百合鳞茎发育的蔗糖降解模式及关键酶基因的时空表达

蔗糖代谢与百合鳞茎的形成和发育密切相关，明确蔗糖降解机理是研究其鳞茎发育的前提和基础。本项研究在初步探明蔗糖是百合韧皮部同化物运输和鳞片可溶性碳水化合物主要形态的基础上，在鳞片繁殖和商品种球培育两个重要环节，采用HPLC等方法系统测定不同发育时期鳞茎各部位蔗糖、还原糖和淀粉的含量，对蔗糖降解的时空模式和变化规律进行研究，探索温度以及IBA、GA3对不同种类百合鳞茎"蔗糖-淀粉"代谢的调节机制；在对酶活性进行动态测定的基础上，采用Western Blot、Northern Blot和Real-time PCR等技术，在mRNA和蛋白水平分析蔗糖降解的关键酶-蔗糖合成酶(SS)、可溶性酸性转化酶(SAI)基因的时空表达特性，旨在明确百合鳞茎发育、休眠过程中蔗糖降解的生理及分子机制，以期为完善百合种球生产的人工调控技术提供理论和实践依据，并为其它球根类植物的发育研究奠定生理学基础。

蔗糖代谢与百合鳞茎的形成和发育密切相关，明确蔗糖降解机理是研究其鳞茎发育的前提和基础。本课题在鳞片繁殖和商品种球培育两个重要环节进行了研究：1．首次建立了百合鳞茎总RNA提取以及SAI、SuSy活性检测技术体系，克隆了百合鳞茎SAI、SuSy基因（NCBI序列号分别为KC261285、KC261286）并进行了序列分析。2．对鳞茎发育过程中蔗糖降解的时空模式和变化规律研究表明：从栽种至植株现蕾，母鳞茎的蔗糖含量较低，花后其含量逐渐升高至植株半枯期下降；新鳞茎的蔗糖含量伴随鳞茎发育呈上升趋势。相关酶活性测定表明SAI是鳞茎内蔗糖分解的主要酶，双向酶SuSy主要起分解蔗糖的作用。不同种类百合SAI和SuSy基因的表达丰度存在差异。地下茎中的SAI和SuSy基因表达总量高于地上茎和叶片中的表达总量，在百合生长过程中SAI基因主要调控源库的蔗糖代谢。3．种球低温贮藏过程中，鳞茎外部鳞片的蔗糖含量依次高于中部、内部鳞片的蔗糖含量；对同一鳞片的不同部位而言，蔗糖含量由上至下依次升高。综合分析淀粉、蔗糖和还原糖含量及相关酶活性的关系可知，SAI和SuSy调控蔗糖降解，但不同种类百合的主要蔗糖分解酶不同。低温贮藏初期的20d内，SAI和SuSy基因表达量与贮藏前比较显著下降，整个贮藏中期基因表达量处很低水平，至鳞茎解除休眠时两基因表达量显著增加。4．低浓度IBA促进亚洲百合小鳞茎快速发育，而GA3延迟小鳞茎的发生，东方百合的表现与之相反。东方百合经GA3-100 mg•L-1-2h结合5℃预处理获得的小鳞茎质量最佳，而亚洲百合为上述处理结合25℃恒温培养小鳞茎质量最佳，IBA-100 mg•L-1-1h结合5 ℃低温预处理是提高其繁殖系数和小鳞茎整齐度的最佳处理。IBA结合5℃低温处理可加速亚洲百合母鳞片营养物质的分解转化，而延缓东方百合母鳞片淀粉的降解。GA3结合5℃低温处理促进东方百合母鳞片淀粉降解，而对亚洲百合的作用恰好相反。本研究明确了百合种球培养过程中的蔗糖降解模式及关键酶活性和基因的时空表达特性，为最终实现在分子水平调控百合鳞茎发育和生产优质种球提供了理论依据。已发表研究论文16篇，即将出版学术专著1部，做国际会议学术报告7次，获辽宁省自然科学学术成果二等奖1项。

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