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藜麦营养丰富,含有丰富的氨基酸、脂肪酸、淀粉、总多酚、黄酮、皂苷、矿物质和维生素等,并且对干旱、盐碱、寒冷等都有明显的抗性。钙元素是影响作物籽粒充实与营养的重要因素。近年来,随着土壤交换性钙含量逐步降低,缺钙土地面积逐年增加,因此研究钙离子对藜麦籽粒灌浆的影响对推广藜麦种植具有很重要的意义。本研究以LL-03、H-1为试验材料,霍格兰营养液作为对照,用霍格兰营养液加硝酸钙进行高钙处理,用缺钙的霍格兰营养液加钙离子螯合剂进行低钙胁迫,出苗后进行不同胁迫处理,通过对灌浆期藜麦籽粒的淀粉含量和淀粉合成关键酶活性测定以及代谢组分析研究钙离子对灌浆期藜麦籽粒中淀粉合成的调节机理。本研究得到以下主要结论:(1)在不同钙离子条件下,对灌浆期藜麦籽粒淀粉含量及合成关键酶活性变化进行了研究分析。高钙处理下LL-03支链淀粉和直链淀粉含量明显提高,H-1支链淀粉和直链淀粉含量无明显变化,低钙处理下LL-03直链淀粉含量明显降低,支链淀粉含量无明显变化,H-1支链淀粉和直链淀粉含量明显降低。高钙处理下,LL-03四种酶活性峰值时间不变,H1除GBSS外其余酶活性峰值时间不变。低钙处理下,LL-03 SS、SSS活性峰值时间提前;H1 SS、SSS、GBSS活性峰值时间提前,籽粒提前衰老,淀粉合成减少。根据藜麦淀粉含量与淀粉合成关键酶活性的相关性分析,钙离子水平对两种藜麦籽粒淀粉积累具有重要调节作用。总体表现为高钙处理促进淀粉合成,低钙则降低了淀粉合成。(2)通过GC-MS非靶向代谢组学技术对高钙和低钙处理下的藜麦灌浆期籽粒差异代谢物质进行了分析。除了H-1灌浆前期正常-高钙组无代谢物显著变化,其余所有组别都有代谢物显著变化。随着藜麦灌浆的过程,钙离子处理引起差异代谢物的变化越来越明显。高钙促进了代谢物质的积累,低钙处理则相反。LL-03在高钙处理下比H-1敏感,低钙处理对H-1代谢物积累抑制效果更明显。藜麦钙信号可能通过影响脱落酸和吲哚乙酸代谢,调控淀粉合成关键酶活性,对籽粒淀粉合成产生影响。灌浆前期起主要作用的是吲哚乙酸,灌浆后期主要是生长素与脱落酸共同作用。(3)将所有的差异代谢物利用Metaboanalyst平台进行通路分析。在灌浆前期LL-03高钙处理后上调最显著的是氨酰tRNA生物合成,下调最显著的是丁酸代谢;低钙处理上调最显著的是色氨酸代谢,下调最显著的是丁酸代谢。低钙处理下H-1最显著上调代谢通路是精氨酸代谢,最显著的下调代谢通路时是色氨酸代谢。灌浆后期时LL-03高钙处理后上调最显著的是乙醛酸和二元酸代谢,低钙处理下调最显著的是丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢;H-1高钙处理最显著上调代谢通路是半乳糖代谢,低钙处理下调最显著的是氨酰tRNA生物合成。(4)通过淀粉含量和淀粉合成关键酶的测定和籽粒代谢组分析,钙离子可能通过植物激素(IAA、ABA)、蛋白及氨基酸、糖类代谢途径的影响,从而调节淀粉合成相关酶的活性,进而影响淀粉合成。因此在西南地区种植藜麦,为保证籽粒灌浆充实可以在栽培过程中在籽粒灌浆期根据实际情况进行钙肥的施加,从而提高藜麦籽粒的品质。