（果树学专业论文）不同梨品种光合特性和糖代谢规律及其酶学调控机制研究.pdf

青岛农业 学碗1 学位论文 摘篓 不同梨品种光合特性和糖代谢规律及其 酶学调控机制研究 摘要 叶片光合作用强弱与梨树营养生长。果实发育，品质形成和树体产量密切相关。本 文以莱阳茌梨、栖霞小香水，黄县长把梨为试材，研究了光合有效辐射，叶龄，叶位和 方位对不同梨品种光合特性的影响。结果表明：晴天条件下，所有供试梨品种的净光合 速率( p n ) 日变化呈不对称双峰曲线；阴天条件下表现为单峰曲线。正面受光叶片的 p n 显著高于背面受光叶片。此外，光合速率还受到叶位和叶龄的影响，相同方位外围 新梢叶片的净光合速率以基部第7 - 9 叶片最高，且拟合曲线呈抛物线状。p n 随叶龄的 增加呈“低，高低”的趋势，3 0 d 叶龄的莱阳茌梨和栖霞小香水叶片具有最大的p n ，而 黄县长把是4 0 d 叶龄。 对于不同梨品种果实的发育动态，糖积累规律和糖代谢相关酶活性的季节变化，研 究结果表明：发育过程中梨果实中积累的糖分主要是果糖、葡萄糖蔗糖和山梨醇。可 溶性酸性转化酶和细胞壁结合酸性转化酶在暴实发育早期活性最高，随羞果实的发盲， 其活性逐渐降低。可溶性中性转化酶与蔗糖磷酸合酶活性的变化趋势相同，活性较低且 变幅很小蔗糖合酶的活性变化与果实中蔗糖的积累趋势一致。参与山梨醇代谢的山梨 醇脱氢酶和山梨醇氧化酶的变化则呈现先上升后下降的趋势，并且山梨醇氧化酶的活性 显著低于山梨醇脱氢酶的活性。 山梨醇代谢和蔗糖代谢与梨果实发育和品质形成密切相关利用果实圆片孵育技术 研究了外源糖和激素对梨果实糖代谢相关酶活性的影响。结果表明：蔗糖合酶蔗糖磷 酸合酶、山梨醇氧化酶及山梨醇脱氢酶的活性均受到葡萄糖、果糖、蔗糖、山梨醇，i a a ， g a 3 和a b a 的调控。其中葡萄糖，果糖山梨醇和a b a 均显著诱导s p s 和s s 合成活 性的增加，而蔗糖和i a a ，g a 3 抑制这两种酶的活性。对于s s 的分解活性，结果恰好 相反。葡萄糖和山梨醇均能诱导s d h 活性的升高，而果糖对其有抑制作用；a b a 对发 育后期的s d h 活性有较强的激活作用，i a a 对发育前期果实的s d h 活性有较强的激活 作用，g a ，对此酶调节作用较小；对于s o x 而言，果糖、山梨醇对其有诱导作用，葡 萄糖有抑制作用。外源i a a 和g a 3 均显著激活s o x 的活性，且对发育前期果实的调控 作用较为显著，而a b a 对发育后期果实具有较强的诱导作用。 关键词：梨果实；光合速率；糖；激素；蔗糖合酶；蔗糖磷酸合酶； 山梨醇氧化酶：山梨醇脱氢酶 青岛农业人学巅： 学位论文 英义摘要 s t u d i e so n p h o t o s y n t h e t i cc h a r a c t e r i s t i c sa n d s u g a r m e t a b o l i s ma n d r e g u l a t i n g m e c h a n i s mo fr e l a t i v ee n z y m e s i nd i f f e r e n tp e a rc u l t i v a r s a b s t r a c t s p h o t o s y n t h e s i sh a ss i g n i f i c a n te f f e c t so nt r e eg r o w t h f r u i td e v e l o p m e n t , f r u i tq u a l i t ya n df r u i t p r o d u c t i o n t h ee f f e c t so f 队r ，l e a fa g e ，l e a fp o s i t i o na n dl e a fl o c a l i z a t i o no n p h o t o s y n t h e t i c c h a r a c t e r i s t i c sw e r es t u d i e di n l a i y a n gc h i l i ，q i x i ax i a o x i a n g s h u i a n d h u a n x i a nc h a n g b a p e a r s t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed a i l yc h a n g e so fn e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ( p n ) i nt h r e ed i f f e r e n tc u l t i v a r sw e r e t 、v o o e a kp a t t e r nc u r v e si nt h es u n n yd a y ；h o w e v e r , t h ed a i l yp np r e s e n t e do n e - p e a kp a t t e r nc u r v e si nt h e c l o u d yd a y m o r e o v e r , t h el e a v e sw i t hu p p e rs u r f a c er a d i a t e dh a dh i g h e rp nc o m p a r e dw i t hl e a v e sw i t h b a c ks u r f a c er a d i a t e d o nt h eo t h e rh a n d ，t h er e s u l t sa l s oi n d i c a t e dt h a tt h el e a fp no nt h ea n n u a ln e w s h o o t sf r o mb o t t o mt ot i pi n c r e a s e da tt h eb e g i n n i n ga n dt h e nd e c r e a s e d ，a n da c c o r d e dw i t hp a r a b o l ac u r v e t