干旱与复水对马铃薯块茎膨大期碳氮转运的影响

为探讨干旱及复水对马铃薯块茎膨大期碳氮物质转运影响的生理机制,采用盆栽控水法研究了干旱胁迫、旱后复水过程中马铃薯叶片与块茎中碳水化合物、氮素同化物以及碳氮转运相关酶活性的变化规律。结果表明：干旱胁迫下马铃薯叶片蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性显著增强,增幅为54.9%,可溶性糖与蔗糖含量显著增加,分别增加84%、25%;块茎蔗糖与淀粉含量显著下降,分别降低25%、11.8%。复水后叶片可溶性糖含量变化较小,叶片SPS活性仍保持较高水平;块茎中蔗糖合成酶（SS）活性下降6.25%(P＜0.05),蔗糖与淀粉含量分别增加21.8%、29.8%。干旱胁迫下马铃薯叶片中硝酸还原酶（NR）活性下降49.3%,谷氨酰胺合成酶（GS）活性与对照差异不显著,叶片游离氨基酸与可溶性蛋白质含量分别降低29.4%、38.4%,全氮含量降低13%;块茎中游离氨基酸与可溶性蛋白质含量增加16.8%、270.9%。复水后叶片中NR与GS活性高出对照3.5%、12.1%,叶片游离氨基酸、可溶性蛋白质以及全氮含量仍保持较低水平;块茎游离氨基酸、可溶性蛋白含量较高,增幅分别为24.6%、178.4%,全氮含量增加,与对照差异不显著。说明干旱胁迫显著阻碍了马铃薯碳水化合物与氮素同化物的合成与转运,使马铃薯叶片碳水化合物积累,但干旱促进了氮素向块茎转运,块茎中的碳氮比下降;复水后马铃薯植株能够快速修复干旱胁迫造成的损伤,表现为块茎中淀粉含量增多,块茎碳氮比增加。     

马铃薯块茎膨大期叶片响应干旱与复水的转录组分析

以榆林市农科所提供的‘冀张薯8号’组培苗为试验材料,在马铃薯对水分比较敏感的块茎膨大期进行干旱与复水处理,利用RNA seq技术分析马铃薯叶片在干旱胁迫和水分刺激下的基因表达谱,采用q RT PCR技术验证RNA seq数据的可靠性。结果表明：随机选取的16个基因与转录组数据高度一致,进一步证明转录组数据的可靠性。在分子水平上,水分胁迫使马铃薯叶片中基因表达大幅调整,与ABA及环境胁迫诱导的基因、膜脂代谢相关基因大幅上调,复水后快速恢复。经KEGG富集分析,水分胁迫下叶片差异表达基因主要富集于次生代谢生物合成途径、植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢等过程。复水后,与蛋白质合成、转录调控、吸水能力和有毒物质清除有关的基因大幅上调表达,以适应马铃薯干旱后复水的快速恢复以及补偿生长的要求。研究结果可为抗旱抗逆性的品种改良提供基因资源,同时为深层次揭示马铃薯抗旱机理提供理论基础。