低温胁迫诱导的细胞程序性死亡在黄瓜冷害中的作用及调控机制

本项目以冷敏性黄瓜果实为材料，采用细胞形态学、采后生理学和分子生物学等手段，研究细胞程序性死亡（PCD）在黄瓜低温胁迫中的表现特征，比较不同成熟度黄瓜的冷敏性及其PCD的差异性表现，研究乙烯、活性氧（ROS）和Ca2+在PCD过程中的作用，检测激活PCD的BAX基因和抑制PCD的BI-1基因在低温胁迫中的表达，研究BAX和BI-1基因在黄瓜冷胁迫诱导PCD中的作用，确定PCD在黄瓜低温胁迫下的表现及其在冷害中的作用，揭示低温诱导PCD的调控机制。本项目开拓了果蔬采后冷害研究领域，丰富和发展了果蔬采后冷害机理学说，同时还可以为果蔬冷藏保鲜的技术开发提供重要的依据。

本课题研究了2℃低温胁迫下诱导黄瓜表皮特征、发生程序化死亡的细胞特征、相关生理生化指标以及促进细胞程序化死亡(PCD)的BAX基因和抑制细胞程序化死亡的BI-1基因的表达。结果表明，黄瓜在2℃贮藏12 d期间，表皮到第9 d可以看到果皮凹陷的症状，12 d凹陷斑增多,且面积在扩大，果肉始终没有出现水渍症状，但到第12 d可以看出果肉颜色出现淡黄色，果皮电导率以及细胞死亡的趋势均为上升趋势，在第12 d达到最大值。冷害细胞的DNA断裂、染色质浓缩、细胞核变形等现象比较明显且阳性核（细胞核DNA断裂）比率的变化趋势为上升趋势，表现出明显的程序性细胞死亡（PCD）的特征。. 随着成熟度的提高，黄瓜果实的抗冷性增强。成熟度最高的黄色期黄瓜的抗冷性增强，可能与编码超氧（化）物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、单脱水抗坏血酸还原酶（MDHAR）、脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）、谷胱甘肽还原酶（GR）基因表达量的提高有密切联系。发育早期黄瓜果实在低温环境中的抗氧化酶活性的提高，可能是对低温胁迫的响应。过氧化物酶（POD）基因表达量明显提高，可能在抗冷性中起着关键性作用。. 采用1-甲基环丙烯（1-MCP，一种乙烯作用抑制剂）和乙二醇双四乙酸（EGTA，一种钙离子螯合剂）处理，证实了植物激素乙烯和胞质内游离钙在低温诱导的黄瓜果实表皮细胞程序性死亡进程中具有信号转导作用。. 首次在黄瓜果肉细胞中克隆BAX和BI-1基因，两个基因在黄瓜低温胁迫环境中的表现基本一致。BAX基因表达于贮藏第9 d达到最高值，BI-1基因在第6 d大最高值，于贮藏的最后时间达最低值。但BAX始终高于BI-1的表达，表明BAX以及BI-1两个基因参与黄瓜的冷害诱导，其冷害程度取决于PCD进程。