苹果山梨醇脱氢酶的基因表达、组织分布和活性调控

木本蔷薇科植物光合作用产物以山梨醇为主。成熟叶片中合成的山梨醇运输到果实等库器官后不是作为储存形式而是被转化为其它形式的糖参与代谢。NAD-依赖的山梨醇脱氢酶(EC 1.1.1.14)催化山梨醇转化为果糖,是苹果等植物库器官分解利用山梨醇的关键酶,其含量和活性直接影响光合同化物在不同组织器官间的分配,关系到果实产量和品质。本文对苹果NAD-依赖的山梨醇脱氢酶的基因表达、组织分布以及酶活性调控等方面的研究进展进行了综述和讨论。     

甘蔗体内的蔗糖积累

成熟甘蔗茎秆积累高浓度蔗糖,其蔗糖积累涉及到蔗糖的合成、分解和运输等生理过程,而调控甘蔗茎中蔗糖积累的关键性因素是存在于快速发育的茎细胞中蔗糖糖代谢相关酶的活性和蔗糖的跨膜运输能力,而不是作为源叶输出光合产物的能力和韧皮部运输蔗糖的效率.为此,本文主要从蔗糖进入茎节的途径、蔗糖在液泡中的积累及其调控等方面作了概述,并指出运用分子生物学、反向遗传学和细胞生物学手段研究有关酶基因、功能性蛋白、糖信号对甘蔗蔗糖运输和积累的作用将是今后的重要研究方向.     

高等植物中的山梨醇及其代谢

许多木本蔷薇科植物中均含有山梨醇。山梨醇是这些植物的主要光合产物,也是碳水化合物的订运输形式和一种可溶性的贮藏碳水化合物。其合成和分解由多种不同的酶经多种途径催化进行,其代谢调节着植物的库源转变和库源强度。     

温州蜜柑果实发育进程中光合产物运输分配及糖积累特性

测定了温州蜜柑果实发育进程中糖的积累动态,并用14C示踪方法研究了果实发育不同阶段源叶的光合产物在果实中的运输分配特性.结果表明(1)果实组织中的糖含量随果实发育持续上升,果皮以积累己糖为主而其它组织则以积累蔗糖为主或略多.(2)在果实完熟之前,汁囊分配到的光合产物均占果实的50%以上,为果实中的光合产物分配中心;而到完熟阶段分配到汁囊的14C光合产物与其它组织接近,不再有明显的分配中心.(3)汁囊中的14C放射性比活度随着果实发育呈下降趋势,尤其在后期下降极为明显.(4)维管束/囊瓣表皮和囊瓣表皮/汁囊的14C放射性比活度的比率都随果实发育进程而增大,但后者的比率要大大高于前者,表明韧皮部后运输是光合产物进入汁囊的限速阶段.(5)输入到汁囊的14C光合产物主要以蔗糖形式存在,说明光合产物是以蔗糖为主体输入汁囊参与糖积累和代谢的.     

柑橘果实遮光处理对发育中的果实光合产物分配、糖代谢与积累的影响

研究了柑橘果实膨大初期遮光处理对果皮色素、果实含糖量、光合产物在果实内的分配及果实中蔗糖代谢相关酶活力变化的影响.结果表明遮光处理使果皮中的叶绿素含量迅速降低而类胡萝卜素积累缓慢,蔗糖的相对含量则明显上升.遮光处理还促进了光合产物向果皮运输,相应地降低了汁囊中光合产物分配比率,使果实汁囊中蔗糖含量下降.果皮中SS、SPS和转化酶活力在遮光处理后均有较大的提高,而汁囊中则差异不大.上述结果表明,在果实自身光合作用被抑制的条件下,果皮是通过提高酶活力来增强库强度,从而使其在与汁囊竞争中获得更多的光合产物,造成汁囊含糖量下降.     

温州蜜柑果实发育进程中光合产物运输分配及糖积累特性

测定了温州蜜柑果实发育进程中糖的积累动态,并用14C示踪方法研究了果实发育不同阶段源叶的光合产物在果实中的运输分配特性。结果表明：（1）果实组织中的糖含量随果实发育持续上升,果皮以积累己糖为主而其它组织则以积累蔗糖为主或略多。（2）在果实完熟之前,汁囊分配到的光合产物均占果实的50％以上,以果实中的光合产物分配中心;而到完熟阶段分配到汁囊的14C光合产物与其它组织接近,不再明显的分配中心。（3）汁囊中的14C放射性比活度随着果实发育呈下降趋势,尤其在后期下降极为明显。（4）维管束／囊瓣表皮和囊瓣表面／汁囊的14C放射性比活度的比率都随果实发育进程而增大,但后者的比率要大大高于前者,表明韧皮部后运输是光合产物进入汁囊的限速;《阶段。（5）输入到汁囊的14C光合产物主要以蔗糖形式存在,说明光合产物是以蔗糖为主体输入汁囊参与糖积累和代谢的。     

