红色砂梨着色诱导及其调控的分子生理机制

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红色砂梨(Pyrus pyrifolia Nakai)原产中国云南和四川南部,近年来,以原产云南著名红色砂梨地方品种‘火把梨’为亲本育成的优良品种已在全国各地引种栽培,得到了消费者的广泛认可,市场前景广阔。红色砂梨的相关研究多集中于着色机理上,着色调控方面的研究相对较少,难以满足生产上优质红色砂梨生产的需求。此外,本课题组的前期研究发现红色砂梨不同于西洋梨和苹果的着色规律,因此有必要对红色砂梨着色调控及其相关分子生理机制进行系统研究,为红色砂梨生产中的着色调控技术的开发提供理论支持。本研究以红色砂梨中熟品种‘满天红’和‘美人酥’,晚熟品种‘云红梨1号’为主要试材,系统研究了温度、光照、机械伤和化学药剂等试验处理对红色砂梨着色调控的效应及相关分子生理机制,同时探讨了采收成熟度对诱导红色砂梨着色的影响及相关分子生理机制,主要研究成果如下:1、UV-B/白光诱导条件下,高温(27℃)诱导红色砂梨品种‘云红梨1号’果皮中花青苷积累的效应显著优于低温(17℃),这可能缘于高温较低温果皮具有更高的PAL酶活性以及(?)yMYB10和结构基因PpPAL、PpCHS、PpANS和PpUFGT的表达水平。2、红色砂梨对UV-B/白光诱导的响应与苹果较为相似,而与西洋梨有显著差异。不同红色砂梨品种的最佳着色温度和可诱导着色的温度范围均有所不同,红色砂梨‘满天红’和‘美人酥’最佳着色温度分别为17℃和12℃。光强和光质都对红色砂梨着色具有重要影响,高光强有利于红色砂梨着色,UV-B和白光在红色砂梨果皮花青苷积累方面具有显著地互作增益效应。基于本研究的结果,我们认为低温和高强度的UV-B/白光环境有利于获得较佳着色的‘满天红’和‘美人酥’,同时可较好的维持果实内在品质。3、机械伤处理能够有效促进‘满天红’果实在UV-B/白光诱导条件下受伤部位花青苷的积累,并伴随着该部位果实硬度显著下降,乙烯释放速率显著上升,花色苷合成相关基因PpF3H、PpANS、PpUFGT和PyMYB10表达量的显著上调,而对照果实仅发生了轻微着色,且未检测到乙烯的释放。推测乙烯可能参与了红色砂梨果实花色苷合成的调控,对花色苷合成具有促进作用。机械伤处理可以作为一种有效的研究方法用于果实着色调控机制的研究。4、采收成熟度对诱导红色砂梨着色效应具有重要影响,且这种影响会随着果实临近商业采收期而减弱。成熟度较高果实中更高的花青苷的积累,可能与其果实具有更高的可溶性糖含量以及花青苷相关结构和调节基因尤其是PpCHS, PpF3H, PpANS, PpUFGT, PyMYB10和PpbHLH等的高量表达有关。商业成熟期前10d是红色砂梨采后诱导着色的最佳采收期。5、在UV-B/白光的诱导条件下,不同药剂处理对红色砂梨‘满天红’着色及主要果实品质的调控效应不同。0.4m mol·L-1ABA和3mmol·L-1GA对‘满天红’果皮花青苷合成没有增效;2m mol·L-1ETH,0.12m mol·L-1GNT和2m mol·L-1MJ处理以及它们混合使用均能促进‘满天红’果皮花青苷著合成,ETH和MJ间还存在显著地互作增益现象,这些处理还能较好地维持果实硬度、可溶性固形物、可溶性糖和有机酸的含量等。6、MJ处理显著提高了红色砂梨‘满天红’果皮中PpCHS2、PpCHI3、PpF3H, PpANS、PpDFR1、PpUFGT1、PpUFGT2和PyMYB10的表达水平,从而促进其果皮中花青苷的积累。曝光处理后,PpbHLH和PpWD40表达在对照中不受诱导,而在MJ处理中出现上调表达现象,推测这两个基因的上调表达也是MJ促进花青苷积累的原因之一。红色砂梨花青苷合成过程中,花青苷合成结构基因不同成员的表达模式和相对表达量的变化存在显著差异,这些成员的功能可能有所不同。
致谢第6-8页
中文摘要第8-10页
Abstract第10-12页
缩略语表第13-20页
第一章 绪论第20-36页
    1.1 花青苷生物合成的分子生理基础第20-25页
        1.1.1 花青苷的生物合成途径第20-22页
        1.1.2 花青苷生物合成基因及转录因子第22-25页
            1.1.2.1 花青苷生物合成的结构基因第22-23页
            1.1.2.2 花青苷生物合成相关转录因子第23-25页
    1.2 影响果实花青苷生物合成的环境因子第25-26页
        1.2.1 光照第25页
        1.2.2 温度第25-26页
    1.3 果实花青苷生物合成的调控措施第26-28页
        1.3.1 人工光源第26-27页
        1.3.2 果实套袋第27页
        1.3.3 化学药剂第27-28页
        1.3.4 其它措施第28页
    1.4 红梨花青苷生物合成规律及调控第28-33页
        1.4.1 红梨花青苷的分布及其着色模式第29-30页
