潘騰飛 朱學亮等
摘 要: 【目的】為了探討‘琯溪蜜柚貯藏過程中汁胞?;c木質(zhì)素的關(guān)系,以及外源激素對木質(zhì)素合成與汁胞粒化的影響,【方法】以‘琯溪蜜柚果實為材料,利用水楊酸(SA)處理低溫貯藏的‘琯溪蜜柚果實,測定了貯藏過程中汁胞?;笖?shù)、木質(zhì)素含量以及木質(zhì)素合成途徑中關(guān)鍵酶的活性?!窘Y(jié)果】結(jié)果表明,汁胞?;笖?shù)、木質(zhì)素含量、木質(zhì)素合成關(guān)鍵酶的活性在整個貯藏過程中逐漸升高,SA處理的木質(zhì)素合成的關(guān)鍵酶PAL、CAD和POD的活性均顯著低于對照,木質(zhì)素含量和粒化指數(shù)也顯著低于對照。木質(zhì)素含量與粒化指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.943,木質(zhì)素合成酶的活性與木質(zhì)素含量的相關(guān)系數(shù)為0.981?!窘Y(jié)論】研究認為,‘琯溪蜜柚采后貯藏期間汁胞?;潭扰c汁胞中木質(zhì)素含量為正相關(guān)的關(guān)系,適宜濃度的SA對汁胞?;囊种谱饔弥饕峭ㄟ^抑制木質(zhì)素合成途徑中關(guān)鍵酶的活性,減少木質(zhì)素的合成,從而減輕汁胞粒化的程度。
關(guān)鍵詞: ‘琯溪蜜柚; 汁胞粒化; 水楊酸; 木質(zhì)素
中圖分類號:S666.3 文獻標志碼:A 文章編號:1009-9980?穴2013?雪02-0294-05
汁胞?;歉涕兕惞麡涑R姷囊环N生理現(xiàn)象?!g溪蜜柚[Citrus grandis (L.) Osbeck ‘Guanximiyou]的汁胞?;浅墒旌笃诤筒珊筚A藏期間發(fā)生的生理病害,其主要表現(xiàn)為汁胞異常膨大、變硬,有汁胞木質(zhì)化,汁味變淡,造成果實食用品質(zhì)下降,甚至喪失商品價值,給果農(nóng)帶來很大的經(jīng)濟損失。潘東明等[1]研究發(fā)現(xiàn)‘琯溪蜜柚汁胞在?;^程中伴隨著細胞壁加厚,纖維、半纖維增多,高爾基體增加,核體積增大,并且?;麜霈F(xiàn)多核仁現(xiàn)象。木質(zhì)素是由木質(zhì)素單體經(jīng)氧化耦合形成的化合物,其氧化過程主要發(fā)生在次生加厚的細胞壁[2-3]。Ilan等[4]觀察到柚汁胞?;c汁胞細胞的木質(zhì)化有直接關(guān)系,但與汁胞中木質(zhì)素合成的關(guān)系尚未明確。
木質(zhì)素單體的合成主要經(jīng)過苯丙酸途徑進行,包括了子系列的酶促反應和羥基化、甲基化及還原反應,最終生成3種單體物質(zhì)[2],合成的木質(zhì)素單體被過氧化物酶或者漆酶氧化成木質(zhì)素[3, 5-6]。木質(zhì)素生物合成途徑的關(guān)鍵酶包括苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂醇脫氫酶(CAD)和過氧化物酶(POD)等[7]。在枇杷中的研究發(fā)現(xiàn),水楊酸(salicylic acid,SA)能抑制低溫貯藏過程中PAL、CAD和POD的活性[8]。潘東明等[9]研究表明KT、2,4-D、NAA等能抑制汁胞?;陌l(fā)生和發(fā)展,但未見SA抑制柚汁胞?;l(fā)生的報道,且SA與木質(zhì)素合成的關(guān)系尚不明確。我們擬用SA處理成熟的‘琯溪蜜柚果實,探討在貯藏過程中,木質(zhì)素的合成與汁胞粒化的關(guān)系,以及外源激素SA如何影響木質(zhì)素的合成與汁胞粒化的發(fā)生。
1 材料和方法
1.1 材料