h el e a v e sf r o m7 mt o 9 t hl o c a t e df r o mb o t t o mh a dh i g h e s tp ni na l lc u l t i v a r s m o r e o v e lt h el e a fp n p r e s e n t e d “l o w - h i g h l o w ”t e n d e n c yw i t ht h ei n c r e a s eo fl e a fa g e s a n dt h el e a fo f3 0 - d a y s - o l ds h o w e dt h e h i g h e s tp ni nb o t h l a i y a n gc h i l i a n d q i x i ax i a n x i a n g s h u i p e a r s b u t4 0 - d a y s - o l di n h u a n g x i a n c h a n g b a p e a r t h ec h a n g e so ff r u i td e v e l o p m e n t , s u g a rc o n t e n t sa n da c t i v i t i e so fr e l a t i v ee n z y m e si n s u g a r m e t a b l o l i s mw e r ea l s oa n a l y s i s e di nd i f f e r e n tp e a rc u l t i v a r s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h em a i ns u g a r s a c c u m u l a t e di np e a rf r u i tw e r ef r u c t o s e ，g l u c o s e ，s u c r o s ea n ds o r b i t 0 1 t h ea c t i v i t i e so fs o l u b l ea n dc e l l w a l l - b o u n da c i di n v e r t a s ew e r eh i g h e ri nt h ee a r l ys t a g e so ff r u i t d e v e l o p m e n ta n dt h e ng r a d u a l l y d e c r e a s e dw i t ht h ef r u i td e v e l o p i n g ；t h ec h a n g e so fn e u t r a li n v e r t a s ea n ds u c r o s ep h o s p h a t es y n t h a s ew e r e u n i f o r mw i t hl o wa c t i v i t i e sa n dg e n t l yc u r v e ，o nt h eo t h e rh a n d ，s u c r o s es y n t h a s ea c t i v i t yi n c r e a s e dw i t h s u c r o s ea c c u m u l a t i o n m o r e o v e r , t h ea c t i v i t i e so fs o r b i t o ld e h y d r o g e n n a s ea n ds o r b i t o lo x i d a s ei n c r e a s e d a tt h eb e g i n n i n ga n dt h e nd e c r e a s e d ，b u tt h ea c t i v i t i e so fs o r b i t o lo x i d a s ew e r ee v i d e n t l yl o w e rt h a n s o r b i t o ld e h y d r o g e n a s e u 青岛农业夫掌硕t 学位论文 英文摘要 t h em e t a b o l i s mo fs u c r o s ea n ds o r b j t o lh a dh i g hr e l a t i o n s h i pw i t hf r u i td e v e l o p m e n ta n dq u a l i t y f o r m a t l o n m ，t h er e g u l a t i n ge f f e c t so fe x o g e n o u ss u g a ra n dh o r m o n eo nt h ea c t i v i t i e so fr e l a t i v ee n z y m e s i ns u g a rm e m b o l i s mw e r es t u d i e dw i t hd i s ki n c u b a t i o nt e c h n i q u ei nt h ef r u i t so f l a i y a n gc h i l i ，q i x i a x i a o x i a n g s h u i a n d h u a n g x i a nc h a n g b a p e a r s t h et c s u r ss h o w e dt h a tt h ea c t i v i t i e so fs s ，s p s ，s d h a n ds o xw e rr e g u l a t e db ，e x o g e n o u ss u g a r ( i n c l u d i n gs u c r o s e + g l u c o s e f r u c t o s ea n ds o r b i t 0 1 ) a n d h o r m o n e ( i n c l u d i n gi a a ，g a 3 ，a b a ) i nt h ef r u i t so fb o t he a r l ya n dl a t ed e v e l o p m e n ts t a g e m o r e o v e r , t h e r e s u l t si n d i c a t e dt h a tg l u c o s e ，f r u c t o s e ，s o r b i t o la n da b ai n c r e a s e dt h ea c t i v i t i e so f s p sa n ds s s y n t h e s i s 。 