番茄揮發(fā)性物質(zhì)在不同發(fā)育時(shí)期的變化及其對(duì)寡糖誘導(dǎo)子響應(yīng)的差異.pdf

1、植物合成并釋放一定量的揮發(fā)性物質(zhì)(Volatile organic compound，VOCs)，這些揮發(fā)性物質(zhì)包括烷烴、烯烴、醇、醛、醚、酯和羧酸，是植物次生代謝產(chǎn)物中的一個(gè)重要類群。揮發(fā)性物質(zhì)的大部分組分具有抑菌活性，是植物抗性的物質(zhì)基礎(chǔ)和抵御病原侵染的化學(xué)防御因素；其中一些組分是防御基因表達(dá)的調(diào)節(jié)因子，是病原侵染過程中植株組織間或相鄰植株間傳遞信息的信號(hào)分子。因此，揮發(fā)性物質(zhì)在植物防御、通訊和/或抵制極端環(huán)境中發(fā)揮著重要的作用。發(fā)

2、育進(jìn)程、誘導(dǎo)子、環(huán)境因素及各種脅迫均影響植物揮發(fā)性物質(zhì)的釋放。不同病害侵染不同發(fā)育時(shí)期的植物，植物在不同發(fā)育期對(duì)同一病害的敏感性不同，這種差異和植物揮發(fā)性物質(zhì)之間的關(guān)系是本文研究的主要內(nèi)容。 本文用GC/MS法測(cè)定了番茄葉片在不同發(fā)育時(shí)期(發(fā)育階段與葉齡)揮發(fā)性物質(zhì)釋放變化特性，探討了其抑菌活性和植物系統(tǒng)抗性的關(guān)系；研究了殼寡糖對(duì)不同發(fā)育時(shí)期番茄葉片揮發(fā)性物質(zhì)釋放的影響特性；進(jìn)一步全面的確定了牛蒡低聚果糖對(duì)植物系統(tǒng)抗性中重要事件

3、的效應(yīng)，證實(shí)該低聚果糖為高效的系統(tǒng)抗性調(diào)節(jié)子；本文還研究了稀土元素釹和鑭提高植物抗病性的機(jī)理。主要結(jié)果如下： 1.以不同發(fā)育階段植株上部相同葉齡番茄葉片為材料，動(dòng)態(tài)頂空吸附法收集葉片釋放的VOCs，GC/MS法對(duì)其進(jìn)行定性和定量分析；SQ-PCR法研究VOCs合成途徑中關(guān)鍵酶脂氧合酶、苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和4-香豆酸CoA連接酶基因的表達(dá)；測(cè)定了番茄葉片脂氧合酶和苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性；懸滴法檢測(cè)了番茄葉片釋放的VOCs的抑菌活性；離體挑

4、戰(zhàn)接種法調(diào)查了番茄葉片對(duì)灰葡萄孢的敏感性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著植株的生長(zhǎng)，同葉齡番茄葉片釋放的VOCs質(zhì)和量均顯著增加；二葉期、十葉期和開花期植株釋放的VOCs中分別鑒定出13、19和29種組分；開花期和十葉期植株VOCs總量分別是二葉期植株釋放量的5.36和11.3倍。合成酶基因在不同發(fā)育階段中的表達(dá)量與VOCs的釋放具有一定的正相關(guān)性。脂氧合酶和苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性隨著植株的生長(zhǎng)而逐漸增加，分別于十葉期和開花期達(dá)到最高。VOCs的抑菌能力，

5、隨著植株生長(zhǎng)而逐漸增強(qiáng)；不同發(fā)育時(shí)期番茄葉片對(duì)灰葡萄孢的敏感性隨著植株的生長(zhǎng)而顯著降低，開花期植株比二葉期植株對(duì)灰葡萄的抗性高66.7％。該研究表明，同葉齡番茄葉片VOCs的釋放量及其抑菌活性和葉片對(duì)病原真菌抗性隨著植株生長(zhǎng)顯著增加；番茄葉片VOCs合成途徑中關(guān)鍵酶基因表達(dá)量及酶活性與VOCs的釋放呈一定的正相關(guān)。 2.以開花期番茄為材料，研究了不同葉齡(按葉位劃分)番茄葉片VOCs釋放及其抑菌活性，和葉片對(duì)灰葡萄孢敏感性的差異。結(jié)果發(fā)

