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采后物理处理延长柑橘果实贮藏期的分子机理研究

作　者: 云泽
导　师: 程运江; 邓秀新
学　校: 华中农业大学
专　业: 果树学
关键词: 低温贮藏 热处理 发汗处理 蛋白质组学 转录组学 代谢组学 果实衰老 脱落酸 过氧化氢 水杨酸
分类号: S666
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


柑橘果实从采收到消费通常要经历一个漫长的过程,主要包括采后处理、贮藏、运输和销售等环节。在此过程中,由于生理失调、病原性病害以及机械损伤等因素引起的腐烂或变质往往造成巨大的经济损失。为了提高果实对贮运环境的抵抗能力、延长果实贮藏期限,同时兼顾对食品安全和生产环境的安全考虑,采后物理处理越来越引起人们的广泛关注。物理处理是柑橘采后品质保持的重要技术措施,目前柑橘采后物理处理的方法主要包括套袋、热处理、发汗处理、通风库贮藏、地窖贮藏和冷库贮藏等。虽然这些处理可以有效的延缓果实衰老,增加果实抗逆性,但是人们对物理处理改善柑橘果实采后贮藏性能的机理了解甚少。随着分子生物学和生物技术的快速发展,高通量的分析技术有可能为我们认识柑橘果实采后物理处理作用效果的调控机制提供重要的理论基础。为此,我们以椪柑(C. reticulata cv. EganNo.1)、HB柚(Citrus grandis×C. paradis)和温州蜜柑(Citrus unshiu Marc. GuoqingNo.1)为实验材料分别进行了低温贮藏、热处理和发汗等物理处理后,开展蛋白质组学、转录组学及代谢组学分析。主要结果如下：1、利用基于双向电泳和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱的比较蛋白质组学分析了椪柑在低温贮藏条件下不同贮藏时期的蛋白质表达变化。结果显示,共74个蛋白点在不同贮藏时期差异积累,其中56个蛋白点与绿色植物蛋白库中蛋白质相匹配。根据已有的分类信息将鉴定的蛋白质主要分为碳水化合物代谢、氨基酸代谢和响应环境逆境等。另外,我们对蛋白质的亚细胞定位进行了归类,并且对差异蛋白质在贮藏过程中的变化趋势进行了分类,发现果糖激酶、柠檬酸合成酶、顺乌头酸酶和苹果酸脱氢酶等蛋白质在调控果实贮藏过程中品质变化具有非常重要的作用。2、HB柚在不同贮藏温度中品质变化明显,我们分别利用数字表达谱和双向电泳对HB柚在不同贮藏温度下差异表达的基因和蛋白质进行了检测。结果显示,低温贮藏上调了果实中相应逆境基因的表达量,限制了果实内部信号转导、初生代谢和次生代谢速率、转运蛋白质活性。CBL-CIPK复合体可能参与了低温信号由果实外部向内部的传递；另外,柠檬苦素、诺米林素、甲醇和乙醛等物质在果实内部的积累,以及热激蛋白、14-3-3蛋白、COR15和冷胁迫响应基因和蛋白质的上调表达,从转录组学和蛋白质组学的角度为进一步解析果实响应低温逆境提供一个综合的视野。值得注意的是,低温贮藏果实中葡萄糖、果糖和脱落酸的含量显著降低(与常温贮藏相比),且大量生长素相关基因下调表达。由此可见,糖、生长素和脱落酸可能共同调控了果实的衰老。3、利用气相色谱-质谱联用仪和高效液相色谱-四级杆-飞行时间串联质谱仪对温州蜜柑采后热处理的果皮进行了初生代谢物和次生代谢物的检测,为进一步解析热处理诱导果实抗性提供了新的线索。结果显示,活性氧在热处理诱导果实抗性中起关键作用。热处理果皮中过氧化氢含量显著低于对照,直接增加了果实对逆境的忍耐度；黄酮类物质的增加直接参与了果实逆境的响应；消耗的过氧化氢用来合成了木质素,木质素的增加增厚了细胞壁,进而隔离了外部病原菌,减少了果实病害的发生。4、利用气相色谱-质谱联用仪和高效液相色谱-四级杆-飞行时间串联质谱仪对温州蜜柑发汗处理后果皮中初生代谢物和次生代谢物进行了检测,为解析发汗处理诱导果实抗性机理提供了代谢组学方面的信息。结果表明,水杨酸可能参与了发汗处理诱导抗性的信号传导,多数代谢物在发汗处理果皮中的积累与水杨酸处理果皮中的积累趋势完全一致,如糖类物质(阿拉伯糖含量下降,其余均增加)、有机酸类物质(羟基丙酮酸含量下降,其余均增加)、脂肪酸类物质(含量均增加)、糖醇类物质(含量均增加)和其它酸类物质(含量均增加)

