果實(shí)所積累糖的種類(lèi)、含量及比率是決定其品質(zhì)及商品價(jià)值的重要因素[1]。近幾年眾多研究結(jié)果表明，可溶性糖不僅作為代謝基質(zhì)為植物發(fā)育提供能量和中間產(chǎn)物，而且還具有信號(hào)功能，可通過(guò)多條途徑在不同水平上調(diào)節(jié)糖代謝相關(guān)酶的基因表達(dá)和酶活性變化[2-3]。

　　摘要：以新紅星蘋(píng)果為試材，采用果實(shí)圓片孵育體系研究了外源糖對(duì)SDH和SOX活性的影響。結(jié)果表明：在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中，蘋(píng)果果實(shí)的SDH活性與葡萄糖、果糖和蔗糖含量間不存在顯著的相關(guān)性；而SOX活性與葡萄糖和果糖含量間存在極顯著的相關(guān)性。外源山梨醇和蔗糖均可提高發(fā)育前期和發(fā)育后期蘋(píng)果果實(shí)的SDH和SOX活性，其中以山梨醇的誘導(dǎo)作用最為顯著。外源葡萄糖對(duì)SDH活性的增加具有顯著的促進(jìn)作用，但抑制SOX活性，而外源果糖對(duì)蘋(píng)果果實(shí)SDH和SOX活性的誘導(dǎo)效果與葡萄糖恰好相反。結(jié)果還表明，外源糖對(duì)發(fā)育前期蘋(píng)果果實(shí)SDH和SOX的誘導(dǎo)作用均顯著高于對(duì)發(fā)育后期蘋(píng)果果實(shí)的誘導(dǎo)作用。由此推斷，蘋(píng)果果實(shí)中山梨醇代謝相關(guān)酶的活性變化受到可溶性糖的調(diào)控。

　　關(guān)鍵詞：蘋(píng)果果實(shí),外源糖,山梨醇脫氫酶,山梨醇氧化酶

　　山梨醇作為蘋(píng)果光合同化產(chǎn)物的主要輸出和運(yùn)輸形式[1,4]，在蘋(píng)果果實(shí)內(nèi)可被迅速轉(zhuǎn)化。山梨醇脫氫酶（SDH）和山梨醇氧化酶（SOX）是參與山梨醇代謝的關(guān)鍵酶，其中SDH將山梨醇還原成果糖，SOX將山梨醇氧化成葡萄糖[4-6]。發(fā)育過(guò)程中，蘋(píng)果果實(shí)SDH和SOX活性變化與可溶性糖含量間的關(guān)系尚不清楚，本研究以新紅星蘋(píng)果為試材對(duì)比進(jìn)行了探討與分析。

　　1材料和方法

　　1.1材料

　　試驗(yàn)于2009─2010年在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹(shù)試驗(yàn)中心進(jìn)行。以12年生新紅星（MalusdomesticaBorkh.cv.Starkrimson）為試材，樹(shù)勢(shì)中庸，生長(zhǎng)發(fā)育正常，常規(guī)田間管理。從花后間隔15d取樣1次，每次隨機(jī)取50個(gè)果實(shí)，果肉用液氮速凍后置-80℃超低溫冰箱貯存?zhèn)溆�。分別在花后50d和100d進(jìn)行外源糖孵育試驗(yàn)。

　　1.2方法

　　1.2.1可溶性糖的測(cè)定葡萄糖、果糖和蔗糖的測(cè)定采用高效液相色譜法（HPLC）。柱溫40℃，流速2mL/min，RID示差檢測(cè)器；流動(dòng)相為乙腈∶水=83∶17，每次進(jìn)樣體積為20μl，根據(jù)樣品峰面積和標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算蔗糖、葡萄糖和果糖含量。