供試材料采自福建省漳州市平和縣新橋鎮(zhèn)小溪村大坑果園內(nèi)1株30 a樹齡的‘琯溪蜜柚樹,于成熟期采果,每個處理60個果,采收后立即送至實驗室。預冷的‘琯溪蜜柚果實分別采用0.5 g·L-1(SA1)、1.0 g·L-1(SA2)和1.5 g·L-1(SA3)水楊酸(SA)浸果60 min處理,然后晾干,裝入保鮮袋;以不浸泡處理為對照,均置于7 ℃下貯藏。貯藏過程中每20 d取出部分果實用于試驗,各處理均設(shè)置3次重復。
觀察‘琯溪蜜柚果的?;闆r,記錄粒化指數(shù),并從中隨機取?;臀戳;闹糜谀举|(zhì)素含量和相關(guān)酶活性的測定。
1.2 方法
1.2.1 ‘琯溪蜜柚?;笖?shù)的統(tǒng)計 果實?;潭扔昧;笖?shù)表示,按照潘東明等[1]的方法統(tǒng)計。
1.2.2 汁胞木質(zhì)素含量的測定 參照鞠志國[10]的方法,取3.5 g汁胞加入10 mL沸水,冷卻后加入86% H2SO4 25 mL,室溫下充分攪拌水解4 h,后加入蒸餾水250 mL,加熱煮沸1 h,冷卻后用預先烘干至恒質(zhì)量的G4砂心漏斗抽濾,再用蒸餾水洗滌,洗滌液用10% BaCl2檢查,以不出現(xiàn)BaSO4沉淀為止,G4砂心漏斗烘干后稱重。
1.2.3 汁胞PAL活性的測定 參照Cheng等[11]的方法,并略作修改。
PAL的提?。?取1 g汁胞于研缽中,并加入少量的提取介質(zhì),冰浴研磨成勻漿,攪勻,10 000 ×g離心15 min。上清液即為待測酶液。
PAL的測定: 反應體系含1.0 mL酶液、0.02 mol·L-1的L-苯丙氨酸1.0 mL和0.05 mol·L-1 pH 8.8硼酸緩沖液2 mL,總體積為4.0 mL。反應液于290 nm測其吸光值,以反應液1 h變化0.001吸光值為1個酶活性單位,PAL活性以U·g-1 FW表示,重復測定3次。
1.2.4 汁胞CAD 活性的測定 參照Goffner等[12]的方法。反應液含有0.2 mL酶提取液,6.4 mmol·L-1的NADP 1.25 mL, 3.2 mmol·L-1的松柏醇1.25 mL,pH 6.5磷酸緩沖液1.3 mL,總體積4.0 mL。于340 nm處測定其吸光值,以1 min變化0.001吸光值為1個酶活性單位,CAD活性以U·g-1 FW表示,測定3次重復。
1.2.5 汁胞 POD活性的測定 參照Meloni等[13]的方法測定。
酶液提?。?稱取汁胞樣品1 g,加入5 mL 50 mmol·L-1 pH 7.0 PBS(含10%PVP),冰浴研磨,于15 000×g低溫4 ℃離心20 min,取上清液供POD測定用。每個樣品重復3次。
POD活性測定: 參照Meloni等[13]的方法。反應混合液由0.2 mol·L-1 PBS (pH 6.0) 50 mL、H2O2 (30%) 0.028 mL和愈創(chuàng)木酚0.019 mL混合而成。測定時取10 μL酶液加反應混合液3 mL混勻,參比為50 mmol·L-1 pH 7.0 PBS 10 μL加反應混合液3 mL混勻,測定A470值,靜置5 min后,再測A470的值,并計算差值。POD活性以ΔA470 ·min-1·g-1表示(鮮質(zhì)量計)。
POD活性按下式計算:
POD活性=(ΔA470 VT)/(0.01WF·V1·T)
以每分鐘ΔA470變化0.01為1個POD活性單位(U)。VT表示提取液總體積(mL);V1表示測定時用去酶液體積(mL);T表示反應時間(min)。
2 結(jié)果與分析
2.1 ‘琯溪蜜柚貯藏期間?;笖?shù)的統(tǒng)計
在貯藏過程中,各處理的汁胞?;笖?shù)均隨著貯藏期的延長而逐漸上升(圖1)。在貯藏40 d前,對照組和0.5 g·L-1 SA處理的?;笖?shù)顯著上升,而1.0 g·L-1和0.5 g·L-1 SA處理的汁胞?;笖?shù)無顯著差異,貯藏40 d后,汁胞粒化指數(shù)顯著升高,不同濃度SA處理的柚果汁胞?;笖?shù)均顯著低于對照,其中1.0 g·L-1 SA處理能較好地減少汁胞粒化的發(fā)生。
2.2 ‘琯溪蜜柚貯藏期間汁胞木質(zhì)素含量的變化
