褪黑素对荔枝果实抗冷性的调控与诱导作用研究

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荔枝(Litchi chinensis Sonn.)是热带、亚热带地区重要的经济作物。荔枝果实采收后迅速褐变与衰老,导致品质劣变。冷藏是维持果实采后品质、延长其货架寿命的有效手段之一。然而,荔枝果实对低温较为敏感,在冷藏期间易发生冷害,且冷害症状在解除低温后迅速加重,这极大限制了荔枝冷藏保鲜技术的应用。因此,探寻荔枝果实的冷害控制技术并揭示其抗冷机制对于改善荔枝贮藏品质及提高产品商业价值具有重要意义。褪黑素是一种重要的生物活性物质,可作为信号分子对植物多种生理过程进行调节。近年来,褪黑素对园艺作物采后生理效应及品质的影响也成为了新的关注热点。然而,目前对褪黑素调控荔枝果实抗冷性及其内在机理仍缺乏系统研究。为此,本研究以‘紫娘喜’荔枝果实为研究对象,调查外源褪黑素对冷藏荔枝果实冷害的控制作用及相关机制;其后,进一步探究内源褪黑素在荔枝果实抗冷性形成过程中的作用以及一氧化氮(NO)介导褪黑素调节荔枝果实抗冷性的生理机制。主要研究结果如下:1、外源褪黑素处理对采后荔枝果实冷害的控制作用(1)与对照果实相比,0.5 mmol L-1外源褪黑素浸泡处理有效降低了荔枝果实低温贮藏期间的冷害指数,并推迟了果皮色度a*值的下降。(2)外源褪黑素处理抑制了冷藏期间荔枝果实NADPH氧化酶(NOX)活性与活性氧(ROS)生成,同时降低了膜相对电导率和丙二醛(MDA)含量,使得膜完整性得到维持;外源褪黑素还降低了冷藏荔枝果实多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性,抑制了总酚、类黄酮和花色素苷含量下降,从而有效减轻了低温胁迫诱导的酶促褐变。(3)外源褪黑素处理提高了荔枝果实超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性,促进了果实抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)含量积累,从而增强了荔枝果实低温贮藏期间抗氧化活性;褪黑素处理诱导了果实葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6PGDH)活性,故使果实具有较高的NADPH含量,其为抗冷代谢提供了较充足的还原力;外源褪黑素处理促进了冷藏期间荔枝果实LcMsrA1、LcMsrA2、LcMsrB1、LcMsrB2、LcTrx2、LcPrx1和LcNTR1的表达量,因此能够提高蛋白质氧化损伤后的修复能力。2、内源褪黑素对采后荔枝果实抗冷性的调节作用(1)与对照果实相比,0.15 mmol L-1对氯苯丙氨酸(p-CPA,褪黑素合成抑制剂)处理增加了低温贮藏期间荔枝果实的冷害指数,并加速了果皮色度a*值下降;外源褪黑素对果实冷害的减轻作用可被褪黑素+p-CPA处理所部分消除。(2)p-CPA处理降低了冷藏期间荔枝果实内源血清素和内源褪黑素含量,这与内源褪黑素生物合成基因LcTDC、LcT5H和LcSNAT的表达受到抑制有关。(3)p-CPA处理增强了冷藏荔枝果实NOX活性,引发了ROS生成量增加,同时提高了膜相对电导率、MDA含量以及脂氧合酶(LOX)和磷脂酶D(PLD)活性,从而使膜损伤加剧;p-CPA处理提高了果实PPO和POD活性,抑制了PAL活性,同时也加速了总酚、类黄酮和花色素苷含量水平下降;p-CPA处理抑制了果实SOD、CAT、MDHAR、DHAR、GR和APX活性,并减少了AsA和GSH含量,故不利于细胞ROS清除;此外,p-CPA处理下调了果实LcMsrA1、LcMsrA2、LcMsrB1、LcMsrB2、LcTrx2、LcPrx1和LcNTR1表达,因此减弱了氧化蛋白修复系统的正常功能。3、NO介导褪黑素调控采后荔枝果实抗冷性的作用(1)与对照相比,外源褪黑素(0.5 mmol L-1)有效减缓了了低温贮藏期间荔枝果实的冷害发生,而褪黑素(0.5 mmol L-1)+cPTIO(0.1 mmol L-1)明显削减褪黑素控制果实冷害的效应。(2)外源褪黑素处理增加了冷藏荔枝果实一氧化氮(NO)含量,且提高了硝酸还原酶(NR)和NO合酶(NOS)活性。与褪黑素处理相比,褪黑素+cPTIO处理可降低NO生成量,但对NR和NOS活性并无显著影响。(3)与对照果实相比,外源褪黑素处理可减少ROS生成、降低膜脂过氧化程度、提高抗氧化酶(SOD、CAT、MDHAR、DHAR、GR和APX)活性和抗氧化物质(AsA和GSH)含量,并促进了NADPH合成。然而,褪黑素诱导荔枝果实的生理效应可被褪黑素+cPTIO处理明显削弱。
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