h o w e v e r s u c r o s e ，i a aa n dg a 3i n h i b i t e dt h ea c t i v i t i e so ft h o s ea b o v ee n z y m e s a sf a r 笛s s d e c o m p o s i t i o na c t i v i t yc o n c e r n e d ，t h er e s u l t sw e r ec o n t r a r yc o m p a r e dw i t ht h er e s u l t so fs ss y n t h e s i s a c t i v i t y a st ot h ee n z y m e so fs o r b i t o lm e t a b o l i s m ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tg l u c o s ea n ds o r b i t o la l s o i n c r e a s e ds d ha c t i v i t y , b u tf r u c t o s ei n h i b i t e di t sa c t i v i t y o nt h eo t h e rh a n d ，a b ai n c r e a s e dt h es d h a c t i v i t ys i g n i f i c a n t l yi nt h el a t ed e v e l o p m e n t a ls t a g e b u t , i a ai n c r e a s e dt h ea c t i v i t yo fs d hi nt h ee a r l y s t a g eo f d e v e l o p m e n t , a n dg a 3h a ds m a i l a rr e g u l a t i n ge f f e c t so ns d h a sf a sa ss o xc o n c e r n e d ，f r u c t o s e a n ds o r b i t o li n c r e a s e ds o xa c t i v i t y , b u tg l u c o s ei n h i b i t e di t s a c t i v i t y , o nt h eo t h e rh a n d ，i a aa n dg a 3 h i g h l yi n c r e a s e d t h ea c t i v i t i e so fs o x ，e s p e c i a l l yo nt h ef r u i ta te a r l yd e v e l o p m e n t a lp e r i o d h o w e v e r , a b as h o w e dt h eh i g h e rr e g u l a t i n ge f f e c t so ns o x a c t i v i t ya tl a t ed e v e l o p m e n t a ls t a g e k e yw o r d s ：p e a rf r u i t ；s u g a r ；h o r m o n e ；s u c r o s ep h o s p h a t es y n t h a s e ( s p s ) ；s u c r o s es y n t h a s e ( s s ) ； s o r b i t o ld e h y d r o g e n a s e ( s d h ) ；s o r b i t o lo x i d a s e ( s o x ) i 霄岛农业大学窥 ：学位论文 缩略语表 英文缩写 a b a a i c i c w i d 耵 e d t a g a 3 g s h e p e s i a a l c p l s p m e s n i p a r p n p v p p r u b i s c o s d h s o x s p s s s t d s v c 缩略语表 a b b r e v i a t i o n sw o r d 英文名称 a b s c i s i ca c i d a c i di n v e r t a s e i n t e c e l l u l a rc 0 2c o n c e n t r a t i o n c e l lw a l l 4 d i t h i o t h r e i t j e t h y l e n e d i a m i n e t e t r a - a e e t i ca c i d o i b b e r e l l i r d s t o m a t a le o n d u c t a n c e 4 ( 2 - h y d r o x y e t h y l ) p i p e r a z i n e - n - ( 2 一e t h a n e s u l f o n i ca c i d ) i n d o l e 3 a c e t i ca c i d l i g h tc o m p e n s a t i o np o i n t l i g h ts a t u r a t i o np o i n t 2 一f n - m o r p h o l i n o ) e t h a n e s u l f o n i ea c i d n e