干旱胁迫下南瓜CmGolS1表达量及相关生理指标的变化

摘要 ［目的］通过分析干旱胁迫下“蜜本”南瓜基因CmGolS1（肌醇半乳糖苷合成酶基因1）的表达情况和可溶性糖含量的变化，解析干旱条件下南瓜的生理生化及基因水平变化，提高南瓜耐干旱能力。［方法］选用南瓜属品种‘蜜本’南瓜作为试验材料，干旱处理2～7 d。通过荧光定量PCR和可溶性糖含量测定，获得CmGolS1基因表达量的变化和细胞可溶性糖含量的变化。［结果］ CmGolS1在未干旱处理的对照组几乎不表达，随着干旱处理时间延长，表达量上调，在处理第3天达到峰值，随后在干旱处理3～7 d出现一定波动，但始终相对对照组维持在高表达。对照组南瓜第一片真叶的可溶性糖含量在220 μg/g左右；在干旱处理第3天开始显著上升，随后维持在320～330 μg/g，可溶性糖含量在干旱处理中后期维持相对稳定。［结论］干旱胁迫下，CmGolS1上调表达，其合成产物半乳糖是多种可溶性糖的前体，可能与生理生化中可溶性糖的上调有关。可溶性糖的积累是植物抗旱过程中的一项重要生理反应，有助于降低细胞水势，抵御干旱环境。CmGolS1基因可为南瓜干旱胁迫下的生理生化变化及抗旱育种的分子机制提供重要信息。

关键词 南瓜；干旱；GolS；可溶性糖

中图分类号 S 642.1  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）12-0066-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.12.013

Changes of CmGolS1 Expression and Related Physiological Indexes in Pumpkin Under Drought Stress

WU Lian-zhou1，2，3，4， CHENG Yu-qi1，2，3，4，CHEN Min-dong2，3，4 et al

（1.College of Horticulture，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002;2.Crop Research Institute， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou， Fujian 350013;3.Fujian Key Laboratory of Vegetable Genetics and Breeding， Fuzhou， Fujian 350013;4.Fujian Engineering Technology Research Center for Vegetable， Fuzhou， Fujian 350013）

Abstract ［Objective］ By analyzing the expression of CmGolS1（galactinol synthase1） and the changes of soluble sugar content in ‘Miben’ pumpkin under drought stress， the physiological， biochemical and gene level changes of pumpkin under drought stress were analyzed， so as to improve the drought tolerance of pumpkin. ［Method］ The Cucurbita cultivar ‘Miben’ was selected as the research material and treated with drought for 2-7 days. The changes of CmGolS1 gene expression and soluble sugar content were detected by fluorescence quantitative PCR and soluble sugar content assay. ［Result］ CmGolS1 was almost not expressed in the control group， but with the progress of drought treatment， its expression level increased significantly， reached a significant high value on the third day of drought treatment， and then fluctuated within 3-7 days of drought treatment， but remained high compared with the control group. The soluble sugar content of the first true leaf of pumpkin in the control group was maintained at about 220 μg/g;it began to increase significantly at 3 days after drought treatment， and then maintained at 320-330 μg/g. The soluble sugar content remained relatively stable in the middle and late stage of drought treatment. ［Conclusion］ Under drought stress， the expression of CmGolS1 is up-regulated， and its synthetic product galactose is the precursor of a variety of soluble sugars， which may be related to the up regulation of soluble sugars in physiology and biochemistry. The accumulation of soluble sugar is an important physiological response in the process of plant drought resistance， which helps to improve cell water potential and resist drought environment. CmGolS1 gene can provide important information for physiological and biochemical changes of pumpkin under drought stress and molecular mechanism of drought resistance breeding.

Key words Pumpkin;Drought;GolS;Soluble sugar

基金项目 福建省属公益类科研院所基本科研专项（2022R1031007）；福建省农科院科技创新平台专项（CXPT2021001）；福建省自然科学基金项目（2021J01494）；国家大宗蔬菜产业技术体系福州综合试验站（CARS-23-G-53）。

作者简介 吴连周（1992—），男，福建福州人，研究实习员，从事蔬菜育种与生物技术研究。

*通信作者，研究员，从事蔬菜育种与生物技术研究。

收稿日期 2023-07-04

南瓜（Cucurbita ssp.）在世界各地普遍栽培。其果实作肴馔，亦可替代粮食，营养丰富，果肉富含果胶、戊聚糖、甘露糖、多种氨基酸、维生素C、胡萝卜素及多种矿物质，其耐旱性、适应性强，是我国人民喜爱的传统蔬菜，在我国广泛种植。我国是世界上南瓜最大的生产和消费国［1-2］。我国广大的北方地区常年缺水，南方丘陵地区也同样存在季节性干旱问题。如果植物水分供给不足，将会严重限制植物生长发育，影响产量。而灌溉用水不断增加，将会激化水资源的供需矛盾，也必然会使当前已经存在的水资源失衡问题进一步恶化，这将成为农业可持续发展的障碍。不利的干旱环境，不仅会影响作物内在的许多生理代谢过程，也会影响作物体内物质的运输及植物的光合效率，影响产量和品质。在实际生产过程中夏季南瓜常会遇到干旱环境的影响。当蔬菜受到干旱环境影响时，其光合作用减弱，根系的吸收能力下降，并出现生理生化代谢紊乱，从而导致蔬菜作物出现发育不良或早衰、生长停滞和间歇性结果。

