不同栽培方式馬鈴薯塊莖發(fā)育蛋白質(zhì)差異表達研究.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。我國雖為馬鈴薯生產(chǎn)大國，但是單產(chǎn)水平低，主要原因在于栽培技術(shù)相對落后。近年來，福建省主推的稻草包芯栽培技術(shù)已在生產(chǎn)上證實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)機制，對于進一步提升馬鈴薯高產(chǎn)栽培實踐技術(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”為試驗材料，在

2、播種后40d至100d時，對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行主要農(nóng)藝性狀指標測定；并對塊莖形成過程（即：匍匐莖的發(fā)生、匍匐莖伸長、匍匐莖縱向生長停止與塊莖的發(fā)生四個發(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程（即：60d、70d、80d、90d、100d五個時期）中的塊莖進行差異蛋白質(zhì)組學研究。比較分析兩種栽培方式下馬鈴薯主要農(nóng)藝性狀指標差異及蛋白質(zhì)組表達量的變化，并對常規(guī)栽培模式下馬鈴薯塊

3、莖發(fā)育過程進行差異蛋白質(zhì)組學研究；進而分析了稻草包芯栽培技術(shù)增產(chǎn)機制相關(guān)的特異蛋白，旨在從分子水平上揭示其高產(chǎn)機制與塊莖發(fā)育機理。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）稻草包芯栽培模式對馬鈴薯主要農(nóng)藝性狀的影響
　　大田生產(chǎn)實踐表明，稻草包芯栽培的馬鈴薯畝產(chǎn)量高出常規(guī)栽培9.07％。從三個主要產(chǎn)量構(gòu)成要素進行剖析，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

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馬鈴薯生長發(fā)育過程中均高于常規(guī)栽培。這些結(jié)果表明，較為發(fā)達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。
　?。?）稻草包芯栽培模式對馬鈴薯匍匐莖蛋白質(zhì)組表達的影響
　　通過比較分析塊莖形成過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個豐度值大于2且Anova<0.05的差異表達蛋白點。

5、通過質(zhì)譜分析及GO功能注釋，并根據(jù)其生物學功能劃分為七大類群，包含10個物質(zhì)代謝相關(guān)蛋白、4個蛋白質(zhì)合成與降解相關(guān)蛋白、4個能量代謝相關(guān)蛋白、3個抗性相關(guān)蛋白、1個細胞分裂相關(guān)蛋白、5個patatin蛋白及2個未知蛋白。在馬鈴薯塊莖形成過程中，稻草包芯栽培模式可能通過增強匍匐莖內(nèi)碳氮代謝及多種物質(zhì)代謝、有效調(diào)控patatin蛋白的表達以及促進馬鈴薯匍匐莖內(nèi)蛋白質(zhì)合成與細胞分裂，進而促進匍匐莖發(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馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)組表達的影響
　　運用差異蛋白質(zhì)組學研究發(fā)現(xiàn)，在馬鈴薯塊莖膨大過程中，與常規(guī)栽培相比，稻草包芯栽培的馬鈴薯塊莖內(nèi)有42個蛋白點發(fā)生顯著差異表達。通過質(zhì)譜分析及GO功能注釋，將這42個差異表達蛋白點劃分為六大功能類群：一是物質(zhì)代謝相關(guān)蛋白，10個；二是蛋白質(zhì)合成與代謝相關(guān)蛋白，12個；三是抗性相關(guān)蛋白，6個；四是patatin蛋白，11個；五是能量代謝相關(guān)蛋白，1個；六是未知蛋白，2個

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下調(diào)，說明稻草包芯栽培能夠給予馬鈴薯植株更為適宜的生長環(huán)境。值得注意的是，促進淀粉生物合成的果糖激酶2和烯醇化酶以及11個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，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)。
　?。?）馬鈴薯塊莖發(fā)育過程的蛋白質(zhì)組差異表達
　　在馬鈴薯塊莖形成過程中，共發(fā)現(xiàn)14個差

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