對照處理和SA處理的‘琯溪蜜柚在貯藏40 d后汁胞木質(zhì)素的含量均顯著升高。在采后貯藏40 d至60 d期間,各處理的木質(zhì)素含量急劇增加,但SA處理能顯著減緩蜜柚汁胞木質(zhì)素含量的升高,其中1.0 g·L-1 SA處理的效果最顯著(圖2)。結(jié)果表明,貯藏期間隨著木質(zhì)素的積累,汁胞木質(zhì)化程度隨之升高,木質(zhì)素含量的增加與?;笖?shù)的變化呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.943,說明汁胞?;赡苁怯赡举|(zhì)素累積到一定量后引起的生理變化,SA能減少木質(zhì)素的合成,降低?;笖?shù)。
2.3 ‘琯溪蜜柚貯藏期間木質(zhì)素合成相關(guān)酶活性的測定
圖3表明,各處理的‘琯溪蜜柚在貯藏過程中,汁胞PAL活性呈先上升后下降的趨勢。貯藏20~40 d期間,對照組的PAL活性顯著上升,且顯著高于同時期的SA處理,在貯藏第40天出現(xiàn)PAL活性高峰,之后顯著下降;在此期間(貯藏20~60 d)SA處理的PAL活性呈上升趨勢,在貯藏60 d后0.5 g·L-1 SA處理組的PAL活性達到高峰,而后下降;1.0 g·L-1和1.5 g·L-1 SA處理組的PAL活性在貯藏第80天出現(xiàn)高峰,而后略有下降,處理說明SA處理能降低汁胞PAL活性且延緩其峰值的出現(xiàn)。
由圖4可以看出,不同處理的‘琯溪蜜柚在貯藏過程中,汁胞CAD活性均逐漸上升。對照組在貯藏20~60 d,活性顯著上升,并高于SA處理,而SA處理的CAD活性在貯藏40~60 d才出現(xiàn)顯著升高的變化,說明適宜濃度的SA處理能顯著降低汁胞CAD的活性。結(jié)果表明,果實在貯藏期間CAD活性的變化與木質(zhì)素的合成呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.981。
由圖5可以看出,各處理組的‘琯溪蜜柚汁胞POD活性在貯藏期間逐漸上升。貯藏前20 d,對照組的POD活性即出現(xiàn)顯著升高的現(xiàn)象,而SA處理組的POD活性無顯著變化,貯藏20 d后POD活性才顯著上升。SA處理果的POD活性及其上升速度顯著低于對照,其中1.0 g·L-1 SA抑制POD酶活性的效果最佳。
研究結(jié)果表明,在‘琯溪蜜柚的貯藏過程中,木質(zhì)素生物合成關(guān)鍵酶PAL、CAD和POD的活性與木質(zhì)素的含量和汁胞的?;潭扔邢嚓P(guān)性;適宜濃度的外源激素SA處理能夠抑制PAL、CAD的生物合成過程。
3 討 論
研究表明,汁胞?;c木質(zhì)素有關(guān)。Shomer等[14]認為汁胞粒化是汁胞木質(zhì)化形成厚壁組織的結(jié)果,通過對?;慕馄剩^察到囊壁細胞的次生木質(zhì)壁內(nèi)鑲物和復飾物的木質(zhì)化造成了?;F(xiàn)象[15],本研究結(jié)果表明,木質(zhì)素含量與汁胞粒化指數(shù)呈顯著正相關(guān),進一步證明了木質(zhì)素的生成是汁胞木質(zhì)化的主要原因之一。
在木質(zhì)素合成途徑中,PAL是苯丙氨酸途徑的第1個關(guān)鍵酶,催化L-苯丙氨酸生成反式肉桂酸,最后形成木質(zhì)素的酚類前體,是一個限速酶,CAD催化松柏醛形成木質(zhì)素單體[16],POD則將可溶性的木質(zhì)素單體氧化聚合成不溶性的木質(zhì)素聚合體,抑制這3種酶的活性能夠抑制木質(zhì)素的生成[17]。本研究結(jié)果表明,‘琯溪蜜柚在貯藏期間,PAL、CAD和POD與木質(zhì)素合成密切相關(guān),SA能顯著抑制木質(zhì)素合成關(guān)鍵酶PAL、CAD和POD的活性,從而抑制木質(zhì)素的合成。
