【摘要】：有色稻籽粒富含天然花色苷色素和多種微量元素,具有抗氧化功能和極高的營養(yǎng)食用價值。課題組前期從地方傳統(tǒng)紅米資源中選育獲得了富鐵稻米品系“羅田紅米”,但在生產(chǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)不同地域、不同環(huán)境種植影響了其色素外觀穩(wěn)定性。本研究根據(jù)此材料對鐵元素的需求特性,選用普通白米材料9311作為對照,對其孕穗期和抽穗期進行葉面噴施硫酸亞鐵處理,通過成熟籽粒代謝物和微量元素測定,分析外源鐵對紅米類黃酮型色素物質和微量元素積累的影響,以期探討紅米色素穩(wěn)定性與強化其營養(yǎng)品質的可能性。結合灌漿關鍵時期發(fā)育籽粒的轉錄組測序分析,篩選出參與類黃酮合成關鍵酶基因及鐵轉運相關基因,并從基因和蛋白水平驗證了灌漿期發(fā)育籽粒中類黃酮合成關鍵酶表達情況,以此分析籽粒色素代謝特征及類黃酮途徑關鍵酶表達調控規(guī)律,解析外源鐵對水稻籽粒色素合成與積累的調控機制,為優(yōu)質特種有色稻“羅田紅米”的保質栽培及品質穩(wěn)定性改良提供依據(jù),并為其它作物色素優(yōu)良性狀研究與應用提供參考實例。獲得結果如下:1.基于代謝組確定了“羅田紅米”RM1的色素特征代謝物為兒茶素(Catechin)、棕兒茶素b3(Gambiriin b3)、肉桂單寧(Pavetannin b6)、原花青素b8(Procyanidin b8)、原花青素c1(Procyanidin c1)、3-4-羥基表兒茶素[3-(4-hydroxybenzoyl)epicatechin]等類黃酮物質和原花色素。2.基于細胞學觀察、差異代謝物比較和色素物質含量測定,分析發(fā)現(xiàn)葉面噴施硫酸亞鐵對紅米籽粒的色素物質積累具有正向影響。紅米色素主要積累于果皮,以原花青素型為主。通過果皮切片觀察發(fā)現(xiàn)噴FeSO_4處理后RM1的表皮著色更均勻,細胞間留白區(qū)域更少。通過原花色素含量測定,噴0.1%FeSO_4處理后紅米中原花色素含量在開花15d至25d顯著增加。另外RM1噴施0.1%FeSO_4處理后類黃酮代謝中的其他分支產(chǎn)物表現(xiàn)為下調,說明鐵離子處理促進了向原花青素方向的合成,其他分支產(chǎn)物的減少為原花青素的合成提供了充足的底物。3.葉面噴施硫酸亞鐵后能有效的提高稻米中鐵含量,其中噴施0.2%FeSO_4效果更明顯,RM1和RM5經(jīng)過處理后鐵含量分別提高到125.84 mg/kg和159.18mg/kg。此外,基于差異代謝物分析發(fā)現(xiàn),RM1噴0.1%FeSO_4處理后籽粒中的維生素B5、維生素E的含量都表現(xiàn)為上調,說明葉面噴施處理對提高紅米的微量元素含量等營養(yǎng)品質起到正向影響。4.基于轉錄組結果篩選出6個類黃酮合成關鍵酶基因和3個鐵轉運相關基因。利用qPCR技術驗證靶標基因表達情況,發(fā)現(xiàn)噴0.1%FeSO_4處理后使RM1和RM5中色素合成途徑上游基因CHS和F3H-3在花后5d-10d的表達量有所提高,下游LAR基因在花后20d-25d的表達量逐漸增加,鐵轉運相關基因Fe-1和MHX1在穎果發(fā)育各時期表達量均有所增長,說明葉面噴施適當?shù)腇e~(2+)對紅米中類黃酮合成基因和鐵轉運基因表達起到一定促進作用。從蛋白表達量結果顯示,葉面噴0.1%FeSO_4溶液后,RM1和RM5的上游關鍵酶CHS和LAR表達量分別在開花20d、25d時達到了最大并且顯著增長,驗證了葉面噴施適量濃度鐵離子能促進紅米開花15d之后類黃酮途徑關鍵酶的表達,從而有利于相應類黃酮型色素物質——原花色素積累并穩(wěn)定增長。綜上所述,通過葉面噴施適宜濃度的硫酸亞鐵(0.1%)能有效的改善有色米的色素品質及增加谷物中的鐵元素含量,故葉面施鐵離子處理可作為增強谷物有效鐵及穩(wěn)定外觀色素的一種經(jīng)濟、有效的栽培方式。
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S511
【圖文】：

