番茄(Solanum lycopersicum)在冬季设施栽培中,常因光照不足而导致落花落果。但关于弱光影响番茄脱落的分子机制了解较少。本文以‘辽园多丽’为试材,对番茄不同花发育阶段进行不同程度的遮光处理,明确了不同弱光对番茄花柄脱落的影响。同时确定番茄花器官对于光照的敏感时期,并进一步通过转录组和代谢组学分析,揭示了弱光调控番茄脱落发生的作用途径,为明确弱光影响番茄花柄脱落的分子机制奠定基础。主要研究结果如下:1.在番茄幼苗第四片真叶展开时分别对其进行25%、50%和75%的遮光处理,结果显示25%遮光条件下即可显著加速脱落发生,并且随着遮光程度加深其诱导花柄脱落率增加,75%遮光条件下花柄脱落率最高。进一步对不同花发育阶段番茄幼苗进行75%遮光处理,结果表明花发育第6~9阶段时弱光处理显著加速脱落发生,为弱光调控番茄花柄脱落的关键阶段。2.为了明确弱光诱导番茄花脱落的机制,在花发育第9阶段时进行75%遮光处理,开花后取花柄离区进行转录组和代谢组测定。转录组数据KEGG途径分析显示:差异表达基因显著富集在光合作用途径、植物激素信号转导途径、DNA复制途径和次级代谢生物合成相关途径。其中光合作用途径中差异表达基因集中在PSII和PSI,全部下调表达;植物激素转导途径中差异表达基因主要集中在生长素信号转导途径,总体下调表达;DNA复制途径中差异表达基因全部下调表达;次级代谢生物合成相关途径主要包括苯丙烷生物合成途径、类黄酮生物合成途径和二萜生物合成途径,差异表达基因主要下调表达。关于主动运输的载体如编码蔗糖运输蛋白(SWEET)基因和生长素运输载体基因下调表达。编码蔗糖合成酶的差异表达基因也下调表达。同时,大量差异表达基因参与细胞壁修饰,编码细胞壁结构蛋白和纤维素合成酶等细胞壁合成基因以及编码扩展蛋白和果胶酯酶等细胞壁水解基因主要表现为下调表达。3.代谢组结果显示弱光条件下番茄花柄离区碳水化合物中蔗糖、葡萄糖、果糖和D-葡萄糖-6-磷酸含量降低;植物激素中吲哚-3-乙酸含量降低;氨基酸代谢中精氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、组氨酸、酪氨酸、赖氨酸、丝氨酸和亮氨酸积累;细胞壁组成物质中木质素合成前体反式肉桂酸、肉桂酸乙酯、2-羟基肉桂酸、(E)-对香豆酸含量增加。4.由于弱光条件下番茄花柄离区激素含量下降,碳供应不足,可能会影响离区发育。因此进行显微结构和超微结构分析,进一步观察离区发育情况,发现弱光下番茄花柄离区各部位细胞体积变小。5.基于以上结果,初步判断弱光诱导番茄花柄脱落的模式可能是:弱光诱导了番茄光合速率显著下降,从而导致植株碳水化合物代谢及运输受到抑制,促进了营养器官和生殖器官之间光合同化物的竞争;同时弱光抑制了生长素向离区运输,降低离区生长素水平,导致离区激素平衡被打乱。库源同化物竞争和激素紊乱直接诱导脱落发生,并导致离区发育受损,次级代谢生物合成减弱,抗氧化性下调,抗逆性下降,促进脱落发生。