氧化石墨烯(GO)作为一种新型纳米材料已经应用于不同领域,但作为叶面肥在农业领域的应用较少.本研究通过盆栽试验,分析了始花期叶面喷施0(CK)、50(T1)、100(T2)、150(T3)和200 mg·L-1(T4)GO对芸豆植株形态建成和碳氮代谢的影响,以明确叶面喷施GO的生理效应.结果表明:T1～T4处理可不同程度地提高芸豆干物质积累量、光合色素含量和可溶性糖含量,较CK分别显著提高40.7％～43.4％、10.4％～80.7％和6.4％～9.1％,且T3处理影响效果最佳.与CK相比,T3和T4处理下蔗糖磷酸合成酶、酸性转化酶和中性转化酶活性分别显著增加25.7％～45.5％、17.4％～28.6％和14.7％～20.1％,T2和T3处理下硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性分别显著增加8.1％～15.2％、11.5％～25.0％和89.7％～93.1％.综上,芸豆始花期叶面喷施适宜浓度的GO可增加光合色素含量,提高植株光合碳、氮代谢水平,进而促进干物质积累,本研究中T3(150 mg·L-1)处理的作用效果最好.

[目的]籽粒大小是影响藜麦产量、商品性和加工特性的重要因素,考察灌浆期大小粒型藜麦籽粒表型、灌浆特性和淀粉合成酶活性的差异,可为大粒型藜麦品种的选育提供理论指导.[方法]选择千粒重大于5.0 g和小于3.0 g的藜麦材料各2份,在青海省农林科学院种质资源创新试验基地进行田间试验,比较自灌浆期始7 d、14 d、21 d和28 d籽粒表型、灌浆特性和淀粉合成酶活性等在大小粒型藜麦间的差异.[结果](1)大小粒型藜麦籽粒面积、周长、直径、粒长、粒宽表型性状随着生育时期均极显著增大,且粒型间存在显著差异,并以籽粒面积和周长差异最大,大粒型藜麦分别显著高于小粒型藜麦9.12％～11.54％和21.49～23.92％.(2)灌浆期间大粒型藜麦百粒干质量始终显著高于同期小粒型藜麦,平均增幅在21.23％～31.04％;大小粒型藜麦灌浆速率随生育期均先上升后下降,均符合"慢—快—慢"的变化规律,但达到峰值时间和峰高明显不同,大粒型峰值出现早而高,小粒型则低而迟.(3)淀粉分支酶(SBE)、蔗糖合成酶(SS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)和ADPG焦磷酸化酶(AGP)在大小粒型藜麦籽粒灌浆期呈现不同的变化趋势,SBE和SS活性表现为小粒型藜麦强于大粒型藜麦,而SSS和AGP活性则表现为大粒型藜麦强于小粒型藜麦.[结论]藜麦籽粒灌浆期间4种淀粉合成酶活性的差异,致使淀粉合成积累量和灌浆速率峰值的不同,进而形成籽粒表型性状的差异,而SSS和AGPase是影响藜麦籽粒大小形成的关键酶.

目的 姜黄Curcuma longa主根形成中药姜黄,侧根形成药材郁金.为探知姜黄主根与侧根形成过程的差异和侧根生长膨大的分子机制,对姜黄主根与侧根进行转录组测序,挖掘促使侧根生长膨大的关键基因.方法 以姜黄主根和侧根为材料,采用Illumina HiSeq高通量测序平台进行转录组测序,组装与注释后进行差异表达基因筛选.结果 转录组测序共获得42.69 Gb clean data,共得到42 748条Unigene,其中35 456条被注释.主根和侧根中的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)有1551个,基因本体(gene ontology,GO)富集结果表明,姜黄主根与侧根的DEGs主要富集于代谢过程、细胞过程、催化过程、转运过程、结合等功能,COG富集结果表明,主根与侧根中DEGs主要富集于碳水化合物代谢和信号转导机制.KEGG富集分析显示,根中DEGs主要富集在淀粉和糖代谢、植物激素信号传递等代谢通路中.通过注释信息筛选出姜黄侧根生长膨大相关的差异表达基因,关键差异表达基因与通路分析表明侧根中蔗糖合成酶基因、生长素响应基因(SAUR32、SAUR76、SAUR50)的表达上调可能是姜黄侧根生长膨大的影响因素.结论 通过对姜黄主根与侧根高通量转录组测序,揭示了姜黄侧根生长膨大的关键基因,可以为姜黄根系生长的生物学机制提供参考.

