乙烯生物合成及其控制研究进展

综述近年来对乙烯生物合成重要中间产物Ｓ－腺苷甲硫氨酸（ＳＡＭ）及１－氨基环丙烷－１－羧酸（ＡＣＣ）各种分流途径的研究进展,重点介绍参与这些途径的关键酶及其基因的特性,并对控制乙烯生物合成的基因工程作一总结。     

植物激素乙烯生物合成与乙烯感受的分子机理

乙烯是分子结构最简单的植物激素,其生物合成途径的最后两个酶是ACC合成酶和ACC氧化酶。这两个酶基因已从许多植物中克隆,两个酶均由多基因家族编码。通过对乙烯不敏感突变体和结构性三重反应突变体的遗传分析表明,乙烯感受以及信号传递途径是由ETR1、CTR1和EIN3等成分组成,最终导致乙烯调节基因的表达。     

乙烯生物合成及其控制研究进展

 综述近年来对乙烯生物合成重要中间产物S-腺苷甲硫氨酸(SAM)及1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)各种分流途径的研究进展,重点介绍参与这些途径的关键酶及其基因的特性,并对控制乙烯生物合成的基因工程作一总结。     

乙烯生物合成基因工程在果蔬保鲜中的应用

水果和蔬菜的成熟、衰老与乙烯密切相关。乙烯生物合成过程受到多种因素的综合调控。通过基因工程调节乙烯生物合成相关酶的含量或活性以阻断或减少果蔬中乙烯的产生,从而延缓果蔬成熟或衰老,是果蔬保鲜最重要的策略之一。多种果蔬ACC合成酶、ACC氧化酶与微生物ACC脱氨酶、SAM水解酶的基因已被克隆;采用基因工程调控这些酶基因在果蔬中的表达,可能延长果蔬的贮藏保鲜时间。乙烯生物合成基因工程在果蔬保鲜中具有良好的应用前景,少数耐贮藏转基因果蔬已经实现商品化生产。     

乙烯对网纹甜瓜花器官及花粉结构和活力的影响

以网纹甜瓜‘西域1号'为材料,于幼苗三叶一心期喷施浓度为150 mg/L的乙烯利诱导主蔓形成两性花,以清水为对照,比较乙烯处理后形成的主蔓、侧蔓和对照侧蔓两性花,以及处理与对照雄花外观形态、解剖结构及花粉表面超微结构间的异同,并对其花粉活力进行了测定,以明确乙烯对甜瓜花器官形态及花粉结构和活力的影响.结果表明:乙烯诱导形成的主蔓两性花外观形态和解剖结构与对照侧蔓两性花没有差异,花粉超微结构相似,但存在部分畸形花粉,花粉活力仅为70%左右,显著低于其他花粉的活力,但其雌蕊发育正常,授粉后可正常结实.研究证实,乙烯处理对主蔓雄花及侧蔓两性花器官形态及花粉结构和活力无显著影响.     

网纹甜瓜发育果实糖分积累与蔗糖代谢参与酶的关系

随着网纹甜瓜果实的发育,果实中葡萄糖和果糖的含量增加,蔗糖的快速积累发生在果实发育的中后期,高蔗糖积累型果实中蔗糖积累速率明显快于低蔗糖积累型.蔗糖磷酸合成酶活性在果实发育的前期短暂下降, 而后稳步上升,在果实发育的中后期高蔗糖积累型果实中该酶的活性显著高于低蔗糖积累型果实;随着果实发育,蔗糖合成酶的分解活性降低而合成活性升高.酸性和中性转化酶在未成熟果实中活性较高,而在成熟果实中很低; 高蔗糖积累型果实中酸性转化酶活性显著低于同期低蔗糖积累型果实.合成蔗糖的酶活性小于分解蔗糖的酶活性时蔗糖几乎没有积累.根据这些结果推测,转化酶活性的下降、蔗糖磷酸合成酶活性的增加以及蔗糖合成酶分解活性的下降和合成活性的增加,是引起果实蔗糖积累的主要内在因子.     

