| 可溶性糖、有机酸和花色苷对葡萄果实风味和颜色起到至关重要的作用。氮和钾是葡萄生长发育所必需的营养元素,可以调节可溶性糖、有机酸代谢和花色苷合成。但是关于氮与钾调控葡萄果实糖酸代谢和花色苷合成影响的研究还不够系统。本研究以的'弗雷’和'巨峰’葡萄为试验材料(成熟的'弗雷’葡萄果实为鲜红色,'巨峰’葡萄果实为紫黑色),通过研究根施3种水平氮肥、叶面喷施两种钾肥和氮钾互作对不同发育时期葡萄果实的可溶性糖、有机酸和花色苷的影响;并结合转录组数据,探索糖酸代谢和花色苷合成相关基因的表达,揭示氮与钾对葡萄果实糖酸代谢和花色苷合成的影响机理。主要研究结果如下:1.研究了3种施氮水平【低氮(LN)、中氮(MN)和高氮(HN)】,对'弗雷’葡萄果实可溶性糖、有机酸和糖酸代谢关键基因的影响。研究结果表明:2020和2021年随着果实发育天数的增加,葡萄果实葡萄糖、果糖、蔗糖和总糖含量逐渐增加。连续两年HN处理的葡萄从果实转色初期到完熟期的蔗糖和总糖含量最低。2020年,除转色初期(盛花后56 d),其余四个时期的MN处理葡萄糖含量显著高于LN和HN处理。2020年5个采样时期,MN的果糖和总糖含量最大。2021年从果实转色初期到完熟期MN处理的葡萄糖含量最高。果实转色初期和商熟期(盛花后70 d),MN处理的果糖含量高于LN和HN。在2021年从果实转色初期到商熟期,MN处理的葡萄果实总糖含量大于LN和HN处理。2020和2021年,3个处理葡萄果实酒石酸、苹果酸、柠檬酸、莽草酸和总酸含量从果实转色初期到完熟期呈下降趋势。2020年的HN处理的酒石酸和苹果酸含量高于MN和LN。在2021年5个时期的HN处理的苹果酸含量最高。2021年从果实转色初期到完熟期葡萄果实总酸的含量从大到小的顺序为HN>MN>LN。分析2021年盛花后70 d的三个施氮水平葡萄果实转录组表达差异,差异表达基因(DEGs)KEGG富集分析表明碳水化合物代谢中的DEGs数量较多。进一步分析这些DEGs发现MN处理的蔗糖合酶(SS)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)、己糖激酶(HK)、柠檬酸合酶(CS)和苹果酸脱氢酶(MDH)等的基因的表达水平最低。MN处理的异柠檬酸脱氢酶(IDH)和苹果酸酶(ME)基因的表达水平最高。2.研究了叶面喷施两种钾肥【KH_2PO_4(T2)和K_2SO_4(T1)】对'巨峰’葡萄果皮着色和花色苷合成的影响。结果表明在葡萄中熟期(盛花后的90 d)和成熟期(盛花后110 d),T2的可溶性固体(TSS)、类黄酮和花色苷含量最高,其次是T1和CK(叶面喷施蒸馏水)。在葡萄的中熟期和成熟期相对于CK处理,T2处理的可滴定酸含量下降,果汁p H值上升。T1和T2的L*比CK低,T1和T2的红葡萄的颜色指数(CIRG)与CK相比在两个时期都增加。分析盛花后90和110 d的三个处理间葡萄果皮转录组表达差异,显示类黄酮生物合成途径是CK vs T2中最显著富集的途径。在盛花后90 d,T2的苯丙氨酸解氨酶(PAL)、细胞色素P450 CYP73A100(CYP73A)、4-香豆素:Co A连接酶(4CL)、查尔酮合成酶(CHS)、黄酮3-二氧酶(F3H)和UDP葡萄糖:黄酮类3-o-葡糖基转移酶(UFGT)基因的表达比CK和T1高。