SA是植物內(nèi)普遍存在的一種酚類化合物[18],被認為是一種植物內(nèi)源信號分子和新的植物激素,能夠干擾赤霉素(GA)的信號傳導或響應,從而抑制細胞木質(zhì)素合成相關(guān)酶基因的表達,進而影響植物的生長[19]。吳錦程等[20]用1.0 g·L-1 SA處理貯藏期間的枇杷果實,試驗結(jié)果證明外源SA能顯著抑制PAL、PPO、CAD和POD的活性,降低果實木質(zhì)素含量,減緩果實的木質(zhì)化。在本研究中,外源SA能顯著抑制貯藏期間‘琯溪蜜柚?;笖?shù)的上升,其原因可能是外源SA抑制了木質(zhì)素合成途徑中相關(guān)基因的表達,因此表現(xiàn)為SA處理組的相關(guān)酶活性顯著低于對照組,減少木質(zhì)素的生成,減輕汁胞木質(zhì)化程度。
4 結(jié) 論
‘琯溪蜜柚采后貯藏期間汁胞?;潭扰c汁胞中木質(zhì)素含量有直接的關(guān)系,SA對汁胞?;囊种剖峭ㄟ^抑制木質(zhì)素合成途徑中關(guān)鍵酶的活性,以減少木質(zhì)素的合成,從而減輕汁胞粒化的程度。
參考文獻 References:
[1] PAN Dong-ming, ZHENG Guo-hua, CHEN Gui-xin, SHE Wen-qin, GUO Zhi-xiong, SHI Mu-tian, LIN Hui-ying. Analysis of the reasons caused granulation of juice sacs in Guanximiyou pomelo variety[J]. Journal of Fruit Science,1999, 16: 202-209.
潘東明,鄭國華,陳桂信,佘文琴,郭志雄,施木田,林慧穎. 琯溪蜜柚汁胞?;蚍治鯷J]. 果樹科學,1999,16(3): 202-209.
[2] BOERJAN W, RALPH J, BAUCHER M. Lignin biosynthesis[J]. Annual Review of Plant Biology, 2003, 54: 519-546.
[3] RALPH J,LUNDQUIST K, BRUNOW G, LU F, KIM H, SCHATZ P F, MARTIA J M, HATFIELD R D, RALPH S A, CHRISTENSEN J H. Lignins: natural polymers from oxidase coupling of 4-hydroxyphenylpropanoids[J]. Phytochemistry Reviews, 2004, 3: 29-60.
[4] ILAN S, EDO C, ROSA V, ELLA L, MONICA B. Scierification of juice sacs in pummelo (Citrus grandis) fruit[J]. Canadian Journal of Botany, 1989, 67(3): 625-632.
[5] MCCAIG B C, MEAGHER R B, DEAN J F D. Gene structure and molecular analysis of the laccase-like multicopper oxidase (LMCO) gene family in Arabidopsis thaliana[J]. Planta, 2005, 221: 619-636.
[6] AYMERICK E, ANTHE G, PURBA M, JIN S K, BRIGITTE P, PETER I B. Biosynthesis and incorporation of side-chain-truncated lignin monomers to reduce lignin polymerization and enhance saccharification[J]. Plant Biotechnolgoy Journal, 2012, 10: 609-620.
