吲哚-3-乙酸对果实的诱导抗性作用及其与γ-氨基丁酸的关系初探

摘要

在果蔬采后储藏、运输和销售过程中，真菌性病害是引起损失的主要原因之一。化学杀菌剂是控制采后病害的主要方法，但由于对环境和人体健康会产生不良影响，其使用的种类和范围愈发受到规范和限制。近些年来，利用物理、化学和生物激发子诱导果实对广谱病原菌产生持久的抗性来抑制病害的方式越来越受到广泛的关注。近年来的研究表明生长素不仅是植物中重要的生理调节因子，而且在微生物致病机理和植物防御机制中也扮演了重要的角色。虽然生长素在植物病害和防御方面的功能已经有了较为广泛的探索，但只有少数研究报道了生长素作为外源激发子对果实采后病害的影响，且其机理也尚不明确。基于此，本论文以生长素，特别是生长素中活性最强的吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid，IAA）为外源激发子，研究了其对梨果实和樱桃番茄果实的抗性诱导作用及其主要影响因素，并通过分析IAA对病原菌、果实品质、果实抗性相关生理生化指标、植物抗性相关激素合成通路和信号通路、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）支路（GABA shunt）等的影响，进一步明确了IAA对果实抗性诱导的机制。主要研究结论如下:
　　(1)不论是内源生长素，IAA、吲哚-3-丁酸(IBA)，还是化学合成生长素2，4-二氯苯氧乙酸(2，4-D)、1-萘乙酸(NAA)都可以诱导梨果实对扩展青霉(Penicillium expansum)产生抗性，且其诱导效果与GABA接近。LAA的诱导效果与其浓度和诱导时间有关，当浓度为100-500μg mL-1、诱导时间为24-48h时，IAA可以显著诱导梨果实产生抗性。同时，体内外试验表明，IAA不能直接抑制P.expansum的生长。对梨果实抗性相关酶活性以及基因的测定结果显示，IAA处理可以显著增强超氧化物歧化酶(SOD)、β-1，3-葡聚糖酶(GLU)、几丁质酶(CHI)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性，同时也能显著提高endoglu9、CHI4、PR1、PR4和PAL的基因转录水平，表明IAA诱导梨果实抗性的机制可能与SOD和PAL活性的增强、PR蛋白积累和PR蛋白基因表达等有关。对果实品质影响的测定结果表明，不同浓度的IAA对梨果实的硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸度和VC含量均没有显著的影响。
　　(2)IAA可以显著诱导樱桃番茄果实对链格孢（Alternaria alternata）产生抗性，且其诱导效果与GABA接近。樱桃番茄果实抗性相关生理指标的测定结果表明，IAA处理能显著增强果实SOD、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)的活性，减少丙二醛(MDA)在果实上的积累，表明IAA诱导樱桃番茄果实的抗性与其对果实活性氧代谢的调节有关。此外，IAA能刺激果实GLU和CHI酶活性的升高，表明IAA诱导樱桃番茄果实的抗性与PR蛋白的积累有关。
　　(3)IAA对樱桃番茄中的经典抗性相关植物激素水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和乙烯(ET)的合成和信号途径有较大的影响。在SA合成路径中，IAA显著提高了PAL5、PAL7的转录水平，而对ICS1的基因表达没有影响，表明IAA在转录水平上可能通过刺激PAL路径来合成SA;在SA信号路径中，NPR1、TGA1、TGA2、WRKY70的基因转录水平在IAA处理后显著上调，表明IAA在转录水平上可能促进SA信号转导路径的表达。IAA可以提高AOS2和MYZ2的基因表达水平，但对LOX1的基因表达有抑制作用，并且强烈刺激了负调节因子JAZ1的基因表达，表明IAA在转录水平上可能具有抑制JA合成路径和信号转导路径表达的作用:IAA可以显著提高ACS1、ETR1、MPK3和MPK6的基因表达水平，表明IAA在转录水平上可能具有促进ET合成路径和信号转导路径表达的作用。
　　(4)IAA与GABA代谢关系密切。外源IAA处理不仅可以提高樱桃番茄果实GABA的含量，而且还刺激了GABA支路中关键酶的基因表达:GAD1、GAD2、GAD3和GABA-TP1的基因转录表达均在IAA处理后显著增强，但IAA处理对SSADH的基因表达具有显著的抑制作用。此外，外源GABA处理可以提高樱桃番茄果实IAA的含量。

目录

声明

致谢

摘要

简写对照表

第一章 文献综述

1．1 果实采后病害防治现状

1．1．1 果实采后侵染性病害

1．1．2 果实采后侵染性病害的防治措施

1．2 植物诱导抗性研究进展

1．2．1 植物抗性诱导机制

1．2．2 植物采后诱导抗性因子

1．2．3 经典抗性相关植物激素与诱导抗性

1．3 γ-氨基丁酸防治果蔬采后病害的研究进展

1．4 生长素研究进展

1．4．1 生长素概述

1．4．2 生长素在植物体内的合成路径

1．4．3 生长素在植物体内的信号转导途径

1．4．4 内源生长素在植物防御机制中的作用

1．4．5 生长素在果蔬采后生理和贮运保鲜中的作用

1．5 本课题的研究意义与主要研究内容

第二章 IAA对梨果实抗性的诱导作用及其机理初探

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 果实、培养基和病原菌

2．2．2 主要仪器与设备

2．2．3 试验方法

2．3 试验结果与分析

2．3．1 不同种类生长素和GABA对梨果实青霉病抗性的诱导作用比较

2．3．2 不同浓度IAA对梨果实青霉病抗性的诱导作用比较

2．3．3 不同诱导时间对LAA诱导梨果实青霉病抗性的影响

2．3．4 IAA对P．expansum体外生长的影响

2．3．5 IAA对梨果实抗性相关的酶活和基因的影响

2．3．6 IAA对梨果实品质的影响

2．4 讨论

第三章 IAA对樱桃番茄果实抗性的诱导作用及机理初探

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 果实、培养基与病原菌

3．2．2 主要仪器与设备

3．2．3 试验方法

3．3 试验结果与分析

3．3．1 IAA和GABA对樱桃番茄黑斑病的影响

3．3．2 IAA对樱桃番茄果实SOD活性的影响

3．3．4 IAA对樱桃番茄果实POD活性的影响

3．3．5 IAA对樱桃番茄果实MDA活性的影响

3．3．6 IAA对樱桃番茄果实PPO活性的影响

3．3．8 IAA对樱桃番茄果实CHI活性的影响

3．4 讨论

第四章 IAA对抗性相关激素合成和信号转导通路的影响

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 果实选择与预处理

4．2．2 主要仪器与设备

4．2．3 试验方法

4．3 试验结果与分析

4．3．1 IAA对水杨酸合成通路的影响

4．3．2 IAA对水杨酸信号转导路径的影响

4．3．3 IAA对茉莉酸合成路径的影响

4．3．4 IAA对茉莉酸信号转导路径的影响

4．3．5 IAA对乙烯合成路径的影响

4．3．6 IAA对乙烯信号转导路径的影响

4．4 讨论

第五章 IAA对樱桃番茄果实GABA代谢的影响初探

5．1 前言

5．2 材料与方法

5．2．1 果实选择与预处理

5．2．2 样品的制备

5．2．3 试验方法

5．3 试验结果分析

5．3．2 IAA对樱桃番茄果实GABA支路的影响

5．3．3 GABA对樱桃番茄果实IAA含量的影响

5．4 讨论

第六章 研究结论、创新点及后续展望

6．1 主要研究结论

6．2 主要创新点

6．3 后续研究展望

参考文献

作者简介