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Ca~(2+)、CaM及其目标酶与乙烯诱导番茄和草莓果实成熟衰老关系的研究

顾采琴  
【摘要】: 研究了跃变型果实番茄和非跃型果实草莓不同成熟度以及粉红期两种果实采后置于低温和常温下后熟衰老过程中与成熟衰老有关的主要生理生化指标的变化。结果表明,番茄果实成熟衰老过程中乙烯释放率、呼吸强度、多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性、番茄红素、叶绿素以及细胞壁可溶性蛋白均发生较明显的变化;而草莓果实成熟衰老过程中呼吸和乙烯的变化不明显,但活性氧代谢、可溶性蛋白含量和组分却发生了较明显的变化,表明番茄和草莓的成熟衰老特征不同。 研究表明,乙烯诱导绿熟期番茄乙烯高峰和呼吸高峰提前出现,促进PG活性,促进番茄红素积累、叶绿素分解和细胞壁可溶性蛋白提高,表明乙烯是诱导和加速番茄果实成熟衰老的根本原因。乙烯对草莓呼吸强度、SOD、O_2~-以及H_2O_2均无影响,但却明显促进内源乙烯生成、诱导34KD特异蛋白表达和加速后期细胞可溶性蛋白分解,说明乙烯与草莓呼吸作用和活性氧代谢系统关系不大,可能通过促进乙烯自我催化、诱导特异蛋白表达和促进可溶性蛋白分解来参与调控草莓果实成熟衰老。 用质膜钙通道阻断剂异博定(Vp)、钙通道Ca~(2+)竞争性抑制剂(LaCl_3)以及Ca~(2+)专一性螯合剂(EGTA)与乙烯一起处理绿熟期番茄果实和乳白期草莓果实,均可抑制乙烯诱导番茄和草莓的乙烯生成、番茄PG活性的提高、番茄红素含量的增加和细胞壁可溶性蛋白含量的增加以及草莓可溶性蛋白的分解,表明阻断质膜Ca~(2+)通道或螯合胞外Ca~(2+)以减少胞内Ca~(2+)能抑制乙烯对果实的催熟作用,间接证明乙烯对果实成熟衰老的诱导与胞外Ca~(2+)内流引起的胞质Ca~(2+)浓度的增加密切相关,表明乙烯信号转导可能与钙信使有关,调节胞质Ca~(2+)浓度可调节乙烯对果实的催熟作用。 进一步研究表明,Ca~(2+)受体蛋白钙调素(Calmodulin,CaM)无论在番茄还是草莓成熟衰老过程中,CaM含量变化均有相似的趋势,但不同果实CaM高峰出现的时间不同,衰老快的草莓果实较衰老慢的番茄果实CaM高峰出现时间早,这与果实的贮藏寿命有关。低温相应延缓CaM高峰的出现,表明CaM含量变化与果实成熟衰老密切相关。乙烯促进草莓和番茄果实CaM增加,外加Ca~(2+)促进这一作用,相反,阻断钙通道或减少胞外Ca~(2+)均能抑制这一作用,表明乙烯对 CaM的诱导依赖于细胞Ca》浓度的变化。乙烯对CaM的诱导与乙烯浓度有关。 用CaM桔抗剂TFP、CPZ与乙烯一起处理番茄果实和草萄果实,均可抑制番茄 果实中乙烯诱导的呼吸作用增强、PG活性提高、番茄红素含量增加和草姨乙烯 释放率上升以及可溶性蛋臼的分解。获叨OM介导乙烯对番茄和草筷果实主要 成熟衰老指标的诱导作用。本文认为Cd\CaM信使系统可能参与乙烯对跃变型 3‘果实番茄和非跃变型果实草臻成熟衰老的诱导作用。 研究表明,果实成熟衰老过程中,CaM的目标酶细胞微粒体膜 Ca》-ATPase 活性高峰在衰老快的草萄果实中比在衰老慢的番茄果实中出现得早,其活性开始 下降意味着果实进入衰老阶段,低温也能延缓Ca》-ATPase高峰出现并使其保持 较高活性,农叨Cay.AI”l,asc与卅实的成热哀名密切川关。 乙烯处理绿熟番茄果实和乳白期草萄果实能显著促进微粒体膜Cay-ATPase 活性,贮9&后期山于乙烯处理的果实比对照衰老快,因此C扩\ATPase的活性低 于对照。研究表明乙烯对果实微粒体膜cay.rhse活性的影响与乙烯的浓度和 处理时间有关,乙烯后动和加速果实成熟衰老的同时不仅与胞内 CaZ“浓度和 CaM 含量增加有关,而且与CaM的目标酶政\ATPase活性有关。 钙调素桔抗剂 CPZ和 TFP能抑制乙烯诱导番茄果实和草萄果实微粒体膜 CaZ\ATPase活性,这表明CaM参与乙烯对该酶的诱导以及该酶活性受CaM的 )调节。用CPZ和TFP处理绿熟番茄果皮圆片,均抑制微粒体膜Cay.ATPase的 活性,间接证明该酶属于CaM敏感型。钙通道阻断剂Vp预处理绿熟番茄果实 和乳白期草萄果实以及不同浓度Vp预处理绿熟番茄果皮圆片,均完全抑制乙烯 诱导的 Cay-ATPase活性增强;用 CaC12处理绿熟番茄果皮圆片,可使乙烯对 C八ATp肪C的诱导作用明显提高,证明乙烯对 CJ\ATp”C活性的诱导与胞外 Ca》内流引起的胞质Cay浓度增加有关。 CaM的另一重要目标酶NAD激酶在草萄和番茄果实成熟衰老过程中与 NADP磷酸酶活性一样,变化趋势充全不同,说明果实后熟衰老过程中这两种酶 的变化因果实种类不同而异。但无论草萄还是番茄果实,采后NAD激酶的变化 _均与呼吸变化趋势相似,NADP磷酸酶活性变化与乙烯变化趋势相似。因此, NAD激酶、NADP磷酸酶可能通过亘按影Illh NAD(H)和 NADP(11)的比例 而参与果实呼吸作用和乙烯生成的调节从而影响其后熟衰老过程。 低温在降?


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