　　1.2.2果實(shí)圓片試驗(yàn)參照Beruter等的方法略有改動(dòng)。將花后50d和100d的果實(shí)分割成直徑1.0cm，厚0.1cm的圓片，在平衡緩沖液中平衡30min后進(jìn)行外源糖孵育試驗(yàn)。取5g果肉圓片與20mL分別加入濃度為100mmol·L-1的葡萄糖、果糖、山梨醇、蔗糖的MES緩沖液混合（用100mmol·L-1甘露醇調(diào)節(jié)各反應(yīng)液的滲透勢(shì)），放入50mL的三角瓶中，在搖床上振蕩反應(yīng)16h（25℃），測(cè)定SDH和SOX的活性。3次重復(fù)。

　　1.2.3酶液的制備及酶活性測(cè)定稱(chēng)取1g果肉于研缽內(nèi)，加少量石英砂和5mL的50mmol·L-1HEPES-NaOH（pH7.5），冰浴研磨勻漿，12000g，4℃離心20min。上清液用稀釋10倍的提取緩沖液透析15h。參照Yamaki等的方法測(cè)定SDH和SOX的活性。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1發(fā)育過(guò)程中蘋(píng)果果實(shí)山梨醇代謝相關(guān)酶活性及可溶性糖含量變化

　　圖1表明，發(fā)育前期，蘋(píng)果果實(shí)的SDH和SOX活性均較低。從花后45d開(kāi)始，SDH活性增加顯著，到花后75d，SDH活性達(dá)到最高，之后隨果實(shí)發(fā)育逐漸下降直至果實(shí)成熟。與SDH的活性變化相比，整個(gè)發(fā)育過(guò)程中SOX活性較低且變化較小。在發(fā)育前期，SOX與SDH活性差異不顯著。從花后45d開(kāi)始，SOX活性緩慢上升，到花后120d達(dá)到最大值，但顯著低于SDH活性。

　　從圖2可以看出，發(fā)育早期新紅星蘋(píng)果果實(shí)的果糖和蔗糖含量均較低，而葡萄糖含量在花后30d有一定增加。隨著果實(shí)的發(fā)育，從花后60d開(kāi)始，果糖和葡萄糖含量迅速增加，其中以果糖的積累最為顯著。到果實(shí)發(fā)育后期，新紅星蘋(píng)果果實(shí)的果糖含量最高，葡萄糖含量次之�？v觀蘋(píng)果果實(shí)的整個(gè)發(fā)育過(guò)程，蔗糖含量?jī)H在發(fā)育后期才有一定的增加，但最終含量仍較低，遠(yuǎn)低于果糖和葡萄糖的含量。

　　2.2發(fā)育過(guò)程中蘋(píng)果果實(shí)山梨醇代謝相關(guān)酶活性與可溶性糖含量間的相關(guān)性

　　在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中，蘋(píng)果果實(shí)的SDH活性變化與葡萄糖、果糖和蔗糖含量間均不存在顯著的相關(guān)關(guān)系（表1）。而SOX活性與蘋(píng)果果實(shí)的葡萄糖和果糖含量間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.7891和0.9002。蘋(píng)果果實(shí)的SOX活性與蔗糖含量間的相關(guān)系數(shù)雖達(dá)到0.6346，但經(jīng)顯著性測(cè)驗(yàn)表明，二者間并不存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。3外源糖對(duì)蘋(píng)果果實(shí)山梨醇脫氫酶活性的影響

　　圖3表明，分別用濃度為100mmol·L-1的葡萄糖、果糖、山梨醇、蔗糖孵育果實(shí)圓片16h，可影響蘋(píng)果果實(shí)的SDH活性，但不同糖種類(lèi)間存在差異。從圖3可以看出，山梨醇、葡萄糖和蔗糖可顯著提高發(fā)育前期蘋(píng)果果實(shí)的SDH活性，與對(duì)照相比，其活性分別增加了4.82，3.41，1.64倍；對(duì)于發(fā)育后期的蘋(píng)果果實(shí)，其活性?xún)H增加了1.32，0.76，0.54倍。而外源果糖處理均抑制發(fā)育前期和發(fā)育后期蘋(píng)果果實(shí)的SDH活性，與對(duì)照相比，活性分別下降了0.56倍和0.49倍。4外源糖對(duì)蘋(píng)果果實(shí)山梨醇氧化酶活性的影響

