柑橘果实对高温、强光胁迫的反应及其机理的研究

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果实日灼是一种常见的主要由高温和强光引起的生理性伤害,每年在世界所有果树栽培区都有发生,致使果品的产量和质量受到不同程度的影响。本试验采用田间调查和环境调控生长室里模拟果实日灼试验相结合的方法,分析果实日灼前后果皮抗氧化水平与果皮结构的变化,揭示日灼过程中果皮细胞受伤害程度与其抗氧化能力变化的相关机制,从而探讨高温与强光引起柑橘果实日灼的作用机制。进而以外源调节物质处理盆栽柑橘果实为试材,探索高温胁迫下柑橘果实抗氧化能力变化的特点,阐明不同性质外源调节物质处理与果实抗氧化能力的关系。主要试验结果如下: 以砂糖橘、贡柑、红江橙和暗柳橙为试材,调查了其田间日灼率,并观察果实日灼前后果皮结构的变化,分析果实日灼前后果皮抗氧化水平和受伤部位次生代谢产物积累的变化,揭示日灼过程中果皮细胞受伤害程度与其抗氧化能力变化的相关机制,从而探讨品种对日灼的敏感性。结果表明:果皮薄的品种对日灼较敏感,而果皮厚的品种较不敏感。柑橘果实发生日灼后果皮褪绿,果皮显著增厚,表皮蜡质粗糙,表皮1~2层细胞膜结构降解,细胞器解体;但是,果皮细胞排列仍然整齐、致密有序。果皮组织中超氧阴离子自由基(O2·—)大量积累,脂氧合酶(LOX)活性显著增强,脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著上升,加剧细胞膜脂过氧化。相应地,超氧化物歧化酶(SOD)活性、抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)含量均显著下降,过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性均显著增强,木质素含量显著增加,角质层明显增厚。 在环境调控生长室中模拟研究了盆栽暗柳橙果实日灼与气温、光照的关系,并从果实日灼病程的不同阶段入手,分析了不同程度日灼的果实果皮抗氧化代谢的变化。结果表明:气温和光照对果实日灼的贡献非常重要,气温越高,光照越强,果实越容易被灼伤。高温、强光胁迫使O2·—大量积累,LOX活性增强,脂质过氧化产物MDA含量显著上升,加剧细胞膜脂过氧化。相应地,日灼初期果皮呈现深黄色小斑点,SOD、POD和PPO的活性均显著上升;随着果皮变褐,SOD的活性下降且比正常果的低,POD的活性仍然增强,PPO活性则有所下降,但比正常果的高。在整个日灼病程里,AsA和GSH含量均逐步下降。 结合抗坏血酸(AsA)、氯化钙(CaCl2)和水杨酸(SA)三种外源调节物质处理盆栽暗柳橙果实试验,研究了高温胁迫下柑橘果实抗氧化能力变化的特点,阐明不同性质外源调节物质处理与果实抗氧化胁迫能力的关系。结果表明:果实在高温胁迫下,施用外源AsA、CaCl2和SA均可降低果皮组织的O2·—和MDA含量,维持果皮组织较高的SOD和POD活性以及AsA和GSH含量,增强果实的抗热性。不同外源调节物质对果实抗氧化特性影响的效应不同。外源AsA对果皮组织中AsA和GSH含量提高的作用最明显,外源CaCl2对SOD活性提高的作用比水杨酸更明显,而外源SA对POD活性提高的作用更大。 果实日灼是一个生物氧化过程。果实对温度的适应主要在于果实表皮组织的细胞膜特性,而细胞膜的完整性和正常功能的实现有赖于活性氧的产生与消除达到动态平衡。当高温和强光的共同胁迫程度超出了果实自身保护系统所能调节的范畴时,果实表皮组织抗氧化代谢失调,细胞内活性氧含量剧增,抗氧化系统清除活性氧的能力降低,从而导致细胞膜系统过氧化加剧。而膜质过氧化的主要产物MDA的大量积累,致使质膜的结构和功能受损,细胞膜透性增大,最终导致细胞质外溢,酚类物质氧化聚集于果皮而呈现黄竭色的日灼症状。
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