【摘要】：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-谷氨酸可以通過誘導(dǎo)果實(shí)(梨、番茄、柑橘)自身的抗性來(lái)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(24h以上)、處理濃度(100mg U1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GABA處理可有效抵御番茄果實(shí)腐生型病原菌Alternariaalternate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(shuō),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 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,植物激素代謝和次級(jí)代謝等多條與果實(shí)抗性密切相關(guān)的路徑。綜上所述,L-谷氨酸可以通過誘導(dǎo)果實(shí)抗性有效抵御果實(shí)的病害,其機(jī)理可能與激活GABA支路、碳氮代謝和水楊酸路徑,同時(shí)抑制乙烯/茉莉酸路徑有關(guān)。
[Abstract]:In the practice of postharvest storage and transportation of fruit, fruit decay caused by fungal diseases will cause great economic loss. Although chemical fungicides are still the main control methods for controlling postharvest diseases, under the guidance of the concept of health and environmental protection, the types and limits of their use and scope are more stringent and limited. The inherent resistance mechanism of the fruit has become a new concept and new means for the prevention and control of postharvest diseases of the fruit. As one of the most important amino acids in the organism, L- glutamic acid and its sodium salt are widely used in various fields of real life. It has the characteristics of safe and environmental protection, low price, easy access and simple use of.L- glutamic acid. Plant metabolism occupies a very important position, not only to participate in the synthesis of a variety of metabolic substances related to stress resistance, but also plays an important role in the response to abiotic stress. However, there are few reports on its role in the plant disease defense response. This paper uses L- glutamic acid as a exogenous inducer. The prevention and control effect on postharvest diseases of fruit was discussed, and the resistance mechanism of L- glutamic acid to fruit was studied through multiple levels and angles of genes, proteins and substances. The results not only provide a theoretical basis for the development of a new type of fresh preservative based on L- glutamic acid, but also provide a new perspective and strategy for the study of plant resistance. The main results are as follows: (1) L- glutamic acid can resist or delay the development of postharvest diseases by inducing the resistance of the fruit (pear, tomato, citrus) itself, and the inhibition effect and induction time (above 24h), the treatment concentration (100mg U1) and other factors closely related to.L- glutamic acid, whether by pre harvest spraying or after postharvest treatment It can effectively improve the resistance of fruit to Postharvest Pathogens, and has broad application prospects in the field of fruit preservation and preservation. (2) L- glutamic acid as a precursor of gamma aminobutyric acid (GABA) activates the expression of key genes related to GABA synthesis and metabolism in the GABA branch of tomato fruit, and the exogenous GABA treatment can effectively resist tomatoes. The infection of the fruit saprophytic pathogen Alternariaalternate, its mechanism and activation of the.GABA branch related to the activation of the GABA branch in the fruit of the fruit may be related to the strengthening of the three carboxylic acid (TCA) cycle path to provide more energy for the defense response; on the other hand, it may prevent the accumulation of active oxygen and reduce cell death. The induction mechanism of L- glutamic acid on tomato fruit resistance may be closely related to the GABA branch. (3) after L- glutamic acid treatment, the main nitrogen metabolism pathway of the respiratory climacteric fruit tomato is activated by the GS on the cycle of glutamine synthetase / glutamic synthetase (GS/ GOGAT). At the same time, it is associated with carbon metabolism. The genes encoding hexokinase and pyruvate kinase in the glycolysis pathway and the malate dehydrogenase and succinic dehydrogenase in the TCA cycle are strongly induced. That is to say, the resistance mechanism of L- glutamic acid to A.alternata may be related to the activation of carbon and nitrogen metabolism pathway. (4) the fruit of tomato is treated with Salicylic acid after L- glutamic acid treatment. Genes related to the pathway of signaling, such as PAL, NPR1, TGA1, TGA2, WRKY70 and PR genes, are significantly up-regulated, and the two key ethylene synthetase genes on the ethylene synthesis pathway, ACS, ACO and ethylene receptor ETR3, are strongly suppressed in the transcriptional expression of ETR4; the LOX1 on the jasmonic acid synthesis pathway is downregulated and its signal turns Jasmonate receptor COI1 on the guide path, the transcriptional level of the transcriptional factor MYC2 and the jasmonic acid induced protease inhibitor PI- II, while the negative regulatory transcription factor JAZ1 has a certain upward trend. It is known that the resistance mechanism of L- glutamic acid to the Postharvest black spot of tomato fruit may be dependent on the synthesis and letter of salicylic acid. There was a certain inhibitory effect of glutamic acid on the synthesis of ethylene / jasmonic acid and signal pathway. (5) the results of the relative and absolute quantitative (iTRAQ) test of the same heavy isotopes showed that 97 proteins in the tomato fruit treated with glutamic acid were significantly expressed in comparison with the control group, and the 42 proteins were significantly down expressed, and these differences were different. The protein was significantly enriched in the interaction of plant and pathogenic bacteria, synthesis of phenylpropane, energy metabolism (oxidation phosphorylation and polysaccharide decomposition pathway), fatty acid metabolism and other metabolic pathways closely related to plant resistance. (6) the results of the changes in the material content of tomato fruit by GC / MS (GC-MS) were analyzed. The results showed that L- glutamic acid may activate the energy metabolism of fruit, amino acid metabolism and the pathway of salicylic acid signal, and have certain inhibitory effects on the synthesis pathway of ethylene / jasmonic acid. (7) the results of the transcription of Citrus transcriptional expression of non climacteric fruit show that L- glutamic acid under the condition of unplanted pathogen Penicillium digitatum There were 623 up-regulated genes and 647 down-regulated genes in the citrus fruits compared with the control group. Under the condition of inoculation, the L- glutamic acid treatment group had 234 up-regulated genes and 193 down-regulation genes. These genes involved carbon metabolism, amino acid metabolism, plant irritable Sudache and secondary metabolism, which were closely related to the fruit resistance. In summary, L- glutamic acid can effectively resist fruit disease by inducing fruit resistance. The mechanism may be related to the activation of the GABA branch, carbon and nitrogen metabolism and salicylic acid pathway, and the inhibition of the ethylene / jasmonate pathway.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TS255.3

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本文編號(hào)：2133800