　　從圖4可以看出，與外源糖對(duì)SDH的誘導(dǎo)效果相類(lèi)似，外源山梨醇和蔗糖也可顯著提高發(fā)育前期和發(fā)育后期蘋(píng)果果實(shí)的SOX活性。與對(duì)照相比，發(fā)育前期果實(shí)的SOX活性分別增加了4.79倍和1.70倍，而發(fā)育后期果實(shí)的SOX活性?xún)H增加了1.38倍和0.44倍。圖4還表明，蘋(píng)果果實(shí)的SOX活性受到外源葡萄糖的抑制和果糖的促進(jìn)。與對(duì)照相比，外源果糖處理，發(fā)育前期和發(fā)育后期蘋(píng)果果實(shí)的SOX活性分別增加了3.38倍和1.37倍。而外源葡萄糖處理，發(fā)育前期和發(fā)育后期蘋(píng)果果實(shí)的SOX活性分別下降了0.59倍和0.52倍。

　　3討論

　　眾多研究結(jié)果表明，蘋(píng)果果實(shí)中糖的積累受到果實(shí)庫(kù)強(qiáng)、韌皮部卸載、跨膜運(yùn)輸、碳水化合物代謝及相關(guān)酶活性等方面的調(diào)控[4,5,9]。山梨醇作為蘋(píng)果光合同化產(chǎn)物的主要輸出和運(yùn)輸形式，在葉片中占可溶性總糖的80%，而在果實(shí)中僅占總糖的3%~8%，表明山梨醇可在果實(shí)內(nèi)被迅速轉(zhuǎn)化，山梨醇經(jīng)韌皮部卸載，在果實(shí)中被SDH和SOX轉(zhuǎn)化成果糖和葡萄糖，參與果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)形成[4-5]。由圖1可以看出，發(fā)育前期，蘋(píng)果果實(shí)的SDH和SOX活性都較低。可能原因在于，在生長(zhǎng)發(fā)育早期，蘋(píng)果的萌芽、展葉和開(kāi)花坐果需要消耗大量的同化產(chǎn)物，蘋(píng)果幼葉自身的光合能力較弱，因此，合成與外運(yùn)到果實(shí)中的山梨醇較少。同時(shí)，發(fā)育早期的幼果又是主要的代謝庫(kù)，需要大量的碳水化合物，而轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的山梨醇可作為代謝基質(zhì)用于呼吸代謝、細(xì)胞分裂和細(xì)胞形成。隨著果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)形成，需要碳水化合物的不斷供給，多數(shù)葉片在此期也發(fā)育成為代謝源。蘋(píng)果“源（葉片）－庫(kù)（果實(shí)）”關(guān)系建立，從葉片轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的山梨醇在糖代謝相關(guān)酶的作用下轉(zhuǎn)化成蘋(píng)果果實(shí)發(fā)育過(guò)程中的暫時(shí)性貯存物（淀粉），維持了果實(shí)的庫(kù)強(qiáng)，保證了光合同化產(chǎn)物從源葉向果實(shí)的不斷輸入。而代謝庫(kù)（果實(shí)）對(duì)山梨醇需求量的增加，導(dǎo)致山梨醇的卸載能力增強(qiáng)，所以，在果實(shí)的發(fā)育中期，SDH和SOX活性逐漸升高。