6、現(xiàn)：番茄葉片釋放VOCs的種類和量隨著葉齡的增加而減少，幼葉、成熟葉和衰老葉釋放的VOCs中分別鑒定出20、18和11種組分，幼葉VOCs的釋放量分別是成熟葉和衰老葉釋放量的1.42和3.09倍。番茄葉片VOCs的抑菌活性及葉片對(duì)灰葡萄孢敏感性隨著葉齡的增加而降低，與VOCs的質(zhì)和量成正相關(guān)。該研究表明，隨著葉齡的增加，番茄葉片VOCs的釋放量及其抑菌活性和葉片對(duì)病原真菌的抗性顯著降低。 3.以不同發(fā)育階段及開花期番茄植株為材料

7、，研究了不同發(fā)育時(shí)期番茄防御酶同工酶酶譜及防御酶活性的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同葉齡番茄葉片過氧化物酶、過氧化物歧化酶和酯酶同工酶隨植株生長(zhǎng)均顯著增加；葉齡對(duì)三種同工酶的影響顯著低于植株發(fā)育階段對(duì)這三種酶的影響。同葉齡番茄葉片的β-1，3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶在不同發(fā)育階段有顯著差異，β-1，3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶活性分別在開花初期和六葉期植株中活性最高；β-1，3-葡聚糖酶活性隨著葉齡的增加而升高，幾丁質(zhì)酶活性變化不大。該研究表明，植物的一些抗

8、病防御相關(guān)因子與植物發(fā)育時(shí)期密切相關(guān)，植株發(fā)育階段對(duì)葉片防御相關(guān)因子的影響顯著高于葉齡對(duì)它的影響。 4.以5.0 mg/ml殼寡糖(CO)處理不同發(fā)育階段番茄植株，研究了不同發(fā)育階段植株番茄葉片VOCs的釋放及防御酶對(duì)CO的響應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：同葉齡番茄葉片VOCs的釋放對(duì)CO的響應(yīng)依賴于植株的發(fā)育階段；CO處理后，二葉期植株的響應(yīng)最強(qiáng)，VOCs的總量及主要組分在48 h內(nèi)有所下降，隨后顯著升高；其次為六葉期植株，VOCs釋放量降低

9、，但組分種類顯著增加；開花期植株VOCs的釋放量顯著降低，組分變化不大。CO誘導(dǎo)后，二葉期植株番茄葉片內(nèi)脂氧合酶和β-1，3-葡聚糖酶活性的增加幅度最大，其次為六葉期，開花期植株這兩種酶活性也顯著增加，但增加幅度較平緩；六葉期和開花期植株番茄葉片內(nèi)幾丁質(zhì)酶活性顯著增加，二葉期植株中該酶活性沒有顯著變化。該研究表明，同葉齡番茄葉片VOCs的釋放及防御相關(guān)酶對(duì)CO誘導(dǎo)的響應(yīng)與植物的發(fā)育階段密切相關(guān)。 5.以殼寡糖處理開花期植株，研究

10、了不同葉齡番茄葉片VOCs釋放及病原真菌敏感性對(duì)CO的響應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同葉齡番茄葉片VOCs釋放對(duì)CO的響應(yīng)有顯著差異；經(jīng)CO誘導(dǎo)后，VOCs總量及四類化合物總量的變化相似，幼葉VOCs的釋放量在96 h前顯著下降，隨后有所回升；成熟葉和衰老葉VOCs的釋放量顯著升高，成熟葉的響應(yīng)顯著高于衰老葉。CO誘導(dǎo)后，幼葉、成熟葉和衰老葉對(duì)灰葡萄孢的抗性分別提高了33.1％、39.4％和34.2％。該研究表明，植物葉片VOCs的釋放對(duì)CO的響應(yīng)

11、依賴于葉齡；CO誘導(dǎo)后不同葉齡番茄葉片VOCs釋放量與葉片對(duì)病原真菌抗性的提高呈一定相關(guān)性。 6.以5.0 mg/ml牛蒡低聚果糖(BFO)處理二葉期、六葉期和開花期植株，研究BFO對(duì)不同發(fā)育階段植株番茄VOCs釋放及防御酶活性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：同葉齡番茄葉片VOCs的釋放對(duì)BFO的響應(yīng)依賴于植株的發(fā)育階段；BFO誘導(dǎo)后，六葉期植株的響應(yīng)最強(qiáng)，新檢出15種組分，VOCs總量、芳香族、單萜類和倍半萜類化合物量均顯著增加；其次為二

