园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (8): 1758-1772.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0116
韩荧1,2,*, 段颖2,*, 牛一杰2, 李衍素2, 贺超兴2, 孙敏涛2, 王君2, 李强3,**(), 陈双臣1,**(
), 闫妍2,**(
)
收稿日期:
2024-03-20
修回日期:
2024-06-19
出版日期:
2024-08-25
发布日期:
2024-08-21
通讯作者:
作者简介:
* 共同第一作者
基金资助:
HAN Ying1,2, DUAN Ying2, NIU Yijie2, LI Yansu2, HE Chaoxing2, SUN Mintao2, WANG Jun2, LI Qiang3,**(), CHEN Shuangchen1,**(
), YAN Yan2,**(
)
Received:
2024-03-20
Revised:
2024-06-19
Published:
2024-08-25
Online:
2024-08-21
摘要:
腐殖酸生物降解地膜是一种新型生物降解地膜,因其覆盖栽培番茄能显著改良土壤环境,提高果实品质而受到广泛关注。为探明其对番茄果实品质和营养成分的影响及其调控机制,以设施番茄‘甜脆脆’为试验材料,对PBAT/PLA普通生物降解膜(PT)和添加腐殖酸的生物降解膜(FZS)处理下的番茄成熟果实进行风味感官评价,并测定可溶性糖、番茄红素等营养物质含量,利用PCA、正交偏最小二乘法、KEGG等分析方法对成熟果实转录组和GC/LC-MS非靶向代谢组进行联合分析。结果表明:与PT处理成熟果实相比,FZS处理果实薄壁细胞数显著减少28.10%,表皮层和角质层厚度分别减少24.28%和43.99%,促进了果实的成熟,并提高了可溶性糖和糖酸比,降低了酸度和硬度,促进了果实的成熟,改善了品质。转录组分析共鉴定出500个差异表达基因,主要富集于碳水化合物代谢、糖酵解和细胞壁结构等途径。代谢组分析共鉴定出143个差异含量代谢物,主要富集于丁酸代谢、赖氨酸降解和ABC转运蛋白等途径。转录—代谢组联合分析发现FZS对番茄果实风味品质的影响受到碳水化合物/能量代谢以及氨基酸和激素转运等途径的正向调控,其中葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸和半乳糖参与的碳水化合物代谢通路是主要的调控途径。
韩荧, 段颖, 牛一杰, 李衍素, 贺超兴, 孙敏涛, 王君, 李强, 陈双臣, 闫妍. 腐殖酸生物降解地膜提高番茄品质的转录代谢机制研究[J]. 园艺学报, 2024, 51(8): 1758-1772.
HAN Ying, DUAN Ying, NIU Yijie, LI Yansu, HE Chaoxing, SUN Mintao, WANG Jun, LI Qiang, CHEN Shuangchen, YAN Yan. Transcription Metabolic Mechanism of Humic Acid Biodegradable Plastic Film to Improving the Fruit Quality of Tomato in the Greenhouse[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2024, 51(8): 1758-1772.
级别 Grade | 分数 Score | 风味口感评价标准 Evaluate standard of the taste in grafted tomato |
---|---|---|
1 | 9.0 ~ 10.0 | 口感甜,浓郁清香味,肉质软 Sweet taste,rich and clear fragrance,soft sarcocarp |
2 | 6.0 ~ 8.0 | 口感酸甜,有清香味,肉质软 Taste sour and sweet,clear fragrance,soft sarcocarp |
3 | 3.0 ~ 5.0 | 口感甜酸,略有清香味,肉质面 Taste sweet and sour,slightly fragrant,slightly hard sarcocarp |
4 | 0 ~ 2.0 | 口感酸,无清香味,肉质沙 Sour taste,no fragrance,hard sarcocarp |
表1 番茄果实风味口感评价打分标准
Table 1 Standard of fruit tasty in tomato
级别 Grade | 分数 Score | 风味口感评价标准 Evaluate standard of the taste in grafted tomato |
---|---|---|
1 | 9.0 ~ 10.0 | 口感甜,浓郁清香味,肉质软 Sweet taste,rich and clear fragrance,soft sarcocarp |
2 | 6.0 ~ 8.0 | 口感酸甜,有清香味,肉质软 Taste sour and sweet,clear fragrance,soft sarcocarp |
3 | 3.0 ~ 5.0 | 口感甜酸,略有清香味,肉质面 Taste sweet and sour,slightly fragrant,slightly hard sarcocarp |
4 | 0 ~ 2.0 | 口感酸,无清香味,肉质沙 Sour taste,no fragrance,hard sarcocarp |
基因 Gene | 引物 Primer |
---|---|
Solyc09g075420 | F:5′-TATGGCCGACTGATTTCTGG-3′;R:5′-CCAAACCCTAACCCCTTTTCT-3′ |
Solyc08g079480 | F:5′-TGGTCTCCAGAAAAAGCATCTAAAG-3′;R:5′- ACCTGTATGATAATTTGCCACAGC-3′ |
Solyc08g078850 | F:5′- TAGATTTCGGTTTTTGATTGCG-3′;R:5′-CACAACTTCTTGGTGGATTTTTT-3′ |
Solyc09g011810 | F:5′-GGTGGCATTTATGGTTATCCTAGA-3′;R:5′-TCCAATTTTTCAACTTCTTCTGTG-3′ |
Solyc02g062340 | F:5′-ATTCCCCCTGCTGTCCCT-3′;R:5′-GAGCTGCCTCAACATTTTCTG-3′ |
Solyc05g055840 | F:5′-GCGGACACTTTCTTTGTCTGG-3′;R:5′-CAATAGCTTGAACGCCTGGTA-3′ |
