器官脱落是自然界普遍发生的现象,其机理研究在植物残体的自然降解以及农学应用方面具有重要价值。落花是重要的番茄生理障害,研究钙对番茄花柄脱落的作用将为解决脱落的理论问题以及落花的生物防治提供理论依据。本研究主要通过自然和乙烯条件下钙对番茄花柄外植体生理生化变化、多聚半乳糖醛酸酶基因表达和翻译的变化以及离区的组织与细胞形态学等方面的研究,明确了自然和乙烯条件下钙对番茄花柄脱落的影响,明确了钙对脱落过程中生理生化反应的影响,深入探讨了钙对脱落过程中水解酶活性的调控机理,鉴定了脱落过程中钙对组织与细胞学结构变化的影响。主要的结果如下:1.通过钙对脱落的研究,比较系统地弄清了在密闭的室内环境中,钙对番茄花柄外植体在自然和乙烯条件下的脱落反应,发现自然条件下钙对脱落有抑制作用,而钙的抑制剂和钙调素抑制剂促进脱落,而且这一作用在植株能够适应的浓度范围内,存在着一定的线性关系,并筛选出了最适宜的处理浓度;而乙烯条件下,钙处理则表现出相反的作用,促进了脱落的发生,而钙抑制剂则延缓了脱落的发生。钙可以延缓番茄花柄脱落第一阶段的发生速度,但是对第二阶段不起作用。此外,外源钙使用后在离区部位主要以果胶钙形式存在,并且果胶钙的含量与脱落的发生呈显著的负相关性,证明了钙在脱落过程中所起的盐桥作用。2.通过研究钙对乙烯诱导的脱落及自然脱落过程中细胞壁降解酶活性变化,明确钙对番茄花柄外植体的脱落中各部位的Celluase、PG与PE活性都有一定的影响。但在这两种条件下的作用是不同的,在自然条件下表现为抑制活性升高的作用,而在乙烯条件下则表现为促进,这些水解酶活性的变化与脱落发生进程密切相关。3.番茄花柄外植体不同部位的内源IAA、ETH、ABA和GA₁₊₃水平存在规律性动态变化,发现在番茄花柄外植体脱落过程中,离区的内源IAA水平在初期迅速降低,在中后期明显升高;远轴端和离区的ETH在脱落过程中存在高峰;而近轴端的ABA水平在脱落中存在高峰;离区的GA₁₊₃水平在脱落中也存在高峰。自然条件下钙主要维持IAA的极性运输和抑制乙烯的释放量延缓脱落发生,此外还抑制了离区和远轴端ABA含量的升高。乙烯条件下,钙促进了离区乙烯的释放量,并提高了远轴端和离区ABA的含量降低了离区GA含量。4.通过Northern blot分析证明,脱落过程伴随着番茄花柄外植体不同部位的TAPGs表达变化是不同的,自然条件下只在离区表达,都是先达到表达高峰随后缓慢降低。乙烯条件下,乙烯可以提前TAPGs表达,其在离区和远轴端均有表达,但在离区表达早于远轴端。自然条件下,钙处理可以抑制TAPGs早期表达,钙调素抑制剂等处理以后在一定阶段提高了TAPGs表达;乙烯条件下,钙处理后诱导了离区和远轴端的TAPGs表达,钙抑制剂和钙调素抑制剂均降低了TAPGs的表达。而AI和PR基因的研究发现,钙对基因表达的这种调控作用具有特异性,即只调控与脱落过程相关的基因表达。5.通过Western blot分析证明,无论是自然还是乙烯条件下,对照中PG的mRNA的表达与蛋白的积累基本是一致的,而钙处理和抑制剂处理的外植体其PG的mRNA的表达与蛋白的积累情况却不是一致的。这说明钙可以翻译水平上对PG基因起到调控的作用,其作用机制还不是很清楚,但根据其蛋白表达情况和激素变化以及在两个脱落阶段的不同表达情况,暗示着钙与激素特别是乙烯之间的关系可能是调控其表达的关键。6.通过电境显微研究提出,明确了乙烯条件下番茄花柄外植体离区组织中的脱落顺序,利用透射电镜技术研究并阐明了脱落中离区的主要细胞形态学特征,发现伴随离区分离的重要生物学过程,细胞壁降解以及线粒体的膨胀等特点;通过化学沉淀的和透射电境方法,研究了脱落过程中离区各组织钙分布特点;扫描电镜观察,通过自主分离的断面细胞的状态,比较了各处理对脱落的影响。