L-谷氨酸對(duì)果實(shí)抗性的誘導(dǎo)作用及其相關(guān)機(jī)理研究.pdf

1、在果實(shí)采后貯運(yùn)實(shí)踐中，由真菌病害引起的果實(shí)腐爛會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。盡管化學(xué)殺菌劑仍然是控制采后病害的主要防治方法，但在健康環(huán)保的理念指導(dǎo)下，其使用種類和范圍愈發(fā)嚴(yán)格和局限。通過化學(xué)、物理或者生物手段激發(fā)果實(shí)內(nèi)在的抗性機(jī)制防御病害已成為果實(shí)采后病害防治的新概念和新手段。作為生物體內(nèi)最重要的氨基酸之一，L-谷氨酸及其鈉鹽被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生活中的各個(gè)領(lǐng)域，具有安全環(huán)保，價(jià)格低廉，容易獲得且使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。L-谷氨酸在植物代謝中占據(jù)極為重要

2、的地位，不僅參與合成多種與增強(qiáng)植物抗逆性相關(guān)的代謝物質(zhì)，且在非生物脅迫下的逆境響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。然而目前有關(guān)它在植物病害防御反應(yīng)中的作用鮮有報(bào)道。本論文以L-谷氨酸作為外源誘導(dǎo)因子，探討其對(duì)果實(shí)采后病害的防治效果，并通過基因、蛋白、物質(zhì)等多個(gè)水平和角度系統(tǒng)分析研究了L-谷氨酸對(duì)果實(shí)的抗性反應(yīng)機(jī)制。研究結(jié)果不僅為開發(fā)基于L-谷氨酸的新型保鮮劑提供理論依據(jù)，而且可為研究植物抗性提供新的視角和策略。主要研究結(jié)果如下:
　　(1) L-

3、谷氨酸可以通過誘導(dǎo)果實(shí)（梨、番茄、柑橘）自身的抗性來抵御或延緩其采后病害的發(fā)展，且抑制效力與誘導(dǎo)時(shí)間（24 h以上）、處理濃度(100 mgL-1以上)等因素密切相關(guān)。L-谷氨酸不論是以采前噴灑還是采后處理的方式均可有效提高果實(shí)對(duì)采后病原菌的抵御能力，在果實(shí)的防腐保鮮領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
　　(2) L-谷氨酸作為γ-氨基丁酸(GABA)前體物質(zhì)，激活了番茄果實(shí)體內(nèi)GABA支路上與GABA合成和代謝相關(guān)關(guān)鍵基因的表達(dá);而用外源G

4、ABA處理可有效抵御番茄果實(shí)腐生型病原菌Alternaria alternate的侵染，其機(jī)理與激活果實(shí)體內(nèi)GABA支路有關(guān)。GABA支路的激活一方面可能與三羧酸(TCA)循環(huán)路徑的加強(qiáng)為防御反應(yīng)提供更多的能量有關(guān);另一方面可能是阻止了活性氧的積累減少了細(xì)胞死亡從而不利于腐生型病原菌的侵染。因此，L-谷氨酸對(duì)番茄果實(shí)抗性的誘導(dǎo)機(jī)制可能與GABA支路密切相關(guān)。
　　(3)呼吸躍變型果實(shí)番茄經(jīng)L-谷氨酸處理后，其體內(nèi)的主要氮代謝路徑谷

5、氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶（GS/GOGAT）循環(huán)上的GS被激活，同時(shí)，與碳代謝有關(guān)的糖酵解路徑上編碼己糖激酶和丙酮酸激酶的基因和TCA循環(huán)中的蘋果酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶均被強(qiáng)烈誘導(dǎo)表達(dá)。也就是說，L-谷氨酸對(duì)A.alternata的抗性機(jī)制可能與碳氮代謝路徑的激活有關(guān)。
　　(4)番茄果實(shí)經(jīng)L-谷氨酸處理后，與水楊酸合成和信號(hào)路徑相關(guān)的基因，如PAL、NPR1、TGA1、TGA2、WRKY70和PR基因，其轉(zhuǎn)錄水平明顯上調(diào);乙烯

6、合成路徑上的兩個(gè)關(guān)鍵乙烯合成酶基因ACS、ACO和乙烯受體ETR3、ETR4的轉(zhuǎn)錄表達(dá)被強(qiáng)烈抑制;茉莉酸合成路徑上的LOX1、AOS2、AOC呈下調(diào)表達(dá)趨勢(shì)，其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑上的茉莉酸受體COI1，正調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子MYC2和茉莉酸誘導(dǎo)的蛋白酶抑制劑PⅠ-Ⅱ的轉(zhuǎn)錄水平下降的同時(shí)，負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子JAZ1則有一定的上調(diào)趨勢(shì)。由上可知，L-谷氨酸對(duì)番茄果實(shí)采后黑斑病的抗性機(jī)制可能依賴于水楊酸的合成和信號(hào)傳導(dǎo)路徑;同時(shí)谷氨酸對(duì)乙烯/茉莉酸合成與信號(hào)路

7、徑存在一定的抑制作用。
　　(5)同重同位素相對(duì)與絕對(duì)定量(iTRAQ)試驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)L谷氨酸處理后的番茄果實(shí)相對(duì)于對(duì)照組有97個(gè)蛋白顯著上調(diào)表達(dá)，42個(gè)蛋白顯著下調(diào)表達(dá)，且這些差異蛋白顯著富集于植物與病原菌互作、苯丙烷類合成、能量代謝（氧化磷酸化和多糖類分解路徑）、脂肪酸代謝等與植物抗性反應(yīng)密切相關(guān)的代謝路徑上。
　　(6)通過氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)分析了L-谷氨酸對(duì)番茄果實(shí)物質(zhì)含量的變化，結(jié)果顯示，L-谷氨

8、酸可能激活了果實(shí)的能量代謝、氨基酸代謝和水楊酸信號(hào)路徑，同時(shí)對(duì)乙烯/茉莉酸合成路徑有一定的抑制效果。
　　(7)對(duì)于呼吸非躍變型果實(shí)柑橘轉(zhuǎn)錄表達(dá)譜的試驗(yàn)結(jié)果表明，在未接種病原菌Penicillium digitatum條件下，經(jīng)L-谷氨酸處理后的柑橘果實(shí)相對(duì)于對(duì)照組有623個(gè)基因上調(diào)表達(dá)，647個(gè)下調(diào)表達(dá);在接種病原菌的條件下，L-谷氨酸處理組則有234個(gè)上調(diào)基因，193個(gè)下調(diào)基因。這些差異基因涉及碳代謝，氨基酸代謝，植物激素代謝