鲜切果蔬伤害胁迫响应过程的信号转导及其调控的研究

This project will study on signal transduction and regulation in response process to mechanical wounding stress for fresh-cut vegetables and fruits based on the knowledge and methods of cell biology, biochemistry, enzymology and molecular biology by using apple, lettuce, squash as experimental materials. Main research contents: (1) Clarify mechanical wounding induce chemicals that lead to cell reaction-OGAs、Sys、JA、ETH by under analyzing the production of energy and conduction of information,it was clarified that signal molecules production, transduction, change and physiological effects. (2) Clarify the effect on cut-wounding stress and these signal molecules on enmymatic activities and adaptation respons to wounding, according to detection activities of SOD、CAT、APX、LOX、PPO、PAL、POD in fresh-cut fruits and vegetables. (3) Demonstrate the effects of cut-wounding stress and these signal molecules on physiological metabolism and adaptation respons to wounding for verious stage of maturity and growth of fresh-cut fruits and vegetables. (4) Resarch physiological responses in defferent sites of fresh-cut fruits and vegetables by induction of mechanical wounding and these signal transduction. (5) Clarify the relationship between action potential and variation potential, adaptation response and physiological metabolism.

本项目以3种具有不同生物学特性的苹果、南瓜、莴苣为实验材料，利用细胞生物学、生物化学、酶学和分子生物学等多学科知识与手段，研究鲜切果蔬伤害胁迫响应过程的信号转导及其调控。主要研究内容：(1)分析机械伤害诱发伤害部位细胞组织的防御反应与OGAs、Sys、JA、ETH等信号分子的产生，解明伤害胁迫过程的信号转导与生理效应。(2)分析鲜切果蔬中SOD、CAT、APX、LOX、PPO、PAL、POD等酶活性，解明伤害胁迫响应过程的信号转导与伤害系统响应机制。(3)研究不同成熟度及生长阶段果蔬对鲜切伤害胁迫的适应性响应，阐明不同特性果蔬的伤害胁迫响应与生物化学反应。(4)研究鲜切果蔬伤害胁迫过程的信号分子在伤害部位和远离部位的生理反应。(5)研究鲜切果蔬的应激性电位变化与适应性生理反应的关系，解明鲜切果蔬电位变化、胁迫响应与生理代谢。

本研究针对新鲜果蔬经鲜切加工处理后的伤害刺激信号的产生与释放、信号的感知与转导及其调控进行研究；解析了鲜切果蔬不同伤害部位是适应性响应与酶活性变化；不同切分方式对鲜切果蔬生理生化及抗氧化能力的影响以及外界环境控制对不同种类鲜切果蔬的生理品质与酶活性的影响，阐明了茉莉酸甲酯（JA）、乙烯利（ETH）、水杨酸及硫化氢等伤害刺激信号分子在伤害防御反应中的相互作用以及防御反应中超氧化物歧化酶（SOD）、多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶（POD）等酶的作用机理，揭示鲜切果蔬机械伤害胁迫过程的信号因子作用机理。JA作为内源信号分子可参与植物在机械伤害、病虫害等条件下的抗逆反应，研究还发现，外源施用JA可诱导鲜切西兰花苯丙烷代谢途径中关键酶PAL、肉桂酸4-羟化酶（C4H）和4-香豆素辅酶A连接酶（4CL）活性，从而提高酚类物质的合成速率，提高鲜切西兰花的抗氧化能力，说明JA与机械损伤发挥协同作用诱导鲜切果蔬酚类物质的合成。鲜切果蔬切割伤害部位以及远离伤害部位的抗氧化活性及酶活性的变化规律等结果显示，在伤害刺激的作用下，POD和PPO等抗氧化酶活性迅速升高，且距伤害部位越远其活性越强，即3＞2＞1cm；鲜切洋葱的总酚、黄酮等抗氧化物质的含量和抗氧化能力大小为3＞2＞对照＞1cm，说明新鲜果蔬组织细胞在感受到切割伤害刺激后，诱发产生能传递信息和引起细胞反应的化学物质— JA、ETH 等信号分子，从而影响了酶系统在不同部位细胞层面的活性变化。不同程度的切割伤害处理均使大蒜、生姜和西兰花的抗氧化能力上升，马铃薯片状切分处理褐变较严重。上述研究揭示了机械胁迫产生的JA、ETH 等信号分子对酶活性与伤害防御的作用机制。