[7] VANHOLME R, DEMEDTS B, MORREEL K, RALPH J, BOERJAN W. Lignin biosynthesis and structure[J]. Plant Physiology,2010, 153: 895-905.
[8] CAI Chong. Regulation of lignification and quality changes in postharvest loquat fruit[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2009.
蔡充.枇杷果實采后木質(zhì)化與品質(zhì)調(diào)控[D].杭州: 浙江大學,2006.
[9] PAN Dong-ming, CHEN Gui-xin, ZHENG Guo-hua, LIN Hui-ying, SHE Wen-qin. Effects of growth regulators on juice sac granulation in pummel fruits[J]. Journal of Fujian Agricultural University, 1998, 27(2): 155-159.
潘東明,陳桂信,鄭國華,林慧穎,佘文琴. 植物生長調(diào)節(jié)劑對琯溪蜜柚汁胞?;挠绊慬J]. 福建農(nóng)業(yè)大學學報,1998,27(2): 155 -159.
[10] JU Zhi-guo. Effects of harvest date on phenolics metabolism and tissue browning of laiyang chili(pyrus bretschneideri Rehd)[J]. Scientia Agricultura Sinica, 1991, 24(2): 63-68.
鞠志國. 采期對萊陽茌梨酚類物質(zhì)代謝和組織褐變的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學,1991,24(2): 63-68.
[11] CHENG G W, BREEN P J. Activity of phenylalanine ammonia-lyase (PAL) and concentrations of anthocyanins and phenolics in developing strawberry fruit[J]. Journal of American Society for Horticultural Science, 1991, 116(5): 865-869.
[12] GOFFER D, JODDROY J, GRIMA P J, HALPIN C, KNIGHT M E, SCHUCH W, BOUDET A M. Purification and characterization of isoforms of cinnamyl alcohol denydrogenase from Eucalyptusxylem [J]. Planta, 1992, 188(1): 48-53.
[13] MELONI D A, OLIVA M A, MARTINEZ C A, CAMBRAIA J. Photosynthesis and activity of superoxide dismutase, peroxidase and glutathione reductase in cotton under salt stress[J]. Environmental and Experimental Botany, 2003, 49: 69-76.
[14] SHOMER I, CHALUTZ E, VASILIVER R, LOMANIEC E, BERMAN M. Scierification of juice sacs in pummelo (Citrus grandis) fruit[J]. Canadian Journal of Botany, 1989, 67(3): 625-632.
[15] SHE Wen-qin. An analysis on physiological changes and gene differential expressions in the process of pummelo fruit[Citrus grandis (L.) Osbeck] juice sac granulation[D]. Fuzhou: Fujian Agricultural and Forestry University,2009.
佘文琴. 琯溪蜜柚汁胞?;^程中生理變化與基因差異表達分析[D]. 福州: 福建農(nóng)林大學, 2009.
[16] BAUCHER M, PETIT-CONIL M, BOERJAN W. Lignin: genetic engineering and impact on pulping[J]. Critical Review Biochemistry Molecular Biology, 2003, 38: 305-350.
[17] VANHOLME R, MORREEL K, RALPH J, BOERJAN W. Lignin engineering[J]. Current Opinion in Plant Biology,2008,11: 278-285.
[18] AN C F, MOU Z L. Salicylic acid and its function in plant immunity[J]. Journal of Integrative Plant Biology, 2011, 53(6): 412-428.
[19] LINA G G, LUIS E T, LISA A J, RICHARD A D. Salicylic acid mediates the reduced growth of lignin down-regulated plants[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, 2011, 108(51): 20814-20819.
[20] WU Jin-cheng, CHEN Qun, TANG Chao-hui, XIA Hai-lin. Effects of exogenous salicylic acid on lignification and related enzymes activities of loquat during cold storage[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2006, 22(7): 175-179.
吳錦程,陳群,唐朝暉,夏海琳. 外源水楊酸對冷藏枇杷果實木質(zhì)化及相關(guān)酶活性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報,2006,22(7): 175-179.