植物受到环境胁迫时，可以迅速合成并积累不同种类的渗透调节物质来维持植物细胞内正常的生理机能，避免植物受到胁迫伤害，棉子糖系列寡糖即为一种小分子渗透调节物质。正常生长条件下，棉子糖系列寡糖在植物体内积累量相对较少，而受到外界胁迫时，其含量会迅速增加。肌醇半乳糖苷合成酶是棉子糖合成过程中的关键酶，因此，认为GolS是植物应对环境胁迫的关键基因［3］。目前，在GolS的研究上，研究者从表达分析、生理研究到遗传转化均做了大量工作，主要研究其在大豆［4-5］、芝麻［6］、巴西橡胶［7］、拟南芥［8-9］、巨桉［10］、刺齿报春［11］、玉米［12］、棉花［13］、新疆沙冬青［14］、梅花［15］等植物体内的表达情况。在对大豆的研究中发现，在多种非生物胁迫作用下，GolS的表达量均受到影响，其中尤其以干旱胁迫下的表达变化最为显著，推测该基因受干旱胁迫影响显著［4］。

CmGolS1基因是一个糖类合成的关键基因，在先期转录组测序研究中，发现该基因表达变化大，前人研究发现，该基因是干旱胁迫的关键基因，且在南瓜中尚未有研究。

笔者通过结合可溶性糖含量的变化，来解释该基因在干旱胁迫下的表达变化以及相关的干旱生理反应，以初步揭示该基因参与的南瓜干旱的生理生化和基因表达进程，为抗旱育种和栽培管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为福建金品农业科技发展有限公司生产苗期正常生长状态下的南瓜属（Cucurbita）品种“蜜本”南瓜。

1.2 试验方法

选取苗期两叶一心时期，干旱胁迫2、3、4、5、7 d，分别记作D2、D3、D4、D5、D7，对照组选用处理0天的幼苗，记作D0。培养环境见表1。处理第0天14：00将每个穴盘中加入1 L水，1 h后将水倒去，沥干，并记作第0天，此后不再浇水。以后每次取样时间均为15：00。穴盘选用28孔穴盘苗，边取样，边疏苗。

1.3 可溶性糖含量的测定

1.3.1

蒽酮乙酸乙酯的制备。将1 g蒽酮溶解于50 mL乙酸乙酯中，备用。

1.3.2

可溶性糖标准曲线的制作。选取50 mL离心管若干，分别加入0、 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 100 μg/mL的蔗糖溶液，用水补齐至2 mL编号后分别加入0.5 mL的蒽酮乙酸乙酯和5 mL浓硫酸。密封后快速充分振荡，振荡后立即将试管放入100 ℃水浴中加热10 min，而后取出冷却至室温，以不加蔗糖溶液的对照管在630 nm波长下调零，其他各管依次测定吸光值，求出标准曲线方程。

1.3.3

样品可溶性糖含量测定。剪下待测南瓜第一片真叶0.3 g，剪碎后加入15 mL玻璃试管中，向管中加入5 mL超纯水，密封后快速充分振荡，振荡后立即将试管放入100 ℃水浴中加热10 min，加热之后用漏斗和滤纸将提取液过滤到25 mL有刻度的试管中，用蒸馏水洗涤漏斗上残留2次并收集清洗之后的液体，将试管中液体定容至25 mL，得到的溶液即为样品提取液。吸取样品提取液1 mL，并用玻璃试管盛放，依表2进行加样，提取液代替蔗糖溶液，蒸馏水体积均调整为1 mL。取出冷却至室温，在630 nm波长下测样品管的吸光值，重复测定，数值稳定后，取最后一次数值。并根据标准曲线方程计算可溶性糖含量。

1.4 叶片水势的测定

使用未受干旱胁迫的南瓜叶片进行预试验，确定未受干旱胁迫下南瓜叶片的水势，并设置不同水势梯度对应的蔗糖浓度范围。

标准浓度的蔗糖溶液配制：取若干干燥试管，给各管依次编号并排在试管架上。配制好预设的不同浓度的蔗糖溶液，并分别取20 mL作为标准蔗糖浓度试验用液体，剩余液体保存供不同干旱程度的南瓜叶片测定用。

选择不同干旱时期的南瓜第一片真叶，液氮冷冻粉碎后，取0.1 g放入试管中，分别倒入4 mL不同浓度的蔗糖溶液，静置或抽真空，待南瓜叶片完全沉入溶液底部。向各管加入一滴甲烯蓝溶液，轻轻振荡后溶液呈蓝色。使用20 μL枪头，弯折后从各管中按蔗糖溶液浓度从小到大依次吸取适量少许着色的液体，然后伸入与之相对应的不同浓度的标准蔗糖溶液，轻轻挤压毛细滴管使其尖端横向流出一滴着色液体，并观察着色液滴的移动方向。若液滴上移则表示试验组蔗糖溶液浓度降低，即叶片水势对应蔗糖浓度大于蔗糖溶液浓度，叶片失水，反之亦然，若液滴高度不变，则该浓度下的蔗糖溶液水势即为叶片水势。