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短波紫外线照射对樱桃番茄果实成熟的影响及机理研究

作　者: 部建雯
导　师: 应铁进
学　校: 浙江大学
专　业: 食品安全
关键词: 樱桃番茄 UV-C短波紫外线储藏抗氧化能力乙烯细胞壁降解软化色素基因表达超微结构
分类号: S641.2
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

短波紫外线(UV-C,190-280nm)照射处理是一种对环境友好的,无化学污染的果蔬处理方法。紫外线照射采后果蔬有助于维护果蔬的品质,延迟果蔬的衰老软化,在果蔬品质调节方面具有重要的意义。樱桃番茄因其体积小,营养价值高,是人们非常喜欢的一类水果。本论文主要研究了UV-C照射处理对采后樱桃番茄果实成熟、软化和色泽变化的影响及其生理、生化和分子机制。以绿熟期樱桃番茄为实验材料,采用UV-C (4.2kJ m-2)照射,储藏于智能人工气候箱中,18℃,35天。通过研究发现,采后UV-C (4.2kJ m-2)照射抑制了ACC合成酶基因和ACC氧化酶基因的表达,进而降低了ACC合成酶和ACC氧化酶的活性,导致UV-C照射果实的乙烯释放量受到抑制。已经通过研究证明UV-C照射可推迟果实的成熟进程,但通过对乙烯信号转导相关基因的研究发现,UV-C照射也导致果实乙烯调控网络普遍下调这些基因的表达(仅CTR4得到了上调表达),这与负调控理论是矛盾的,推测可能是番茄中存在的反馈调节机制起作用的结果。发现采后UV-C照射(4.2kJ m-2)提高了清除DPPH自由基能力及FRAP值,并提高了过氧化氢酶(CAT)的活性,同时,番茄果实中过氧化氢(H202)的含量受到抑制,这可能是由于CAT清除植物组织中的H202,防止果蔬组织受到活性氧的伤害。MDA是膜脂过氧化的产物,MDA含量在UV-C照射的果实中低于对照果实,说明UV-C降低了膜脂过氧化程度,进而延迟了果实的衰老。通过测定UV-C照射后番茄果实硬度、细胞壁组分(主要是果胶和纤维素),细胞壁的超微结构,乙烯的产生速率,细胞壁降解酶的活性及其相关基因(PME2.1, Cell, PG cat和Exp1)的表达变化等指标,发现UV-C照射的番茄硬度更高,这与其具有更高的纤维素含量和酸溶性果胶含量是一致的。电镜结果也表明UV-C延迟了细胞壁的降解。UV-C照射果实的乙烯产量明显受到抑制。在整个储藏过程中,UV-C照射也抑制了PME2.1, Cell, PGcat和Exp1的转录水平,并且抑制果胶甲酯酶(PME; EC3.1.1.11),多聚半乳糖醛酸酶(PG; EC3.2.1.15)和纤维素酶(cellulase; EC3.2.1.4)的活性。UV-C照射抑制了乙烯的产生,乙烯作为信号可以降低细胞壁降解酶相关基因的表达,导致细胞壁降解酶的活性降低,这可能是UV-C照射延迟果实成熟的机制之一。通过测定UV-C(4.2kJm-2)照射后番茄果实颜色的变化,色素含量以及类胡萝卜素代谢途径中相关基因的表达,包括Psy1,PdN,Lcy-β和Lcy-ε,发现UV-C照射处理的番茄果实呈现粉红色,而对照果实为桔黄偏红色。在整个储藏过程中番茄红素的积累明显受到抑制,但是最终含量并没有受到影响。然而,β-胡萝卜素的积累及最终含量都受到了明显的抑制。β-胡萝卜素含量降低会导致番茄红素/β-胡萝卜素比例升高,这可能是UV-C照射樱桃番茄果实颜色表型发生变化的原因之一。Psy l是编码番茄红素合成的一个主要基因,在UV-C照射后明显受到抑制。Lcy-β基因表达也受到了明显的抑制,这导致番茄红素向β-胡萝卜素的转化受到抑制,使得番茄红素的含量相对稳定。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-14
缩略语表（Abbreviation )  14-15
第一章绪论  15-39
  1.1 UV-C研究进展  16-17
  1.2 采后UV-C照射对果蔬的影响  17-21
    1.2.1 UV-C的延迟果实成熟机理  17-20
    1.2.2 UV-C处理对基因的表达的影响  20-21
  1.3 乙烯在果蔬成熟过程中的重要作用  21-24
    1.3.1 乙烯的信号转导途径  21
    1.3.2 乙烯信号转导途径中的相关基因  21-24
    1.3.3 乙烯信号传导模式  24
  1.4 采后果实软化的机理  24-29
    1.4.1 细胞壁结构和软化引起的变化  25-26
    1.4.2 果实软化过程中细胞壁降解酶的作用  26-29
  1.5 番茄红素的代谢机制  29-36
    1.5.1 番茄红素的理化性质  30-31
    1.5.2 番茄红素的合成及其代谢调节  31
    1.5.3 类胡萝卜素代谢的关键酶  31-34
    1.5.4 番茄红素的功能特性  34
    1.5.5 遗传调控  34-35
    1.5.6 环境条件对番茄红素合成的调控  35-36
  1.6 立题背景和主要研究内容  36-39
    1.6.1 立题背景  36-37
