钙对南果梨果实品质及石细胞形成的影响研究

发布时间：2020-08-13 04:33

【摘要】：‘南果梨’是辽宁省特产水果之一,具有果实香气浓郁,抗寒力强等特点。但因其果实所含石细胞较多,严重影响了果实品质。钙是植物必需的营养元素,参与细胞命运的决定和细胞信号途径。本研究以‘南果梨’作为试验材料,采用不同种类的外源钙处理‘南果梨’幼果,分析钙处理后‘南果梨’果实品质、钙含量、石细胞及木质素含量、木质素合成相关基因表达的变化,并结合氯化镧处理了解钙信号与梨果实木质素聚合的关系,目的在于明确钙在梨果实石细胞发育过程中的调控作用。主要研究结果如下:1.于‘南果梨’盛花期和盛花期20 d后喷施不同浓度的氯化钙和糖醇螯合钙,‘南果梨’单果重、横纵径、可溶性固形物、硬度等果实品质指标优于对照,而经过钙处理的石细胞含量均低于对照,经由钙制剂处理的果实总钙含量,均高于对照。综合来看,盛花期20 d后喷施5 g·L~(-1)CaCl_2处理效果优于其他处理,是本研究筛选出的钙制剂提升‘南果梨’果实品质的最佳施用方案。2.进一步研究发现,‘南果梨’盛花期20 d后喷施5 g·L~(-1) CaCl_2处理,其果实石细胞和木质素含量在不同发育时期均低于对照水平,木质素组织化学定位的结果和木质素含量相一致。果实发育后期,钙含量逐渐减小,钙处理后的‘南果梨’钙含量均高于对照。同时,对果实发育过程中石细胞木质素代谢的相关基因表达水平进行检测,发现钙处理后木质素合成基因PAL、CAD、POD表达水平显著下调,HCT、CCR显著上调。3.为了验证钙信号通路与果实木质素代谢的关系,利用LaCl_3对离体条件下‘南果梨’果实木质素代谢进行初步研究。结果表明,与对照相比,LaCl_3处理后果实的木质素含量显著降低。CDPK9基因显著下调,而NADPH氧化酶活性降低,H_2O_2含量也显著降低,H_2O_2组织化学定位和H_2O_2含量相一致,表明钙信号的阻断可通过影响ROS代谢进而干扰木质素的聚合过程。本研究筛选出了5 g·L~(-1)CaCl_2对梨果实品质及石细胞积累有较为明显效果,初步明确了钙调控果实木质素代谢的作用机制,对于控制减少果实石细胞含量和提升果实品质具有重要的指导价值。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S661.2
【图文】：

果实,枇杷,分子机制,共同参与

图 1 木质素合成途径（Zhao et al., 2011）Fig. 1 Lignin synthesis pathway（Zhao et al., 2011）此可见，多种关键酶的共同参与才能完成木质素合成代谢，无论哪一种酶活性化都可对果实表型起决定性作用（Constabel, 2002）。近几年，关于果实中木生理及分子机制的研究逐渐增多，如在枣（谭洪花等，2010）、枇杷（Shan e

序列,植物质膜,钙离子,活性氧

时间内NADPH氧化酶通过大量产生活性氧信号分子来激发钙信号（Choi, 2014）。NADPH氧化酶能被钙离子能直接作用，有可能与NADPH氧化酶的N末端序列带有两个能与钙离子结合的EF-手型结构有关（Karpinski et al., 2013）（图2）。图 2 活性氧和钙离子在植物质膜上作用机制（Demidchik and Shabala, 2018）Fig. 2 The mechanism of ‘ROS-Ca2+hub’ at the plant plasma membrane（Demidchik and Shabala, 2018）由于果树果实的蒸腾作用弱，导致果树普遍生理缺钙，果实可通过非维管束组织直接吸收钙素（刘娜等，2017）。钙离子为了应对环境胁迫信号和植物发育，其进入胞质是通过质膜、液泡膜和内质网膜的钙离子通道内流，让胞质内部的钙离子浓度快速增加，出现钙振荡及钙瞬变，传递到钙信号靶蛋白，如 CDPK、CaM，引起特异的生理生化反应。研究表明，CDPK 在植物的生长和发育、环境信号刺激及其对病原物的防御反应过程中发挥着非常重要的作用（Dubiella et al., 2013）。有研究表明

南果梨,氯化镧,喷施,木质素

图 12 喷施不同浓度氯化镧后南果梨的木质素组织定位ignin tissue localization of Nanguo pear after spraying different concentrations of chloride（注：a 是 40 μmol·L-1LaCl3处理、b 是 200 μmol·L-1LaCl3处理、c 是 CK 处理）（Note: a treatment is 40 μmol·L-1LaCl3, b treatment is 200 μmol·L-1LaCl3, c treatment is CK）

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