1、园艺产品贮藏运销学园艺植物采后生物技术园艺植物采后生物技术园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学人口问题问题污污染染能源疾病疾病食品安全食品安全人民网中国公众健康网园艺产品贮藏运销学主要内容主要内容一、园艺产品采后特性的改良二、园艺产品采后特性相关机理的解析三、高通量分析技术在园艺植物采后研究中的应用四、采后生物技术展望园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学一、园艺产品采后特性的改良一、园艺产品采后特性的改良基因工程细胞工程园艺产品采后性状改良的实例园艺产品贮藏运销学经典生物技术应用及发展Wikipedia,the free encyclopediahttp:/ 以生命科学为理论基础，利用生物体系
2、和工程学原理，在离体条件下对细胞进行遗传改良或使其增殖，以生产生物制品或创造新物种为目的的一门综合性技术。基因工程基因工程:DNA,GeneDNA,Gene细胞工程细胞工程:CellCell酶工程酶工程:EnzymeEnzyme发酵工程发酵工程:Fermentation1 12 23 34 4采后生物技术？采后生物技术？理解园艺植物采后生物学变化的分子基础（相关基因）理解园艺植物采后成熟和衰老相关物质的代谢途径利用现代生物学原理利用现代生物学原理或技术手段来认识园或技术手段来认识园艺产品采后生物学特艺产品采后生物学特性，通过性，通过人为调控达人为调控达到方便运输、减少腐到方便运输、减少腐烂、延
3、长贮藏寿命和烂、延长贮藏寿命和货架期货架期、提高经济效、提高经济效益等研究内容的总称益等研究内容的总称一、应用：采后改良或调控二、基础研究：基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学目的目的调节成熟期改变贮藏性能延缓衰老方便运输园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学 按科研或生产需要，在分子水平上，用人工方法提取或合成不同生物的遗传物质（DNA片段），在体外切割，拼接形成重组DNA,然后将重组DNA与载体的遗传物质重新组合，再将其引入到没有该DNA的受体细胞中，进行复制和表达，生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并使之稳定地遗传给下一代。一、基因工程一、基因工程园艺产品贮
4、藏运销学园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学目的基因分离目的基因分离、PCR扩增法已知序列（同源序列）；、人工合成；、cDNA文库法，丰富表达的基因；、图位克隆法：先利用分子标记将目标基因定位到某条染色体的特定位置，再利用染色体步移逐步接近目的基因。园艺产品贮藏运销学载体载体单元载体、双元载体园艺产品贮藏运销学载体载体园艺产品贮藏运销学载体载体园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学单元载体双元载体园艺产品贮藏运销学基因工程基本步骤基因工程基本步骤载体必须具备3个基本条件：1、宿主细胞中自我复制，并稳定保存2、限制性内切酶3、重组DNA分子选择标记的遗传标记传统酶切法构建载体传统酶切法构建载体园艺
5、产品贮藏运销学GateWayGateWay重组法构建载体重组法构建载体园艺产品贮藏运销学外源基因的转化外源基因的转化、根癌农杆菌介导的基因转移技术；简单易行、应用范围广、稳定性好、基因枪；钨或金颗粒（0.55um）；不受宿主限制、受体类型 广、简单迅速但成本高、原生质体直接转基因技术 PEG；再生困难成为限制因素园艺产品贮藏运销学根癌农杆菌-柑橘园艺产品贮藏运销学根癌农杆菌-番茄园艺产品贮藏运销学5 weeks7weeks13weeks10weeksShoot inductionRootinduction根癌农杆菌-花盘法-拟南芥Methods to Transfer Foreign Gene
6、s to Plants园艺产品贮藏运销学或者PEG园艺产品贮藏运销学 转化体的筛选转化体的筛选园艺产品贮藏运销学报告基因选择标记基因分子检测-葡萄糖醛酸酶（GUS)；绿色荧光蛋白（GFP）；氯霉素乙酰转移酶（CAT)等氯霉素磷酸转移酶（npt）；潮霉素磷酸转移酶基因（hpt）；抗除草剂基因（bar）；PCR；Southern等园艺产品贮藏运销学抗性标记基因抗性标记基因GFPGFP染色染色GUSGUS染色染色Plant Mol Biol Rep(2013)31:6474园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学转化体表达检测转化体表达检测表达检测：表达检测：Northern；RT-PCR;Real-t
7、ime PCR；Western等等SouthernGGPPPhytoenePhytofluene-caroteneLycopene-CaroteneLuteinZeaxanthin-CaroteneViolaxanthin-cryptoxanthin 转基因植株田间表现转基因植株田间表现园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学抗寒抗寒色素调控色素调控Plant physiology 2013(162),11781194PLoS ONE 7(2):e32221 转基因植株田间表现转基因植株田间表现园艺产品贮藏运销学二、反义基因技术二、反义基因技术园艺产品贮藏运销学根据核酸杂交原理设计针对特定靶序列的