    1.6.2 技术路线  37-38
    1.6.3 主要研究内容  38-39
第二章 UV-C照射对樱桃番茄果实品质,抗氧化特性以及抗氧化能力的影响  39-51
  2.1 材料与方法  40-44
    2.1.1 试剂与仪器  40
    2.1.2 材料与处理  40-41
    2.1.3 抗坏血酸含量的测定  41
    2.1.4 过氧化氢含量的测定  41
    2.1.5 抗氧化能力的测定  41-42
    2.1.6 抗氧化酶活性的测定  42-43
    2.1.7 膜脂过氧化能力的测定  43
    2.1.8 数据分析  43-44
  2.2 结果与分析  44-49
    2.2.1 采后UV-C照射对番茄果实抗坏血酸含量的影响  44-45
    2.2.2 采后UV-C照射对番茄果实抗氧化酶活性的影响  45-46
    2.2.3 采后UV-C照射对番茄果实抗氧化能力的影响  46-47
    2.2.4 采后UV-C照射对番茄果实过氧化氢含量的影响  47-48
    2.2.5 采后UV-C照射对番茄果实膜脂过氧化产物的影响  48-49
  2.3 讨论  49-50
  2.4 本章小结  50-51
第三章 UV-C照射对樱桃番茄乙烯代谢的影响  51-70
  3.1 材料与方法  51-57
    3.1.1 试剂和仪器  51-52
    3.1.2 材料与处理  52
    3.1.3 乙烯含量的测定  52
    3.1.4 ACC合成酶活性的测定  52-53
    3.1.5 ACC氧化酶活性的测定  53
    3.1.6 基因表达分析  53-56
    3.1.7 数据分析  56-57
  3.2 结果与分析  57-69
    3.2.1 UV-C照射对乙烯释放的影响  57-58
    3.2.2 UV-C照射对ACC合成酶与ACC氧化酶活性的影响  58
    3.2.3 总RNA质量分析  58-60
    3.2.4 ACS合成酶基因的变化  60-62
    3.2.5 ETR基因的变化  62-64
    3.2.6 CTR1基因的表达  64-65
    3.2.7 EILs基因的表达  65-67
    3.2.8 ERF1基因的表达  67-68
    3.2.9 EBF基因的表达  68-69
  3.3 讨论  69
  3.4 本章小结  69-70
第四章 UV-C照射对番茄果实软化的影响机制  70-88
  4.1 材料与方法  72-77
    4.1.1 试剂和仪器  72
    4.1.2 材料与处理  72-73
    4.1.3 硬度的测定  73
    4.1.4 果胶测定  73
    4.1.5 纤维素含量的测定  73-74
    4.1.6 细胞壁降解酶活性的测定  74-75
    4.1.7 电镜观察  75
    4.1.8 基因表达分析  75-76
    4.1.9 数据分析  76-77
  4.2 结果与分析  77-86
    4.2.1 UV-C照射番茄果实硬度的变化  77-78
    4.2.2 UV-C照射对番茄果实细胞壁组分的变化  78-79
    4.2.3 UV-C照射对番茄果实纤维素含量的变化  79-80
    4.2.4 UV-C照射处理对番茄果皮细胞超微结构的影响  80-82
    4.2.5 UV-C照射番茄果实细胞壁降解酶的活性的变化  82-84
    4.2.6 UV-C照射对细胞壁降解酶相关基因表达的影响  84-86
  4.3 讨论  86-87
  4.4 本章小结  87-88
第五章 UV-C照射影响樱桃番茄果实颜色变化机制  88-99
  5.1 材料与方法  89-92
    5.1.1 试剂和仪器  89
    5.1.2 材料与处理  89-90
    5.1.3 叶绿素含量测定  90
    5.1.4 高效液相色谱分析测定(HPLC)番茄红素与β胡萝卜素含量  90-91
    5.1.5 基因表达分析  91
    5.1.6 数据分析  91-92
  5.2 结果与分析  92-97
    5.2.1 植物中类胡萝卜素的代谢途径  92-93
    5.2.2 番茄果实色素的典型的HPLC图  93-94
    5.2.3 UV-C照射番茄果实色素含量的变化  94-95
    5.2.4 UV-C照射番茄果实色素代谢相关基因表达的变化  95-97
  5.3 讨论  97-98
  5.4 本章小结  98-99
第六章结论与展望  99-101
  6.1 结论  99-100
  6.2 主要的创新成果  100
  6.3 展望  100-101
参考文献  101-124
致谢  124-125
作者简历及在学期间所取得的科研成果  125

短波紫外线照射对樱桃番茄果实成熟的影响及机理研究

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