UV-B和可见光对苹果虎皮病发生的影响和分子基础

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:litang345
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虎皮病(Superficial scald)是苹果果实在低温贮藏过程中发生的一种生理性病害,主要发生在果实的表皮细胞,发病时呈现出褐色斑点,严重时连成片,这严重影响了果实品质和商品价值。在中国的苹果种植中常采用套袋来防止果实的病虫害,而研究表明,采前的光照环境会影响梨果实虎皮病的发生,但光照导致虎皮病发生的机理以及虎皮病的直接致病因素仍没有被系统的阐述。因此,研究光照尤其是UV-B和可见光对苹果虎皮病的影响并探究其致病机理具有重要的理论和生产意义。本研究以红色品种‘红富士’(Mdlus domestica Borkh c.v.‘Fuji’)和绿色品种‘青香蕉’苹果(Mdlus domestica Borkh c.v.‘White winter pearmain’)为试验材料,研究UV-B和可见光处理对着色和不着色苹果虎皮病的影响,探究虎皮病的发病机理,为阐明果实虎皮病的发病原因和寻求高效环保抑制虎皮病的方法提供理论依据和新的策略。主要结果如下:(1)不套袋与套袋后照射UV-B和可见光对苹果果实的乙烯释放速率、呼吸速率、果实硬度和可溶性糖含量没有明显影响,但套袋影响了果实着色。研究结果表明,UV-B和可见光处理增加了‘红富士’苹果着色,而在‘青香蕉’苹果中只有UV-B对色素的合成起到促进作用,可见光没有明显影响。(2)无论红色苹果还是绿色苹果,不套袋果实阳面几乎不发虎皮病,而阴面发生虎皮病,这表明光照可以抑制果实向光面虎皮病的发生。套袋后加重了‘红富士’苹果虎皮病的发病,但延缓了‘青香蕉’苹果虎皮病的发病,由此说明,套袋对红绿苹果虎皮病发病的影响是截然相反的。使用可见光和UV-B模拟外界照光环境照射套袋苹果,结果发现,可见光和UV-B处理明显抑制了照射面苹果虎皮病的发病程度,这表明采后可见光和UV-B照射可以缓解红色和绿色苹果虎皮病的发生。(3)在红色苹果和绿色苹果发病期,不同处理中α-法尼烯及氧化产物共轭三烯含量与虎皮病的发生没有相关性。由此说明,α-法尼烯及其氧化产物共轭三烯不是直接导致虎皮病发生的因素。(4)为了进一步探究苹果果实虎皮病发病的原因,我们对发病和未发病果皮进行了测定。结果发现,果皮发病部位积累的酚类物质明显高于未发病果皮。在未发病的果皮中添加儿茶酚和绿原酸,果皮明显变褐,这一表型与虎皮病相似。这表明虎皮病可能是发生在果皮表面的一种褐变反应,与酚类氧化成醌类密切相关。(5)本研究发现,浸泡抗氧化物质或注射反义MdPPO表达的载体均能够明显抑制苹果虎皮病的发生,而注射PPO蛋白则会加重虎皮病的发生。这表明虎皮病的发生与多酚氧化酶(PPO)催化酚类物质与活性氧(ROS)反应生成醌类物质这一过程密切相关。(6)我们的结果发现,不套袋果实的阳面ROS和PPO明显增加,照射可见光和UV-B果实的阳面ROS也明显提高,但果实不发病。此外,我们的研究还发现,过表达花青素合成基因的载体(注射正义MdbHLH3表达载体)明显缓解虎皮病的发生,外源施加还原性物质能够明显缓解果实褐变,而且使用还原性物质浸泡已发病的果皮,果皮褐色明显变浅,这是因为醌类物质可与还原性物质反应重新形成无色酚。因此,醌类物质的积累受到酚类物质氧化和醌类物质还原两方面因素的影响。ROS越多,酚类物质越容易氧化成醌类,总抗氧化能力(TAC)越强醌类越容易还原成无色酚,因此,我们用H2O2与TAC的比值来反映果实在酚类氧化和醌类还原这一动态过程中的倾向性。H2O2/TAC比值越高说明果皮越倾向于醌类物质积累。我们的结果发现,除未套袋果实的阳面外,其余处理H2O2/TAC比值高的果皮发病程度均大于H2O2/TAC比值低的果皮,这也表明虎皮病的发生与果皮醌类物质的积累密切相关。(7)PPO位于质体中,而酚类物质分布在质体外,因此,当质体膜未被破坏时,即使酚类物质、ROS和PPO大量积累,也不会积累大量的醌类物质。我们的结果发现,不套袋果实阳面的表层细胞的蜡质结构和细胞结构完整,质体膜未发生破坏,虽然H2O2/TAC比值较高,但果实不发生虎皮病。(8)在可见光和UV-B照射苹果时发现,UV-B可以显著诱导‘青香蕉’苹果果实着色,而可见光则不能。通过转录组和代谢组数据发现,UV-B和可见光可以诱导类黄酮和花青素合成相关基因的表达和代谢物的积累,特别是UV-B处理显著增加了花青色素3,5-二葡萄糖苷含量,进而促进果实着色。花青素作为一种抗氧化物质,可以显著抑制虎皮病的发生,因此,在绿色苹果中人工照射UV-B可以有效防御虎皮病的发生。综上所述,我们的研究证明,套袋对红绿苹果虎皮病发生的影响是截然不同的。外界光照、UV-B和可见光处理均可以显著缓解虎皮病的发生。虎皮病的发生与醌类物质的积累密切相关,减少酚类物质的氧化或提高醌类物质的还原都可有效地缓解虎皮病的发生。此外,通过研究UV-B对绿色苹果品种果实着色的影响,为进一步挖掘花青素合成相关的基因提供一定的理论基础。
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