L-谷氨酸對果實抗性的誘導作用及其相關機理研究.pdf

1、在果實采后貯運實踐中，由真菌病害引起的果實腐爛會造成經(jīng)濟上的巨大損失。盡管化學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)保的理念指導下，其使用種類和范圍愈發(fā)嚴格和局限。通過化學、物理或者生物手段激發(fā)果實內(nèi)在的抗性機制防御病害已成為果實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用于實際生活中的各個領域，具有安全環(huán)保，價格低廉，容易獲得且使用簡單等特點。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植物抗逆性相關的代謝物質(zhì)，且在非生物脅迫下的逆境響應中發(fā)揮重要作用。然而目前有關它在植物病害防御反應中的作用鮮有報道。本論文以L-谷氨酸作為外源誘導因子，探討其對果實采后病害的防治效果，并通過基因、蛋白、物質(zhì)等多個水平和角度系統(tǒng)分析研究了L-谷氨酸對果實的抗性反應機制。研究結果不僅為開發(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。主要研究結果如下:
　　(1) L-

3、谷氨酸可以通過誘導果實（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，且抑制效力與誘導時間（24 h以上）、處理濃度(100 mgL-1以上)等因素密切相關。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對采后病原菌的抵御能力，在果實的防腐保鮮領域有廣闊的應用前景。
　　(2) L-谷氨酸作為γ-氨基丁酸(GABA)前體物質(zhì)，激活了番茄果實體內(nèi)GABA支路上與GABA合成和代謝相關關鍵基因的表達;而用外源G

4、ABA處理可有效抵御番茄果實腐生型病原菌Alternaria alternate的侵染，其機理與激活果實體內(nèi)GABA支路有關。GABA支路的激活一方面可能與三羧酸(TCA)循環(huán)路徑的加強為防御反應提供更多的能量有關;另一方面可能是阻止了活性氧的積累減少了細胞死亡從而不利于腐生型病原菌的侵染。因此，L-谷氨酸對番茄果實抗性的誘導機制可能與GABA支路密切相關。
　　(3)呼吸躍變型果實番茄經(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，與碳代謝有關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烈誘導表達。也就是說，L-谷氨酸對A.alternata的抗性機制可能與碳氮代謝路徑的激活有關。
　　(4)番茄果實經(jīng)L-谷氨酸處理后，與水楊酸合成和信號路徑相關的基因，如PAL、NPR1、TGA1、TGA2、WRKY70和PR基因，其轉錄水平明顯上調(diào);乙烯

6、合成路徑上的兩個關鍵乙烯合成酶基因ACS、ACO和乙烯受體ETR3、ETR4的轉錄表達被強烈抑制;茉莉酸合成路徑上的LOX1、AOS2、AOC呈下調(diào)表達趨勢，其信號轉導路徑上的茉莉酸受體COI1，正調(diào)控轉錄因子MYC2和茉莉酸誘導的蛋白酶抑制劑PⅠ-Ⅱ的轉錄水平下降的同時，負調(diào)控轉錄因子JAZ1則有一定的上調(diào)趨勢。由上可知，L-谷氨酸對番茄果實采后黑斑病的抗性機制可能依賴于水楊酸的合成和信號傳導路徑;同時谷氨酸對乙烯/茉莉酸合成與信號路

7、徑存在一定的抑制作用。
　　(5)同重同位素相對與絕對定量(iTRAQ)試驗結果顯示，經(jīng)L谷氨酸處理后的番茄果實相對于對照組有97個蛋白顯著上調(diào)表達，42個蛋白顯著下調(diào)表達，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密切相關的代謝路徑上。
　　(6)通過氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術分析了L-谷氨酸對番茄果實物質(zhì)含量的變化，結果顯示，L-谷氨

8、酸可能激活了果實的能量代謝、氨基酸代謝和水楊酸信號路徑，同時對乙烯/茉莉酸合成路徑有一定的抑制效果。
　　(7)對于呼吸非躍變型果實柑橘轉錄表達譜的試驗結果表明，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相對于對照組有623個基因上調(diào)表達，647個下調(diào)表達;在接種病原菌的條件下，L-谷氨酸處理組則有234個上調(diào)基因，193個下調(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