8、反义核酸，从而抑制特定基因的表达 Protein园艺产品贮藏运销学、反义基因（、反义基因（antisense)antisense)园艺产品贮藏运销学http:/learn.genetics.utah.edu/content/genetherapy/gtapproaches/突变基因翻译成突变蛋白，抑制正常蛋白的功能、显性失活（、显性失活（dominant negatives）Current Biology 23,10941100,June 17,20132 months DAHDel/Ros1WToverripe red 转基因植株田间表现转基因植株田间表现园艺产品贮藏运销学3 3、Talen
9、,CRISPERTalen,CRISPERhttp:/www.ozyme.fr/produits/precisionx-crispr-extinction-genes.asp园艺产品贮藏运销学4、病毒介导转化VIGS园艺产品贮藏运销学三、细胞工程三、细胞工程园艺产品贮藏运销学概念：应用细胞生物学和分子生物学方法，通过类似于工程学的步骤在细胞水平上细胞水平上按照人们的意愿来改变细胞改变细胞内的遗传物质内的遗传物质，以获得新型生物或特种细胞产品的一门综合性科学技术。园艺产品贮藏运销学柑橘细胞工程柑橘细胞工程园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学四、园艺产品性状改良应用四、园艺产品性状改良应用园艺产品
10、贮藏运销学成熟期硬度色泽香气调控园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学调控成熟期调控成熟期园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学调控乙烯合成、信号途径调控乙烯合成、信号途径l导入ACS反义基因抑制ACS酶活性延长番茄耐贮性（Oeller，1991）l导入反义ACO基因抑制ACO酶活性延长番茄耐贮性（Hamilton，1990；叶志彪，1996）l导入ACS反义基因抑制ACS酶活性延长苹果耐贮性（Dandeker，1991）l导入反义ACO基因抑制ACO酶活性延长甜瓜耐贮性（Flores，2001）http:/ 利用反义技术抑制草莓果实中果胶裂解酶基因PL的表达，使PL的mRNA水平显著降低，果实硬
11、度增加，货架期增长（Jimenez-Bermudez等，2002）。利用反义技术抑制番茄果实中果胶酯酶基因PE的表达，使番茄果实PE活性降低，其成熟过程中果实软化速率下降。园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学色泽、花型改良园艺产品贮藏运销学Genet.Mol.Res.14(2):5010-5021(2015)园艺产品贮藏运销学二、园艺产品采后特性相关机理的解析 理解采后特性相关机理，即哪些内在因素影响园艺产品的采理解采后特性相关机理，即哪些内在因素影响园艺产品的采后储运性能，是开展采后性状改良的前提。后储运性能，是开展采后性状改良的前提。https:/tnhorticulture.tn.gov
12、.in/horti/园艺产品贮藏运销学2.1 2.1 园艺产品采后细胞壁代谢的分子基础园艺产品采后细胞壁代谢的分子基础n果实成熟过程质地的变化主要由细胞壁结构和成分的变化引起n构成细胞壁的多糖（果胶、半纤维素、纤维素）的组成直接影响果实软化程度n采用生物技术人为干预细胞壁代谢是调控园艺产品储藏特性的重要途径http:/micro.magnet.fsu.edu/cells/plants/cellwall.html影响细胞壁代谢的关键酶/基因Brummell DA et al.2004多聚半乳糖醛酸酶果胶甲酯酶水解半乳糖醛酸脱去半乳糖醛酸羧基上的甲醇基桃成熟发育过程桃成熟发育过程园艺产品贮藏运销学
13、多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase,PG）一种果胶解聚酶，催化果胶中半乳糖醛酸交联结构的水解断裂，PG的激活是果实软化的重要原因之一。Raymond et al.,1988 PG PG与果实成熟软化密切相关。与果实成熟软化密切相关。采后果实采后果实PGPG活性活性 果实果实 硬度硬度 总果胶和原果胶含量总果胶和原果胶含量 可溶性果胶含量可溶性果胶含量 园艺产品贮藏运销学果胶酸裂解酶（Pectatelyase,PL）随机切断细胞壁半乳糖醛酸残基中的（1,4）-糖苷键，产生4,5-不饱和寡聚半乳糖醛酸。Postharvest softening of controls(C and
14、 G1)and Apel transgenic fruit(A22,A23,and A39).Jimnez-Bermdez S et al.Plant Physiol 2002;128:751-759Strawberry园艺产品贮藏运销学果胶甲酯酶（Pectinmethylesterase,PME）PME活性决定多聚半乳糖醛酸去甲基化程度，而去甲基化的多聚半乳糖醛酸更易被PG降解。对成熟作用小，但影响细胞壁结构的完整性The Plant Cell,1992;4,667-679园艺产品贮藏运销学其他细胞壁代谢相关酶-半乳糖苷酶（-galactosidase,TBG）L-阿拉伯糖苷酶（L-arab
15、inosidase）扩展蛋白（expansin,EXP）Molecules 2014,19(7),9380-9402园艺产品贮藏运销学2.2 园艺产品成熟和衰老相关基因的表达与调控 乙烯对园艺产品成熟的调控乙烯在园艺产品采后生理研究中最成功最深入乙烯在园艺产品采后生理研究中最成功最深入H H /C=C /H HCover image from Science Vol.241,no.4869,26 August 1988,reprinted with permission from AAAS;photo by Kurt Stepnitz,Michigan State University园艺产品
