根际CO2浓度升高对网纹甜瓜果实糖积累影响机制的研究

在明确根际CO2浓度升高对网纹甜瓜果实糖积累产生影响的基础上，采用气雾法无土栽培方式建立的根际气体环境研究系统，以正常大气CO2浓度为对照，通过外源根际通CO2处理的方式，研究7个不同根际CO2浓度条件下，甜瓜果实不同发育阶段糖的种类和含量的变化，探讨甜瓜果实糖积累受到显著影响的根际CO2起始浓度范围，明确对根际CO2浓度升高响应敏感的果实发育时期。并在此基础上，测定果实中蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合成酶(SS)、酸性转化酶(AI)和中性转化酶（NI）等糖代谢关键酶的活性，利用Real-time PCR定量研究蔗糖磷酸合成酶基因（CmSPS1）和酸性转化酶基因（CmS-AIV1）表达的差异，以揭示甜瓜果实发育期根际CO2浓度升高对果实糖积累影响的生理和分子机制，为进一步调控和改善根际高CO2条件下果实品质提供理论和实践依据，也为利用分子手段进行耐性品种的选育和提高果实品质奠定基础。

在农业生产实践中，植物根际环境CO2浓度过高的问题经常发生。本项目利用在气雾法栽培条件下自主设计的根际CO2自动控制系统，以正常大气CO2浓度为对照，研究了根际不同高CO2浓度（2000µL•L-1，2500 µL•L-1，3000 µL•L-1，3500 µL•L-1，4000 µL•L-1，5000 µL•L-1）下，网纹甜瓜开花授粉后10、15、20、25、30、35、40 d果实中糖积累的变化。分析了果实糖代谢关键酶活性及其糖代谢关键酶基因的表达对根际高CO2的响应。结果表明：根际高浓度CO2处理不同程度降低了网纹甜瓜果实中总糖、果糖、葡萄糖和蔗糖的含量。在根际2000 µL•L-1 CO2 处理下，果实中葡萄糖含量在花后10d显著低于对照，果糖含量在花后15d显著低于对照。蔗糖在果实发育前期（花后10～20d）积累很少，在花后20d以后果实中开始积累蔗糖。从花后25～40d，根际高浓度CO2处理果实中蔗糖积累量显著低于对照，CO2浓度越高降低越大。在果实发育的整个时期，根际高CO2 处理果实中可溶性总糖含量均显著低于对照。花后10d，果实中酸性转化酶活性在2000 µL•L-1 CO2 处理下显著低于对照，中性转化酶活性在2500 µL•L-1 CO2 处理下显著低于对照。在果实发育的整个时期，当根际CO2 浓度达到2500 µL•L-1 及以上时，果实中酸性转化酶和中性转化酶活性均低于对照。花后30d时，根际高浓度CO2 处理，果实中蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性均显著低于对照。结果表明在网纹甜瓜果实生长发育过程中，根际CO2浓度长期高于2000 µL•L-1 以上时，果实中糖的合成与代谢能力受到影响，糖积累下降，品质降低。本研究结果将为生产上调控和改善根际高CO2条件下设施甜瓜果实品质提供理论依据。