猕猴桃采后冷害木质化特点及其果实抗冷机制研究.docx

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1、猕猴桃采后冷害木质化特点及其果实抗冷机制研究猕猴桃果实在低温贮藏过程中普遍发生冷害,其主要症状为果肉水渍状和组织木质化,出现不均匀软化,继而导致出库后极易遭受病原菌入侵,最终腐烂变质,造成猕猴桃产业的巨大损失。本研究在课题组前期对猕猴桃不同品种冷敏性评价和冷害控制方法等研究的基础上,以中华系品种‘红阳’和美味系品种‘徐香’果实为试材,研究0℃条件下,不同品种和组织之间果实冷害木质化发生的特点,依据其症状差异、组织细胞显微和超微结构、相关生理生化变化与组织间广泛靶向代谢组分析,结合冷诱导转录因子CBF家族基因表达模式分析、关键基因筛选及其抗冷功能验证,系统揭示猕猴桃冷

2、害发生的品种和组织差异性,以及果实抗冷的生理生化和分子机制,并探讨了1-甲基环丙烯(1-MCP)、茉莉酸甲酯(MeJA)和水杨酸甲酯(MeSA)在控制采后冷害方面的作用。主要结果如下:1、猕猴桃冷害在不同品种和组织之间的表现存在明显差异,‘红阳’的冷敏性显著高于‘徐香’,入库30d开始发病,主要症状为表皮褐变和皮下果肉木质化。‘徐香’入库60d发病,主要症状为皮下果肉呈水渍状和果心褐变及木质化。分析‘徐香’果肉和果心组织的冷敏性和抗冷性差异发现,果肉的冷敏性高于果心,其组织水渍状的形成可能与低温导致的细胞膜结构损伤和胞液外渗有关;果心组织的褐变和木质化是抗冷过程中次

3、生代谢产物积累的结果。2、木质化是猕猴桃果实冷害的典型症状,其主要发生在皮下果肉,果心部和维管束及其周围组织中。木质化主要发生在果实的薄壁细胞中,是冷藏过程中木质素沿细胞壁逐渐积累,使次生壁加厚,最终木质素充填整个细胞形成木粒细胞的结果。1-MCP能够显著减轻‘红阳’和‘徐香’的冷害率和冷害指数,降低木质素合成关键酶的活性,显著减少果肉组织中木质素的积累,进而减轻皮下果肉组织木质化,但却加重了‘徐香’的果心褐变和木质化程度。3、参考‘红阳’猕猴桃基因组数据库,从‘徐香’果实中成功克隆到6个冷诱导转录因子CBF基因家族成员AcCBF1、AcCBF2、AcCBF3、Ac

4、CBF4、AcCBF5和AcCBF6。经序列比对,发现它们均具有CBF基因的结构特点和序列保守区;进化树聚类分析将其聚类为两类,其中AcCBF1和AcCBF2聚类为一个分枝,AcCBF3、AcCBF4、AcCBF5和AcCBF6聚类为一个分枝。4、通过分析6个CBF基因的表达特征,发现其在不同品种和组织间的表达模式存在显著差异。在抗冷性较强的‘徐香’中,AcCBF1、AcCBF2和AcCBF4的表达水平显著高于‘红阳’,且AcCBF2和AcCBF4在‘红阳’中的表达量极低;AcCBF3在‘红阳’中的相对表达量略高于‘徐香’;AcCBF5和AcCBF6在两个品种中的表

5、达差异不显著;AcCBF1和AcCBF2在‘徐香’中的表达量显著高于其他CBF成员。分析CBF在‘徐香’果肉和果心不同组织中的表达特征,发现除AcCBF4之外,其他5个CBF基因在果肉中的相对表达量显著高于果心,尤其是AcCBF2。由此认为,AcCBF1和AcCBF2可能是参与果实抗冷的关键基因。5、MeJA和MeSA处理均能够有效减轻‘徐香’猕猴桃果实冷害的发生,延缓果实硬度的下降和细胞膜透性的增加,但MeSA处理加重了果心组织的褐变,MeJA处理的效果优于MeSA,有利于提高果实贮藏品质。分析MeJA和MeSA作为信号分子对CBF基因的表达调控发现,二者对不同组

6、织和不同基因的表达调控模式不同;MeJA提高了AcCBF1和AcCBF2在果肉组织中的表达水平,整体上下调了AcCBF1、AcCBF2、AcCBF4和AcCBF5在果心组织中的表达;MeSA提高了AcCBF1、AcCBF2和AcCBF5在果肉和果心组织中的表达,对AcCBF5的调控效果最显著,对AcCBF4的调控作用不明显。6、通过猕猴桃CBF基因家族成员的蛋白序列比对和不同品种和组织间表达模式的综合分析,认为AcCBF1和AcCBF2是响应冷诱导进而提高组织抗冷性的关键基因。通过分析AcCBF1和AcCBF2在抗冷和抵御其他非生物胁迫方面的功能发现,过表达AcCB

7、F1和AcCBF2均导致拟南芥植株扁平化生长,延迟开花,叶色加深;二者显著提高了转基因植株抗冷和抗寒、抗旱、抗高盐胁迫的能力。AcCBF1和AcCBF2转基因株系间的抗寒性存在显著差异,AcCBF2转基因植株在-10℃下6h的致死率为100%,而同样条件下AcCBF1转基因植株则全部存活,认为AcCBF1对抗寒性的调控作用显著优于AcCBF2。