番茄揮發(fā)性物質在不同發(fā)育時期的變化及其對寡糖誘導子響應的差異.pdf

1、植物合成并釋放一定量的揮發(fā)性物質(Volatile organic compound，VOCs)，這些揮發(fā)性物質包括烷烴、烯烴、醇、醛、醚、酯和羧酸，是植物次生代謝產物中的一個重要類群。揮發(fā)性物質的大部分組分具有抑菌活性，是植物抗性的物質基礎和抵御病原侵染的化學防御因素；其中一些組分是防御基因表達的調節(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分子。因此，揮發(fā)性物質在植物防御、通訊和/或抵制極端環(huán)境中發(fā)揮著重要的作用。發(fā)

2、育進程、誘導子、環(huán)境因素及各種脅迫均影響植物揮發(fā)性物質的釋放。不同病害侵染不同發(fā)育時期的植物，植物在不同發(fā)育期對同一病害的敏感性不同，這種差異和植物揮發(fā)性物質之間的關系是本文研究的主要內容。 本文用GC/MS法測定了番茄葉片在不同發(fā)育時期(發(fā)育階段與葉齡)揮發(fā)性物質釋放變化特性，探討了其抑菌活性和植物系統抗性的關系；研究了殼寡糖對不同發(fā)育時期番茄葉片揮發(fā)性物質釋放的影響特性；進一步全面的確定了牛蒡低聚果糖對植物系統抗性中重要事件

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

4、戰(zhàn)接種法調查了番茄葉片對灰葡萄孢的敏感性。結果發(fā)現：隨著植株的生長，同葉齡番茄葉片釋放的VOCs質和量均顯著增加；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)育階段中的表達量與VOCs的釋放具有一定的正相關性。脂氧合酶和苯丙氨酸轉氨酶活性隨著植株的生長而逐漸增加，分別于十葉期和開花期達到最高。VOCs的抑菌能力，

5、隨著植株生長而逐漸增強；不同發(fā)育時期番茄葉片對灰葡萄孢的敏感性隨著植株的生長而顯著降低，開花期植株比二葉期植株對灰葡萄的抗性高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病原真菌抗性隨著植株生長顯著增加；番茄葉片VOCs合成途徑中關鍵酶基因表達量及酶活性與VOCs的釋放呈一定的正相關。 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，和葉片對灰葡萄孢敏感性的差異。結果發(fā)

6、現：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灰葡萄孢敏感性隨著葉齡的增加而降低，與VOCs的質和量成正相關。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)育時期番茄防御酶同工酶酶譜及防御酶活性的差異。結果發(fā)現，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均顯著增加；葉齡對三種同工酶的影響顯著低于植株發(fā)育階段對這三種酶的影響。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，幾丁質酶活性變化不大。該研究表明，植物的一些抗

8、病防御相關因子與植物發(fā)育時期密切相關，植株發(fā)育階段對葉片防御相關因子的影響顯著高于葉齡對它的影響。 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CO的響應。結果發(fā)現：同葉齡番茄葉片VOCs的釋放對CO的響應依賴于植株的發(fā)育階段；CO處理后，二葉期植株的響應最強，VOCs的總量及主要組分在48 h內有所下降，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誘導后，二葉期植株番茄葉片內脂氧合酶和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幾丁質酶活性顯著增加，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的釋放及防御相關酶對CO誘導的響應與植物的發(fā)育階段密切相關。 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CO的響應。結果發(fā)現：不同葉齡番茄葉片VOCs釋放對CO的響應有顯著差異；經CO誘導后，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，成熟葉的響應顯著高于衰老葉。CO誘導后，幼葉、成熟葉和衰老葉對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CO的響應

11、依賴于葉齡；CO誘導后不同葉齡番茄葉片VOCs釋放量與葉片對病原真菌抗性的提高呈一定相關性。 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對不同發(fā)育階段植株番茄VOCs釋放及防御酶活性的影響。結果發(fā)現：同葉齡番茄葉片VOCs的釋放對BFO的響應依賴于植株的發(fā)育階段；BFO誘導后，六葉期植株的響應最強，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時總量增加為對照組的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最強，其次為六葉期；同葉齡番茄葉片幾丁質酶對BFO的響應隨著植株的生長而增強。 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、防御相關因子及葉片的

13、病原敏感性對BFO的響應。結果發(fā)現：BFO誘導后，幼葉VOCs的釋放量顯著降低，脂肪酸衍生物在24 h內顯著增加，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源自由基產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相似，其中幼葉響應較強；幾丁質酶活性在成熟葉中響應最高，其次為幼葉；BFO處理后，幼葉防御酶同工酶的響應最高，其次為成熟葉。BFO處理后，三個葉齡番茄葉片對灰葡萄孢的抗性均顯著增強；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病原真菌的抗性，這種抗性的提高除與VOCs的

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

16、-葡聚糖酶和幾丁質酶活性顯著增加，系統葉較局部葉遲緩。該研究表明，BFO能夠通過依賴于水楊酸的信號轉導途徑誘導植物系統抗性。 9.以黃瓜子葉為材料，研究稀土元素釹對氧脅迫下的植物保護作用，及釹和鑭對黃瓜子葉抗性相關生理指標的影響。結果發(fā)現： Nd3+預處理及Nd3+與H2O2同時處理都能顯著降低H2O2對植物造成的傷害，緩解氧脅迫引起的細胞膜相對透性增加、自由基產生速率和MDA含量升高，光化學效率降低。Nd3+和La3+處理后，

17、黃瓜子葉內源SA及SAG的含量迅速升高；內源O2·產生速率在12 h內逐漸升高，隨后降低；β-1，3-葡聚糖酶和幾丁質酶活性顯著增加。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細胞膜，減輕植物所受傷害；稀土元素釹和鑭通過植物水楊酸信號轉導途徑提高植物抗性。 綜上所述，番茄葉片揮發(fā)性物質的釋放隨著發(fā)育時期的變化有顯著不同，與植物對病原真菌敏感性的差異相一致，揮發(fā)性物質中的大部分組分具有抑菌活性，是植物抵御病原侵染的化