论文部分内容阅读
晚熟脐橙是柑橘中成熟期较晚的一类脐橙品种，如伦晚脐橙(Citrus sinensis Osbeck‘Lanelate’ Navel)，其品质优良，适合在我国三峡库区种植，为优化我国柑橘品种结构和延长柑橘鲜果供应期发挥了重要作用。但近年来，该品种在果实成熟期间出现了严重枯水现象，汁胞枯水为一种生理性病害，大大降低了果实的食用品质和商品价值。因此，汁胞枯水发生原因和机理的研究成为晚熟脐橙生产的关键问题。本课题以晚熟脐橙品种‘伦晚脐橙’和‘红肉脐橙’(Citrus sinensis Osbeck‘Cara Cara’ Navel)为试材，研究冬季低温和海拔对晚熟脐橙果实枯水和品质的影响，阐明湖北三峡库区晚熟脐橙果实枯水发生的原因；研究果实采前汁胞枯水相关的生理变化及基因表达，通过RNA-Seq测序，筛选果实枯水相关差异表达基因和靶基因，分析与汁胞枯水相关基因表达的变化，阐明果实采前枯水生理和分子机理；开展晚熟脐橙种植区域布局研究，探讨冬季套袋和覆膜对晚熟脐橙果实枯水和品质的影响，为湖北三峡库区采前果实枯水的栽培防控技术提供理论指导。本研究主要研究结果如下：
1.冬季低温和海拔对晚熟脐橙采前果实枯水与品质的影响
湖北三峡库区晚熟脐橙果实枯水与冬季低温紧密相关，果实枯水主要由冬季低温诱导发生。冬季低温和海拔对晚熟脐橙果实枯水和品质有很大影响，在湖北三峡库区，较高海拔处(520 m)果实品质显著低于中、低海拔处(380~220m)，其果实可溶性固形物含量、固/酸比值、含水量、果汁率等均较低，果面着色较差，随采收期的延长，果实水分含量逐渐降低以致枯水，果实在花期(4月下旬)和新梢生长期(5月上旬)枯水发生比例高，分别达到50.0%和38.8%，且枯水指数增加，枯水程度逐渐加重，在春梢生长末期，果肉总含水量减少10.0%左右，而中、低海拔处在试验期间基本未观察到枯水果的发生。
2.晚熟脐橙果实采前枯水的生理机制研究
细胞组织结构观察表明，果实汁胞枯水导致细胞壁纤维素、壁增厚、细胞内含物减少，并且细胞逐渐皱缩和中空。果实枯水率和枯水程度在花期明显增加，汁胞含水量和果汁率显著降低。果实呼吸速率随果实枯水的发生发展先上升后快速下降。同时，果实中可溶性固形物(TSS)和可滴定酸(TA)含量显著下降，汁胞颜色变浅。随汁胞枯水级别的增加，果胶、纤维素和木质素的含量增加。汁胞枯水的发生引起了细胞壁代谢相关酶活性的较大变化，其中果胶甲酯酶(PME)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的活性增加，而多聚半乳糖醛酸酶(PG)、纤维素酶(CL)的活性降低。同时，汁胞枯水也导致了内源激素发生显著变化，Auxin、GA3等随枯水加重呈现显著下降趋势，但ABA在枯水时保持较高含量，这些物质含量的改变引起了果实内源激素的失衡，成为加速果实枯水的重要原因之一。
3.晚熟脐橙果实采前枯水的分子机制研究
在晚熟脐橙采前枯水果实中共鉴定出差异表达基因903个，大多数基因在9个代谢通路中显著富集，qRT-PCR结果表明果实汁胞枯水与细胞壁代谢紧密相关。另外，与果胶分解相关的PME基因上调表达，PG基因则下调表达；与木质素合成相关的苯丙氨酸酶(PAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和POD上调表达，而参与纤维素分解的CL下调表达。这些基因的表达模式与qRT-PCR所揭示的低温处理的表达模式一致，进一步证实了冬季低温与晚熟脐橙越冬果实枯水形成有关。因此，低温通过影响晚熟脐橙果实的细胞壁代谢而加剧果实枯水。同时，鉴定到136个knownmiRNA和6个novelmiRNA，其中有24个miRNA在枯水果实中存在显著性差异表达。功能富集分析和代谢途径分析表明靶基因的功能主要集中于3个通路，其中植物激素信号转导在晚熟脐橙果实响应枯水的分子信号途径中起着重要的功能，与mRNA转录测序中代谢途径分析结果一致。miRNA参与抗病相关基因的调控可能通过介导抗病基因的表达来提高晚熟脐橙果实抗病性。综上所述，晚熟脐橙果实汁胞内细胞受内源激素、细胞壁相关生理代谢、次生代谢生物合成、激素信号转导等相关基因以及参与胁迫、刺激响应的miRNA靶基因的调控，发生糖酸物质代谢、营养物质消耗等一系列生理生化变化，汁胞水分和内含物质的不断转移和消耗，最终导致果实汁胞崩塌和枯水。初步形成了由冬季低温诱导的晚熟脐橙采前果实枯水的生理和分子机理。
4.晚熟脐橙果实采前枯水防控栽培技术研究
