金鱼草花香中苯甲酸甲酯的释放对光照变化的响应规律及机理

花香是衡量花卉质量的重要内容，对提高花卉的观赏价值和经济价值有重要意义。本项目拟以花卉研究领域的模式植物- - 金鱼草（Antirrhinum majus）为实验材料，经过不同光强、光质处理后，利用热脱附-气相色谱/质谱联用技术检测花香的成分，比较苯甲酸甲酯的释放，同时检测花瓣中苯甲酸甲酯合成酶（BAMT）的活性和基因表达，以及苯甲酸的含量，寻找花香变化的原因；并利用激光共聚焦显微镜技术、钙成像仪和选择性微电极技术，检测花瓣细胞钙离子的定位及跨膜钙离子流变化，研究钙信号对光强和光质的响应；通过施用钙信号抑制剂和外源钙离子，检测钙信号与花香合成和释放的关系，以揭示光照对植物花香的影响，查清花香在不同光强、光质下的变化规律，阐明细胞内的钙信号在光照调控花香释放中的作用，为探明植物花香对环境因子的响应机制，揭示植物花香合成与释放机理，以及为探索调控花香新方法，培育芳香型花卉新品种提供理论依据。

释放花香是开花植物的重要特性，光照等环境因子能够显著影响花香的释放，但机理还不清楚。本项目以金鱼草、百合、牡丹等观赏植物为研究对象，对其花香释放规律，以及对光强变化的响应机理进行研究。结果表明，不同品种牡丹的花香成分和释放量间存在显著差异，并且表现出显著的花期和日变化规律，成分数和总释放量均表现出先增加后减小的变化规律，在不同品种的百合之间发现了相似的规律，且单萜类化合物的差异释放是造成不同百合间花香差异的主要原因。在百合花香合成基因的研究中，我们首次从百合花中克隆出一单萜合成酶基因Li-mTPS，发现其在花瓣中的表达量最高，并与百合单萜释放表现出相似的花期和日变化规律，表明单萜基因的表达在单萜的规律性释放中起着决定性作用。进一步的研究发现，在一定光强范围，随着光强的增加金鱼草和百合花香的释放量，特别是单萜化合物的释放量逐步升高，与光强表现出正相关性。对不同光强下百合花瓣中的Li-mTPS表达的研究发现，光强增加导致了Li-mTPS表达水平的升高，表明光强通过提高Li-mTPS表达导致了单萜释放量的增加。在对其响应机理的研究中首次发现，光强升高能够激活金鱼草和百合花瓣细胞钙离子内流，施加钙信号抑制剂能够抑制钙离子内流，并且经钙信号抑制剂处理后，由光强升高所引起的金鱼草和百合花香释放增加的趋势受到抑制，表明钙信号介导了植物花香释放对光强变化的响应，起着重要的信号作用。进一步对基因表达研究的结果表明，钙信号抑制剂处理降低了光强诱导的Li-mTPS的表达水平。由以上结果可知，在光强诱导的花香释放量升高中，植物花瓣细胞钙信号首先响应光强变化，钙离子内流增加，激活下游信号途径，进而提高花香合成基因的表达水平，最终导致花香释放量的升高。