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水杨酸在桃树抗逆生理中的研究进展(3)

2018-01-16郑重禄

浙江柑橘 2018年1期
关键词:油桃水杨酸抗病性

郑重禄

(福建省泉州市洛江区农业水务局 福建泉州 362011)

2.6 抑制植株及果实病害

植物受到病原物等各种异常因素刺激后,产生一系列防卫反应,如木质素的沉淀,富羟糖蛋白的积累,次级结构胼胝体、周皮等的产生,有关酶系统的激活,一些功能分子(如植物保卫素,病程相关蛋白等)的诱发合成等等,以及植物在受到病原菌侵染时诱发产生的过敏反应(HR)和系统获得的抗病性(SAR)中,水杨酸(SA)都起着重要作用[49]。许多研究也表明,水杨酸可以诱导植物产生一些病原相关蛋白,参与植物抗病进程[50]。外施SA时,可以使得植物的脯氨酸含量增加,同时抗氧化酶活性增加,加大对受胁迫植株的保护[51]。

Van Loon L C等[52]研究认为,当植物感知到病原菌侵染时,大量合成并积累SA,诱导病程相关蛋白(PR)基因表达,激活SAR。桃根癌病是由根癌土壤杆菌引起的土壤病害,具有潜伏侵染和系统侵染性。郝峰鸽[53]以抗病品种红根甘肃桃1号与感病品种桃PDPPl3-1为材料,对桃防御根癌病的系统获得抗病性反应(SAR)进行探索。结果表明,在接种病原菌后,红根甘肃桃1号的发病较PDPPl3-1晚,但两个品种的SA含量均升高,在接种后35d,仍保持较高水平,且红根甘肃桃1号SA含量远高于桃PDPPl3-1;均可诱导出强的SAR反应。由此认为,桃根癌土壤杆菌侵染激活了两个桃品种的SAR反应,表现出一定程度的诱导抗性。

植物遭受逆境胁迫伤害的重要特征之一,是活性氧代谢失调。在逆境胁迫下植物体内可动员保护系统中的酶类(如POD、SOD),以抵御和清除活性氧,阻止膜脂过氧化,维持膜系统的稳定性[54]。外源SA能够促使植物组织积累H2O2,H2O2可能作为第二信使来启动植物相关防御基因的表达,从而提高植物对病原菌的抗病性[55]。刘招龙[56]用0.2~0.8mmol/L的SA处理桃叶片后接种轮纹病菌。结果发现,0.4mmol/L的SA处理的桃叶片,可最大提高POD,和SOD的活性,缓解轮纹病菌对桃叶片的伤害作用。由此可见,用0.4mmol/L的SA处理,可有效抵抗病菌的侵入。

病原菌侵染时会分泌许多酶去降解细胞壁,多聚半乳糖醛酸酶(PGs)是植物病原真菌最先分泌的最重要的一种酶,它能够水解植物聚半乳糖醛酸,并为病原菌的进一步侵染提供营养[57]。多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)是一种富含亮氨酸重复单位(LRR)结构的细胞壁结合蛋白,能够特异性地与病原菌PGs结合,从而阻断真菌侵染过程和抑制相应病害的发生[58]。魏平和张军科[59]研究发现,用0.002mmol/L的 SA诱导处理“秦蜜露”桃叶片后,能引起PGIP基因表达水平上升,在2h出现峰值,表达峰值时(2h)的表达量是最低点(8h)表达量的2.4倍。而对照在0~8h内PGIP基因的表达几乎没有变化。由此可见,0.002mmol/L的SA对桃叶片PGIP基因的表达有促进作用;桃叶片PGIP基因对低浓度SA诱导处理较敏感,并可以在短时期内促进PGIP基因的表达。这说明,较低浓度的SA主要是通过诱导抗病基因的表达使桃产生了抗病性,并不是通过直接的杀菌或是抑菌作用。

通常认为,刺吸式昆虫诱导与病原物侵染相似的SA途径,即类苯丙烷信号途径,首先在限速酶-苯丙氨酸解氨酶(PAL)催化作用下,将苯丙氨酸生成肉桂酸,,然后以肉桂酸为原料通过相应的生化过程合成SA。张勇等[60]选取广食性刺吸害虫桃蚜为研究对象,通过荧光定量PCR检测蚜虫直接取食SA后,对蚜虫体内的重要解毒酶谷胱甘肽-S-转移酶(GST)的sigma型及唾液腺特异表达基因C002的表达诱导反应。结果发现,桃蚜在直接取食含有10mmol/L的SA的人工饲料后,sigma型GST及C002基因表达量都显著升高。这说明,桃蚜取食激活了SA介导的信号传导途径,可直接利用SA,体内SA含量升高,通过上调体内相关解毒基因及唾液腺相关基因的表达量,加强自身解毒能力或者分泌更多的唾液蛋白调节寄主的防御反应,以提高自身对寄主植株的适应性。