Actin | F:5′-TGTCCCTATTTACGAGGGTTATGC-3′;R:5′-AGTTAAATCACGACCAGCAAGAT-3′ |
表2 qRT-PCR验证基因及引物信息
Table 2 qRT-PCR validation gene and primer information
基因 Gene | 引物 Primer |
---|---|
Solyc09g075420 | F:5′-TATGGCCGACTGATTTCTGG-3′;R:5′-CCAAACCCTAACCCCTTTTCT-3′ |
Solyc08g079480 | F:5′-TGGTCTCCAGAAAAAGCATCTAAAG-3′;R:5′- ACCTGTATGATAATTTGCCACAGC-3′ |
Solyc08g078850 | F:5′- TAGATTTCGGTTTTTGATTGCG-3′;R:5′-CACAACTTCTTGGTGGATTTTTT-3′ |
Solyc09g011810 | F:5′-GGTGGCATTTATGGTTATCCTAGA-3′;R:5′-TCCAATTTTTCAACTTCTTCTGTG-3′ |
Solyc02g062340 | F:5′-ATTCCCCCTGCTGTCCCT-3′;R:5′-GAGCTGCCTCAACATTTTCTG-3′ |
Solyc05g055840 | F:5′-GCGGACACTTTCTTTGTCTGG-3′;R:5′-CAATAGCTTGAACGCCTGGTA-3′ |
Actin | F:5′-TGTCCCTATTTACGAGGGTTATGC-3′;R:5′-AGTTAAATCACGACCAGCAAGAT-3′ |
图1 普通生物降解膜(PT)和腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖番茄授粉后55 d的果实表型(A)与果皮细胞(B)
Fig. 1 Fruit phenotype(A)and pericarp cell(B)of tomato covered with ordinary biodegradable film(PT)and humic acid biodegradable film(FZS)55 d after pollination
处理 Treatment | 角质层厚度/μm Cutin thickness | 表皮层厚度/μm Epidermis thickness | 表皮细胞宽/μm Epidermal cell width | 薄壁细胞宽/μm Parenchyma cell width | 单位面积表皮细胞数 Number of epidermal cells per unit area | 单位面积薄壁细胞数 Number of parenchyma cells per unit area |
---|---|---|---|---|---|---|
PT | 6.59 ± 0.83 | 75.73 ± 4.68 | 8.22 ± 2.50 | 17.92 ± 6.34 | 10.21 ± 2.06 | 32.17 ± 5.97 |
FZS | 4.99 ± 0.67* | 42.42 ± 3.25* | 9.85 ± 2.42 | 15.23 ± 2.81 | 9.75 ± 1.59 | 23.13 ± 5.90* |
表3 普通生物降解膜(PT)和腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖对番茄果实表皮组织厚度的影响
Table 3 Coverage of the effects of ordinary biodegradable film(PT)and humic acid biodegradable film(FZS)on the thickness of tomato fruit epidermal tissue
处理 Treatment | 角质层厚度/μm Cutin thickness | 表皮层厚度/μm Epidermis thickness | 表皮细胞宽/μm Epidermal cell width | 薄壁细胞宽/μm Parenchyma cell width | 单位面积表皮细胞数 Number of epidermal cells per unit area | 单位面积薄壁细胞数 Number of parenchyma cells per unit area |
---|---|---|---|---|---|---|
PT | 6.59 ± 0.83 | 75.73 ± 4.68 | 8.22 ± 2.50 | 17.92 ± 6.34 | 10.21 ± 2.06 | 32.17 ± 5.97 |
FZS | 4.99 ± 0.67* | 42.42 ± 3.25* | 9.85 ± 2.42 | 15.23 ± 2.81 | 9.75 ± 1.59 | 23.13 ± 5.90* |
处理 Treatment | 硬度 Hardness | 甜度 Sweetness | 酸度 Acidity | 风味 Flavor |
---|---|---|---|---|
PT | 8.30 ± 0.90 | 6.10 ± 1.13 | 7.50 ± 0.78 | 6.40 ± 1.28 |
FZS | 5.50 ± 0.92* | 7.30 ± 0.90* | 5.90 ± 0.70* | 8.00 ± 0.88* |
表4 普通生物降解膜(PT)和腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖处理的番茄成熟果实的风味口感评分
Table 4 Flavor and taste scores of mature tomato fruits covered with ordinary biodegradable film(PT) and humic acid biodegradable film(FZS)
处理 Treatment | 硬度 Hardness | 甜度 Sweetness | 酸度 Acidity | 风味 Flavor |
---|---|---|---|---|
PT | 8.30 ± 0.90 | 6.10 ± 1.13 | 7.50 ± 0.78 | 6.40 ± 1.28 |
FZS | 5.50 ± 0.92* | 7.30 ± 0.90* | 5.90 ± 0.70* | 8.00 ± 0.88* |
处理 Treatment | 果实硬度/(kg · cm-2) Fruit firmness | 维生素C/(mg · kg-1) Vitamin C | 可溶性糖/% Soluble sugar | 可溶性固形物/% Soluble solids | 番茄红素/(μg · g-1) Lycopene | 可滴定酸/% Titratable acid | 糖酸比 Sugar acid ratio |