圖 1-1 類黃酮生物合成途徑Fig. 1-1 Biosynthetic pathway of flavonoids氨酸解氨酶；C4H：肉桂酸-4-羥化酶；4CL：4-香豆酸輔酶 A 連接酶；CHS：查構酶；F3H：黃烷酮-3-羥化酶；FLS：黃酮醇合酶；F3’H：黃烷酮-3’-羥化酶；F；DFR：二氫黃酮醇 4-還原酶；LAR：無色花青素還原酶；ANR：花青素還原Ts：糖基轉移酶物質的代謝調控十分復雜，有多種酶參與，由多種結構基因和些酶的合成受到植物體內(nèi)轉錄因子的調控。主要有三種轉錄因，分別是 MYB 轉錄因子、b HLH（螺旋-環(huán)-螺旋）轉錄因子和黃酮代謝中結構基因的啟動子進行結合，從而調控這些基因芥的研究中，透明種皮 tt 突變體的種皮顏色發(fā)生了改變，因此合成中的大多數(shù)反應，以及一些特定的 PA 合成反應。tt 突變花青素積累的轉錄因子包括 TT8、TT2 和 TTG1（MYB 域）（et al 2005）。后來在玉米中發(fā)現(xiàn)，C1（MYB）家族和 R/B（

269311A 9311-B 9311-C圖 3-1 三個品種經(jīng)過不同處理后的成熟籽粒外觀圖Fig. 3-1 Appearance of mature grains of three varieties under different treatments注：A 代表噴施 0.2% FeSO4處理；B 代表噴施 0.1% FeSO4處理；C 代表對照，噴施 dd H2ONote: A denotes foliar spraying 0.2% FeSO4; B denotes foliar spraying 0.1% FeSO4; C denotes CK, foliar sprayindd H2O

27為了更好的觀察成熟穎果中色素積累情況，將水稻的穎果豎切后，剝?nèi)」ぶ瞥汕衅�，利用熒光顯微鏡觀察（RM5 顯微鏡切片圖未放置）。圖 3-2 中的 abc三幅圖為不同處理下 RM1 的成熟穎果，d 圖為 9311 對照的成熟穎果。白米的果皮中呈現(xiàn)透明，無可見色素，相比之下 RM1 果皮中可看到橙紅色的色塊，即為色素積累位置。所有的切片及拍照圖像均是在同一設置參數(shù)下進行，A 和 B 中色塊積累比較均勻，相比與 C 中的白色空隙部分更少，并且相比于 C 色素物質積累顏色更深，說明噴施 FeSO4溶液后對成熟的籽粒色素積累有所影響。圖 3-2 RM1 和 9311 不同處理后的果皮切片顯微鏡觀察Fig. 3-2 Microscopical section of pericarp for RM1 and 9311 under different treatments注：圖 3-2-a 為 RM1 經(jīng)過 0.2% FeSO4處理后的成熟穎果果皮；圖 3-2-b 為 RM1 經(jīng)過 0.1% FeSO4處理后的成熟穎果果皮；圖 3-2-c 為 RM1 未噴施的成熟穎果果皮；d 為 9311 未噴施的成熟穎果果皮Note: Fig. 3-2-a is pericarp of mature grains for RM1 under 0.2% FeSO4; Fig. 3-2-b is pericarp of mature grainsfor RM1 under 0.1% FeSO4; Fig. 3-2-c is pericarp of mature grains for RM1 in CK; d is pericarp of mature grainsfor 9311 in CK3.2 成熟籽粒微量元素含量三個品種經(jīng)過 FeSO4處理和未處理的成熟籽粒中五種微量元素的含量如表3-1 所示。其中三個品種經(jīng)過噴 Fe2+處理后鐵元素含量都比未噴施的有所增加

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本文編號：2801512