选取连续3年持续低产和高产的2个果园作为研究对象,以新疆主栽品种'纸皮'扁桃为试材,分析在休眠期前后结果枝韧皮部和花芽中碳水化合物组分及代谢过程中的相关酶活性变化差异,同时统计2个果园当年坐果和产量情况,探讨扁桃结果枝休眠期前后碳水化合物及相关酶活性代谢变化及其对坐果、产量的影响,为低产果园改造提供理论依据.结果显示:(1)休眠期扁桃结果枝中可溶性糖的积累以蔗糖和山梨醇为主.(2)休眠期前后高产和低产果园内扁桃结果枝中的碳水化合物与其代谢相关酶(酸性转化酶、中性转化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶等)活性变化趋势基本一致.(3)扁桃休眠期结果枝韧皮部和花芽中的碳水化合物含量和代谢相关酶活性基本表现为高产园大于低产园.研究表明,扁桃休眠期结果枝碳水化合物的积累以蔗糖和山梨醇为主,其含量与相关代谢酶活性密切相关,其积累水平直接影响着翌年扁桃的座果和产量.

蔗糖在植物的生长过程中发挥至关重要的作用,蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖合成的关键限速酶.生物信息分析显示,在谷子中,SPS-Si000130m与海藻糖6-磷酸合成酶基因TPS-Si016303m、尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶基因UGD-Si035452m存在显著的相互作用.高通量测序对谷子3种基因的表达谱研究进一步表明,在谷子根、茎、叶、穗中SPS-Si000130m基因与TPS-Si016303m基因的表达模式呈正相关,与UGD-Si0354-52m基因的表达模式呈负相关.但无论是正相关还是负相关,TPS-Si01 6303m和UGD-Si035452m沿谷子叶片梯度的表达模式均与SPS-Si000130m基因存在差异.SPS-Si000130m的表达集中在叶片光合作用的功能部位,而TPS-Si016303m的转录物在叶片梯度各部位均可检测到,可见即使这两个基因呈现正相关,它们之间仍存在自身独特的表达、调控特点;负相关基因(即UGD-Si035452m和SPS-Si000130m)沿叶片梯度相反的表达模式则反映出植物通过基因表达的区域化,避免这两个酶彼此竞争相同底物,防止无效循环的进行.进一步通过生物信息学软件预测三种蛋白的功能结构域和3D结构则显示,SPS-Si000130m和TPS-Si016303m之间存在相同功能结构域—糖基转移酶功能结构域;而SPS-Si000130m和UGD-Si035452m之间没有相同功能结构域.总之,深入研究3种蛋白功能和结构的特点及它们之间的相互作用,将加深对谷子糖类代谢调控网络的认识,并有助于我们改善谷子品质的研究.

仁用杏果肉糖酸比低是造成其鲜食性差的主要原因.该研究以仁用杏‘山苦2号’开花后30、60和90 d的果肉为材料,利用RNA-seq对仁用杏果肉进行转录组测序及差异表达基因的筛选,以了解可能与糖酸合成相关的基因及其表达模式,为进一步解析仁用杏果肉糖酸比低的分子调控模式与机制,深入研究仁用杏果肉糖酸代谢转化机制提供依据.结果显示:(1)在仁用杏果肉发育的3个阶段共获得差异表达的单基因簇(unigene) 28 989条;根据单基因簇的功能注释,共发掘出19条单基因簇编码5个与仁用杏果肉中糖合成代谢相关的酶,54条单基因簇编码15个与仁用杏果肉中酸合成代谢相关的酶.(2)在所选3个发育阶段的仁用杏果肉中共发现9条与糖代谢相关的单基因簇和27条与酸代谢相关的单基因簇呈现差异表达.(3)编码与蔗糖合成积累相关的蔗糖磷酸酶和蔗糖合成酶的单基因簇主要呈下调表达,而与糖分解相关的果糖激酶和己糖激酶却呈上调表达.(4)与仁用杏果肉中主要有机酸组分苹果酸积累相关的苹果酸脱氢酶主要呈上调表达,而分解苹果酸的苹果酸酶呈下调表达.研究推测,仁用杏果肉在发育中糖积累受阻,而有机酸却得到大量的合成积累,这可能是造成仁用杏果肉糖酸比例小,鲜食口感差的主要内在因素之一.

