不同栽培方式馬鈴薯塊莖發(fā)育蛋白質(zhì)差異表達(dá)研究.pdf

1、馬鈴薯是世界第四大糧食作物，其在世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著重要地位。我國(guó)雖為馬鈴薯生產(chǎn)大國(guó)，但是單產(chǎn)水平低，主要原因在于栽培技術(shù)相對(duì)落后。近年來(lái)，福建省主推的稻草包芯栽培技術(shù)已在生產(chǎn)上證實(shí)能夠顯著提高馬鈴薯的產(chǎn)量與品質(zhì)。因此，深入探究稻草包芯栽培技術(shù)對(duì)馬鈴薯塊莖發(fā)育及主要農(nóng)藝性狀的影響，揭示稻草包芯栽培高產(chǎn)機(jī)制，對(duì)于進(jìn)一步提升馬鈴薯高產(chǎn)栽培實(shí)踐技術(shù)和理論基礎(chǔ)具有重要意義。
　　本研究選用高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的冬種馬鈴薯品種“中薯3號(hào)”為試驗(yàn)材料，在

2、播種后40d至100d時(shí)，對(duì)稻草包芯栽培和常規(guī)裸地栽培（CK）兩種不同栽培方式下的馬鈴薯植株進(jìn)行主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)測(cè)定；并對(duì)塊莖形成過(guò)程（即：匍匐莖的發(fā)生、匍匐莖伸長(zhǎng)、匍匐莖縱向生長(zhǎng)停止與塊莖的發(fā)生四個(gè)發(fā)育階段）中兩種栽培方式下的馬鈴薯匍匐莖及塊莖膨大過(guò)程（即：60d、70d、80d、90d、100d五個(gè)時(shí)期）中的塊莖進(jìn)行差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究。比較分析兩種栽培方式下馬鈴薯主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)差異及蛋白質(zhì)組表達(dá)量的變化，并對(duì)常規(guī)栽培模式下馬鈴薯塊

3、莖發(fā)育過(guò)程進(jìn)行差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究；進(jìn)而分析了稻草包芯栽培技術(shù)增產(chǎn)機(jī)制相關(guān)的特異蛋白，旨在從分子水平上揭示其高產(chǎn)機(jī)制與塊莖發(fā)育機(jī)理。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）稻草包芯栽培模式對(duì)馬鈴薯主要農(nóng)藝性狀的影響
　　大田生產(chǎn)實(shí)踐表明，稻草包芯栽培的馬鈴薯畝產(chǎn)量高出常規(guī)栽培9.07％。從三個(gè)主要產(chǎn)量構(gòu)成要素進(jìn)行剖析，發(fā)現(xiàn)稻草包芯栽培的單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和商品薯率分別高于常規(guī)栽培5.71%、9.68%及2.52%。此外，在農(nóng)藝性狀指標(biāo)

4、方面，稻草包芯栽培的馬鈴薯株高、單株匍匐莖鮮重、單株莖葉鮮重、單株塊莖鮮重及單株根鮮重在整個(gè)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中均高于常規(guī)栽培。這些結(jié)果表明，較為發(fā)達(dá)的根系和匍匐莖以及更為旺盛的地上部可能是造就稻草包芯栽培高產(chǎn)的主要原因。
　　（2）稻草包芯栽培模式對(duì)馬鈴薯匍匐莖蛋白質(zhì)組表達(dá)的影響
　　通過(guò)比較分析塊莖形成過(guò)程中兩種栽培模式下馬鈴薯匍匐莖的雙向電泳圖譜，獲取并成功鑒定29個(gè)豐度值大于2且Anova<0.05的差異表達(dá)蛋白點(diǎn)。

5、通過(guò)質(zhì)譜分析及GO功能注釋?zhuān)⒏鶕?jù)其生物學(xué)功能劃分為七大類(lèi)群，包含10個(gè)物質(zhì)代謝相關(guān)蛋白、4個(gè)蛋白質(zhì)合成與降解相關(guān)蛋白、4個(gè)能量代謝相關(guān)蛋白、3個(gè)抗性相關(guān)蛋白、1個(gè)細(xì)胞分裂相關(guān)蛋白、5個(gè)patatin蛋白及2個(gè)未知蛋白。在馬鈴薯塊莖形成過(guò)程中，稻草包芯栽培模式可能通過(guò)增強(qiáng)匍匐莖內(nèi)碳氮代謝及多種物質(zhì)代謝、有效調(diào)控patatin蛋白的表達(dá)以及促進(jìn)馬鈴薯匍匐莖內(nèi)蛋白質(zhì)合成與細(xì)胞分裂，進(jìn)而促進(jìn)匍匐莖發(fā)育及誘發(fā)薯塊形成，從而為其高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

6、r>　?。?）稻草包芯栽培模式對(duì)馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)組表達(dá)的影響
　　運(yùn)用差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在馬鈴薯塊莖膨大過(guò)程中，與常規(guī)栽培相比，稻草包芯栽培的馬鈴薯塊莖內(nèi)有42個(gè)蛋白點(diǎn)發(fā)生顯著差異表達(dá)。通過(guò)質(zhì)譜分析及GO功能注釋?zhuān)瑢⑦@42個(gè)差異表達(dá)蛋白點(diǎn)劃分為六大功能類(lèi)群：一是物質(zhì)代謝相關(guān)蛋白，10個(gè)；二是蛋白質(zhì)合成與代謝相關(guān)蛋白，12個(gè)；三是抗性相關(guān)蛋白，6個(gè)；四是patatin蛋白，11個(gè)；五是能量代謝相關(guān)蛋白，1個(gè)；六是未知蛋白，2個(gè)

7、。其中，參與次生代謝與抗非生物脅迫的蛋白在稻草包芯栽培中均表達(dá)下調(diào)，說(shuō)明稻草包芯栽培能夠給予馬鈴薯植株更為適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。值得注意的是，促進(jìn)淀粉生物合成的果糖激酶2和烯醇化酶以及11個(gè)馬鈴薯特異貯藏蛋白——patatin蛋白在稻草包芯栽培中均上調(diào)表達(dá)，這表明稻草包芯栽培的高產(chǎn)極有可能與塊莖內(nèi)patatin蛋白和淀粉的大量合成密切相關(guān)。
　　（4）馬鈴薯塊莖發(fā)育過(guò)程的蛋白質(zhì)組差異表達(dá)
　　在馬鈴薯塊莖形成過(guò)程中，共發(fā)現(xiàn)14個(gè)差

8、異表達(dá)蛋白點(diǎn)。這些差異表達(dá)蛋白涉及物質(zhì)代謝與運(yùn)輸、細(xì)胞分裂、蛋白質(zhì)合成與降解、抗逆性等多種生理代謝過(guò)程及patatin貯藏蛋白。在這些差異表達(dá)蛋白中，葡萄糖磷酸變位酶的上調(diào)表達(dá)、鐵蛋白的不斷積累以及肌動(dòng)蛋白對(duì)細(xì)胞分裂與延伸的有效調(diào)控可能在塊莖形成過(guò)程中起重要作用。特別是三個(gè)patatin蛋白，一個(gè)全程上調(diào)表達(dá)，另外兩個(gè)的表達(dá)量在塊莖發(fā)生階段激增10倍以上。這表明patatin蛋白的表達(dá)水平與塊莖發(fā)育密切相關(guān)，在塊莖發(fā)生階段表達(dá)量達(dá)到峰值