降低了样品的损耗,操作简单,能够精确检测芝麻种子中的芝麻素含量。     

利用复合酶改善烟梗品质的研究

[目的]利用复合酶改善烟梗内在品质,进一步提高梗丝在卷烟配方中的适用性。[方法]利用复合酶对烟梗的梗丝进行处理,催化降解其蛋白质、淀粉和纤维素,采用同时蒸馏法萃取梗丝中的中性香气成分,采用GC/MS进行香气分析,并对酶处理前后梗丝的中性香气物质进行比较和感官评吸鉴定。[结果]梗丝经复合酶处理后,总糖含量提高至22.8%,糖氮比和糖碱比均得到了提高;主要香气成分的总量提高了27%,其中美拉德反应产物含量提高了159%,类胡萝卜素降解产物含量提高了65.8%,并且大部分新植二烯降解为小分子香气物质,从而大大改善各种香气物质的含量和比例。[结论]感官评吸表明,经过复合酶处理,梗丝的香气品质得到了改善,感官总体质量有了较大提高。