　　越來(lái)越多的研究結(jié)果表明，植物體內(nèi)存在己糖激酶、依賴(lài)己糖但不依賴(lài)己糖激酶以及特殊的蔗糖信號(hào)系統(tǒng)。植物可通過(guò)細(xì)胞的糖感知系統(tǒng)調(diào)控與糖代謝有關(guān)的基因表達(dá)和酶活性的變化[10]。一般而言，糖抑制基因表達(dá)的多屬于正調(diào)節(jié)，而促進(jìn)基因表達(dá)的多屬于負(fù)調(diào)節(jié)。植物體糖枯竭時(shí)可以改變相關(guān)酶的基因表達(dá)，從而誘導(dǎo)已有蛋白的重組，新蛋白的合成，使光合作用、再運(yùn)輸和輸出光合產(chǎn)物相關(guān)基因的表達(dá)增強(qiáng)。當(dāng)植物體糖含量較高時(shí)，可以通過(guò)阻遏和誘導(dǎo)相結(jié)合，起到與糖枯竭時(shí)相反的調(diào)控作用[10]�？v觀蘋(píng)果果實(shí)的整個(gè)發(fā)育過(guò)程，從山梨醇代謝相關(guān)酶SDH和SOX與可溶性糖的相關(guān)性（表1）可以看出，不同糖種類(lèi)與SDH和SOX間的相關(guān)性差異較大，表明葡萄糖、果糖和蔗糖對(duì)SDH和SOX活性的變化可能存在不同的調(diào)控作用或作用機(jī)理。從表1可以看出，發(fā)育過(guò)程中蘋(píng)果果實(shí)的SOX活性與果糖含量存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明發(fā)育過(guò)程中果實(shí)中逐漸積累的果糖可能誘導(dǎo)SOX活性的提高。外源果糖顯著提高發(fā)育前期和發(fā)育后期蘋(píng)果果實(shí)的SOX活性充分驗(yàn)證了這一論點(diǎn)。對(duì)SDH而言，雖然整個(gè)發(fā)育過(guò)程中，葡萄糖、果糖和蔗糖與SDH間均不存在顯著的相關(guān)關(guān)系，但經(jīng)相關(guān)與回歸分析表明，發(fā)育后期（花后75~135d）蘋(píng)果果實(shí)的SDH活性與果糖含量間存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)高達(dá)-0.9404，表明發(fā)育后期蘋(píng)果果實(shí)SDH活性的下降可能受到果糖的抑制。外源果糖顯著抑制了發(fā)育前期和發(fā)育后期蘋(píng)果果實(shí)的SDH活性進(jìn)一步驗(yàn)證了這一推斷，由此可以看出，隨著果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育，果實(shí)中果糖含量逐漸增加，而不斷增加的果糖反饋抑制了SDH的活性。因此，果糖對(duì)蘋(píng)果果實(shí)的山梨醇代謝可能存在雙重調(diào)控作用。

　　從本試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，外源山梨醇均可提高發(fā)育前期和發(fā)育后期蘋(píng)果果實(shí)的SDH和SOX活性，其原因可能是通過(guò)增加酶促反應(yīng)底物濃度促進(jìn)了SDH和SOX活性的提高。而外源蔗糖促進(jìn)SDH和SOX活性提高的可能機(jī)制為，蔗糖本身就可誘導(dǎo)SDH和SOX的活性變化，或者蔗糖在轉(zhuǎn)化酶或蔗糖合酶的作用下轉(zhuǎn)化成己糖，再通過(guò)己糖誘導(dǎo)SDH和SOX的活性。鑒于果實(shí)糖代謝路徑的多樣性，酶學(xué)調(diào)控和糖誘導(dǎo)相關(guān)酶基因表達(dá)及活性變化的復(fù)雜性[2,9-11]，可溶性糖調(diào)控山梨醇代謝的具體生理機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]BeruterJ.Sugaraccumulationandchangesintheactivitiesofrelatedenzymesduringdevelopmentofapplefruit[J].JournalofPlantPhysiology,1985,121:331-334.

　　KochKE.Carbohydrate-modulatedgeneexpressioninplants[J].AnnualReviewofPlantPhysiologyandPlantMolecularBiology,1996,47:509-540.

　　SmeekensS.Sugar-inducedsignaltransductioninplants[J].AnnualReviewofPlantPhysiologyandPlantMolecularBiology,2000,51:49-81.

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