外源褪黑素对梨果实发育、采后品质和抗轮纹病的影响及其调控机制研究

发布时间：2020-05-07 02:05

【摘要】：梨起源于中国,多年来中国梨种植面积和产量一直居世界首位。褪黑素作为植物生长调节物质,在植物中具有多效性,但关于褪黑素在梨坐果、果实发育和采后贮藏中的研究鲜见报道。本论文以‘红星’(Pyrus communis L.)、‘早酥’(P.bretschneideri Rehd.)、‘阿巴特’(P.communis L.)、‘红安久’(P.communis L.)、‘库尔勒香梨’(P.sinkiangensis T.T.Yu)等梨品种为试材,开展外源褪黑素对梨果实发育、采后品质和抗轮纹病的影响及其调控机制研究,为褪黑素提高梨坐果、保持采后品质提供理论基础和技术支撑。主要研究结果如下:1.外源褪黑素诱导梨单性结实。以‘红星’梨为材料,通过花期喷施外源褪黑素研究了其对梨单性结实的影响,发现褪黑素能够诱导‘红星’梨单性结实,形成无籽果实。在果实发育早期,褪黑素增加了中果皮细胞分裂和扩张,促进果实发育。褪黑素诱导了子房中GA_3的积累导致在果实成熟时虽然可溶性固形物和有机酸含量未发生变化,但果形指数增加。进一步利用赤霉素抑制剂多效唑(PAC)来探讨褪黑素在诱导梨单性结实过程中与赤霉素的关系,发现经过PAC预处理后再喷施褪黑素无法形成单性结实果实,表明褪黑素通过赤霉素通路来诱导单性结实。利用转录组学分析,筛选赤霉素通路相关基因,发现褪黑素能够调控赤霉素合成过程中重要基因PbGA20ox和PbGA2ox的表达,同时褪黑素也调控细胞周期蛋白编码基因和细胞扩张蛋白编码基因,并由此促进中果皮细胞的分裂和细胞扩张,最终形成无籽果实。2.外源褪黑素促进果实发育,增加果实中蔗糖和山梨醇含量。使用0.1 mM褪黑素灌根处理‘早酥’梨后,在果实发育期果实中可溶性固形物含量显著增高,达到13.82%,其中变化最为显著的是蔗糖和山梨醇含量,分别达到6.24 mg g~(-1)和44.67 mg g~(-1)。同时褪黑素显著增加了果实的单果重,果实重量达到202.39 g。褪黑素还能通过调节蔗糖相关合成分解酶编码基因的表达进一步调控转化酶、蔗糖合酶、蔗糖磷酸合酶活性,使果实中蔗糖和山梨醇含量增加。3.外源褪黑素延缓果实采后软化衰老。以西洋梨品种‘红星’、‘阿巴特’、‘红安久’为材料,在采后使用0.1 mM褪黑素浸泡果实,研究褪黑素延缓果实衰老的机理。褪黑素能够在果实采后贮藏过程中,调控抗氧化酶SOD、POD、DHAR活性,提高果实抗氧化能力,平衡乙烯释放量,抑制呼吸速率,最终延缓了果实的衰老。利用NO供体和抑制剂处理,发现褪黑素延迟梨果实衰老通过NO来完成。抑制NO合成后,再使用褪黑素处理,褪黑素对乙烯的释放量和呼吸速率调控作用减弱。但是,这也表明NO并不是褪黑素唯一的下游调节因子。褪黑素也通过上调PbNOS的表达增加了一氧化氮合酶的活性,引起NO含量的增加。在软化过程中,NO也可能参与了对活性氧的清除。4.外源褪黑素影响梨果实采后芳香物质的合成。以‘库尔勒香梨’和‘阿巴特’梨品种为材料,研究褪黑素对采后果实香气成分的影响。研究结果表明‘库尔勒香梨’和‘阿巴特’梨主要芳香成分是C_6醛、醇和酯化合物。在‘库尔勒香梨’中,褪黑素下调PbHPL表达,抑制氢过氧化物裂解酶活性,而在‘阿巴特’梨中,褪黑素下调PbLOX1和PbLOX2的表达,抑制脂氧合酶活性,促进乙醇脱氢酶和乙醇酰基转移酶的活性。两种梨都受褪黑素影响降低了果实中己醛和己烯醛的含量。5.外源褪黑素提高了梨果实对轮纹病的抗性。以‘早酥’梨为材料,研究了褪黑素对梨果实抗轮纹病的影响。褪黑素能够提高CAT、SOD、POD等抗氧化酶活性来清除因为真菌侵染造成的活性氧迸发,提高抗病信号物质水杨酸和茉莉酸含量。利用茉莉酸合成抑制剂二乙基二硫代氨基甲酸钠三水合物(DIECA),发现茉莉酸作用于褪黑素下游,经过DIECA处理后的果实茉莉酸含量降低,褪黑素处理无法提高果实的抗病性。利用同源进化分析找到梨中与拟南芥同源的促进茉莉酸合成的PbOPR3基因,在褪黑素处理后PbOPR3表达显著上调,通过启动子激活实验,验证了褪黑素能激活了PbOPR3启动子。因此褪黑素在调控梨果实轮纹病中通过激活PbOPR3转录来促进茉莉酸的合成,增加茉莉酸含量,最终能通过茉莉酸来提高果实的抗病性。
【图文】：

示意图,实验设计,示意图,坐果率

图 2-1 实验设计示意图Fig. 2-1 Schematic representation of the experimental design图 2-2 不同浓度褪黑素对‘红星’梨坐果率的影响Fig. 2-2 Effects of melatonin on ‘Starkrimson’fruit-set percentage

坐果率,褪黑素,红星

18图 2-2 不同浓度褪黑素对‘红星’梨坐果率的影响ig. 2-2 Effects of melatonin on ‘Starkrimson’fruit-set percenta维管束染色和子房石蜡切片观察取授粉后花粉管固定在福尔马林-醋酸-酒精固定液润洗，，65℃软化，在 25℃下使用苯胺蓝染色。图D72+IX71，奥林巴斯，日本）观察。摘取不同处理后 10 天的果实，立即将果柄末端放10 分钟、20 分钟、30 分钟后在体视显微镜下观察维观察：采摘处理后第五天未授粉、人工授粉和褪黑定液中，固定12h后取出使用乙醇和二甲苯脱色，石用番红固绿染色（Lin et al. 2007）。图像观察使
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S661.2

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