枯草芽孢杆菌对杂交柑橘品质变化及其关键品质基因表达的影响

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宽皮柑橘爱媛38号(Citrus reticulata Blanco)是近几年四川新引进的杂交柑橘新品种,兼具了橘、柑、柚、橙等风味营养剥皮易等优点的早熟杂交柑橘受到了广大消费者的喜爱与追捧,但季节性干旱、土壤微生物死亡导致的土壤根际恶化、根际微生态的严重失调是影响其果实品质下降的重要因素。本研究以枯草芽孢杆菌为中心,选用有机肥(A)、吸水性竹纤维(B)、枯草芽孢杆菌(C)3个因素,构建根际微生态促生体系,以此探寻其对杂交柑橘果实品质的影响,并以乐山市井研县3年生杂交柑橘爱媛38号为试材,采用正交实验设计探寻不同处理条件的根际微生态促生体系对其果实9项常规品质指标(单果重、可食率、Vc、可滴定酸、还原性糖、可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比和固酸比)动态变化的影响,以期确定其改善杂交柑橘品质的最佳处理水平,并利用转录组测序技术探究最佳处理水平对果实不同生长时期(花后90 d、150 d、210 d)关键品质代谢相关差异基因表达的影响。主要结果如下:(1)显著性分析可知,与对照组相比,其余正交处理组的9项常规品质指标均有所提高,多数处理组在不同生长时期关键品质指标显著提升,而随着生育期的推进,果实单果重、可食率、可溶性糖、糖酸比和固酸比累积逐渐增加;Vc和可溶性固形物含量先增加再降低最后再增加;可滴定酸含量累积逐渐降低;还原糖含量先增加再降低。(2)极差分析结果表明,在杂交柑橘果实生长发育整个时期,有机肥对于单果重的影响是最大且显著的;在生长前期(花后90 d),三因素对果实品质影响主次顺序为:枯草芽孢杆菌>改性竹纤维>有机肥,其中处理组A2B1C2(有机肥10 kg、改性竹纤维5 g、枯草芽孢杆菌5 g/株)还原糖、可溶性糖和可食率分别较对照组提高了43.51%、30.69%和7.70%;而在生长中期(花后150 d),三因素在果实可食率、可滴定酸方面影响主次顺序为:枯草芽孢杆菌>有机肥>改性竹纤维,在果实Vc、还原糖、可溶性糖方面影响主次顺序为:改性竹纤维>枯草芽孢杆菌>有机肥,其中处理组A2B1C2(有机肥10 kg、改性竹纤维5 g、枯草芽孢杆菌5 g/株)还原糖和可食率分别较对照组提高了32.40%和11.64%,处理组A2B2C1(有机肥10 kg、改性竹纤维25 g、枯草芽孢杆菌2 g/株)可溶性糖含量较对照组提高了33.70%;在生长后期(花后210 d),三因素在果实Vc、还原糖和还原糖含量影响主次顺序为:枯草芽孢杆菌>有机肥>改性竹纤维,在可食率和可滴定酸含量影响主次顺序为:改性竹纤维>有机肥>枯草芽孢杆菌,其中处理组A2B2C1(有机肥10 kg、改性竹纤维25 g、枯草芽孢杆菌2 g/株)可溶性糖、还原性糖、Vc和可食率分别较对照组提高了23.75%、29.41%、11.98%和9.98%,可滴定酸较对照组降低了33.85%。(3)相关性分析可知,发育后期(花后210 d)土壤养分与果实品质有着显著的正相关性。处理组土壤养分均高于对照组,这说明根际微生态促生体系的构建是通过微生物大量繁殖反过来影响土壤的养分含量与土壤微环境,而养分含量的提升对改善杂交柑橘果实品质有着积极作用。(4)主成分分析结果表明在供试处理组中,不同生长时期(花后90 d、150 d、210d)杂交柑橘果实主成分分析综合品质最好、评分最高的均为正交处理2组(有机肥10 kg、改性竹纤维25 g、枯草芽孢杆菌2 g/株),这一处理满足较为平衡的根际微生态促生体系搭配原则,说明适量的有机肥做基质、中施量的改性竹纤维为枯草芽孢杆菌的生长繁殖提供适量的水分与养分,使得土壤有益菌大量繁殖,在改善土壤微环境的同时提升果实品质。(5)转录组测序结果表明:两种处理下的不同生长时期杂交柑橘果实差异基因代谢通路主要分布在植物病原互作通路、氧化磷酸化、碳代谢、类苯基丙烷生物合成、抗坏血酸和醛酸代谢及光合作用等方面,说明该体系通过影响植株能量代谢和生物合成相关途径来影响其生长,而枯草芽孢杆菌在根际微生态体系中的大量繁殖增强了植株的抗病性,致使植物病原互作通路的基因整体上调,且通过调控活性氧相关基因的表达,从而阻止病原菌入侵;而为了深入探究其在关键品质代谢通路中的影响,主要分析了其在糖代谢、酸代谢及抗坏血酸代谢过程中的相关差异基因及其表达量。结果表明爱媛38号杂交柑橘果实糖代谢的主要形式是可溶性糖中的蔗糖积累与合成,而通过实时荧光定量PCR共鉴定出了6个杂交柑橘果实蔗糖合成关键基因(SPS1、SPS3、SPS4、SPP1、SS1和SS3),其中SPS1、SPP1和SS3在处理组果实中的高表达是其可溶性糖含量显著高于对照组的重要原因;酸代谢研究发现柑橘果实可滴定酸中的主要成分为柠檬酸,qRT-PCR验证了6个表达显著差异的酸代谢关键基因,其中PEPC1、PEPC3及CS1为柑橘果实可滴定酸的积累起到了重要的贡献作用;研究结果还发现杂交柑橘果实Vc主要在果实发育早期合成,其中GGP1是合成Vc的关键基因,GPP4基因则是在柑橘果实发育中期为Vc含量的积累起重要作用,APX1和APX3表达的差异则是处理组Vc含量降解比对照组慢的原因之一,MDHAR2和GR1则是在柑橘果实Vc氧化还原中起到了协同作用。
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