盛花后110 d时,T1和T2处理的PAL、CYP73A、CHS、类黄酮-3'5'-羟化酶(F3'5'H)和花青素合成酶(ANS)被下调。叶面喷施KH_2PO_4比叶面喷施K_2SO_4改善葡萄果皮颜色效果更显著。3.研究了叶面喷施KH_2PO_4与三个氮水平互作对'弗雷’葡萄糖酸代谢和花色苷合成的影响。连续两年试验结果表明随着葡萄果实发育,6个处理中'弗雷’葡萄果实葡萄糖、果糖、蔗糖和总糖含量逐渐增加。酒石酸、苹果酸、柠檬酸、莽草酸和总酸含量呈下降的趋势。叶面喷施KH_2PO_4增加了LN,MN和HN的a*、CIRG、类黄酮和花色苷含量;减少了酒石酸、苹果酸、柠檬酸和莽草酸含量。2020年6个处理的果实葡萄糖和果糖含量大于2021年对应的6个处理。氮钾互作处理中,2020和2021年葡萄果实转色初期到商熟期,MNK的葡萄糖和果糖含量最高,次之为LNK。2020年从葡萄转色初期到完熟期,氮钾互作处理间,MNK的酒石酸含量最低,次之为LNK。2021年从葡萄商熟期到完熟期HNK的酒石酸、苹果酸、柠檬酸含量最高,次之为MNK,LNK最低。类黄酮、花色苷、a*和CIRG与葡萄糖、果糖、蔗糖、总糖极显著正相关;和酒石酸、苹果酸、柠檬酸、莽草酸和总酸极显著负相关。分析2021年盛花后70 d的6个处理的葡萄果皮花色苷组分发现:MNK的总花色苷含量最高,次之为LNK,HN的总花色苷含量最少。叶面喷施KH_2PO_4增加LN,MN和HN葡萄果皮花色苷甲基化、乙酰基化和香豆酰化的单体花色苷含量。分析2021年盛花后70 d的6个处理间葡萄果皮转录组表达差异发现,类黄酮生物合成途径是LN vs LNK,MN vs MNK和HN vs HNK中共有差异的代谢途径。喷施KH_2PO_4均上调了LN,MN和HN处理的葡萄中类黄酮生物合成途径的相关基因表达水平,如PAL、CHS、FLS、ANS和UFGT等。4.研究了叶面喷施KH_2PO_4与三个氮水平互作对'巨峰’葡萄果实糖酸和花色苷含量的影响。试验结果表明叶面喷施KH_2PO_4均不同程度的增加了LN,MN和HN处理的'巨峰’葡萄糖、果糖、蔗糖、a*、CIRG、类黄酮和花色苷含量等;降低了可滴定酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、莽草酸、L*、b*、C*、h°等。氮钾互作处理中,5个采样时期LNK处理的果实硬度和类黄酮含量均最高;MNK的TTS和花色苷含量最高;HNK的可滴定酸、b*、h°、叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量最高。盛花后100和110 d,MNK的葡萄糖、果糖、蔗糖含量最高和LNK的酒石酸、苹果酸、柠檬酸和莽草酸含量最高。花色苷和葡萄糖,果糖,蔗糖,总糖极显著正相关;和苹果酸,莽草酸和总酸极显著负相关。综上所述,氮影响'弗雷’和'巨峰’葡萄的可溶性糖和有机酸含量;喷施KH_2PO_4改善三种施氮水平下两种葡萄的着色和花色苷含量。'弗雷’和'巨峰’葡萄果皮花色苷含量与可溶性糖极显著正相关;与苹果酸、莽草酸和总酸显著负相关。氮与钾通过诱导糖酸代谢中HK、FRK、PK和CS等酶的基因表达量,改变可溶性糖和有机酸的含量,进而影响花色苷的合成酶,如PAL、CHS、ANS和UFGT等基因的表达,最终调控花色苷的合成。 ... |
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