碳水化合物及脫水素基因在梨休眠過程中的作用.pdf

1、包括梨在內的多年生溫帶植物能夠適應從酷夏到嚴冬的極端溫度變化。這些多年生植物的一個重要特征就是在冬季嚴寒到來之前為了安全度過不良的生長環(huán)境分生組織的生命活動近乎停止并建立一種休眠狀態(tài)。一般來說，休眠的誘導是由光周期和溫度變化引起的，然后通過一定時長的低溫或外用化學藥劑來解除植物休眠?；钴S的生長到休眠的轉換涉及不同的形態(tài)、生理、生化、分子和發(fā)育過程，如芽分化，脫水，復水，抗寒鍛煉，碳水化合物的變化，酶活和分子水平的變化。相對于這一性狀的重

2、要性而言，生長和休眠轉變過程的研究還是很少。本論文在梨的兩個栽培品種上利用冷激處理和休眠破除劑處理來研究休眠的生理、生化和分子調控機理。主要結果總結如下:
　　1、梨芽和樹皮組織在低溫響應下的生化變化:低溫在花芽和葉芽休眠解除中的可能作用。
　　利用落葉后‘翠冠’離體枝條研究了冷處理對芽休眠的解除和生化物質變化影響。離體枝條在5℃條件下處理0、100、200、300、400、500、600和700小時(正需冷單元;PCU)。

3、梨花芽和葉芽分別在300PCU和600PCU達到50％的萌芽率。平均萌芽時間與冷處理的時間成反比。低溫處理刺激了所有的器官淀粉的水解，同時蔗糖開始積累。蔗糖和山梨糖醇在冷處理過程中迅速積累并且分別在100PCU、400PCU和100PCU在花芽、葉芽和樹皮中達到峰值，之后含量開始下降直到達到打破休眠所需需冷量（花芽的需冷量為300PCU，葉芽的需冷量為600PCU），之后含量開始增加一直到700PCU。芽中己糖（葡萄糖和果糖）一直不斷積

4、累直到700PCU。在樹皮中，果糖和葡萄糖含量增加直到400PCU,然后隨著PCU的增加而逐漸下降。在所有器官，特別是花芽和葉芽中，總的淀粉分解酶活性和α淀粉酶活性在達到100PCU前都有增加，然后在葉芽和花芽中有所下降，在內休眠解除后再次上升。然而，在低溫處理條件下，芽中蔗糖含量和蔗糖酶的活性依然保持較高水平，可能是因為蔗糖轉運到芽當中，增大了芽的庫強。結果表明需冷量不足條件下導致己糖積累不足可能會造成萌芽率較低。足夠的低溫可能通過增

5、加可溶性糖的含量，增強酸性轉化酶的活性和降低低淀粉的含量來解除芽休眠并且提高其萌芽率。
　　2、氰胺和硫脲對‘圓黃’梨休眠解除過程中芽和樹皮中碳水化合物代謝和脯氨酸含量的影響。
　　本文研究了氰胺和硫脲在加速休眠解除過程中的作用及其對‘圓黃’芽和樹皮中碳水化合物含量、酶活和脯氨酸含量的變化影響。利用氰胺水溶液、硫脲水溶液處理離體枝條并以清水培養(yǎng)作為對照來研究氰胺和硫脲對萌芽率的影響。芽休眠的解除依靠萌芽率這一指標來反應。平均

6、萌芽時間(MTB)較短的梨芽含有較低的淀粉含量，較高的蔗糖含量，酶活和脯氨酸含量。氰胺水溶液、硫脲水溶液處理和清水處理離體枝條的花芽萌芽率達到50％的天數(shù)分別為18天、22天和30天，而葉芽的萌芽率達到50％的天數(shù)分別為22天、26天。氰胺和硫脲處理枝條之后分別在5或10天后所有器官中淀粉水解加速并且伴有糖類的積累。這些在處理之后很短時間內的變化可能跟休眠的解除有關。事實上，伴隨著休眠的解除，我們發(fā)現(xiàn)可溶性糖含量、α淀粉酶活性、淀粉水解

7、活性和堿性蔗糖酶的活性在芽中急劇降低，但是酸性蔗糖酶活性依然較高。這一結果與樹皮中不同。所有的組織脯氨酸濃度在離體枝條處理之后都先增加后下降，但是氰胺處理的效果比硫脲處理明顯。這些結果說明氰胺和硫脲通過激發(fā)了生化活動引起了休眠的解除。我們的觀察結果顯示氰胺、硫脲處理對糖積累或分解、酶活的變化的時間可能影響了休眠解除的時間和恢復生長的時間。
　　3、梨脫水素家族基因的全基因組鑒定、特征及表達分析。
　　脫水素是一類復雜的植物蛋

8、白家族，在干旱、高鹽以及低溫等環(huán)境脅迫下保護高等植物細胞免受脫水和干旱傷害中起重要的作用。梨是重要的經(jīng)濟果樹廣泛分布于全球溫帶地區(qū)，有關梨的DHN基因的研究非常有限。為了獲得了解梨的DHN基因家族，闡明其在低溫條件下在梨花芽中的作用，我們從梨全基因組數(shù)據(jù)中鑒定出7條PpDHN家族基因。對根據(jù)這些基因推定的蛋白序列的此對分析結果表明這些蛋白包含典型的K結構域?；诨蛱卣骱途垲惤Y果可將這些基因分為SKn、YnSK、YKn和Kn組。層序聚類

9、分析表明在非脅迫的梨樹中，PpDHN基因可在所有營養(yǎng)器官/組織中表達，除了PpDHN1，PpDHN3以及PpDHN4在成熟葉片以及頂芽中不表達。在低溫處理的花芽中4個PpDHN基因的轉錄水平顯著增加，表明其在逆境脅迫調節(jié)中起重要的作用。本研究表明，梨DHN基因家族可能在組織發(fā)育和脅迫響應中具有功能。本研究得到的信息將有助于進一步研究在不同脅迫條件下DHN基因的功能。
　　4、兩個不同需冷量砂梨品種花芽脫水素基因的表達及抗氧化酶活性

10、研究。
　　以翠冠和圓黃兩個砂梨品種花芽為研究材料，主要研究了脫水素基因的季節(jié)表達模式，抗氧化酶活性，H2O2含量及它們與花芽休眠階段的關系。研究結果表明PpDHN1，PpDHN2和PpDHN3的表達模式相同，但表達量及達到頂峰的時間不同。在翠冠花芽自然休眠過程中均能檢測到PpDHN1，PpDHN2和PpDHN3的表達，生態(tài)休眠階段達到最高水平，萌芽階段下降。圓黃花芽中脫水素基因（PpDHN1，PpDHN2和PpDHN3）在自然休

11、眠階段達到最高，生態(tài)休眠階段即下降。自然休眠過程中超氧化物歧化酶(SOD)具有較高的活性，生態(tài)休眠階段下降，然后在萌芽階段升高。過氧化物酶(POD)在兩個品種中的含量不同，但是具有相同的變化趨勢:內休眠過程含量較低，生態(tài)休眠時達到最低點，萌芽時增加。過氧化氫酶(CAT)活性在內休眠過程中不斷增加，生態(tài)休眠過程達到頂峰，萌芽階段降低（兩個品種的萌芽時間不同）。抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性在自然休眠階段下降，生態(tài)體眠階段上升，萌芽階段達