            1.4.1.1 红梨花青苷的分布第29页
            1.4.1.2 红梨的着色模式第29-30页
        1.4.2 红梨着色的生理与分子基础第30-31页
        1.4.3 影响红梨花青苷生物合成的环境因子第31-32页
            1.4.3.1 光照第31-32页
            1.4.3.2 温度第32页
        1.4.4 红梨花青苷代谢的人工调控措施第32-33页
    1.5 立题依据及研究内容第33-36页
第二章 温度对UV-B/白光诱导‘云红梨1号’果实着色效应的影响及其分子生理机制第36-46页
    2.1 材料与方法第36-40页
        2.1.1 试验材料及处理第36-37页
        2.1.2 试验方法第37-40页
            2.1.2.1 果实色差测定第37页
            2.1.2.2 花青苷提取与测定第37-38页
            2.1.2.3 苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的测定第38页
            2.1.2.4 RNA的提取第38页
            2.1.2.5 DNase Ⅰ处理和逆转录第38-39页
            2.1.2.6 实时定量PCR第39-40页
            2.1.2.7 统计分析第40页
    2.2 结果和分析第40-44页
        2.2.1 温度对UV-B/白光诱导‘云红梨1号’果实着色的影响第40-42页
        2.2.2 温度对UV-B/白光诱导‘云红梨1号’花青苷和PAL酶活性的影响第42-43页
        2.2.3 温度对UV-B/白光诱导‘云红梨1号’花青苷合成途径基因和PyMYB10表达的影响第43-44页
    2.3 讨论第44-46页
第三章 红色砂梨着色诱导的适宜光温条件研究第46-70页
    3.1 材料与方法第47-50页
        3.1.1 试验材料及处理第47-48页
        3.1.2 试验方法第48-50页
            3.1.2.1 果实色差测定第48页
            3.1.2.2 果实硬度测定第48页
            3.1.2.3 可溶性固形物测定第48页
            3.1.2.4 花青苷的提取与测定第48-49页
            3.1.2.5 叶绿素和类胡萝卜素的提取与测定第49页
            3.1.2.6 类黄酮的提取与测定第49页
            3.1.2.7 可溶性糖和有机酸的提取与测定第49-50页
            3.1.2.8 统计分析第50页
    3.2 结果与分析第50-65页
        3.2.1 不同温度处理对红色砂梨、西洋梨和苹果近光面色泽的影响第50-52页
        3.2.2 不同光照处理对‘满天红’果实近光面色泽的影响第52-54页
        3.2.3 不同温度处理对红色砂梨、西洋梨和苹果果实硬度的影响第54页
        3.2.4 不同光照处理对‘满天红’果实硬度的影响第54-55页
        3.2.5 不同温度处理对红色砂梨、西洋梨和苹果近光面果皮色素含量的影响第55-57页
        3.2.6 不同光照处理对‘满天红’近光面果皮色素含量的影响第57-60页
        3.2.7 不同温度处理对红色砂梨、西洋梨和苹果果实可溶性固形物、可溶性糖和有机酸含量的影响第60-63页
        3.2.8 不同光照处理对‘满天红’杲实可溶性固形物、可溶性糖和有机酸含量的影响第63-65页
    3.3 讨论第65-70页
第四章 采收成熟度对UV-B/白光诱导红色砂梨果皮花青苷积累的影响第70-80页
    4.1 材料与方法第70-73页
        4.1.1 试验材料及处理第70-71页
        4.1.2 试验方法第71-73页
            4.1.2.1 果实色差测定第71页
            4.1.2.2 果实硬度测定第71页
            4.1.2.3 果实乙烯释放速率的测定第71页
            4.1.2.4 可溶性固形物测定第71-72页
            4.1.2.5 可溶性糖和淀粉的测定第72页
            4.1.2.6 花青苷的提取与测定第72页
            4.1.2.7 RNA提取第72-73页
            4.1.2.8 DNase Ⅰ处理和逆转录第73页
            4.1.2.9 实时定量PCR第73页
            4.1.2.10 统计分析第73页
