采后苹果果实机械伤诱导的抗病性机理研究

摘要

苹果(Malus domestica Borkh.)在采摘及采后处理过程中极易造成机械伤害，这为采后病原菌提供了最佳的侵染场所。避免采后机械损伤对于减轻果实贮期病害的发生极为重要。然而，部分受伤果实由于漏检而与完整的果实一起贮运，它们极易发生腐烂，还可作为病原中心进一步感染正常果实，造成二次侵染，给果实的贮运带来巨大的损失。果实遭受机械伤害后，能够激活伤口部位防御系统，促进伤口愈合，提高伤口的抗病性，从而避免贮期病原菌侵染导致的腐烂。目前，关于机械伤对采后苹果果实抗病性诱导的报道较少。因而，本文以采后苹果果实为研究对象，从乙烯、H202信号调节角度研究阐明机械伤诱导果实伤口抗病性的作用机理。主要的研究内容及结果如下：1愈伤对采后苹果果实伤口抗病性的影响
　　 以人工刺伤苹果果实来模拟机械伤害，刺伤果实置于20℃(RH85％)环境下愈伤。研究发现，与新鲜伤口相比，愈伤能够显著提高伤口抗Penicillium expansum和Botrytiscinerea侵染的能力。在96 h内，随着时间的延长其控制病害发生发展的效果越好，但过长的愈伤时间(120 h)会削弱了伤口的抗病能力。研究结果显示，采后苹果果实能够进行愈伤反应，其表现为伤诱导了防御酶PAL，POD和PPO活性增加，伤口周围细胞细胞壁酚类和木质素合成积累显著。在20℃(RH85%)条件下，96 h愈伤处理后的嘎啦果实伤口对P．expansum和B.cinerea侵染的抵抗能力最强。2苹果果实机械伤诱导的抗病性效果的品种、温度和成熟度效应
　　 以刺伤的嘎啦、金冠、红富士果实为研究对象，刺伤果实经20℃(RH85%)，96h愈伤后，发现苹果品种显著影响果实伤诱导抗病性效果。一方面，不同品种果实的硬度和糖含量影响伤口对病原茵的易感性；另一方面，不同品种果实在伤应激下诱导PAL活性及木质素的增加能力不同。早熟品种嘎啦果实因其硬度高，糖含量低且伤应激下PAL活性和木质素含量增加速率快，愈伤伤口青霉病和灰霉病发病率和病斑直径显著低于金冠和红富士苹果。
　　 将刺伤嘎啦果实置于0℃、200C和380C(RH85%)条件下愈伤96 h，发现温度过低或过高都不利于伤口抗病性的提高，200C愈伤处理后果实伤P.expansum和Bcinerea发病最低。与200C愈伤处理相比，低温(0℃)愈伤期间果实乙烯释放量较低，PAL活性和木质素含量变化不大，伤口抗P．expansum和B cinerea侵染能力较低。而高温(38℃)愈伤处理显著抑制了果实乙烯的合成，降低了伤诱导的PAL活性，减少了伤口组织中酚类和木质素含量，伤口青霉病和灰霉病的发病率显著高于20℃愈伤处理组果实。
　　 以不同采收成熟度的嘎啦果实为研究对象，发现商业成熟期前一周和商业成熟期采摘的果实愈伤期间未出现乙烯释放高峰，愈合伤口接种病害的发生显著低于商业成熟期后一周采摘的果实。因此，乙烯峰前的成熟期是愈伤处理的最佳时期。随着嘎啦果实成熟度的增加，其伤应激早期H202生成能力不断下降，这与果实的成熟导致伤口愈合能力和抗病性下降一致，表明早期H202的积累在伤诱导反应中起重要作用。3机械伤对乙烯的合成的影响及其在苹果果实伤诱导抗病性中的作用
　　 伤应激早期显著诱导了嘎啦果实乙烯的生物合成，后期也保持了较高的乙烯释放量。采用荧光定量PCR法分析机械伤对嘎啦果实乙烯合成关键酶基因表达的影响，结果表明刺伤后24 h内，Md-ACS5A和Md-AC01基因表达显著上调，且24 h后Md-ACS1基因表达量也显著增加。
　　 在刺伤前采用不同浓度用的1-MCP和NBD处理嘎啦果实，结果表明0.5和1.0 uLL-1 l-MCP和500uL L-1 NBD处理抑制了伤应激早期乙烯的释放，愈合伤口 B.cinerea接种发病情况显著高于未经处理的果实；0.5 ug L-1和1.0 u-g L-1乙烯利处理提高了果实乙烯释放量，其灰霉病的发病率显著低于未经处理组，但4.0 ug L-1乙烯利处理快速提高了果实乙烯释放量，加速了果实的成熟，从而加重了果实的灰霉病的发病。当乙烯的合成受阻时，伤诱导的PAL、POD酶活性不同程度受到抑制，阻止了伤口处防御物质的积累，进而影响了伤诱导的抗病效果；而适当的诱导乙烯的合成，能够加快伤诱导反应进程，提高了伤诱导的抗病效果。可见，伤乙烯的合成主要通过调节酚类和木质素合成关键酶PAL和POD活性参与伤诱导的抗性反应。4机械伤对H202代谢的影响及其在苹果果实伤诱导抗病性中的作用
　　 嘎啦果实刺伤后，伤口部位H202含量快速上升并于6h达到峰值，其作用主要是通过对SOD活性的诱导和CAT活性早期的下调来实现的；愈伤后期随着CAT、APX、POD活性的升高，H202含量逐渐降低。
　　 嘎啦果实刺伤后经H202清除剂DMTU处理，显著降低了伤应激早期H202的积累，削弱了伤诱导的抗病性；DMTU处理并不影响伤诱导的SOD活性，但显著抑制H202清除酶CAT、APX活性。DMTU处理降低了伤诱导的PAL、POD活性，也影响了酚类物质的聚合，从而不利于果实伤口组织中酚类和木质素的合成积累，削弱了伤诱导的抗病效果。可见，H202不仅参与了酚类物质的聚合，而且伤应激早期H202的积累对于防御酶活性的诱导是必须的。5乙烯释与H202在机械伤诱导抗病性中的相互作用
　　 DMTU处理显著抑制了嘎啦果实伤应激早期H202的积累，同时显著降低了果实乙烯释放量，表明伤应激早期H202的快速积累对于乙烯的生物合成是必须的。另一方面，1-MCP处理抑制了剌伤果实乙烯的合成，使得伤诱导的H202积累受阻，而乙烯利提高刺伤果实乙烯释放量会促进伤口部位H202的积累。刺伤果实乙烯的快速合成通过对H202代谢相关酶活性的影响，调节果实伤口组织中的H202的代谢水平，使得伤应激后期H202含量下降。可见，H202可协同乙烯一起调控伤诱导的抗性反应。