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温度与光照强度对鸭梨果实抗氧化能力的影响及其机理研究

李英丽  
【摘要】:温度和光照是影响果实生长发育的重要环境因子。然而,由于果实发育期(甚至在贮藏期)经常遭受温度或(和)光照逆境的胁迫,致使产量和品质受到不同程度的影响。因此,研究和揭示温度与光照逆境对果实影响的内在规律和机理,对于提高果实对温度、光照逆境的抵御能力,从而保证梨果丰产、优质意义重大。 本研究以鸭梨(Pyrus bretschneideri Rehd.,cv:Yali pear)为试材,采用田间和室内试验相结合的方法,探讨了不同温度和光照变化对果实活性氧含量(O-.2、H_2O_2)、抗氧化酶(SOD、POD、APX、MDHAR、GR)活性、抗坏血酸(AsA)含量以及细胞中Ca~(2+)分布的影响。初步阐明了不同温度和光照条件下果实抗氧化系统以及细胞中Ca~(2+)分布的变化规律。主要研究结果如下: 1.高温处理显著提高了鸭梨果实中活性氧(O-.2、H_2O_2)含量,同时提高了POD和APX活性。但鸭梨果实中POD和APX对高温胁迫的响应存在时间上的差异:高温胁迫1h时显著提高了APX活性,而POD活性在处理初期无显著变化,处理后期(5h后)才显著升高。高温胁迫初期果实内H_2O_2主要由APX清除,使H_2O_2含量保持在较低水平,当胁迫变得严重时,POD开始起作用。 2. AsA-GSH循环是温度逆境下清除鸭梨果实活性氧的主要途径之一。APX、GR、MDHAR作为该循环的主要抗氧化酶,对温度胁迫的响应在时间上具有先后顺序的差异:APX在胁迫1h时活性最大,而MDHAR和GR分别在处理3h和5h活性最高。 3.高温处理初期显著提高了抗坏血酸合成速率,还原型抗坏血酸含量和MDHAR活性变化相一致,因此可推断:抗坏血酸主要通过AsA-GSH循环参与活性氧的清除。 4.高温和强光具有胁迫增效作用,能够加重氧化胁迫的发生:高温条件下,照光处理显著提高了高温初期鸭梨果实中活性氧含量,使APX和POD活性增强,抗坏血酸合成量增加,但随着时间延长,LOX活性迅速增加,加速了果实伤害的进程。 5.高温强光胁迫下,施用不同外源调节物质可以减缓胁迫对果实造成的伤害:AsA、草酸、SA、ABA处理显著提高了果实内源H_2O_2含量。当胁迫发生后,果实内大量H_2O_2积累作为信号分子诱导了AsA-GSH循环中关键酶(APX、GR)活性以及AsA含量、AsA/DHA比值有所提高,确保了AsA-GSH循环顺利运转,使LOX活性保持在较低的水平,延缓了高温强光对果实的伤害进程。 6. Ca~(2+)信使促进剂(CaCl_2)显著提高了胁迫初期果实内H_2O_2含量,大量的H_2O_2诱导了APX、GR活性,AsA合成量增加,使胁迫后期LOX活性保持较低水平,避免了膜磷脂过氧化,提高了果实的抗逆性。胁迫过程中Ca~(2+)信使抑制剂(EGTA、LaCl3)显著抑制了APX、GR活性和AsA的合成,使AsA-GSH循环运转受到影响,LOX活性迅速提高,加剧了细胞膜磷脂的过氧化进程,加重了果实的伤害。并且从抑制剂的抑制效果来看,LaCl3较EGTA效果更为显著。 7.温度能明显影响果实细胞中Ca~(2+)分布。45℃处理初期,液泡中Ca~(2+)开始向细胞质中移动,使细胞质中Ca~(2+)浓度增加。随着处理时间的延长,液泡中Ca~(2+)浓度减少,大部分Ca~(2+)颗粒沉淀流向胞质中。处理7h细胞质中的Ca~(2+)浓度减少,液泡中Ca~(2+)颗粒增多,液泡结构完整性遭到破坏,果实细胞伤害发生。 8.鸭梨果实中Ca~(2+)分布受光照的影响,无光条件下果实中Ca~(2+)主要分布在细胞间隙和液泡中,细胞质中几乎没有Ca~(2+)分布。照光条件下,细胞间隙和液泡中的Ca~(2+)向细胞质中转移,细胞质中Ca~(2+)浓度急剧增加,但细胞间隙仍有少量Ca~(2+)沉淀颗粒分布,而液泡中几乎没有Ca~(2+)分布,由此可见:细胞质中的Ca~(2+)主要来源于液泡中。 9.在温度和(或)光照逆境胁迫下,果实活性氧和细胞质中Ca~(2+)浓度升高,而高浓度活性氧和(或)细胞质中Ca~(2+)作为信号分子,刺激或诱导细胞膜上SOD、APX、MDHAR、GR等酶活性的提高,在一定范围内消除了胁迫后期活性氧对果实细胞膜的伤害。然而,随着温度和光照胁迫加重,当果实活性氧产生速度远超过抗氧化系统清除速度时,此时液泡中的Ca~(2+)全部流入细胞质中,细胞失去了自动调节能力,再不能诱导抗氧化系统做出相应的响应(或者能力达不到实际需要),从而导致果实细胞膜系统遭受伤害,直至果实出现不同程度的生理伤害。


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