该研究基于已公布的大豆基因组序列,旨在对大豆蔗糖合成酶(SUS)家族成员进行全基因组鉴定及表达分析,以探讨大豆SUS家族基因的生物学功能,为GmSUS基因的利用及大豆高产育种奠定理论基础.结果表明:(1)在大豆基因组中共鉴定到12个蔗糖合成酶基因(GmSUS1～GmSUS12).(2)GmSUS蛋白之间序列一致性很高,均具有植物SUS家族蛋白特有的蔗糖合成结构域和糖基转移结构域;除GmSUS5外,其他GmSUS蛋白N端均具有一个保守的丝氨酸(Ser)磷酸化位点.(3)系统进化分析显示,GmSUS蛋白主要聚为3组(SUS I～SUSⅢ),且位于同1组的GmSUS基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式.(4)12个GmSUS基因不均匀地分布在大豆的10条染色体上,片段复制可能导致了GmSUS基因在大豆基因组中的扩增.(5)表达特性分析表明,大豆SUS家族成员具有不同的组织表达模式,GmSUS8在大豆种子中表达量很高,GmSUS1、GmSUS7和GmSUS5在大豆根瘤中表达量很高,GmSUS3、GmSUSl1和GmSUS12在所有被检测的组织均具有较高的表达.

以耐旱性大豆品种晋豆21和干旱敏感性大豆品种徐豆22为试验材料,通过盆栽试验,研究α-萘乙酸(NAA)对花期干旱大豆碳代谢的影响.结果表明:干旱胁迫下,与徐豆22相比,晋豆21净光合速率(Pn)下降幅度较小,光呼吸速率(Pr)和叶片可溶性糖含量增加幅度较小,而叶片蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)(合成方向)活性、根系蔗糖含量增加幅度较大.NAA处理提高了干旱胁迫下Pn,并降低了Pr,进而明显缓解了干旱胁迫对大豆植株的生长抑制;降低了叶片淀粉分解酶、酸性转化酶(AI)和SS(分解方向)活性,从而抑制了干旱胁迫诱导的可溶性糖积累;NAA处理也能增加干旱胁迫下叶片SPS、SS(合成方向)活性、根系蔗糖含量、根冠比,表明NAA处理促进了叶片中蔗糖向根系的转运.总之,在干旱胁迫下,外源NAA能够通过调控碳代谢增强大豆植株对干旱胁迫的耐受性.

通过转录组测序技术,在甜高粱糖分累积的关键时期寻找甜高粱和普通高粱组织间差异表达的相关基因,通过相关基因的功能注释及相关联的Pathway代谢通路分析,进一步筛选与糖分积累与代谢相关的基因,以利于为充分挖掘甜高粱的生物学潜能,改良高粱品种提高其茎杆的糖含量打下坚实基础.以甜高粱辽甜1号和粒用高粱新苏2号为材料,对甜高粱与粒用高粱在成熟期进行叶片转录组数据测序分析并比较,测序结果如下,共得到71.98 M条reads,总碱基数14.54 Gb.使用Cufflinks软件对reads进行组装,共发掘出1 562个新基因.通过差异表达筛选出3 115个差异基因,其中1 499个上调,1 616个下调.对差异基因进行GO、COG分类和KEGG代谢途径富集性分析,将这些差异表达基因归类于包括淀粉与蔗糖代谢途径在内的94个代谢途径,从淀粉与蔗糖代谢通路(Pathway ID:Ko00500)中取β-呋喃果糖苷酶、蔗糖合成酶、果糖激酶的5个差异基因分别为Sb06g031910、Sb06g023760、Sb01g035890、Sb01g033060和Sb10g0082805进行实时荧光定量分析,发现这些基因在不同生育时期的表达与其对应酶类的活性有紧密的联系,推测这些基因在甜高粱叶片的蔗糖合成及积累过程中发挥着至关重要的作用.

蔗糖磷酸合成酶是植物体内蔗糖合成、碳同化与分配的一个关键调节酶.以3个水稻品种‘两优培九’、‘汕优63’和‘黄华占’为材料,在低氮和高氮处理下分析了水稻幼穗分化至抽穗不同阶段叶片蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)的基因表达和活性及其与植株同化物积累和产量形成的关系.研究结果表明,所有SPS基因(OsSPS1、OsSPS2、OsSPS6、OsSPS8和OsSPS11)的相对表达量均随植株生育进程推进而下降;SPS活性的变化趋势与SPS基因表达量一致.与高氮处理相比,低氮处理下SPS基因的相对表达量和SPS活性增加.相关分析表明,SPS基因的相对表达量和SPS活性均与叶片非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates,NSC)浓度显著正相关,OsSPS1表达和SPS活性状态均与每穗颖花数和籽粒产量显著正相关,OsSPS2、OsSPS6和OsSPS8表达均与结实率和千粒重显著正相关.因此,适当减少氮肥施用有利于提高SPS基因表达和活性,进而增加植株NSC积累和促进产量形成.