柑橘果实遮光处理对发育中的果实光合产物分配、糖代谢与积累的影响

研究了柑橘果实膨大初期遮光处理对果皮色素、果实含糖量、光合产物在果实内的分配及果实中蔗糖代谢相关酶活力变化的影响。结果表明：遮光处理使果皮中的叶绿素含量迅速降低而类胡萝卜素积累缓慢,蔗糖的相对含量则明显上升,遮光处理还促进了光合产物向果皮运输,相应地降低了汁囊中光合产物分配比率,使果实汁囊中蔗糖含量下降。果皮中SS、SPS和转化酶活力在遮光处理后均有较大的提高,而汁囊中则差异不大。上述结果表明,在果实自身光合作用被抑制的条件下,果皮是通过提高酶活力来增强库强度,从而使其在与汁囊竞争中获得更多的光合产物,造成汁囊含糖量下降。     

遮光灵武长枣果实糖积累和代谢相关酶活性特征

于灵武长枣盛花期对果实进行遮光处理,以自然照光为对照,通过测定果实生长指标、叶绿素含量、蔗糖代谢相关酶活性及其蔗糖代谢糖分含量等,研究果实光合作用在果实糖积累中的作用及对果实多糖和总糖含量积累的影响。结果表明:(1)遮光处理后,果实单粒重、单粒体积以及果实中叶绿素含量均降低。(2)遮光处理不同程度增加了果实中转化酶、蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶分解方向酶的活性,而降低了其蔗糖合成酶合成方向酶的活性。(3)遮光处理主要影响果实着色期和成熟期的糖含量,对果实发育初期糖含量影响较小;果实多糖的形成与果实所受光照状况具有一定的关系,而果实中总糖的积累与外界光照具有密切关系。可见,果实遮光处理影响了果实发育过程中蔗糖代谢相关酶的活性,从而影响果实糖分的代谢和积累。     

枇杷果实发育过程中糖积累及相关酶活性变化研究

以'青种'、'霸红'和'鸡蛋白'3个枇杷品种为材料,测定不同果实发育时期果实中蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及蔗糖代谢相关酶即酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性,并对果实中糖积累与酶活性的关系进行了分析.结果表明:在果实膨大期(5月3日)之前,3种枇杷果实的蔗糖、葡萄糖和果糖积累缓慢,之后则迅速积累,存在着明显的转折点;果实成熟(5月23日)之后糖分积累速度趋于平稳.3种枇杷果实在发育过程中转化酶、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性变化与3种糖积累的动态变化趋势相一致.NI和AI活性在果实膨大期之前都较低且没有明显的变化,之后均快速上升;SS和SPS的活性在果实膨大期之前都很低且几乎无变化,随后'鸡蛋白'的活性迅速上升至果实成熟之后便缓慢上升,而'青种'和'霸红'随果实成熟度的增加而升高,但均低于'鸡蛋白'.可见,枇杷果实膨大期是糖分积累代谢活跃期,其糖积累受蔗糖代谢相关酶综合调控.     

外源脱落酸对富士苹果果实膨大后期光合产物向果实运输的影响

为了明确脱落酸(ABA)对苹果果实糖分积累的影响机理,本试验以5年生‘烟富3’/M26/平邑甜茶为试材,采用¹³C同位素标记技术,研究在果实膨大后期用不同浓度(0、50、100和150 mg·L^-1)脱落酸溶液及氟啶酮(ABA生物合成抑制剂)处理果实对光合产物向果实运输及糖代谢的影响.结果表明: 随着ABA浓度的增加,糖代谢相关酶活性、蔗糖转运蛋白基因MdSUT1、MdSUT2.2和山梨醇转运蛋白基因MdSUT3相对表达量呈先升高后降低趋势,均以100 mg·L^-1ABA处理时最高.氟啶酮处理显著抑制了糖代谢酶活性和糖转运蛋白基因相对表达量.与其他处理相比,100 mg·L^-1ABA处理显著减少了叶片¹³C含量,增加了果实¹³C含量,提升了光合产物由叶片向果实的运输速率.表明外源ABA通过增强果实库强,促进更多的光合产物向果实运输,提高了成熟期果实可溶性糖含量.     

蔷薇科植物果实花青苷积累研究进展

蔷薇科植物是植物界重要组成成员,除了观赏类植物月季、玫瑰等,还包含苹果、梨和桃等食用类果树。蔷薇科果实因为富含花青苷而具有丰富多彩的颜色,深受消费者喜爱。近年来,果树学家们围绕果实花青苷积累进行了较为深入的研究,主要探究环境因素或激素信号参与花青苷积累的分子机制。综述了蔷薇科果实着色的分子调控机制,对如何提高果实花青苷积累进行了思考总结,旨为提高蔷薇科果实的商品性和内在品质作出理论支持。     

Cloning,expression, and characterization of sorbitol transporters from developing sour cherry fruit and leaf sink tissues