授粉诱导兰花花部乙烯生物合成基因在转录水平上的表达

朵丽蝶兰（Ｄｏｒｉｔａｅｎｏｐｓｉｓｈｙｂｒｉｄａ Ｈｏｒｔ．）的花授粉后,测定乙烯的产生,并分析授粉后花部各器官乙烯生物合成的ＡＣＣ合成酶和ＡＣＣ氧化酶两个基因转录水平上的表达。授粉后在花部均可探测到ＡＣＣ合成酶和ＡＣＣ氧化酶的ｍ ＲＮＡ。在花部不同器官之间,此两种酶的ｍ ＲＮＡ的积累水平均表现出一些差异。ＡＣＣ合成酶的ｍ ＲＮＡ 积累与ＡＣＣ氧化酶相比,具有更明显的特异性。而ＡＣＣ氧化酶ｍ ＲＮＡ 的积累水平远比ＡＣＣ合成酶高     

植物乙烯生物合成过程中活性氧的作用

大量的研究结果表明,活性氧参与植物乙烯生物合成过程具有明显的普遍性,超氧阴离子自由基是参与乙烯生物合成过程的主要活性氧。近年来研究的焦点主要从乙烯生物合成的关键调控酶ACC合酶及ACC氧化酶的酶活性、酶动力学特性、酶蛋白空间结构、酶基因表达水平等方面来阐明活性氧调控植物乙烯生物合成的机制。最新的研究表明：植物在各种正常或应激的生长条件下首先诱导了活性氧产生水平的变化,活性氧在基因或蛋白质水平上影响ACC合酶和ACC氧化酶的活性水平,从而调节乙烯的生物合成。本文首次综述了活性氧影响植物乙烯生物合成过程的最新研究进展,并对活性氧在植物乙烯生物合成中具有诱导与抑制并存的“双重性”作用进行了探讨。     

乙烯利诱导网纹甜瓜主蔓两性花花芽分化的形态和解剖学研究

以网纹甜瓜(Cucumis melo L.var. reticulatus Naud.)品种’西域1号’为试验材料,于幼苗3叶1心期喷施浓度为150 mg·L^-1的乙烯利溶液进行处理,诱导主蔓形成两性花,以清水为对照,分别对处理和对照植株不同时期的主蔓和侧蔓花芽分化过程进行形态和解剖学观察。结果表明：经乙烯利处理后,幼苗植株主蔓花原基持续向两性花分化,最终发育形成两性花。未经处理植株的主蔓花原基在分化早期与两性花发育过程相同,但在雌蕊出现后,不再继续发育,最终发育形成雄花。处理植株主蔓两性花发育过程与侧蔓两性花发育过程相同。     

低乙烯减压处理对柿果实乙烯生物合成的影响

在 1 0℃± 1℃的条件下 ,研究了低乙烯减压处理对火柿采后乙烯生物合成的影响。结果表明 ,低乙烯减压处理使火柿 ACC含量降低 ,EFE活性减弱 ,从而显著抑制了乙烯的产生 ,延迟了乙烯峰出现的时间。该处理能显著延缓火柿硬度的下降。     

根际低氧逆境对网纹甜瓜幼苗生长及根系呼吸代谢途径的影响

以耐低氧性具有明显差异的两个网纹甜瓜(Cucumis melo var. raticulalus)品种为试材,研究了根际低氧胁迫下幼苗生长、根系活力及根系呼吸关键酶活性的变化。结果表明,根际低氧胁迫下,两品种幼苗生长均受到明显抑制,而根系活力升高;根系PDC活性两品种均显著提高,品种间无显著差异; MDH活性两品种均显著降低,且耐低氧性弱的‘西域一号’下降幅度较大;根系ADH和LDH活性两品种均显著提高,耐低氧性强的‘东方星光’ADH活性增加的幅度显著高于耐低氧性弱的‘西域一号’,而‘西域一号’LDH活性增加幅度显著高于‘东方星光’。说明‘东方星光’在低氧胁迫下能保持较高的有氧呼吸水平,无氧呼吸的主要途径为乙醇发酵,而‘西域一号’在低氧胁迫下无氧呼吸的主要途径为乳酸发酵。     

