ちょっとわかりにくくなっているので補足。

Templer による投稿:

xdg-mimeやxdg-openは内部で使用するプログラムをデスクトップ環境で判断していますので

この使用するプログラムというのは、MIMEタイプに紐付けられたアプリケーションのことではなく、MIMEタイプの検出やopenするためのプログラムのことです。

詳細な情報ありがとうございます。
こちらでも同現象を再現できました。（その立ち上がったダイアログは、Nautilusをファイルを指定して起動させた時のものです）

結論を言うと、バグです。

本来の通常の状態であれば「xdg-mime query default MIMEタイプ」の結果にあるアプリが起動されるはずなのですが、xfceのシステムの一部（exo-utilsらしい）がインストールされていると、GNOME系セッション上におけるxdg-openの振る舞いであるgnome-open（もしくはgvfs-open）の挙動を狂わせてしまうようです。
（ちなみに、この現象はPDFファイルに限らず、ファイルを指定した場合は同じ挙動となります）

私の確認したものは上記なのですが、それと一致しているのかを、xfce（というかexo）関連パッケージのインストールの有無で確認してみてください。

$ dpkg -l | grep exo
ii  exo-utils                             0.6.0-1                                    Utility files for libexo
ii  libexo-1-0                            0.6.0-1                                    Library with extensions for Xfce
ii  libexo-common                         0.6.0-1                                    libexo common files

で、上記の方向でlaunchpadにバグ報告がないか調べてみました。
おそらく、これではないかと思います。
参照： https://bugs.launchpad.net/unity-place- … bug/751374
UnityのDash（左上のubuntuロゴをクリックした時に出現するボード）でも使われているようで、そこでも同現象になりますね。

それで、解決方法なんですが、「env GNOME_DESKTOP_SESSION_ID= xdg-open ファイル名」とかすれば私の環境と同じようにgenericな振る舞いになり、いけるんでは？と思ったんですがダメっぽいです。
一応、launchpadの#8に回避方法があります。が、xfce関連のパッケージを削除することができない場合において行うというのが良いかと思います。
後はもう、launchpadでstatusが「Fix Released」になるのを待つしかないかもしれません。
（他の方から良質な方法が提示されるかもしれませんので、ちょくちょくフォーラムを覗いておいてください）


ちなみに、起動するアプリを変更する方法は「xdg-mime default desktopファイル名 MIMEタイプ」です。
「desktopファイル名」は、「/usr/share/applications」もしくは「~/.local/share/applications」ディレクトリ内にある「.desktop」ファイルとなります。
以下は例。

xdg-mime default evince.desktop application/pdf

Templer さん、どうもありがとうございました。
おかげさまで、Thunar を利用することで、正常に動作するようになりました。
とてもうれしいです。
かさねがさね有難うございました。