乙烯对‘藤稔’葡萄果实发育及成熟的影响
摘要：本试验以‘藤稔’葡萄为试材，在果实转色期，用不同浓度的乙烯利处理果实。研究了果实生长发育过程中与乙烯合成相关基因的表达规律，‘藤稔’葡萄在发育成熟过程中果实的大小、单果重、干物质含量、着色、酸度、可溶性糖、可溶性固形物等相关生理指标的变化规律,分析了乙烯对其生长发育的影响；结果表明，乙烯作为一种十分重要的植物激素，能够加速果实的成熟，促进叶绿素降解和花色苷等黄酮类化合物合成，提高果实着色效果以及果实膨大，增加果实干物质含量，在‘藤稔’葡萄果实生长发育及成熟中起正调控作用。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 实验材料 3
1.1 材料及其处理 3
1.2 取样 3
2 方法 4
2.1 测定‘藤稔’葡萄发育过程中各项生理指标 4
2.1.1 果实重量、大小及干物质含量 4
2.1.2 可溶性糖含量 4
2.1.2.1 蔗糖含量的测定方法 4
2.1.2.2 葡萄糖含量的测定方法 4
2.1.2.3 果糖含量的测定方法 4
2.1.3 果实酸度 4
2.2 果实生长及成熟过程中相关基因表达分析 4
2.2.1 葡萄果实总RNA的提取 4
2.2.2 cDNA的合成 6
2.2.3 荧光定量PCR 6
2.2.4引物的合成 6
3 结果与分析 7
3.1 果实发育过程中生理指标的变化 7
3.1.1 果实形状、单重及干物质含量变化 8
3.1.2 果实中三种可溶性糖含量 10
3.1.3 果实酸度变化 10
3.2 乙烯对果实生长发育的影响 11
3.3 葡萄中部分成熟相关基因的表达分析 12
3.3.1 葡萄各组织总RNA提取及纯度检测 12
3.3.2 cDNA质量检测 13
3.3.3 葡萄生长发育过程中乙烯合成相关基因的表达
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
分析 13
3.3.4 乙烯对葡萄果实上色成熟相关基因的影响 14
4 讨论 15
参考文献 16
乙烯对‘藤稔’葡萄果实发育及成熟的影响
引言
引言
葡萄是世界上栽培历史悠久，经济价值很高的果树，在果树中栽培面积居世界第一。几年以来，葡萄品质的提高一直是葡萄生产和科学研究的重点。在我国南方，葡萄果实发育和成熟期间高温多雨，光照相对不足，昼夜温差较小，时常出现果实着色不良，成熟期推迟、果梗变粗等问题，严重影响了葡萄的品质[1]。而乙烯作为一种植物生长调节剂,调控果实品质方面有重要的作用。
1 乙烯处理对葡萄果实发育成熟过程中成熟相关生理指标的影响
1.1乙烯处理对葡萄果实着色的影响
在葡萄上主要是针对乙烯利处理葡萄果穗的研究。前人[2]研究发现，葡萄上外源乙烯利不仅会葡萄果实的成熟与成分，果粒的脱落，植株的营养生长及繁殖等产生影响，同时对促进多数葡萄品种果实的着色也具有积极的意义。这表明乙烯利的使用可能会导致花色素合成相关基因转录水平的提高，以及相关酶活性的增加。研究发现，利用光照和蔗糖对葡萄果实进行处理可提高苯丙氨酸（pal）的活性，而利用乙烯利处理其增加效果会更加明显。在‘赤霞珠’葡萄果实着色度达到50%时喷射乙烯利可显著提高果实的着色度，但不会对果实重量产生影响[3]。
1.2 乙烯处理对葡萄果实中可溶性固形物含量的影响
乙烯利处理使葡萄果实中可溶性固形物的含量增加，进而加速果实的成熟[2]。在此方面，乙烯的应用与乙烯利处理效果是一致的。研究发现利用乙烯利对葡萄果实进行处理存在双重效应。利用乙烯利分别于‘设拉子’葡萄花后4周、5周、6周、7周对其进行单独处理，结果发现果实色泽的发育（果实着色度）与未处理样品相比，花后9周至9周零5天开始处理，样品着色具有明显的推迟现象；若处理于花后8周和9周进行，即果实转熟前，则可加速果实的着色。糖酸比测定结果表明，早期进行处理会推迟果实的成熟，而在果实近转熟期进行处理则可促进果实的成熟。因此，根据果实发育过程中应用时期的不同，乙烯利可被看做果实成熟的促进或抑制因子。乙烯利在‘Doradillo’上的应用同样证实了乙烯这种双重效应的存在。
2 果实中乙烯的生物合成途径及其相关酶
2.1 乙烯的生物合成途径