外源乙烯对月季(Rosa hybrida)切花花朵开放的影响与乙烯生物合成相关基因表达的关联

以探讨外源乙烯对月季切花花朵开放的影响及其与花瓣内源乙烯生物合成相关基因表达之间的关联为目的. 试材选用外源乙烯对花朵开放进程影响截然相反的两个品种, 其中, Samantha明显被促进, 而Kardinal则明显被抑制. 经外源乙烯处理, 两品种花瓣乙烯生成量、1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-aminocyclopropane -1-carboxylate, ACC)合成酶(ACC synthase, ACS)和ACC氧化酶(ACC oxidase, ACO)活性都被诱导升高. 但是, 以上指标两品种间变化有差异, 其中, Samantha主要表现为峰值提前, 即由未经处理对照的盛开期(开花级数4级)提早到初开期(3级); 而Kardinal主要表现为绝对值剧烈升高, 且远高于Samantha. 从花瓣中克隆到3个ACS (Rh-ACS1, Rh-ACS2和Rh-ACS3)和1个ACO(Rh-ACO1)基因的cDNA, 非放射性Northern检测结果表明, Rh-ACS3和Rh-ACO1基因的表达受到乙烯的诱导, 并且其表达变化在两个品种中都与ACS活性和乙烯生成量相一致. 由此推测, 外源乙烯对切花月季品种间花朵开放影响的差异, 可能与花瓣内乙烯生物合成关键酶转录水平上的诱导差异有关, 并且Kardinal可能对外源乙烯更为敏感. 还明确了月季切花3个ACS基因之间的表达存在发育时间和诱导方式上的特异性.     

伤处理和乙烯对桃ACC氧化酶基因表达的影响

桃果实不耐贮运,特别是溶质水蜜桃、珐I大11＿程技术的发展使番茄果实实现延熟保鲜'－'、人f［］也试图通过乙烯合成的关键酶的］i义HNA技术来延长桃果实的贮运期。：ICC氧化酶是乙烯生物合成的关键酶之一,ACC氧化酶4peJL从番茄'、矮牵牛。。。桃卜'、苹果、'等许多植物...     

AgNO3对网纹甜瓜试管苗再生和玻璃苗产生的影响

以网纹甜瓜品种‘中蜜1号’为试材,在其不同培养阶段添加不同浓度AgNO3,检测不定芽的诱导率和增殖率、玻璃苗发生率和生根情况的结果表明,添加AgNO3后,子叶的愈伤组织诱导率下降,添加70μmol·L^-1AgNO3可促进不定芽的诱导,50～60μmol·L^-1AgNO3明显促进不定芽增殖,并完全抑制玻璃苗的产生,添加50μmol·L^-1AgNO3的生根最好。     

外源γ-氨基丁酸对营养液低氧胁迫下网纹甜瓜幼苗抗氧化酶活性和活性氧含量的影响

在营养液低氧胁迫处理下,研究了γ-氨基丁酸(GABA)处理对低氧敏感性不同的网纹甜瓜品种植株根和叶抗氧化酶活性和活性氧(ROS)含量的影响.结果表明:在低氧胁迫下,GABA处理提高了网纹甜瓜植株根和叶抗氧化酶SOD、POD、CAT活性,降低了H2O2、O2-·、MDA等ROS含量,其中GABA 50mmol/L处理效果显著高于GABA 25和100 mmol/L的处理;与耐低氧性弱的"西域一号"品种相比,GABA处理对耐低氧性强的"东方星光"品种效果更明显,表明外源GABA处理通过促进抗氧化酶活性的提高,降低了低氧胁迫下植株体内ROS含量,增强植株的耐低氧的能力.     

甜瓜乙烯应答因子基因在果实发育成熟过程中的表达特性

根据已报道的甜瓜CMe-ERF1和CMe-ERF2基因cDNA序列设计合成特异性引物,应用RT-PCR技术从甜瓜品种‘河套蜜瓜’成熟果实中克隆得到CMe-ERF1和CMe-ERF2基因cDNA全长编码区序列,分别为498bp和822bp.序列比对分析表明,得到的cDNA序列与已报道的Andes甜瓜相应基因的cDNA序列完全一致.果实不同发育时期实时定量PCR检测结果表明,CMe-ERF1、CMe-ERF2基因表达与甜瓜果实成熟及乙烯生成量显著相关,表明该基因可能对果实成熟起重要作用.     

