饥饿胁迫下龙眼乙烯和H2O2信号发生及其在脱落调节上的互作

本项目以龙眼为研究试材，研究饥饿胁迫下，果实各组织和果柄离区的糖含量和组分变化，分析其糖和能量代谢变化特点，揭示H2O2的发生机制，H2O2和乙烯发生的时空变化；探索H2O2对果柄离层活动的调节机制，分析其发生与乙烯合成系统、乙烯响应机制表达、IAA含量、离层细胞壁水解酶（cellulase等）活性变化的关系，结合乙烯抑制剂、H2O2清除剂、外源乙烯和H2O2发生剂单独或配合等处理的药理学手段，探明H2O2与乙烯信号途径的互作方式；揭示饥饿胁迫下，果实的存在对离层活动的影响，比较去果和留果的果柄离层对饥饿胁迫响应差异，探索果实感受饥饿胁迫信号分子的发生和向离层的转移的可能性。通过本项目研究，构建饥饿胁迫引发果实脱落的信号调节机制，丰富落果调控机制的理论知识，为保果或疏果新技术开发提供理论依据。

许多果树需采取保果技术以减少落果，保证产量；也有的果实需疏果才能保证品质的形成。因此，探索果实脱落调控机制对高效保果/疏果技术形成提供重要理论依据。利用环剥+去叶处理或离树处理中断果实碳素营养供应，引发果实饥饿胁迫，可在7d内引发全部果实脱落。本项目利用此实验系统分析饥饿胁迫诱导果实脱落的信号机制，重点探明活性氧（ROS）、乙烯、IAA等信号分子在调控离层活动的角色及其相互作用。研究结果表明，环剥+去叶处理导致1d内果实和果柄可溶性糖显著下降，同时也使果实能荷显著降低。离层的分离涉及程序性细胞死亡及胞间层瓦解细胞分离。饥饿胁迫处理通过上调质膜NADPH氧化酶活性，导致了离层细胞外ROS短暂爆发。随后ROS的消失可能与POD、CAT和SOD活性的上升有关。用ROS清除剂DMTU处理，可显著抑制脱落发生，表明ROS参与了脱落的启动。本研究表明，饥饿胁迫处理后1-2d产生的ROS主要分布于质外体细胞壁中，而4d在线粒体中有分布，表明ROS可能参与了离层活动中细胞壁修饰和细胞程序性死亡。饥饿胁迫诱导乙烯显著上升，但晚于ROS的爆发。外源乙烯可完全消除DMTU对脱落和纤维素酶的抑制，而ROS发生剂百草枯（MV）并不能完全消除硫代硫酸银（STS）对脱落和离层纤维素酶的抑制效应，显示乙烯对脱落的调控可能发生在ROS的下游。去除感受饥饿胁迫的果实反而加快脱落过程，显示启动离层活动的信号并非来自果实；去除对照果实也快速启动离层活动，显示果实提供了抑制离层活动的信号。而在饥饿胁迫下，这一信号减弱。进一步发现IAA是抑制离层活动的信号。饥饿胁迫下，果实、果柄IAA含量及IAA输出能力均显著下降，而IAA氧化酶活性显著上升。果柄中与IAA极性运输有关的质膜H+-ATPase（质子泵）和Ca2+-ATPase（钙泵）活性明显下降。基于这些研究结果，提出了饥饿胁迫诱发果实脱落的机理模式：一方面，饥饿胁迫诱发了离层细胞ROS积累，促进乙烯产生，启动离层皮层细胞的凋亡和细胞壁松弛瓦解，进而导致离层组织分离；另一方面，饥饿胁迫导致果实中抑制脱落的IAA合成减弱，促进IAA氧化酶活性，同时降低了果实IAA极性运输能力，导致离层对乙烯敏感性增加，进而导致脱落发生。本研究丰富了果实脱落调控生理机制的认识，有较强的理论意义。同时，构建了促进荔枝坐果的营养调控专利配方，克服了‘妃子笑’花而不实的问题。

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