论文部分内容阅读
有色稻籽粒富含天然花色苷色素和多种微量元素,具有抗氧化功能和极高的营养食用价值。课题组前期从地方传统红米资源中选育获得了富铁稻米品系“罗田红米”,但在生产过程中,发现不同地域、不同环境种植影响了其色素外观稳定性。本研究根据此材料对铁元素的需求特性,选用普通白米材料9311作为对照,对其孕穗期和抽穗期进行叶面喷施硫酸亚铁处理,通过成熟籽粒代谢物和微量元素测定,分析外源铁对红米类黄酮型色素物质和微量元素积累的影响,以期探讨红米色素稳定性与强化其营养品质的可能性。结合灌浆关键时期发育籽粒的转录组测序分析,筛选出参与类黄酮合成关键酶基因及铁转运相关基因,并从基因和蛋白水平验证了灌浆期发育籽粒中类黄酮合成关键酶表达情况,以此分析籽粒色素代谢特征及类黄酮途径关键酶表达调控规律,解析外源铁对水稻籽粒色素合成与积累的调控机制,为优质特种有色稻“罗田红米”的保质栽培及品质稳定性改良提供依据,并为其它作物色素优良性状研究与应用提供参考实例。获得结果如下:1.基于代谢组确定了“罗田红米”RM1的色素特征代谢物为儿茶素（Catechin）、棕儿茶素b3（Gambiriin b3）、肉桂单宁（Pavetannin b6）、原花青素b8（Procyanidin b8）、原花青素c1（Procyanidin c1）、3-4-羟基表儿茶素[3-（4-hydroxybenzoyl）epicatechin]等类黄酮物质和原花色素。2.基于细胞学观察、差异代谢物比较和色素物质含量测定,分析发现叶面喷施硫酸亚铁对红米籽粒的色素物质积累具有正向影响。红米色素主要积累于果皮,以原花青素型为主。通过果皮切片观察发现喷FeSO4处理后RM1的表皮着色更均匀,细胞间留白区域更少。通过原花色素含量测定,喷0.1%FeSO4处理后红米中原花色素含量在开花15d至25d显著增加。另外RM1喷施0.1%FeSO4处理后类黄酮代谢中的其他分支产物表现为下调,说明铁离子处理促进了向原花青素方向的合成,其他分支产物的减少为原花青素的合成提供了充足的底物。3.叶面喷施硫酸亚铁后能有效的提高稻米中铁含量,其中喷施0.2%FeSO4效果更明显,RM1和RM5经过处理后铁含量分别提高到125.84 mg/kg和159.18mg/kg。此外,基于差异代谢物分析发现,RM1喷0.1%FeSO4处理后籽粒中的维生素B5、维生素E的含量都表现为上调,说明叶面喷施处理对提高红米的微量元素含量等营养品质起到正向影响。4.基于转录组结果筛选出6个类黄酮合成关键酶基因和3个铁转运相关基因。利用qPCR技术验证靶标基因表达情况,发现喷0.1%FeSO4处理后使RM1和RM5中色素合成途径上游基因CHS和F3H-3在花后5d-10d的表达量有所提高,下游LAR基因在花后20d-25d的表达量逐渐增加,铁转运相关基因Fe-1和MHX1在颖果发育各时期表达量均有所增长,说明叶面喷施适当的Fe2+对红米中类黄酮合成基因和铁转运基因表达起到一定促进作用。从蛋白表达量结果显示,叶面喷0.1%FeSO4溶液后,RM1和RM5的上游关键酶CHS和LAR表达量分别在开花20d、25d时达到了最大并且显著增长,验证了叶面喷施适量浓度铁离子能促进红米开花15d之后类黄酮途径关键酶的表达,从而有利于相应类黄酮型色素物质——原花色素积累并稳定增长。综上所述,通过叶面喷施适宜浓度的硫酸亚铁（0.1%）能有效的改善有色米的色素品质及增加谷物中的铁元素含量,故叶面施铁离子处理可作为增强谷物有效铁及稳定外观色素的一种经济、有效的栽培方式。