12、葉期植株，120 h時(shí)總量增加為對(duì)照組的238.8％，增加了5種組分；開花期植株VOCs的變化主要在量上，其總量、脂肪酸衍生物和倍半萜類組分的釋放量顯著降低，芳香族和單萜類組分含量均顯著增加。BFO處理后，β-1，3-葡聚糖酶的活性在二葉期植株中響應(yīng)最強(qiáng)，其次為六葉期；同葉齡番茄葉片幾丁質(zhì)酶對(duì)BFO的響應(yīng)隨著植株的生長(zhǎng)而增強(qiáng)。 7.以牛蒡低聚果糖處理開花期植株，研究不同葉齡番茄葉片VOCs的釋放及其抑菌活性、防御相關(guān)因子及葉片的

13、病原敏感性對(duì)BFO的響應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：BFO誘導(dǎo)后，幼葉VOCs的釋放量顯著降低，脂肪酸衍生物在24 h內(nèi)顯著增加，芳香族化合物先略有下降后顯著增加，萜類化合物顯著下降；成熟葉VOCs總量、脂肪酸衍生物和芳香族化合物釋放量都顯著增加，單萜類化合物變化不明顯，倍半萜類化合物略有增加；衰老葉四類揮發(fā)性化合物含量均顯著增加，其中單萜類組分增加最為顯著。BFO處理后，成熟葉和衰老葉VOCs的抑菌活性顯著增加，幼葉VOCs的抑菌活性基本沒有變化。B

14、FO處理后，不同葉齡番茄葉片內(nèi)源自由基產(chǎn)生速率隨著葉齡增加而增加；β-1，3-葡聚糖酶在不同葉齡番茄葉片中的變化趨勢(shì)相似，其中幼葉響應(yīng)較強(qiáng)；幾丁質(zhì)酶活性在成熟葉中響應(yīng)最高，其次為幼葉；BFO處理后，幼葉防御酶同工酶的響應(yīng)最高，其次為成熟葉。BFO處理后，三個(gè)葉齡番茄葉片對(duì)灰葡萄孢的抗性均顯著增強(qiáng)；其中衰老葉的增加幅度最大，其次為成熟葉，幼葉略低。該研究表明，BFO處理顯著提高不同葉齡番茄葉片對(duì)病原真菌的抗性，這種抗性的提高除與VOCs的

15、釋放有關(guān)外，也與氧爆發(fā)和防御酶活性密切相關(guān)。 8.以八葉期番茄為材料，研究牛蒡低聚果糖對(duì)植物水楊酸及水楊酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)因子的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：BFO誘導(dǎo)后，局部葉和系統(tǒng)葉中的SA和SAG水平顯著升高，系統(tǒng)葉的增加幅度低于局部葉。BFO處理后，局部葉內(nèi)PR2和Chit、LoxD和Pall基因表達(dá)量顯著增加；系統(tǒng)葉內(nèi)PR2、Chit和Pall的表達(dá)量也顯著升高，LoxD表達(dá)量有所下降。BFO處理后，局部葉和系統(tǒng)葉自由基產(chǎn)生速率、β-1，3

16、-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶活性顯著增加，系統(tǒng)葉較局部葉遲緩。該研究表明，BFO能夠通過依賴于水楊酸的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性。 9.以黃瓜子葉為材料，研究稀土元素釹對(duì)氧脅迫下的植物保護(hù)作用，及釹和鑭對(duì)黃瓜子葉抗性相關(guān)生理指標(biāo)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)： Nd3+預(yù)處理及Nd3+與H2O2同時(shí)處理都能顯著降低H2O2對(duì)植物造成的傷害，緩解氧脅迫引起的細(xì)胞膜相對(duì)透性增加、自由基產(chǎn)生速率和MDA含量升高，光化學(xué)效率降低。Nd3+和La3+處理后，

17、黃瓜子葉內(nèi)源SA及SAG的含量迅速升高；內(nèi)源O2·產(chǎn)生速率在12 h內(nèi)逐漸升高，隨后降低；β-1，3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶活性顯著增加。該研究表明，稀土元素釹可以通過直接降低自由基的水平而保護(hù)細(xì)胞膜，減輕植物所受傷害；稀土元素釹和鑭通過植物水楊酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑提高植物抗性。 綜上所述，番茄葉片揮發(fā)性物質(zhì)的釋放隨著發(fā)育時(shí)期的變化有顯著不同，與植物對(duì)病原真菌敏感性的差異相一致，揮發(fā)性物質(zhì)中的大部分組分具有抑菌活性，是植物抵御病原侵染的化