乙烯的生物合成途径相对比较简单。首先甲硫氨酸在S腺苷甲硫氨酸合成酶(Sadomet synthetase，SAMS)的催化下生成S腺苷甲硫氨酸(Sadenosy lmethionine，SAM)(图1)。SAM是植物体内主要的甲基供体，用做许多生化合成途径的底物，例如乙烯合成途径和精胺/亚精胺合成途径等。然后SAM在ACC合酶(ACC synthase， ACS)的催化下产生氨基环丙烷羧酸(1aminocyclopropane1carboxylic acid， ACC)和5’甲硫腺苷(MTA)。ACC合酶是整个乙烯合成途径中的关键酶和限速酶。ACC用于产生乙烯; MTA则通过甲硫氨酸循环变回甲硫氨酸。最后ACC在ACC氧化酶(ACC oxidase，ACO)的催化下产生乙烯[4]。
图1 乙烯生物合成途径
Fig.1 The biosynthesis of ethylene
2.2乙烯生物合成途径的相关酶
2.2.1腺苷蛋氨酸合成酶（SAMS）
SAMS是植物体内物质代谢中一个重要的酶，催化Met和ATP形成SAM。SAM是植物体内主要的甲基供体，用做许多生化合成途径的底物。SAMS除了参与乙烯合成外，还参与了多胺的生物合成[5]及甲酯化反应。SAM含量在一定程度上影响ACC合成。SAMS是一个多基因家族，研究表明其中一些基因是组成性表达，即所谓的管家（housekeep）基因，而另一些基因的表达则受发育阶段、激素及环境因子调控[6]。
2.2.2 ACC合成酶
ACC合成酶（ACS）在调节乙烯生物合成中起关键的作用，它是催化SAM向ACC转化的限速酶。ACC合成酶可能存在于细胞质中[7]，且以单体、二聚体[8,9]甚至三聚体[10]的形式存在，其中以单体存在时活性最强，在催化反应时较不易失活[11]。
ACC合成酶是由多基因家族编码的。如今已从拟南芥、番茄、苹果、香蕉、猕猴桃、梨、李、甜瓜等多个物种中克隆分离到该酶的编码基因[4,12]。目前，模式植物拟南芥中已获得12个ACS编码基因成员（AtACS112）[13]，模式果实番茄中至少存在9个ACS基因成员（SlACS1a、SlACS1b、SlACS28）[12]，苹果中至少存在6个ACS成员（MdACS14、MdACS5a、MdACS5b）[14]。目前已有大量转基因研究报道证明ACS为乙烯生物合成途径关键限速酶，反义ACS转基因番茄乙烯水平降低99.5%，果实无法正常成熟[15]；类似转基因研究在甜瓜[16]等果实中也有报道。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 实验材料 3
1.1 材料及其处理 3
1.2 取样 3
2 方法 4
2.1 测定‘藤稔’葡萄发育过程中各项生理指标 4
2.1.1 果实重量、大小及干物质含量 4
2.1.2 可溶性糖含量 4
2.1.2.1 蔗糖含量的测定方法 4
2.1.2.2 葡萄糖含量的测定方法 4
2.1.2.3 果糖含量的测定方法 4
2.1.3 果实酸度 4
2.2 果实生长及成熟过程中相关基因表达分析 4
2.2.1 葡萄果实总RNA的提取 4
2.2.2 cDNA的合成 6
2.2.3 荧光定量PCR 6
2.2.4引物的合成 6
3 结果与分析 7
3.1 果实发育过程中生理指标的变化 7
3.1.1 果实形状、单重及干物质含量变化 8
3.1.2 果实中三种可溶性糖含量 10
3.1.3 果实酸度变化 10
3.2 乙烯对果实生长发育的影响 11
3.3 葡萄中部分成熟相关基因的表达分析 12
3.3.1 葡萄各组织总RNA提取及纯度检测 12
3.3.2 cDNA质量检测 13
3.3.3 葡萄生长发育过程中乙烯合成相关基因的表达
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
分析 13
3.3.4 乙烯对葡萄果实上色成熟相关基因的影响 14
4 讨论 15
参考文献 16
乙烯对‘藤稔’葡萄果实发育及成熟的影响
引言
引言
葡萄是世界上栽培历史悠久，经济价值很高的果树，在果树中栽培面积居世界第一。几年以来，葡萄品质的提高一直是葡萄生产和科学研究的重点。在我国南方，葡萄果实发育和成熟期间高温多雨，光照相对不足，昼夜温差较小，时常出现果实着色不良，成熟期推迟、果梗变粗等问题，严重影响了葡萄的品质[1]。而乙烯作为一种植物生长调节剂,调控果实品质方面有重要的作用。