---|---|---|---|---|---|---|---|
PT | 10.50 ± 0.31 | 1.48 ± 1.08 | 2.47 ± 0.03 | 7.83 ± 0.12 | 79.32 ± 2.81 | 5.81 ± 0.01 | 42.48 ± 0.64 |
FZS | 9.80 ± 0.13* | 1.40 ± 0.17 | 2.71 ± 0.01* | 8.17 ± 0.06* | 90.39 ± 5.49* | 5.64 ± 0.07* | 48.09 ± 0.78* |
表5 普通生物降解膜(PT)和腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖对番茄果实品质的影响
Table 5 Effects of ordinary biodegradable film(PT)and humic acid biodegradable film(FZS)on tomato fruit quality
处理 Treatment | 果实硬度/(kg · cm-2) Fruit firmness | 维生素C/(mg · kg-1) Vitamin C | 可溶性糖/% Soluble sugar | 可溶性固形物/% Soluble solids | 番茄红素/(μg · g-1) Lycopene | 可滴定酸/% Titratable acid | 糖酸比 Sugar acid ratio |
---|---|---|---|---|---|---|---|
PT | 10.50 ± 0.31 | 1.48 ± 1.08 | 2.47 ± 0.03 | 7.83 ± 0.12 | 79.32 ± 2.81 | 5.81 ± 0.01 | 42.48 ± 0.64 |
FZS | 9.80 ± 0.13* | 1.40 ± 0.17 | 2.71 ± 0.01* | 8.17 ± 0.06* | 90.39 ± 5.49* | 5.64 ± 0.07* | 48.09 ± 0.78* |
图2 番茄普通生物降解膜(PT)和腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖处理果实差异表达基因柱状图和火山图
Fig. 2 Histogram and volcanic map of differentially expressed genes in tomato fruits covered with ordinary biodegradable film(PT)and humic acid biodegradable film(FZS)
图3 普通生物降解膜(PT)和腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖处理的番茄差异表达基因的GO功能富集
Fig. 3 Enrichment of go function of differentially expressed genes in tomato covered with ordinary biodegradable film(PT) and humic acid biodegradable film(FZS)
图4 普通生物降解膜(PT)与腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖处理的番茄差异表达基因的KEGG功能富集
Fig. 4 KEGG functional enrichment of differentially expressed genes in tomato covered with ordinary biodegradable film(PT)and humic acid biodegradable film(FZS)
图5 普通生物降解膜(PT)与腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖处理的番茄果实差异代谢物分析
Fig. 5 Analysis of differential metabolites in tomato fruits covered with ordinary biodegradable film(PT) and humic acid biodegradable film(FZS)
图6 普通生物降解膜(PT)和腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖处理的番茄果实差异代谢物聚类与KEGG富集
Fig.6 Clustering and KEGG enrichment of differential metabolites in tomato fruits covered with ordinary biodegradable film(PT) and humic acid biodegradable film(FZS)
图7 普通生物降解膜(PT)和腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖处理的番茄转录—代谢差异物共同映射通路
Fig. 7 Common mapping pathways of transcription metabolism poor foreign bodies in tomato covered with ordinary biodegradable film(PT)and humic acid biodegradable film(FZS)
图8 普通生物降解膜(PT)和腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖处理的番茄转录—代谢差异物主要共同映射通路
Fig. 8 Main common mapping pathways of transcription metabolism poor foreign bodies in tomato covered with ordinary biodegradable film(PT)and humic acid biodegradable film(FZS)
图9 普通生物降解膜(PT)和腐殖酸生物降解膜(FZS)覆盖处理的番茄相关基因表达水平的qRT-PCR验证
Fig. 9 qRT-PCR verification of tomato related gene expression levels covered with ordinary biodegradable film(PT) and humic acid biodegradable film(FZS)
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