16、贮藏运销学乙乙烯烯合成合成SAMACCC2H4ACSACORTE/GREBF1 and EBF2ETR1 and others乙烯信号传递CTR1EIN2EIN3,EILsERF1 and ERFsETP1 and ETP2拟南芥上乙烯合成与信号调控http:/gcat.davidson.edu/mediawiki-1.19.1/index.php/Time_of_fruit_ripening组成型三重反应基因Plant Science 175(2008)106113系统系统I I系统系统IIII转色转色成熟调节成熟调节Reprinted by permission from Macmilla
17、n Publishers Ltd(Nature)Hamilton,A.J.,Lycett,G.W.,and Grierson,D.(1990).Antisense gene that inhibits synthesis of the hormone ethylene in transgenic plants.Nature 346:284-287 Copyright 1990.ControlACO antisenseEthylene production in ripening fruit乙烯释放量乙烯释放量机械伤处理果实转色园艺产品贮藏运销学乙烯信号系统 乙烯受体的鉴定 利用乙烯感知突变体鉴
18、定信号传递关键基因 下游乙烯应答基因在果实成熟中的功能2.3 调控果实成熟的信号途径Reprinted from Kendrick,M.D.,and Chang,C.(2008).Ethylene signaling:new levels of complexity and regulation.Curr.Opin.Plant Biol.11:479-485 with permission from Elsevier.受体与CTR1结合影响其活性没有乙烯时,CTR1激活，进而抑制乙烯释放乙烯乙烯乙烯)(HResponsesOFFCTR1(active)CTR1(inactive)存在乙烯时,C
19、TR1不激活，刺激乙烯释放ResponsesONEIN(active)乙烯结合功能域NH2ETR1组氨酸激酶组氨酸激酶接受器结构域接受器结构域GAF结合功能域乙烯受体的乙烯结合功能域上存在三段跨膜结构域From Rodrguez,F.I.,Esch,J.J.,Hall,A.E.,Binder,B.M.,Schaller,G.E.,and Bleecker,A.B.(1999).A copper cofactor for the ethylene receptor ETR1 from Arabidopsis.Science 283:996-998,Reprinted with permssion
20、 from AAASNH2Abolishing ethylene binding causes a dominant ethylene-insensitive phenotypeFrom Rodrguez,F.I.,Esch,J.J.,Hall,A.E.,Binder,B.M.,Schaller,G.E.,and Bleecker,A.B.(1999).A copper cofactor for the ethylene receptor ETR1 from Arabidopsis.Science 283:996-998,Reprinted with permssion from AAAS;H
21、all,A.E.,Grace Chen,Q.,Findell,J.L.,Eric Schaller,G.,and Bleecker,A.B.(1999).The relationship between ethylene binding and dominant insensitivity conferred by mutant forms of the ETR1 ethylene receptor.Plant Physiol.121:291-300.番茄乙烯信号From Wilkinson,J.Q.,Lanahan,M.B.,Yen,H.-C.,Giovannoni,J.J.,and Kle
22、e,H.J.(1995).An ethylene-inducible component of signal transduction encoded by Never-ripe.Science 270:1807-1809,reprinted with permisison from AAAS;Lanahan,M.B.,Yen,H.C.,Giovannoni,J.J.,and Klee,H.J.(1994).The Never ripe mutation blocks ethylene perception in tomato.Plant Cell 6:521-530.Wild typeNev
23、er ripe番茄Never ripe突变体，对乙烯不敏感，类似于乙烯受体缺失(etr1-1)Never ripeWild type园艺产品贮藏运销学光信号系统Adams-Philips et al.,2004光照可调控果实成熟相关基因的表达，影响果实色泽和营养品质园艺产品贮藏运销学细胞信号转导两个基本要素：Ca2+（第二信使）；蛋白激酶 外在的信号感知内在的信号感知（遗传信息的流动）园艺产品贮藏运销学 基因工程、如反义基因技术已被广泛应用于园艺产品采后生物特性改良。操纵乙烯和细胞壁代谢相关基因是调控果蔬成熟衰老的重要途径。基因工程已成功应用于果蔬色泽、香气等性状的改良。乙烯信号途径的研究将推动对呼吸跃变型和非跃变型果实的成熟机理的认识。本章节小结及思考题本章节小结及思考题园艺产品贮藏运销学思考题思考题 目前采后生物技术中最常用的技术手段？如何通过生物技术手段改良呼吸跃变型果实的耐贮性？调控乙烯合成基因（如ACS）和调控乙烯信号识别（如乙烯受体ETR），有何区别和优势？如何评价某项生物技术对果蔬花等产品的有效性？