1 乙烯处理对葡萄果实发育成熟过程中成熟相关生理指标的影响
1.1乙烯处理对葡萄果实着色的影响
在葡萄上主要是针对乙烯利处理葡萄果穗的研究。前人[2]研究发现，葡萄上外源乙烯利不仅会葡萄果实的成熟与成分，果粒的脱落，植株的营养生长及繁殖等产生影响，同时对促进多数葡萄品种果实的着色也具有积极的意义。这表明乙烯利的使用可能会导致花色素合成相关基因转录水平的提高，以及相关酶活性的增加。研究发现，利用光照和蔗糖对葡萄果实进行处理可提高苯丙氨酸（pal）的活性，而利用乙烯利处理其增加效果会更加明显。在‘赤霞珠’葡萄果实着色度达到50%时喷射乙烯利可显著提高果实的着色度，但不会对果实重量产生影响[3]。
1.2 乙烯处理对葡萄果实中可溶性固形物含量的影响
乙烯利处理使葡萄果实中可溶性固形物的含量增加，进而加速果实的成熟[2]。在此方面，乙烯的应用与乙烯利处理效果是一致的。研究发现利用乙烯利对葡萄果实进行处理存在双重效应。利用乙烯利分别于‘设拉子’葡萄花后4周、5周、6周、7周对其进行单独处理，结果发现果实色泽的发育（果实着色度）与未处理样品相比，花后9周至9周零5天开始处理，样品着色具有明显的推迟现象；若处理于花后8周和9周进行，即果实转熟前，则可加速果实的着色。糖酸比测定结果表明，早期进行处理会推迟果实的成熟，而在果实近转熟期进行处理则可促进果实的成熟。因此，根据果实发育过程中应用时期的不同，乙烯利可被看做果实成熟的促进或抑制因子。乙烯利在‘Doradillo’上的应用同样证实了乙烯这种双重效应的存在。
2 果实中乙烯的生物合成途径及其相关酶
2.1 乙烯的生物合成途径
乙烯的生物合成途径相对比较简单。首先甲硫氨酸在S腺苷甲硫氨酸合成酶(Sadomet synthetase，SAMS)的催化下生成S腺苷甲硫氨酸(Sadenosy lmethionine，SAM)(图1)。SAM是植物体内主要的甲基供体，用做许多生化合成途径的底物，例如乙烯合成途径和精胺/亚精胺合成途径等。然后SAM在ACC合酶(ACC synthase， ACS)的催化下产生氨基环丙烷羧酸(1aminocyclopropane1carboxylic acid， ACC)和5’甲硫腺苷(MTA)。ACC合酶是整个乙烯合成途径中的关键酶和限速酶。ACC用于产生乙烯; MTA则通过甲硫氨酸循环变回甲硫氨酸。最后ACC在ACC氧化酶(ACC oxidase，ACO)的催化下产生乙烯[4]。
图1 乙烯生物合成途径
Fig.1 The biosynthesis of ethylene
2.2乙烯生物合成途径的相关酶
2.2.1腺苷蛋氨酸合成酶（SAMS）
SAMS是植物体内物质代谢中一个重要的酶，催化Met和ATP形成SAM。SAM是植物体内主要的甲基供体，用做许多生化合成途径的底物。SAMS除了参与乙烯合成外，还参与了多胺的生物合成[5]及甲酯化反应。SAM含量在一定程度上影响ACC合成。SAMS是一个多基因家族，研究表明其中一些基因是组成性表达，即所谓的管家（housekeep）基因，而另一些基因的表达则受发育阶段、激素及环境因子调控[6]。
2.2.2 ACC合成酶
ACC合成酶（ACS）在调节乙烯生物合成中起关键的作用，它是催化SAM向ACC转化的限速酶。ACC合成酶可能存在于细胞质中[7]，且以单体、二聚体[8,9]甚至三聚体[10]的形式存在，其中以单体存在时活性最强，在催化反应时较不易失活[11]。
ACC合成酶是由多基因家族编码的。如今已从拟南芥、番茄、苹果、香蕉、猕猴桃、梨、李、甜瓜等多个物种中克隆分离到该酶的编码基因[4,12]。目前，模式植物拟南芥中已获得12个ACS编码基因成员（AtACS112）[13]，模式果实番茄中至少存在9个ACS基因成员（SlACS1a、SlACS1b、SlACS28）[12]，苹果中至少存在6个ACS成员（MdACS14、MdACS5a、MdACS5b）[14]。目前已有大量转基因研究报道证明ACS为乙烯生物合成途径关键限速酶，反义ACS转基因番茄乙烯水平降低99.5%，果实无法正常成熟[15]；类似转基因研究在甜瓜[16]等果实中也有报道。
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