全文目录


摘要  8-10
Abstract  10-13
缩略词表  13-15
第一章 文献综述  15-30
  1. 课题的提出  15-16
  2. 柑橘产业现状及采后贮藏中面临的问题  16-19
    2.1 柑橘产业概况  16-17
    2.2 柑橘采后生物学特性  17-18
    2.3 我国柑橘产业采后面临的主要问题  18
    2.4 开展本研究的目的与意义  18-19
  3. 果实采后处理的研究进展  19-22
    3.1 采后处理的主要类型  19-21
      3.1.1 物理处理  19-20
      3.1.2 化学处理  20
      3.1.3 生物处理  20-21
      3.1.4 综合处理  21
    3.2 果实采后处理的发展趋势  21-22
  4. 果实成熟衰老的调控机制  22-26
    4.1 糖类物质调控的果实衰老  22
    4.2 乙烯调控的果实衰老  22-23
    4.3 生长素调控的果实衰老  23
    4.4 细胞分裂素调控的衰老  23-24
    4.5 一氧化氮调控的果实衰老  24
    4.6 脱落酸参与的植物衰老调控  24-25
    4.7 水杨酸调控的植物衰老  25
    4.8 茉莉酸调控的植物衰老  25-26
  5. 采后处理诱导果实抗逆性  26-27
    5.1 活性氧调控的植物抗性  26
    5.2 苯丙氨酸代谢路径参与的果实采后处理诱导抗性  26
    5.3 脂肪酸参与的采后处理诱导果实抗性  26-27
  6. 组学技术的发展与应用  27-28
    6.1 转录组学的发展与应用  27
    6.2 蛋白组学的发展与应用  27
    6.3 代谢组学的发展与应用  27-28
  7. 本研究的内容  28-30
第二章 低温贮藏保持果实品质的分子机理研究  30-112
  1. 引言  30-33
  2. 材料与方法  33-56
    2.1 实验材料  33
    2.2 试验方法  33-56
      2.2.1 材料处理与取样  33
      2.2.2 总蛋白质的抽提  33-34
      2.2.3 蛋白质定量  34-35
      2.2.4 第一相等电聚焦  35
      2.2.5 第二相SDS-PAGE  35-37
      2.2.6 PAGE胶染色  37
      2.2.7 差异蛋白质点分析  37-38
      2.2.8 蛋白质胶内酶解  38
      2.2.9 质谱分析  38-39
      2.2.10 蛋白质检索  39
      2.2.11 可溶性糖和有机酸含量的测定  39-41
      2.2.12 柚皮苷含量的测定  41
      2.2.13 柠檬苦素和诺米林素含量的测定  41-42
      2.2.14 醛醇类物质的测定  42-43
      2.2.15 总RNA的抽提  43-44
      2.2.16 数字基因表达谱测序  44-45
      2.2.17 数字基因表达谱数据分析分析  45-52
      2.2.18 脱落酸含量的测定  52-53
      2.2.19 抗坏血酸含量的测定  53-54
      2.2.20 实时荧光定量PCR测定基因的表达水平  54-56
  3. 结果与分析  56-101
    3.1 双向电泳实验条件摸索  56-58
      3.1.1 胶条pH值范围的选择  56
      3.1.2 SDS-PAGE胶浓度的选择  56-57
      3.1.3 不同IPG胶条长度的选择  57-58
      3.1.4 不同的染色方法的选择  58
    3.2 椪柑果肉在不同贮藏时期差异积累的蛋白质  58-71
      3.2.1 椪柑蛋白质表达谱  58-64
      3.2.2 椪柑果肉采后贮藏过程中差异积累的蛋白质  64
      3.2.3 椪柑果肉在采后贮藏过程中差异积累的蛋白质的功能分类  64-66
      3.2.4 椪柑不同贮藏时期间差异积累蛋白质的表达分类  66
      3.2.5 椪柑果肉衰老相关蛋白质的表达变化  66-69
      3.2.6 椪柑果实贮藏过程中抗性蛋白的表达变化  69-71
    3.3 HB柚在不同贮藏条件下衰老的调控机制  71-101
      3.3.1 双向电泳分析HB柚不同温度贮藏下蛋白质的表达变化  71-82
      3.3.2 HB柚在不同贮藏条件下表达差异蛋白质的功能分类  82
