不同品种薄皮甜瓜果实发育过程中淀粉和糖转化差异的研究

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薄皮甜瓜(Cucumis melo var.makuwa Makino)在我国栽培历史悠久,以其甘甜爽口的品质深受消费者青睐。糖含量是薄皮甜瓜成熟时果实品质的决定因素。研究表明果实成熟过程中淀粉逐渐降解,导致可溶性糖积累,但两者之间的具体关系尚需进一步明确。因此,本试验选用蔗糖含有差异的薄皮甜瓜品种为试材,即高糖型品种‘YMR’和‘HDB’,低糖型品种‘XSM’和‘HPM’。测定果实发育过程中淀粉和糖的含量、关键酶的活性以及淀粉-蔗糖代谢相关基因的表达模式。以期明确薄皮甜瓜果实发育过程中淀粉变化及其对果实糖含量和积累的影响,对改善果实品质具有重要意义。主要研究结果如下:1.测定了薄皮甜瓜果实发育过程中重要参数的动态变化,结果表明,在果实发育过程中‘YMR’和‘HDB’果肉可溶性固形物含量(SSC)和果实硬度明显高于‘XSM’和‘HPM’,且两品种果实成熟过程中在果实花后30d出现乙烯释放高峰,属于典型的呼吸跃变型果实,而‘XSM’和‘HPM’果实在成熟过程中乙烯释放量较低且无明显峰值,属于非呼吸跃变型果实。2.利用透射电镜(TEM)观察‘YMR’和‘XSM’不同发育阶段果肉组织中淀粉粒的变化,发现‘YMR’果肉组织中淀粉粒随着果实发育,数量逐渐增多,体积逐渐增大,最后在质体中淀粉粒消失,全部降解;而‘XSM’果肉组织中淀粉粒体积逐渐变小,最后消失。通过对淀粉含量测定发现,‘YMR’和‘HDB’果实进入成熟期先积累淀粉,出现淀粉积累高峰后迅速下降,至完全成熟时几乎均转化为可溶性糖,为高淀粉积累型果实;而‘XSM’和‘HPM’果实在整个发育过程中淀粉一直处于较低水平,无明显淀粉积累,为低淀粉积累型果实。3.利用高效液相色谱(HPLC)测定了不同品种果实发育过程中糖的种类和含量,发现葡萄糖和果糖含量在发育过程中无明显变化,品种之间无差异;而蔗糖含量随着果实发育逐渐升高,在成熟期‘YMR’和‘HDB’果实蔗糖含量显著高于‘XSM’和‘HPM’。4.测定了薄皮甜瓜果实发育过程中淀粉代谢相关酶活性,结果表明,‘YMR’和‘HDB’的腺苷二磷酸焦磷酸化酶(AGPase)、α-淀粉酶(AMY)、β-淀粉酶(BMY)的酶活性均明显高于‘XSM’和‘HPM’。AGPase活性在果实发育过程中与淀粉含量变化一致,促进淀粉合成;AMY和BMY活性在果实成熟期逐渐升高,有利于淀粉降解,影响果实成熟期蔗糖含量。应用qRT-PCR技术分析了10个参与淀粉合成与代谢基因的表达,结果表明CmAPS2-2、CmAMY2、CmBAM1和CmBAM9在‘YMR’和‘HDB’果实中表达量均明显高于‘XSM’和‘HPM’,调控果实淀粉合成和降解。5.测定薄皮甜瓜果实发育过程中蔗糖代谢相关酶活性,发现酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)和蔗糖合成酶(SS)在4个品种甜瓜果实发育过程中无差异,AI和NI在甜瓜果实早期活性较高,随着果实发育逐渐降低,在果实成熟期转化酶活性一直处于较低水平,而蔗糖合成酶(SS)在果实成熟期逐渐升高。蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性在‘YMR’和‘HDB’果实成熟期迅速升高,显著高于‘XSM’和‘HPM’,而在‘XSM’和‘HPM’中无明显变化,因此SPS活性变化是引起果实蔗糖积累差异的主要原因之一。应用qRT-PCR技术分析CmSPS1表达情况,发现CmSPS1在果实发育过程中上调表达,在成熟期‘YMR’和‘HDB’上调倍数显著高于‘XSM’和‘HPM’,促进了这两个品种果实中蔗糖积累。6.薄皮甜瓜果实发育过程中淀粉、蔗糖、酶活性和基因表达之间的相关性分析结果表明,‘YMR’和‘HDB’果实相关性高于‘XSM’和‘HPM’。淀粉含量对蔗糖积累起正调控作用,AGPase酶为淀粉合成关键酶,影响淀粉积累,BMY在果实淀粉降解中起关键作用,SPS是蔗糖合成的主要酶,促进蔗糖合成与积累。AI和NI在整个淀粉代谢和糖积累过程中均起负调控作用,差异表达基因CmAPS2-2、CmAMY2、CmBAM1、CmBAM9和CmSPS1在‘YMR’和‘HDB’果实中正调控淀粉代谢和糖积累。综上所述,薄皮甜瓜果实淀粉代谢正调控蔗糖积累,导致不同品种间蔗糖积累的差异,且该过程受ADPase,AMY,BMY,SPS及CmAPS2-2,CmAMY2-1,CmBAM1和CmBAM9的共同调控。
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