龙眼果实发育障碍发生机理及调控研究

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龙眼是原产于华南地区的著名亚热带常绿果树。近年来,为了缓解正造龙眼总产量大幅增长而鲜果销售日益艰难所带来的巨大压力,国内各主产区先后引进氯酸钾诱导龙眼成花技术进行反季节龙眼生产的尝试。然而,在生产中出现了果实偏小和大量落果、裂果及僵果等问题,严重影响了反季节龙眼的产量和品质以及经济效益。本研究以‘储良’龙眼品种的正造果实和越冬反季节果实及其裂果、僵果和正常果为主要对比试材,从通过调查正造和越冬反季节龙眼果实发育期间的温湿度变化、分析正反造龙眼果实发育的动态,来探讨环境条件对龙眼果实发育的影响,从而揭示越冬反季节龙眼落果、裂果和僵果发生的规律。并从果皮结构发育、逆境胁迫信号发生和细胞壁修饰相关变化,结合模拟逆境研究深入研究越冬反季节龙眼果实生理障碍发生的原因和机理;同时,通过套袋技术改善越冬反季节龙眼果实发育。主要研究结果如下: ⑴越冬反季节龙眼和正造龙眼果实发育期间所经历的环境温度差异较大,在反季节果实发育期间,温度低且波动剧烈,期间还出现了多次强烈干冷寒潮,这极不利于其果实发育;而正造龙眼果实发育基本处于较适宜且稳定的高温环境中。反季节龙眼果实具有与正造果相同的发育动态,均可大致划分为两个生长时期:Ⅰ期为缓慢生长期,主要是果皮和种皮的生长;Ⅱ期为快速生长期,主要是假种皮的膨大生长。但越冬反季节龙眼果实的整个生长发育期尤其是第Ⅰ期比正造龙眼的长,并且其果实显著小于正造果,但种子与正造果相差不大;反季节龙眼的落果和裂果明显比正造果严重,而僵果则少发生。结合人工气候室模拟早期低温对盆栽正造龙眼果实发育的影响和越冬反季节果的套袋试验发现,龙眼果实发育早期所遭遇的长时间低温胁迫(<15℃)使其发育期延长,同时也是造成其果皮发育不良、进而导致果实偏小的原因之一,而这期间的温度剧烈变化则诱发过度落果;早期遭遇冬春季的低温干旱和后期遭遇夏季的高温可能是越冬反季节龙眼果实严重裂果的重要原因;但上述环境并未引发大量僵果发生。 ⑵与正造龙眼果实相比,越冬反季节龙眼果皮发育不良,表现为Ⅰ期结束时,其果皮重量轻,果皮厚度、海绵组织厚度、木栓层的厚度、上中果皮薄壁细胞体积及细胞层数、内果皮细胞层数和径向分裂能力均小于正造果,而其石细胞比例则高于正造果。果皮结构发育不良是越冬反季节龙眼形成小果并易于裂果的重要原因。 ⑶越冬反季节龙眼和正造龙眼的果皮细胞壁修饰存在差异,体现在反季节果的果皮细胞壁多糖合成能力、钙摄取能力、结构钙形成能力、松弛基因(DIEXP及DIXET)的表达水平、木质素含量均低于正造果;而参与细胞壁硬化的壁结合的酚酸(ρ—香豆酸和阿魏酸)含量、富羟脯氨酸蛋白(果实发育早期)含量以及壁结合POD和PPO活性均高于正造果。这可能与反季节龙眼果皮细胞壁构建活性和细胞壁松弛机制活性均较弱,进而导致其果实生长缓慢、果皮结构发育不良及果实偏小和易于裂果有关。 ⑷与正常果相比,裂果果皮的结构多糖合成少、结构钙和木质素含量低、expansin基因表达弱,进一步证明细胞壁构建能力和松弛机制活性的下降与裂果的发生关系密切;而僵果果皮细胞壁中的木质化程度、结构钙形成能力、富羟脯氨酸蛋白含量、酪氨酸交联程度均明显提高,意味着僵果果皮细胞壁的硬化机制活性高,可能是其果皮硬化、果实生长受抑制进而发生僵果的重要原因。 ⑸越冬反季节龙眼果皮中的H2O2含量总体高于正造龙眼,而二者的SA含量及其变化趋势无明显差异。利用H2O2发生剂—百草枯处理正造龙眼果实,可诱发大量落果和裂果,并导致未裂未落的果实明显偏小;在果皮细胞壁修饰方面,百草枯可导致果皮POD的活性增加、富羟脯氨酸蛋白合成增强、细胞壁多糖合成受到抑制、DIEXP1和DIEXP2表达减弱。这说明H2O2对细胞壁的合成和松弛的抑制可能是其诱发大量裂果的主要原因。与自然环境中的裂果和正常果差异一样,百草枯处理也明显增加了其裂果果皮中结构蛋白和壁结合态酚酸的含量以及XET基因的表达水平,但对其正常果无明显效应,证明H2O2加强了创伤诱发的细胞壁修饰反应。同是细胞壁松弛因子的XET和expansins在抗裂性形成中可能扮演了相反的角色。 ⑹套袋可提高袋内微环境的温度和相对湿度,促进果实发育并增加果实大小和重量,但不能明显提高最终坐果率;不同袋材套袋对果实发育的影响不同,其中白色无纺布袋(WAFB)以促进果实发育、增加果实大小、明显降低裂果发生而表现出最好的综合效应;套袋对糖含量影响不明显,但对包括Ve在内的有机酸含量影响明显。采用合适的袋材对越冬反季节龙眼果穗进行套袋,可改善果实发育,提高果实品质。 ⑺根据上述结果,我们构建了越冬反季节龙眼果个偏小、过度落果和严重裂果等果实发育障碍发生的机理模式。
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