航天育種番茄生理生化及營養(yǎng)功能研究.pdf

1、番茄營養(yǎng)豐富，富含維生素C、有機(jī)酸、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，尤其是獨(dú)特的番茄紅素，吸引了越來越多的消費(fèi)者，是難得的“水果蔬菜”，現(xiàn)已成為世界上第二大蔬菜作物。航天誘變育種技術(shù)是農(nóng)作物誘變育種的新興領(lǐng)域和重要手段，已廣泛應(yīng)用于各種植物的遺傳操作改良過程，實(shí)現(xiàn)高效益的遺傳改進(jìn)。本課題的研究目的是通過對(duì)神舟五號(hào)搭載的航天育種番茄突變株變1(M1)、交2(M2)進(jìn)行生理生化和營養(yǎng)功能的全面研究，并與原親本CK進(jìn)行比較，旨在為航天育種番茄乃至航天育種植

2、物的大面積栽培、加工及開發(fā)利用提供依據(jù)，并推動(dòng)航天育種產(chǎn)品的研究向縱深化方向發(fā)展。
　　 第一部分：航天育種番茄與親本種間差異性比較
　　 通過對(duì)航天育種番茄和原親本幼嫩葉片進(jìn)行不同的DNA提取方法和PCR擴(kuò)增體系進(jìn)行比較，得到了最佳的組合參數(shù)，據(jù)此條件進(jìn)行PCR擴(kuò)增，并進(jìn)行測序，然后通過軟件進(jìn)行堿基序列的分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：航天育種番茄與原親本DNA分子序列有八個(gè)堿基發(fā)生了變化，證實(shí)了航天誘變確使實(shí)驗(yàn)材料發(fā)生DNA序列的突

3、變，說明了本實(shí)驗(yàn)中航天育種番茄和原親本番茄已經(jīng)發(fā)生了DNA水平上的變異。
　　 通過對(duì)每個(gè)航天育種突變株M1、M2及其親本共105個(gè)番茄葉片樣本建立訓(xùn)練模型。采用主成分分析法對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，并將小波變換用于對(duì)大量光譜數(shù)據(jù)的壓縮，同時(shí)結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立番茄品種鑒別模型。用每個(gè)品種15個(gè)樣本，共45個(gè)番茄葉片的樣本進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果表明，波長范圍在400～1000nm，不同番茄品種葉片的光譜圖有明顯區(qū)別。在可見光波段550nm處，

4、親本番茄品種和兩突變株M1，M2有較顯著的差別，在700nm以后的近紅外部分，兩突變株M1、M2的反射率值要大于親本番茄。用該方法對(duì)航天育種番茄不同品種的鑒別正確率達(dá)到97.8％。從光譜學(xué)角度證明了航天育種番茄和親本之間確實(shí)存在著差異。
　　 通過對(duì)航天育種突變株M1、M2及其親本共105個(gè)番茄果實(shí)樣本建立訓(xùn)練模型，采用偏最小二乘法對(duì)光譜特征信息進(jìn)行提取，與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合建立番茄品種的鑒別模型，該模型將提取后的主成分作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

5、輸入。并用每個(gè)品種15個(gè)樣本，共45個(gè)番茄果實(shí)的樣本進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：三個(gè)品種果實(shí)的反射率在400—1000nm的變化趨勢(shì)比較相近，不同番茄果實(shí)品種的光譜圖有明顯區(qū)別，親本番茄的反射率值明顯低于兩個(gè)突變株M1、M2，突變株M1的反射率比M2更高。兩個(gè)模型的鑒別正確率分別達(dá)到95.6％和97.8％，也同樣從光譜學(xué)角度證明了航天育種番茄和親本之間確實(shí)存在著差異。這也為航天育種番茄不同品種的快速鑒別提供了一種新方法。
　　 第二部分

6、：航天育種番茄根系分泌物異同研究
　　 采用水培方式培育各品種番茄，并定期收集不同時(shí)期的根系分泌物，經(jīng)過XAD—4大孔吸附樹脂進(jìn)行分離純化，用氣相色譜．液質(zhì)聯(lián)用(GC—MS)對(duì)主要低分子根系分泌物組成分進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同番茄品種在不同時(shí)期根系分泌物組成差異顯著，同一品種在不同時(shí)期根系分泌物組成也存在顯著性差異。研究還發(fā)現(xiàn)了在航天育種番茄根系分泌物中存在一些如乙苯、二甲苯等有污染性的化合物。為研究航天誘變育種作物生態(tài)安全性提

7、供了一定的理論依據(jù)。
　　 第三部分：航天育種番茄自身抗菌能力評(píng)估
　　 通過自然腐爛率和打孔腐爛率進(jìn)行各品種番茄自身抗菌實(shí)驗(yàn)比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)航天育種番茄M2的自然腐爛率低于原親本CK，抗自然外傷和抗鏈格孢菌和灰葡萄菌的能力均優(yōu)于原親本；而航天育種番茄品種M1的自然腐爛率高于原親本，抗自然外傷、抗鏈格孢菌和灰葡萄菌的能力均劣于原親本。
　　 通過不同生長階段果實(shí)體內(nèi)一些抗氧化保護(hù)酶類，如超氧化物歧化酶(SOD)、過

8、氧化氫酶(CAT)酶活的測定，以及膜脂氧化終產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量的測定，初步探討了航天育種番茄自身抗菌能力機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，航天育種番茄M2的SOD和CAT酶活一般都高于親本CK，MDA值相對(duì)最低；而航天育種番茄M1的SOD和CAT的酶活相對(duì)來說變化幅度較大，但最終值也最低，MDA值則相對(duì)最高。這與航天育種番茄M2體內(nèi)抑菌能力最強(qiáng)，而M1能力最弱的結(jié)果是吻合的。
　　 第四部分：航天育種番茄營養(yǎng)和功能評(píng)估
　　 通過高

9、效液相色譜法(HPLC)、原子吸收光譜法、全自動(dòng)氨基酸分析儀等方法，全面地分析了航天育種番茄營養(yǎng)成分。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：與原親本相比，航天育種番茄維生素C、番茄紅素、總類黃酮、氨基酸、果膠、Ca、K等均發(fā)生了顯著性的變化。尤其是航天育種番茄維生素C含量高達(dá)71.72mg/100g，幾乎是原親本番茄的1.5倍。番茄紅素含量也達(dá)到8.99mg/100g，為原親本的1.4倍多．說明航天育種番茄具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。
　　 通過人體腫瘤細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，

10、用MTT法測定細(xì)胞增殖抑制率，流式細(xì)胞儀測定細(xì)胞凋亡和周期變化進(jìn)行抑癌功能研究，考察航天育種番茄對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞系SW480、HT—29、SW620，血液病相關(guān)細(xì)胞株Raji、U937和K562作用情況。結(jié)果表明，航天育種番茄品種有抑制SW480和HT—29細(xì)胞增殖的作用，最高抑制率能達(dá)到30％，并能夠誘導(dǎo)其凋亡；而對(duì)SW620的作用效果不明顯，抑制率只有5％左右。航天育種番茄品種有抑制Raji、U937和K562細(xì)胞增殖的作用，最高抑制率