富硒豇豆的生理生化特性及ABC转运蛋白基因对硒的响应

来源 :武汉轻工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenweihong2008
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豇豆(Vigna unguiculata(Linn.)Walp.)是我国重要的常规蔬菜种类之一,栽培范围很广。豇豆豆荚中含有大量的蛋白质、糖类和膳食纤维,以及胡萝卜素、维生素B和维生素C等营养物质,食用和保健价值高。元素硒对于人体健康极为重要,通过硒强化提高作物硒含量进而增加居民膳食硒摄入量是近年来的研究热点之一。深入解析植物硒生理生化及分子响应特性,对于阐明植物聚硒机制,改进富硒栽培措施、培育富硒品种有重要的理论和实践意义。本实验以两个不同生长习性的长豇豆品种——有架豇豆与矮蔓豇豆为试材,以亚硒酸钠(Na2SeO3)与纳米硒(SeNPs)为硒源,研究了不同外源硒形态、不同施用浓度、不同采收时间和施硒次数对豆荚中硒形态、硒含量、营养品质和抗氧化能力的影响。为阐明豇豆对硒的富集转运特性、生产安全可靠的富硒豇豆提供理论参考。ABC转运蛋白(ATP-Binding Cassette transporters)是一类古老而庞大的跨膜蛋白家族,参与了多种基础生理过程,如营养、发育、对生物和非生物胁迫的反应以及与环境的相互作用。基于前期大豆和豇豆RNA-seq分析结果,本实验研究了大豆和豇豆中ABC转运蛋白家族成员基因对不同外源硒处理的响应,为进一步揭示豆科植物中ABC转运蛋白基因的功能,探索其在植物硒代谢转运中的作用提供了参考。主要结果如下:研究表明,以NPs和Na2SeO3为硒源(浓度分别设为0、0.1、0.5、1.0、2.5、3.0 mmol/L)进行叶喷处理,随施入外源硒浓度的升高,二个豇豆品种豆荚中累积的硒含量均有明显提高,相同浓度下Na2SeO3对豆荚中硒含量的提升效果更为明显。外施硒源不同、施入量不同对有架豇豆豆荚中累积的硒的存在形态及含量均有较大的影响。不同浓度SeNPs和Na2SeO3处理后豇豆豆荚中检测到的硒的主要存在形式为SeMet,其次是Me SeCys。随着外源硒浓度的增加,豆荚中检测到的硒化合物种类也逐渐增加,但均以有机硒(尤其SeMet)为主,无机硒形式均只能在高浓度处理组中被检测到。本实验检测了不同浓度外源硒处理下豇豆豆荚生理指标与抗氧化酶活性的变化。结果表明,两个豇豆品种豆荚中可溶性蛋白、纤维素在外源硒处理后相比对照均有所提高;尤以SeNPs处理对矮蔓豇豆中可溶性蛋白、纤维素含量提升效果显著。施硒处理后,有架豇豆豆荚中过氧化氢的含量有明显的降低;同时能够有效提高矮蔓豇豆豆荚中过氧化物酶的活性、有效维持SOD酶的活性。对大豆与豇豆转录组数据进行差异表达分析可知,施硒处理后大豆与豇豆分别有40和150条差异表达ABC转运蛋白基因,其中ABCB、ABCC、ABCG三个亚家族占据绝大部分。说明ABCB、ABCC、ABCG三个亚家族是ABC转运蛋白家族应对豆科硒胁迫的主力军。对选择的大豆ABC转运蛋白基因进行q-PCR实验,实验结果与转录组数据相似度高,从而说明了ABC转运蛋白在豆科植物硒聚集有重要作用。本研究证实了使用纳米硒与亚硒酸钠处理生产富硒豇豆来满足人体所需硒元素的可行性,为富硒豇豆的大田生产提供了探究基础,对豆科植物ABC转运蛋白的研究为植物硒聚集提供了新的思路,有利于后期进一步的研究推进,为科学补硒提供理论基础。
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