The acyclic polyol sorbitol is a primary photosynthetic product and the principal photosynthetic transport substance in many economically important members of the family Rosaceace (e.g. almond [Prunus dulcis (P. Mill.) D.A. Webber], apple [Malus pumila P. Mill.], cherry [Prunus spp.], peach [Prunus persica L. Batsch], and pear [Pyrus communis]). To understand key steps in long-distance transport and particularly partitioning and accumulation of sorbitol in sink tissues, we have cloned two sorbitol transporter genes (PcSOT1 and PcSOT2) from sour cherry (Prunus cerasus) fruit tissues that accumulate large quantities of sorbitol. Sorbitol uptake activities and other characteristics were measured by heterologous expression of PcSOT1 and PcSOT2 in yeast (Saccharomyces cerevisiae). Both genes encode proton-dependent, sorbitol-specific transporters with similar affinities (K(m) sorbitol of 0.81 mM for PcSOT1 and 0.64 mM for PcSOT2). Analyses of gene expression of these transporters, however, suggest different roles during leaf and fruit development. PcSOT1 is expressed throughout fruit development, but especially when growth and sorbitol accumulation rates are highest. In leaves, PcSOT1 expression is highest in young, expanding tissues, but substantially less in mature leaves. In contrast, PcSOT2 is mainly expressed only early in fruit development and not in leaves. Compositional analyses suggest that transport mediated by PcSOT1 and PcSOT2 plays a major role in sorbitol and dry matter accumulation in sour cherry fruits. Presence of these transporters and the high fruit sorbitol concentrations suggest that there is an apoplastic step during phloem unloading and accumulation in these sink tissues. Expression of PcSOT1 in young leaves before completion of the transition from sink to source is further evidence for a role in determining sink activity.     

补充蓝光对设施栽培油桃光合性能及糖酸积累的影响

以设施曙光油桃(Prunus persica cv. ‘Shuguang’)为试材, 设置补充蓝光处理, 测定了生育期内5个关键时期叶片的光合性能相关参数及果实的糖酸组分, 并观察了叶片气孔的变化情况。结果表明: 补充蓝光后油桃叶片的净光合速率提高, 叶绿素a和b含量增加, 叶绿素a/b显著降低, 叶面积增大; 气孔开放提前并较早达到最大开度, 且关闭延迟。叶片中检测到的主要同化物为果糖、葡萄糖和山梨醇, 以山梨醇为主; 果实中则为果糖、葡萄糖、山梨醇和蔗糖, 成熟期以蔗糖为主。补充蓝光处理的叶片中3种同化物积累较少, 而果实中总糖和蔗糖含量较高, 表明蓝光处理提高了光合同化物从叶片到果实的转运转化能力。草酸是叶片和果实中主要的有机酸, 补充蓝光处理的果实中有机酸含量显著降低, 糖酸与对照相比提高了30.5%。硬核期后是蓝光处理提高果实糖酸比的关键时期, 此时补充蓝光可改善设施油桃光合性能及果实品质, 这一技术措施有望应用到设施果树的栽培中。     

套袋对梨果实发育过程中糖组分及其相关酶活性的影响

以翠冠和黄金梨为试材,测定套袋和未套袋(对照)梨果实发育时期果实中蔗糖、葡萄糖、果糖和山梨醇含量以及蔗糖代谢相关酶酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性,并对果实中糖组分积累与酶活性的关系进行了分析.结果表明:(1)两梨品种套袋果实在发育过程中蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇和糖代谢相关酶活性变化趋势与对照基本一致,套袋果实糖含量均低于对照但差异不显著,而各相关酶活性在两类果实间差异表现各异.(2)在梨果实发育早期,果实中以分解酶类为主,糖分积累低;发育后期以合成酶类为主,糖分积累多.(3)两品种套袋和对照果实AI活性与葡萄糖含量均呈显著或极显著正相关,SS合成方向活性与蔗糖含量均为极显著正相关,且翠冠对照果SPS活性与蔗糖含量呈极显著正相关.可见,套袋通过提高果实发育早期转化酶(Inv)活性,降低果实后期蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)的活性来影响糖分积累,从而影响梨果品质.     

Cloning and expression of genes related to the sucrose-metabolizing enzymes and carbohydrate changes in peach

To shed light on the relationship between sucrose metabolism and expression of genes related to sucrose-metabolizing enzymes, six genes encoding sucrose-metabolizing enzymes were isolated, and the levels of four main carbohydrates and related enzyme activities as well as the expression of these six genes were determined in fruits, leaves and phloem-enriched fraction throughout peach fruit development. Sucrose content in mature fruit ranked first followed by glucose, fructose and sorbitol in that order, while sorbitol was the highest and sucrose lowest in phloem-enriched fraction and leaves. Glucose and fructose had similar change patterns throughout fruit development. Cloning results reveal that the nucleotide sequences of the six genes have high similarity to corresponding genes isolated from other plants. In addition, the expression of these genes and the levels of related enzyme activities varied with tissue and stage of fruit development, suggesting a complexity in relationships between carbohydrates, enzymes activities and related gene expression. Sucrose phosphate synthase maybe a key enzyme involved in sucrose synthesis while sucrose synthase may mainly be responsible for sucrose synthesis in peach fruits at later stages of development. Further studies are needed to genetically and physiologically characterize these genes and enzymes in peach and to gain a better understanding of their functions and relationship with carbohydrate metabolism.