盐渍环境下菊芋果聚糖合成分配机制研究

Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) is a special plant for its economic and ecological values and has high salt-tolerant ability. But the research on the composition and distribution mechanisms of fructan in Jerusalem artichoke is scarce under salt stress, which limits the development of Jerusalem artichoke yield potential. Based on the previous work, two Jerusalem artichoke genotypes having significant difference of salt-tolerance (Nanyu No.1 and Qingyu No.2) are carried out to study the mechanisms of fructan composition and distribution under salt stress in the present project. This project is aimed at evaluating the main factor limiting the tuber yield under salt stress, the relationship between the enlargement and abruption of tuber and the composition and distribution of fructan, the transfer and regulation mechanisms among the apparatuses, the accumulation mechanisms of fructan in tuber, the major resources and technological factors limiting the the composition and distribution of fructan in the representative salt-affected soils. Overall, the results will support the science theory to enhance the yield of Jerusalem artichoke in the salt-affected soils. The project has the important theory and society significances in terms of increase of the tuber yield to promote the biological industry development of Jerusalem artichoke in salt-affected areas.

菊芋是一种具有重要经济和生态价值的特质植物，耐盐性较强，但在盐渍环境下菊芋果聚糖合成分配机制缺乏研究，从根本上制约着菊芋产量潜力的挖掘。本项目将在已有工作基础上，以耐盐差异显著的菊芋品种南芋1号和青芋2号为试验材料，研究菊芋在盐渍环境下果聚糖合成分配机制，明确盐渍逆境影响菊芋块茎产量的主要因子，揭示菊芋块茎膨大与细胞分裂和果聚糖合成分配的关系，明确器官间糖转运过程，阐明果聚糖积累及其调控机制，揭示典型盐碱区域菊芋果聚糖合成分配的关键资源制约因素，确定技术因素对限制性因素的补偿作用以及优化匹配机制，为提高盐碱地菊芋产量提供必要的科学理论依据。项目的实施对于实现我国盐碱区域菊芋高产，促进菊芋生物产业的快速发展具有重要的理论和社会意义。

菊芋是一种具有重要经济和生态价值的特质植物，耐盐性较强，但在盐渍环境下菊芋果聚糖合成分配机制缺乏研究，从根本上制约着菊芋产量潜力的挖掘。.本项目将在已有工作基础上，利用已有的在盐胁迫下果糖累积差异显著的品种南芋1号（NY-1）和青芋2号（QY-2），研究了1）菊芋产量形成过程与构成和盐渍逆境影响菊芋块茎产量的原因；2）盐胁迫对菊芋干物质积累、不同器官糖组分含量和组成的影响，3）整个菊芋果聚糖代谢关键酶蔗糖果糖基转移酶（SST）、果聚糖果糖基转移酶（FFT）、果聚糖水解酶（FEH）的时空表达调控，分析SST、FFT、FEH基因在菊芋中时空表达情况，从分子水平上研究果聚糖的代谢调控机制；4）探索典型盐碱区域菊芋果聚糖合成分配的关键资源与技术制约因素并量化，在此基础上研究典型盐碱区域菊芋高效栽培技术体系。.结果表明：.1）菊芋块茎发育主要分三个过程：匍匐茎生长，块茎形成，块茎膨大，不同品种块茎发育过程存在时间差异，菊芋块茎形成是地上部干物质向地下转运及果聚糖积累的过程，块茎形成与内源激素水平变化密切相关；.2）盐胁迫对菊芋块茎中果聚糖积累的限制作用极其显著，对QY-2的限制作用尤为突出，QY-2块茎果聚糖积累量和积累速率的下降幅度都大于NY-1；.3）果聚糖代谢关键酶基因（1-SST、1-FFT和1-FEH）的半定量RT-PCR表达分析表明，盐胁迫使1-SST和1-FFT在块茎发育前期（90～130 d）的表达量上升，诱导块茎中果聚糖的合成提前，但降低了块茎发育中、后期（130～210 d）1-SST和1-FFT的表达量，不利于果聚糖的持续积累，在地上部快速生长期（50 d），盐胁迫诱导1-FEH在叶片中的表达量上升，并伴随着叶片中还原糖含量的上升，1-FEH在叶片中的转录正调控可能有利于菊芋在盐胁迫下的生理防卫；.4）菊芋边际效应分析发现5m宽的边际带仍表现出边际效应，边际效应的大小依次为块茎个数>块茎鲜重>株高>茎粗>根鲜重，菊芋块茎产量边际带较非边际带产量高出18.82%。.5）当氮肥为180 kg•hm-2、磷肥为135 kg•hm-2时，氮磷正交互效应增强，氮磷表现出协同促进作用，菊芋块茎产量最高，且菊芋块茎的干物质含量、总糖、还原糖和菊糖含量达到最高值。.项目的实施对于实现我国盐碱区域菊芋高产，促进菊芋生物产业的快速发展具有重要的理论和社会意义。