云南和西藏地区枸橼资源香气评价及柠檬果实外观缺陷的成因研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ren198525
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我国云南和西藏地区柑橘资源丰富,除常见栽培品种外,还存在丰富的野生、半野生特色柑橘种质资源。近年来,枸橼(Citrus medica L.)和柠檬(Citrus limon L.)作为云南特色柑橘产业,在国家精准扶贫战略中受到高度重视。枸橼和柠檬区别与其他鲜食柑橘类型的主要特征在于果皮和果肉均可食用,因此果皮香气和外观色泽是直接影响消费者购买意愿最为重要的感官品质性状。但受制于云南和西藏偏远的地理位置和当地的研究条件,迄今人们对该区域的枸橼和柠檬资源评价及制约产业发展关键问题的研究基础还十分薄弱。一方面丰富的枸橼类资源还鲜为人知,对这些枸橼类果实特有香气构成的感官品质缺乏系统的评价,另一方面近年来以云南瑞丽为中心的滇西南边境特色柑橘产区大力发展秋花春熟和春花秋熟青柠檬产业,形成了规模和区域产业特色,但油斑病和果面褪绿不均导致的果面外观缺陷问题十分突出,已成为制约云南青柠檬产业发展的瓶颈。为了充分发挥云南高原特色柑橘资源优势和生态环境的区位优势,高质量发展地方特色柑橘产业,本研究采用代谢组学手段对云南和西藏地区特色枸橼类柑橘资源的挥发性物质组分的差异进行了研究,同时对青柠檬褪绿不均及油斑病的发病成因开展了研究,主要研究结果如下:1枸橼和柠檬果皮挥发性物质组分差异与分布规律(1)179份枸橼和30份柠檬种质成熟果实的果皮挥发性物质组分上存在相似性,单萜物质均显著积累,d-柠檬烯均是含量最丰富的单萜物质。但大多数柠檬种质果皮挥发性物质总含量,单萜、单萜醛、单萜醇、倍半萜等含量均大于枸橼种质,某些特异性物质仅在枸橼或柠檬果皮存在。最小二乘法分析(PLS-DA)区分枸橼和柠檬具有较大贡献的变量重要性投影值VIP>1.40的共有9个特征物质,其中VIP>1.50的4个物质依次为d-柠檬烯、β-月桂烯、艾里莫酚烯、紫苏醛。9个特征物质中艾里莫酚烯、紫苏醛、桧烯水合物只存在于柠檬果皮;3-蒈烯、α-水芹烯和异萜品油烯仅存在于枸橼果皮中。(2)环境因素和品种对枸橼和柠檬种质挥发性物质成分和含量有较大影响,西藏地区枸橼果皮挥发性物质积累量大于云南地区,湿热区柠檬果皮挥发性物质的积累大于干热区。通过果皮挥发性物质组分主成分分析(PCA)和PLS-DA分析云南和西藏地区大部分枸橼种质、云南干热区和湿热区大部分柠檬种质明显分开,3-蒈烯、α-水芹烯和异萜品油烯在云南129份样品中均未检测到,尤其3-蒈烯在西藏部分种质含量很高,可作为区分云南和西藏枸橼的特征挥发性物质。艾里莫酚烯、香茅醇乙酸酯、香叶醇均在干热区柠檬种质显著积累,湿热区种质基本未检测到,这可能与环境因素、品种或品系的差异有关。2青柠檬采后褪绿不均成因及调控研究(1)青柠檬贮藏过程中形成的黄绿不均花斑果的果皮褪绿部位色差指数CI、叶绿素a和b含量显著低于绿色部位,褪绿部位表面蜡质增多,裸露在外的气孔密度明显减小,绿色部位观察到完整的叶绿体,而褪绿部位,叶绿体逐渐向有色体发生转变,果皮六氢番茄红素和八氢番茄红素显著积累,ABA含量显著升高,IAA、BR和GA3含量显著降低。通过外源CEPA处理后果皮褪绿加快,同时增加果皮褪绿部位ABA、Me-JA含量。果皮激素ABA、GA3、IAA和Me-JA含量变化与色素代谢物变化呈正相关或负相关,尤其ABA和G3含量与果皮色素代谢物呈显著或极显著相关性。GA3和CEPA处理后抑制和加速果皮褪绿。说明青柠檬果皮褪绿不均形成可能与果皮激素ABA、GA3、IAA和Me-JA分布不均一存在密切关系。(2)青柠檬最佳的外源激素处理为50 mg/L GA3和1000 mg/L CEPA处理。CEPA处理促进了叶绿素及其衍生物含量降低和六氢番茄红素和八氢番茄红素积累,促进了蜡质合成,内源激素ABA积累和IAA含量显著降低。CEPA处理显著上调了叶绿素降解途径关键基因PPH、NYC1和类胡萝卜素合成途径PSY、ZED,乙烯合成及受体ACO1、ACO5、ACS8、ACS1、ETR2表达水平,及茉莉酸积累相关基因LOX、AOC4、JMT的表达水平。此外,CEPA处理显著上调了果皮ABA合成相关差异基因NCED1、ZEP表达水平,显著下调了ABA分解代谢相关基因CYP707A2和CYP707A4的表达水平。而GA3处理效果和CEPA处理效果刚好相反。以上结果表明,外源GA3和CEPA处理通过调控内源激素合成和信号传导及色素代谢相关基因的表达水平调控内源激素和色素含量,进而影响果皮色泽。3青柠檬油斑病的发病机理研究(1)青柠檬油斑病的发生引起青柠檬果皮有色层初生代谢物总含量降低,次生代谢物总含量升高,尤其木质素合成前体物质葡萄糖含量显著降低,木质素含量显著升高,果皮发生严重的木质化。苯丙烷类代谢途径鉴定到差异基因79个,其中65个显著上调表达,占差异基因的82.30%,尤其PAL、C4H、CCR、F5H和POD基因表达水平显著升高,促进了木质素积累,增强了果实抗病性。(2)油斑病损伤引起青柠檬有色层C16和C18饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的积累,而对外蜡总量影响较小,主要通过增加长链烷烃含量和降低长链脂肪醛含量影响外蜡组分和表面蜡质层形貌。同时与脂肪酸合成相关的Fab Z基因和不饱和脂肪酸合成相关的FAD2和SAD6基因及与长链烷烃积累相关CER1基因显著上调表达。综上所述,本研究建立了云南、西藏地区枸橼和柠檬(179份枸橼和30份柠檬)果皮挥发性物质谱,获得了主要香气成分的分布规律和积累特征;研究发现了青柠檬果皮褪绿不均与果皮激素分布不均一密切相关,外源CEPA和GA3处理可通过调控内源激素合成和信号传导及色素代谢相关基因的表达,分别促进和抑制果皮褪绿;并解析了油斑病对青柠檬果皮代谢物积累的影响。研究结果为特色柑橘资源开发利用及青柠檬采后果皮褪绿不均和油斑病防治技术研发提供了理论基础。
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