在果实贮藏过程中,病原微生物侵入果实体内,导致果实贮藏品质下降甚至腐烂。同时,果实侵染部位产生过敏反应(HR)和系统获得抗病性(SAR),阻止同一类或其它类型病原微生物的侵入[61]。在果实抗氧化反应方面,外源SA能够促使果实积累H2O2,H2O2可能作为第二信使来启动植物相关防御基因的表达,从而提高对病原菌的抗病性[62]。另外,SA处理还能明显诱导桃果实4个抗氧化蛋白(SOD、CAT、GPX、THX)的表达,说明SA处理调控了桃果实抗氧化系统,也是抑制病原菌侵染的主要原因[63]。韩涛和李丽萍[41]研究表明,0.1~0.3g/L的 SA处理 10~20min可减轻“大久保”桃贮藏期的腐烂。

刘更森等[64]研究发现,(1±0.5)℃、相对湿度(90±5)%冷藏条件下用 1.25~5.00mmol/L的SA处理中华寿桃果实,能有效维持果肉色泽,减缓果实硬度下降速度,降低果实中PPO、LOX活性和O2-含量水平,提高贮藏前期果实H2O2含量,维持活性氧(ROS)较高代谢平衡,减轻MDA对细胞膜的伤害,维持细胞膜稳定性。与对照相比,SA能显著降低果实褐变指数,抑制果肉褐变。

马凌云等[65]用0.1g/L的SA处理“华光”油桃果实,置于(0±1)℃、相对湿度为80%~95%下冷藏。结果表明,SA处理明显提高了果实中PPO、POD、PAL和SOD等的活性以及总酚、H2O2的含量,并且果实总酚含量下降和果实发病分别比对照果晚7d和14d,发病指数始终比对照果低,贮藏结束时发病率比对照果实低73.49%。由此可见,SA处理诱导了油桃果实对采后病害的抗性,有效地降低了其贮藏期间的发病率,并延迟病害的发生。这与韩涛和李丽萍[41]的研究结果一致。

Chan等[66]利用0.5mmol/L的SA处理鲜切桃果实,晾干后,接种P.expansum孢子悬浮液,然后将果实置于25℃条件下贮藏。结果表明SA处理的果实发病较慢,病斑较小。说明SA可以有效抑制病原菌的初始侵染,延缓病斑直径的扩散。蔡冲等[67]研究发现,20℃下用1.0mmol/L的SA处理鲜切桃果实会显著抑制LOX的活性,维持较高的果实硬度,延缓受伤果实的代谢速率。由此可见,利用外源SA因子以诱导果实的抗病性,能减少鲜切桃果贮藏期间的病害。

2.7 维持果实贮藏品质

果实采后仍然为一个活的机体,在成熟衰老过程中果实品质会发生一系列变化。果实的贮藏品质包括果实硬度、出汁率、可滴定酸(TA)、可溶性固形物(SSC)和维生素C(Vc)及其他代谢物含量等。在贮藏过程中果实的品质会随着时间的延长而不断下降。大量研究表明,采前或采后一定浓度的SA处理能在一定程度上维持果实贮藏品质。

在果实的成熟衰老过程中,伴随着果实的软化[68],果肉开始发软,硬度值下降。可能由于细胞壁中果胶物质和纤维素降解[69],但膜脂过氧化作用对果实软化也有一定影响[70]。SA能抑制果实的后熟衰老,延缓果实细胞壁的降解,阻止果实硬度下降,有效地控制果实软化进程。韩涛等[71]研究认为,SA处理桃果实在贮藏前期对于果实硬度没有很大的影响,在贮藏后期处理果实的硬度显著高于对照果实。SA处理对于果实SSC、总酸没有显著影响。处理过的果实腐烂率小于对照果实,这可能与SA诱导了POD、PPO等酶类的活性有关。

高慧等[72]研究发现,用1mmol/L的ASA(乙酰水杨酸)处理“华光”油桃果实,置于5℃冷藏3周后转入21℃室温货架期,能显著降低果实冷藏后货架期的冷害指数,有效抑制货架期果实呼吸速率升高及硬度和TA下降,但对果实的可溶性固形物含量无显著影响;ASA处理还显著延缓果实冷藏后货架期游离态SA含量的损失,有效抑制货架期果实H2O2累积,保持果实较强的1,1-二苯基-2-苦肼基自由基(DPPH)清除能力,从而提高了货架期果实贮藏品质。由此可见,ASA处理提高油桃果实贮藏品质可能与其参与了果实游离SA含量、H2O2水平调节和抗氧化活性的变化有关。任邦来等[73]用0.05~0.15g/L的SA涂膜处理油桃果实,常温贮藏。结果表明,SA处理能有效地保持果实的新鲜度、延迟呼吸高峰出现的时间、降低呼吸强度,对采后油桃果实的成熟有一定调节作用;能明显地控制果实采后腐烂;较好地减少果实采后失重,保持果实硬度、维生素C含量和含糖量,对果实含酸量影响不大。其中,以0.10g/L的SA涂膜处理对油桃保鲜效果较好。