      3.3.3 低温贮藏对HB柚果实品质的影响  82-86
      3.3.4 数字表达谱检测HB柚在低温贮藏与常温贮藏过程中差异表达的基因  86-90
      3.3.5 低温贮藏减少HB柚果实脱落酸的含量  90-94
      3.3.6 低温贮藏不影响HB柚果实抗坏血酸的积累  94
      3.3.7 低温贮藏诱导HB柚果实超量表达的基因和蛋白质  94-95
      3.3.8 低温贮藏降低HB柚果实代谢基因和蛋白质表达进而延缓果实衰老  95-96
      3.3.9 糖、生长素和脱落酸介导的柑橘衰老信号传递  96-101
  4. 讨论  101-112
    4.1 椪柑果实衰老的调控机理  101-106
      4.1.1 椪柑果实品质和蛋白质累积之间的关系  101-104
      4.1.2 椪柑果实的衰老调控机理  104-106
    4.2 HB柚果实衰老的调控机理  106-112
      4.2.1 果实在低温贮藏前期忍耐低温  106-107
      4.2.2 钙离子介导的低温信号转导  107-108
      4.2.3 低温贮藏通过抑制基因表达延缓果实衰老  108-109
      4.2.4 脱落酸、生长素、己糖介导的果实衰老信号的转导  109-112
第三章 热处理和发汗处理诱导果实抗性的分子机理  112-142
  1. 引言  112-114
  2. 材料与方法  114-117
    2.1 实验材料  114
    2.2 样品处理  114
      2.2.1 热处理  114
      2.2.2 发汗处理  114
      2.2.3 水杨酸处理  114
    2.3 取样  114-115
    2.4 果实硬度的测定  115
    2.5 初生代谢表达谱分析  115-116
    2.6 次生代谢表达谱分析  116-117
    2.7 活性氧的测定  117
    2.8 木质素含量的测定  117
  3. 结果与分析  117-135
    3.1 果实采后热处理诱导抗性的分子机理研究  117-124
      3.1.1 热处理诱导果皮积累的初生代谢物  117-121
      3.1.2 热处理诱导果实积累的次生代谢物  121-122
      3.1.3 热处理降低果皮活性氧的含量  122-123
      3.1.4 热处理诱导果皮木质素的大量合成  123
      3.1.5 热处理增加果实的硬度  123-124
    3.2 发汗诱导果实抗性的分子机理研究  124-130
      3.2.1 发汗处理诱导果皮中积累的初生代谢物  124-128
      3.2.2 发汗处理诱导果实积累的次生代谢物  128-129
      3.2.3 发汗处理增加果实硬度  129-130
    3.3 水杨酸处理诱导果实抗性的分子机理研究  130-135
      3.3.1 水杨酸处理诱导果实积累的初生代谢物  130-133
      3.3.2 水杨酸处理诱导果实积累的次生代谢物  133-135
  4. 讨论  135-142
    4.1 热处理诱导果实抗性  135-138
      4.1.1 热处理在不改变果实品质的情况下显著提高果实的抗性  135
      4.1.2 热处理通过上调果皮中抗性蛋白和代谢产物增加果实抗性  135-137
      4.1.3 活性氧介导的热处理诱导果实抗性  137-138
    4.2 发汗处理诱导果实抗性  138-142
      4.2.1. 发汗处理通过增加果实的渗透压增强果实抗逆性  139
      4.2.2. 发汗处理通过增加果皮中抗氧化物质增加果实的抗逆性  139-140
      4.2.3. 发汗处理通过调节细胞膜的流动性增加果实的抗逆性  140
      4.2.4. 发汗处理通过增加果皮中糖酸含量增加果实抗性  140
      4.2.5. 水杨酸介导的发汗处理诱导果实抗性  140-142
第四章 总讨论  142-144
  1. 柑橘果实衰老的分子机理  142-143
  2. 采后贮藏前处理诱导果实抗性的分子机理  143-144
参考文献  144-163
致谢  163-164
附录Ⅰ 攻读博士期间发表的论文  164

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中图分类: > 农业科学 > 园艺 > 果树园艺 > 柑桔类
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