低氧胁迫下钙对网纹甜瓜幼苗多胺含量及多胺氧化酶活性的影响

以低氧性敏感的网纹甜瓜(Cucumis melo var. raticulalus)品种`西域一号'(Xiyu 1)为材料,研究了钙对低氧胁迫下幼苗生长、游离态、结合态和束缚态的腐胺(Put)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)含量、二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)活性、H₂O₂含量的影响。结果表明:与通气对照相比,低氧胁迫处理幼苗鲜重和干重显著降低,根、叶中3种形态的Put、Spd、Spm含量显著增加,DAO和PAO活性、H₂O₂含量显著提高;营养液加钙处理不但缓解了低氧胁迫对幼苗生长的抑制作用,而且幼苗游离态、结合态和束缚态Put、Spd、Spm含量显著高于单纯低氧胁迫处理,DAO和PAO活性、H₂O₂含量显著低于低氧胁迫处理;低氧胁迫下缺钙处理加重了低氧胁迫对网纹甜瓜幼苗的伤害。表明在低氧胁迫下,钙参与了网纹甜瓜幼苗多胺的代谢过程,对增强幼苗耐低氧性起着重要的作用。     

根际低氧胁迫对网纹甜瓜果期根系氮代谢的影响

采用气雾法栽培系统,研究了根际低氧(10%和5% O2)胁迫对网纹甜瓜(Cucumis melo)果实发育期间根系氮代谢的影响。结果表明:在30 d试验期内,与对照(21% O2)相比,低氧胁迫网纹甜瓜根系硝态氮(NO3--N)含量、铵态氮(NH4+-N)含量、硝酸还原酶(NR)活性、谷氨酰氨合成酶(GS)活性先增后降;在低氧处理20 d时,网纹甜瓜上述指标显著高于对照,低氧处理30 d时,显著低于对照,且5% O2处理变化的幅度大于10% O2处理;谷氨酸脱氢酶(GDH)活性在低氧处理10 d时显著低于对照,处理20 d时,与对照差异不显著;谷草转氨酶(GOT)活性在低氧处理20 d时与对照差异不显著,处理30 d时,显著低于对照;在5% O2处理期间谷丙转氨酶(GPT)活性显著低于对照,10% O2处理20 d时显著低于对照;在低氧处理期间,根系中可溶性蛋白质含量、根系伤流液中氨基酸的总量和大部分氨基酸的含量均随着根际O2浓度的降低而减少;网纹甜瓜果实发育期间根际O2浓度长期处于10% O2以下时,根系对氮的吸收、代谢能力下降,植株氮循环水平降低。     

甜瓜ACC氧化酶反义基因植物表达载体的构建及转化烟草的研究

用限制性内切酶从目的基因供体质粒pBI-aACO1上切下大小约2．3kb的目的基因,将其定向连接在受体质粒pCAMBIA2301载体上,构建成含有GUS基因的甜瓜ACC钣化酶反义基因植物表达载体pCB-aACO1。采用直接转化法将pCB-aACO1导入根癌农杆菌菌株EHA105,并用新构建的工程菌对普通烟草进行了遗传转化研究。在Kanamycin选择压力下获得的烟草转化不定芽和完整植株,经过GUS基因组织化学法检测以及PCR方法鉴定,证实了该反义基因已导入烟草基因组中,此项研究为下一阶段用该反义基因转化甜瓜品种以改良甜瓜果实耐贮运性打下基础。     

嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗生理特性的影响

以南瓜‘京欣砧三号’为砧木、薄皮甜瓜‘IVF09’为接穗,以自根苗为对照,研究了嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗生理特性的影响.结果表明: 在铜胁迫条件下,甜瓜幼苗的生理特性受到抑制.与自根苗相比,嫁接苗的生物量、叶片中光合色素、葡萄糖和果糖含量及光合参数,蔗糖磷酸合成酶、中性转化酶、酸性转化酶活性均显著提高.嫁接改善了养分吸收,有效增加了K、P、Na等的含量,减少了Cu含量,在800 μmol·L^-1 Cu²⁺胁迫下,嫁接苗叶片和根部Cu含量分别比自根苗降低31.3%和15.2%;嫁接改善了植株内源激素平衡,嫁接苗叶片中生长素含量、过氧化物酶活性高于自根苗,脱落酸、丙二醛含量、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性低于自根苗.表明嫁接减弱了铜胁迫对甜瓜幼苗生理特性的抑制作用,从而提高了幼苗对铜胁迫的抵抗能力.