万春燕等[74]研究发现,用0.1g/L的SA处理肥城桃果实,在室温(22~24)℃和低温(6±2)℃下贮藏。可以抑制在室温下贮藏的果实的硬度、可溶性固形物及含酸量下降,对低温下贮藏的果实其硬度和Vc含量的保持效果显著,并延长了果实的贮藏时间。这与王有年等[75]用0.1g/L、0.3g/L的SA处理“大久保”桃果实,在室温(22~24)℃和低温(0~2)℃下贮藏,使果实硬度和Vc含量增加,可溶性固形物及含酸量降低,果色变化变缓,延长贮藏期的结果相符合。

杨爱珍[76]用 0.1g/L、0.3g/L的 SA浸泡处理“大久保”桃和“八月脆”桃果实,在室温(22~24)℃和低温(2±2)℃下贮藏。结果表明,在室温下SA处理能明显抑制桃果实色泽、硬度、可溶性固形物和和含酸量的变化;低温与SA处理的相互作用却能更有效地抑制桃果实硬度的下降,提高Vc含量,延长其保质期20d;SA处理和温度对“八月脆”桃果实的影响较“大久保”桃果实敏感,0.1g/L的SA处理较0.3g/L的SA处理效果好,能显著降低桃果实的腐烂率(指数)和褐变率(指数)。由此可见,SA对桃果实营养成分含量的调控作用由温度和品种两个因素决定。

魏宝东等[77]研究发现,用0.3g/L的SA处理锦锈黄桃果实,分别在室温(22~28℃)和低温(0±1℃)下贮藏,SA都能有效地保持黄桃的新鲜度,降低腐烂率。但同一浓度的SA处理,在不同的贮藏温度下,对黄桃果实后熟和营养成分产生不同的影响。在室温下,SA处理的可溶性固形物含量高于对照,总酸含量低于对照,明显促进了果实的后熟,而在低温下却又抑制果实的后熟,可溶性固形物低于对照,总酸高于对照。由此认为,SA处理可以明显地提高果实的抗病力。在黄桃果实中存在着一种对温度很敏感的SA调节机制。这种调节机制不仅受温度的影响,对外源SA的浓度也很敏感,有待深入研究。因此,选用SA用于桃果实保鲜时,除了考虑不同品种对SA有不同的耐受性外,还应该根据具体的贮藏温度选择合适的SA浓度。

大量研究表明,采前或采后适量浓度的SA处理能在一定程度上维持果实在贮藏期的品质,包括果实硬度糖酸含量以及其他次生代谢物质的含量等。蔡琰[39]研究显示,1.0mmol/L和1.3mmol/L的SA处理减轻了低温贮藏“霞晖5号”水蜜桃果实糖酸含量的下降,且效果显著,这可能是品种不同的原因。然而总的看来,SA对果实糖酸含量并无不良影响,不会产生明显风味淡化,造成食用品质的下降。1.3mmol/L的SA处理果实出汁率仅45.86%,显著低于其他浓度处理,这可能是SA浓度过高导致乙烯生物合成异常,原果胶不能正常软化分解,发生果胶质凝胶化,凝胶过程结合了大量的水分,从而使果肉干化、发绵,果实硬度上升以及出汁率下降在很大度上是果胶质形成凝胶的结果[78]。而用1.0mmol/L的SA处理能够维持桃果实硬度,减轻絮败,这与李丽萍和韩涛[42]在“大久保”桃果实中取得的结果相符。总体看来,SA对果面颜色并无显著影响,但仍显现出高浓度SA处理抑制果实转色的可能性。由此可见,SA对延缓果实成熟有一定作用。

韩涛等[79]研究认为,用0.3g/L(即2mmol/L)的SA处理“大久保”桃果实,然后在2±2℃能产生冷害的低温下贮藏可抑制果实腐烂和硬度的下降。高于0.3g/L的SA处理会导致果实表皮伤害,0.5~1.5g/L的SA处理1.0~2.5h后会出现表皮褐变,在24h内症状加重,以后不再发展,室温下这些褐变部位腐烂加速。高于0.5g/L的 SA处理使果实加速软化,尤其1.0g/L以上的 SA处理非常明显[80]。可见,SA作用的有效浓度与不同桃品种和组织有关。因此,SA的使用必须因地制宜综合考虑多种因素的影响,才能取得良好的效果。

另外,SA可以维持果实的贮藏品质,也可以改善果实货架期的品质。王友升等[81]研究发现,用外源SA处理八成熟度大久保桃果实能促进果实后熟过程中醇类、脂肪族酯类、羰基化合物、内酯和萜烯等内酯类物质的释放。这说明SA在一定程度上促进了桃果实的后熟。这可能归因于SA降低了果实中过氧化氢酶活性引起活性氧大量积累,从而导致果实后熟过程加速[82],其具体原因仍有待进一步探讨。

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