稀土镧、铈对大豆品质的影响及蛋白组学研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:LZLZ
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大豆是我国的主要粮食作物之一。但由于成本高、单产低、品质差等因素导致国产大豆市场竞争力弱,每年需依靠大量进口大豆来满足国内的需求。因此,提高我国大豆产量品质将成为振兴大豆产业的必由之路。稀土作为外源调节剂已在粮食、蔬菜等作物及畜牧业上得到了广泛的应用,并带来了可观的经济效益。同时也明确了适宜浓度稀土具有改良品质、提高产量以及增强作物抗逆性的生物学效应。但是近几年来关于稀土提高作物品质相关机理的研究较少,使得稀土农用技术发展渐缓。以东北典型不同品质类型的大豆东农42(高蛋白型)、东农47(高油脂性型)和东农52(兼用型)为试验材料,以盆栽方式种植,在苗期和初花期分别叶面喷施100、150、200 mg·L-1 LaCl3溶液,30、60、90 mg·L-1 CeCl3溶液和40、60、70 mg·L-1 LaCl3+CeCl3混合溶液,研究不同种类和浓度的稀土对大豆叶片生理指标以及大豆成熟后品质、产量的影响。此外,为揭示稀土调控大豆籽粒品质的分子机理,以30 mg·L-1 CeCl3和100 mg·L-1 LaCl3处理下的东农42大豆籽粒为研究材料,利用TMT技术进行了定量蛋白质组分析。主要研究结果如下:(1)叶面喷施适宜浓度的稀土溶液可以显著提高大豆叶片中可溶性糖含量以及硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性。东农42在70 mg·L-1 LaCl3+CeCl3处理下叶片中可溶性含量最高,较CK增加14.75%(P>0.05),在30 mg·L-1 CeCl3处理下叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性最高,分别较CK显著升高26.10%、23.54%;东农47在90 mg·L-1 CeCl3处理下可溶性糖含量最高,较CK显著增加38.77%,在30 mg·L-1 CeCl3处理下叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性最高,分别较CK显著升高36.57%、29.03%;东农52在60 mg·L-1 CeCl3处理下可溶性糖含量最高,较CK显著增加39.04%,在90 mg·L-1 CeCl3处理下叶片硝酸还原酶活性最高,较CK显著升高23.33%,在100 mg·L-1 LaCl3处理下谷氨酰胺合成酶活性最高,较CK显著升高28.97%。(2)叶面喷施适宜浓度的稀土溶液提高了籽粒中蛋白质的含量,但同时也降低了脂肪的含量。东农42、东农47均在30 mg·L-1 CeCl3处理下蛋白质含量达最高,较CK分别显著增加5.61%、5.03%;东农52在60 mg·L-11 LaCl3+CeCl3处理下蛋白质含量最高,较CK显著增加5.19%。喷施稀土后对于脂肪含量无显著提升,相反在30 mg·L-1 CeCl3、60 mg·L-1 CeCl3处理下的东农42以及LC7处理下的东农47脂肪含量分别较CK显著降低5.10%、4.17%、2.93%。经稀土处理后,3个品种大豆籽粒中蛋脂总量均高于CK。试验表明,喷施适宜浓度的稀土溶液可以降低7S蛋白的含量、增加11S蛋白的含量,而7S与11S蛋白的总量与对照则无显著差异。在60 mg·L-1 CeCl3处理下东农42籽粒中7S蛋白含量最低,较CK显著减少6.46%,11S蛋白含量和11S/7S均为各处理最高,分别较CK显著增加3.40%、10.26%。喷施稀土溶液对东农47和东农52籽粒7S蛋白含量无显著影响。在30 mg·L-1 CeCl3处理下东农47籽粒中11S蛋白含量和11S/7S均为各处理最高,分别较CK显著增加5.91%、9.89%;在30 mg·L-1 CeCl3处理下东农52籽粒中11S蛋白含量与11S/7S均为各处理最高,分别较CK显著增加3.58%、7.69%。(3)适宜浓度的稀土溶液显著提高了成熟期大豆的产量,但在高浓度稀土溶液处理下则使大豆减产。东农42在70 mg·L-1 LaCl3+CeCl3处理下产量最高,较CK显著增加23.73%;东农47在60 mg·L-1 LaCl3+CeCl3处理下产量最高,较CK显著增加10.60%;东农52在60 mg·L-1 CeCl3处理下产量最高,较CK显著增加10.77%。东农52在90 mg·L-1 CeCl3处理下出现了减产,较CK显著降低31.62%。(4)依据蛋白质丰度水平,当比对的两组差异倍数达到1.2倍以上,以及3次生物学统计检验其P-value值小于0.05时,将其视为差异蛋白。与对照相比,30 mg·L-1 CeCl3处理组中共得到97个差异蛋白,其中上调表达蛋白63个,下调表达蛋白34个;100 mg·L-1 LaCl3处理组中共得到108个差异蛋白,其中上调表达蛋白57个,下调表达蛋白51个。对差异蛋白进行GO功能注释,分别在细胞增殖、催化活性、代谢过程3类中富集最多。KEGG通径分析表明,差异蛋白主要参与内质网中蛋白质合成、核糖体、糖代谢和淀粉合成等过程。并对其功能进行了分类,可以分为以下几类:蛋白质合成、蛋白的修饰、胁迫应答、糖代谢、细胞结构、细胞成熟和老化、其他相关蛋白等。这说明喷施稀土溶液促进了大豆成熟期蛋白质的合成,加速了糖代谢和蔗糖的转运,有利于籽粒中贮藏蛋白和淀粉积累以及产量的形成。
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