    4.2 结果与分析第73-78页
        4.2.1 不同成熟度果实品质及花青苷合成相关基因表达量比较第73-77页
            4.2.1.1 着色相关生理指标及果实品质第73-76页
            4.2.1.2 花青苷合成结构和调节基因的表达量第76-77页
        4.2.2 不同成熟度对诱导‘满天红’果实品质及花青苷合成相关基因表达的影响第77-78页
            4.2.2.1 色泽参数和花青苷含量第77页
            4.2.2.2 果实硬度、乙烯释放量、可溶性固形物、可溶性糖和淀粉第77页
            4.2.2.3 果皮中花青苷合成结构和调节基因的表达模式第77-78页
    4.3 讨论第78-80页
第五章 机械伤促进采后红色砂梨着色的机制分析第80-86页
    5.1 材料与方法第80-82页
        5.1.1 试验材料及处理第80-81页
        5.1.2 试验方法第81-82页
            5.1.2.1 果实硬度测定第81页
            5.1.2.2 果实乙烯释放速率的测定第81页
            5.1.2.3 花青苷的提取与测定第81页
            5.1.2.4 RNA的提取第81页
            5.1.2.5 DNase Ⅰ处理和逆转录第81页
            5.1.2.6 实时定量PCR反应第81页
            5.1.2.7 统计分析第81-82页
    5.2 结果与分析第82-84页
        5.2.1 机械伤处理对‘满天红’果实硬度和乙烯释放的影响第82页
        5.2.2 机械伤处理对‘满天红’果实着色的影响第82-83页
        5.2.3 机械伤处理对‘满天红’果实花青苷合成结构基因和PyMYB10表达的影响第83-84页
    5.3 讨论第84-86页
第六章 化学药剂处理对红色砂梨着色及果实品质的影响第86-96页
    6.1 材料与方法第87-88页
        6.1.1 材料及处理第87页
        6.1.2 试验方法第87-88页
            6.1.2.1 果实色差测定第87-88页
            6.1.2.2 果实硬度测定第88页
            6.1.2.3 可溶性固形物测定第88页
            6.1.2.4 花青苷的提取与测定第88页
            6.1.2.5 叶绿素和类胡萝卜素的提取与测定第88页
            6.1.2.6 类黄酮的提取与测定第88页
            6.1.2.7 可溶性糖和有机酸的提取与测定第88页
            6.1.2.8 统计分析第88页
    6.2 结果与分析第88-92页
        6.2.1 不同化学药剂处理对‘满天红’果实近光面色泽参数的影响第88-89页
        6.2.2 不同化学药剂处理对‘满天红’近光面果皮色素含量的影响第89-90页
        6.2.3 不同化学药剂处理对‘满天红’果实硬度和可溶性固形物的影响第90-91页
        6.2.4 不同化学药剂处理对‘满天红’果实可溶性糖和有机酸含量的影响第91-92页
    6.3 讨论第92-96页
第七章 茉莉酸甲酯(MJ)促进红色砂梨着色的机制分析第96-106页
    7.1 材料与方法第96-99页
        7.1.1 材料及处理第96-97页
        7.1.2 试验方法第97-99页
            7.1.2.1 果实色差测定第97页
            7.1.2.2 花青苷的提取与测定第97页
            7.1.2.3 RNA的提取第97页
            7.1.2.4 DNase Ⅰ处理和逆转录第97页
            7.1.2.5 实时定量PCR反应第97-99页
            7.1.2.6 统计分析第99页
    7.2 结果与分析第99-102页
        7.2.1 MJ处理对‘满天红’果实近光面色泽参数的影响第99-100页
        7.2.2 MJ处理对‘满天红’近光面果皮花青苷含量的影响第100页
        7.2.3 MJ处理对‘满天红’花青苷生物合成结构基因家族成员表达的影响第100-101页
        7.2.4 MJ处理对‘满天红’花青苷生物合成相关调节基因表达的影响第101-102页
    7.3 讨论第102-106页
第八章 小结与展望第106-108页
参考文献第108-122页
作者简历及在学期间所取得的科研成果第122页
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