试验探讨了湖北三峡库区晚熟脐橙果实枯水防控栽培技术，进行了晚熟脐橙种植区域布局研究，结果表明，在湖北三峡库区，江南晚熟脐橙适宜区域化种植在海拔360m以下，江北在海拔350m以下。在适宜范围外，随海拔升高，晚熟脐橙果实品质下降，可食率、果汁率降低，酸下降快，果实化渣性变差，果实枯水加重。其次，探讨了晚熟脐橙果实枯水防控生产技术，冬季套袋试验效果好，果实枯水比率控制在5%以下，显著低于对照果实(枯水率50%)，可有效减轻和防止晚熟脐橙果实枯水，而且套袋果实外观好，品质优。覆膜技术效果其次，果实枯水比率可以控制在20%以下，而且该技术简便、劳动量小且成本较低，可以在生产中应用。
1.冬季低温和海拔对晚熟脐橙采前果实枯水与品质的影响
湖北三峡库区晚熟脐橙果实枯水与冬季低温紧密相关，果实枯水主要由冬季低温诱导发生。冬季低温和海拔对晚熟脐橙果实枯水和品质有很大影响，在湖北三峡库区，较高海拔处(520 m)果实品质显著低于中、低海拔处(380~220m)，其果实可溶性固形物含量、固/酸比值、含水量、果汁率等均较低，果面着色较差，随采收期的延长，果实水分含量逐渐降低以致枯水，果实在花期(4月下旬)和新梢生长期(5月上旬)枯水发生比例高，分别达到50.0%和38.8%，且枯水指数增加，枯水程度逐渐加重，在春梢生长末期，果肉总含水量减少10.0%左右，而中、低海拔处在试验期间基本未观察到枯水果的发生。
2.晚熟脐橙果实采前枯水的生理机制研究
细胞组织结构观察表明，果实汁胞枯水导致细胞壁纤维素、壁增厚、细胞内含物减少，并且细胞逐渐皱缩和中空。果实枯水率和枯水程度在花期明显增加，汁胞含水量和果汁率显著降低。果实呼吸速率随果实枯水的发生发展先上升后快速下降。同时，果实中可溶性固形物(TSS)和可滴定酸(TA)含量显著下降，汁胞颜色变浅。随汁胞枯水级别的增加，果胶、纤维素和木质素的含量增加。汁胞枯水的发生引起了细胞壁代谢相关酶活性的较大变化，其中果胶甲酯酶(PME)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的活性增加，而多聚半乳糖醛酸酶(PG)、纤维素酶(CL)的活性降低。同时，汁胞枯水也导致了内源激素发生显著变化，Auxin、GA3等随枯水加重呈现显著下降趋势，但ABA在枯水时保持较高含量，这些物质含量的改变引起了果实内源激素的失衡，成为加速果实枯水的重要原因之一。
3.晚熟脐橙果实采前枯水的分子机制研究
在晚熟脐橙采前枯水果实中共鉴定出差异表达基因903个，大多数基因在9个代谢通路中显著富集，qRT-PCR结果表明果实汁胞枯水与细胞壁代谢紧密相关。另外，与果胶分解相关的PME基因上调表达，PG基因则下调表达；与木质素合成相关的苯丙氨酸酶(PAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和POD上调表达，而参与纤维素分解的CL下调表达。这些基因的表达模式与qRT-PCR所揭示的低温处理的表达模式一致，进一步证实了冬季低温与晚熟脐橙越冬果实枯水形成有关。因此，低温通过影响晚熟脐橙果实的细胞壁代谢而加剧果实枯水。同时，鉴定到136个knownmiRNA和6个novelmiRNA，其中有24个miRNA在枯水果实中存在显著性差异表达。功能富集分析和代谢途径分析表明靶基因的功能主要集中于3个通路，其中植物激素信号转导在晚熟脐橙果实响应枯水的分子信号途径中起着重要的功能，与mRNA转录测序中代谢途径分析结果一致。miRNA参与抗病相关基因的调控可能通过介导抗病基因的表达来提高晚熟脐橙果实抗病性。综上所述，晚熟脐橙果实汁胞内细胞受内源激素、细胞壁相关生理代谢、次生代谢生物合成、激素信号转导等相关基因以及参与胁迫、刺激响应的miRNA靶基因的调控，发生糖酸物质代谢、营养物质消耗等一系列生理生化变化，汁胞水分和内含物质的不断转移和消耗，最终导致果实汁胞崩塌和枯水。初步形成了由冬季低温诱导的晚熟脐橙采前果实枯水的生理和分子机理。
4.晚熟脐橙果实采前枯水防控栽培技术研究
试验探讨了湖北三峡库区晚熟脐橙果实枯水防控栽培技术，进行了晚熟脐橙种植区域布局研究，结果表明，在湖北三峡库区，江南晚熟脐橙适宜区域化种植在海拔360m以下，江北在海拔350m以下。在适宜范围外，随海拔升高，晚熟脐橙果实品质下降，可食率、果汁率降低，酸下降快，果实化渣性变差，果实枯水加重。其次，探讨了晚熟脐橙果实枯水防控生产技术，冬季套袋试验效果好，果实枯水比率控制在5%以下，显著低于对照果实(枯水率50%)，可有效减轻和防止晚熟脐橙果实枯水，而且套袋果实外观好，品质优。覆膜技术效果其次，果实枯水比率可以控制在20%以下，而且该技术简便、劳动量小且成本较低，可以在生产中应用。