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香石竹(Dianthus caryophyllus)以花朵形态优美、花色艳丽多姿倍受广大消费者喜爱,是市场上最具竞争力切花之一;但香石竹切花易于失水、脱色,加上采收贮运过程中的机械损伤和病害侵染,花瓣很快衰败和枯萎。香石竹切花衰老是限制切花采后贮运、导致切花瓶插寿命缩短及观赏品质下降的主要因素。近年来的研究表明,组织能量亏损是引起植物衰老的关键因素,维持能量水平有助于延迟植物衰老。本论文首次从切花的瓶插品质、呼吸和乙烯的大小、细胞膜完整性、能量水平、抗氧化能力、呼吸电子传递途径以及扩张蛋白(Expansin)和木葡聚糖内糖基转移酶(XET)基因表达等方面,研究了能量对香石竹切花衰老的影响及其作用机制。主要的研究结果如下:
1.ATP处理显著延长了香石竹切花的瓶插寿命,提高了切花的瓶插品质。香石竹切花经0.1mmol/LATP处理后,瓶插寿命延长了28%,达到最大花径的瓶插时间推迟了1.7d。ATP处理还增加了花径大小,并保持切花体内较高含水量;同时有效抑制切花整个瓶插期间乙烯产生,并降低乙烯释放率高峰值,维持较高呼吸速率。呼吸解耦联剂(二硝基苯酚,DNP)处理加快了香石竹切花衰老并降低切花瓶插寿命和品质。
2.外源ATP处理可维持香石竹切花在瓶插过程中组织的细胞膜完整性,表现为延迟了香石竹切花花瓣细胞膜透性的增加。ATP处理对切花细胞膜完整性的影响主要表现在对脂酶、磷脂酶D和脂氧合酶等膜脂降解相关酶活性的抑制作用。香石竹切花经DNP处理后,质膜透性明显增加,脂酶、磷脂酶D和脂氧合酶活性均明显提高。
3.随着瓶插时间延长,香石竹切花花瓣组织的ATP含量和能荷水平迅速下降,腺苷磷酸(AMP)含量上升。AIP处理能保持花瓣组织较高ATP含量和能荷水平,并抑制AMP在瓶插4d后的上升趋势。香石竹切花经DNP处理后,整个瓶插期间花瓣组织的ATP、ADP的含量和能荷水平均明显下降,而AMP含量明显升高,进一步证实了外源AIP处理维持了组织较高的ATP含量和能荷水平,从而保持组织正常代谢。
4.AIP处理明显减缓香石竹切花膜脂质过氧化进程,诱导了花瓣组织超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的活性显著增加,抑制了过氧化物酶(POD)活性的升高,并增加切花整个瓶插期间对DPPH自由基的清除能力,提高了切花膜脂过氧化保护酶活性和抗氧化能力。DNP处理切花后,SOD和CAT活性显著降低,POD活性明显增加,进一步证实了ATP具有提高香石竹切花抗氧化能力的作用。
5.香石竹切花在瓶插期间细胞色素途径出现两个高峰。细胞色素途径与总呼吸大小存在显著正相关,但交替呼吸途径容量和运行活性在整个瓶插期间变化不大,而交替途径运行系数表现出下降趋势。另外,细胞色素途径占总呼吸的比重在瓶插4d后上升,揭示香石竹切花在瓶插过程中线粒体电子传递主要依靠细胞色素途径。AIP处理导致了抗氰交替途径容量、实际运行活性明显增加和交替途径运行系数迅速上升以及抗氰交替途径占总呼吸比重在瓶插4d后迅速上升,说明ATP处理诱导了抗氰交替途径容量,并且该抗氰交替途径容量与总呼吸存在显著正相关。
6.Dc-Exp2基因在香石竹切花的花蕾期表达量较低。随着切花开放,该基因表达加强,并在切花开放至最大时,表达最强,但花瓣枯萎时表达又减弱,这表明Dc-Exp2基因参与了香石竹切花的开放和枯萎过程。ATP处理加强了香石竹切花开放期的Dc-Exp2基因表达,但抑制了随后该基因表达,表明AIP处理可通过调控Dc-Exp2基因表达在香石竹切花衰老过程中起作用。
在香石竹切花瓶插中,Dc-XET2表达在花蕾期最为丰富,但随着花朵的开放,表达量逐渐减弱,至衰老最终阶段几乎没有任何表达。AIP处理抑制了切花开放至花朵最大以及衰老阶段的Dc-XET2表达。ATP处理具有STS极为相似的效应,暗示AIP处理抑制Dc-XET2表达可能与乙烯作用受抑有关。