u t r a li n v e r t a s e p h o t o s y n t h e t i c a l l ya c t i v er a d i a t i o n p h o t o s y n t h e t i cr a t e p o l y v i n y l p o l y p y r r o l i d o n e r i b u l o s e - 1 ，5 - d i p h o s p h a t eo x y g e n a s e s o r b i t o ld e h y d r o g e n a s e s o r b i t o lo x i d a s e s u c r o s ep h o s p h a t es y n t h a s e s u c r o s es y n t h a s e t r i s ( h y d r o x y m e t h y l ) a m i n om e t h a n e a s c o r b i ca c i d 中文名称 脱落酸 可溶性酸性转化酶 细胞间c 0 2 浓度 细胞壁结合酸性转化酶 二二硫苏糖醇 乙_ 二氮四乙酸 赤霉紊 气孔导度 4 一羟乙基哌嗪乙磺酸 生长素 光补偿点 光饱和点 2 吗啉乙磺酸 可溶性中性转化酶 光合有效辐射 光合速率 聚乙烯聚毗咯烷酮 核酮耱一二磷酸缩化酶 山梨醇脱氢酶 山梨醇氧化酶 蔗糖磷酸合酶 蔗糖合酶 = ( 羟甲基) 氰基甲烷 抗上1 ：血酸 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本入在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。如不实，本入负全都责任。 一繇鹊榔叫嘲慨 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阕和借阅。本人授权学校可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者躲豫喑 签字日期：0 年6 月l g 只 = 鬟 签字同期跏) 年歹月同 ， 青岛农业人掌顾i 学位论文殳献综述 第一部分文献综述 1 影响光合作用的因素 光合作用是地球上规模最大的把太阳能转变为可储存的化学能的过程，也是规模最 大的从无机物合成有机物和从水中向大气圈释放氧气的过程【l l 。光合作用是生物界获得 能量和食物的基础。果树的光合作用是联系生长、发育、结果等生理过程的纽带和基础， 它是果树生长发育好坏和生产力高低的决定因素1 2 1 。影响果树光合作用的因素很多，有 些因素与一般植物一样，而有些因素则是梨等木本果树特有的，这此因素可分为内部因 素和外部因素i lj 。内部因素包括树种、品种、叶龄、叶位、叶质、叶绿素含量、叶片矿 质元素含量、库源关系、导水力、渗透调节和果实结果状况等；外部因素包括光、温度、 水分、c 0 2 等。 1 1 影响光合作用的内部因素 1 1 1 种内光合作用的遗传性 果树光合性能的高低及其对环境条件的适应能力，在很大程度上决定于自身的遗传 特性。在果树漫长的进化过程中，不同果树形成了自身特有的光合特性。c 。植物的光 合速率远高于c 3 植物。绝大多数果树为c 3 植物，净光合速率不仅比c 4 植物低，而且 还低于草本的c 3 植物1 2 j 。不同果树的光合速率也不同。落叶的阔叶果树比常绿的阔叶 果树的p n 高，如节果为1 0 3 5m g c 0 2 d m - 2 h 3 1 ，而柑桔仅为8 1 3m g c 0 2 d m - 2 h 一 4 1 。 落叶果树中p n 的大小顺序为：李 油桃 酸樱o r 梨 扁桃 甜樱桃 节果 美洲山核桃 桃 葡萄 杏，常绿果树中p n 的大小顺序为：鳄梨 番木瓜 柑桔 杨梅 澳洲孥果。 同一果树不同品种光合速率也有差异。据研究，节裂5 1 、葡萄1 6 l 、桃【7 1 、猕猴桃【8 1 等果树的不同品种光合速率不同，不同梨品种的光合速率差异也较大。王白坡等【9 l 测定 了用阔条件下1 3 个梨品种的净光合强度，太平梨p n 最高，达2 3 8m g c 0 2 d m - 2 , h 。新 世纪p n 最低，p n 仅为9 5 4m g c 0 2 d m - 2 h 。杨万锰等【1 0 l 测定了1 6 个梨一年尘苗在饱 和光强下的p n ，其数值在1 0 1 1 8 2m g c 0 2 d 1 1 1 - 2 h 之日j 。赵宗方等1 测定了8 年生的 6 个梨品种的p n ，以早酥梨p n 最高，为1 4 1 1m g c 0 2 d m - 2 h ，明月p n 最低，为7 0 2 m g c o z d m - 2 h 一。 1 1 2 叶龄对光合作用的影响 果树叶片净光合速率随着叶龄的变化而变化【l o l 。果树单叶片的净光合速率变化，当 叶片初展丌尚呈黄绿色时，净光合速率较低；随着叶片的生长，净光合速率逐步提高： 青岛农业人学碗 ：学位论文 艾献综述 叶片成型时，净光合速率最高；在维持一段时间后，随着叶片的衰老，净光合速率降低。 文晓鹏【坨l 等对板栗光合速率的研究中发现，板栗叶片光合速率因叶片叶龄的大小不同而 变化，不同板栗品种之间有一定差异。但是，无论哪个品种，当其叶龄为1 1 0d 时，光 合速率均在较高水平上，而叶龄一旦超过l l o d ，叶片进入衰老阶段，光合速率也就明 显下降。廖镜思等研究了龙眼光合作用与叶龄的大小关系，发现当龙眼叶龄很小时，光 合机构尚未形成，龙眼树本身不能进行光合作用，仅靠其他器官输送养分来维持生长。 此时，叶片的净光合速率为负值，随着叶片的生长，净光合速率急剧上升，在净光合速 率p n 达到最大值的时间一般在3 0 - 5 0 d 左右。 1 1 3 叶位对光合作用的影响 不同叶位的叶片因其所处的位置和叶片发育程度不同，光合作用也存在差异。葡萄 营养枝基部第缸1 5 节叶片的光合活性最高，副梢叶片的光合活性高于其主梢叶片。 有入研究了苹果新梢不同时位的光合作用特点，春季节果新梢叶片中升绿素含量和p n 值从基部到顶部逐渐降低。在生长中期则相反，从基部到顶部逐渐升高。梨树枝条顶部 到基部的叶片有一个发育梯度，叶片栅栏组织逐渐加厚，气孔密度逐渐增加，光合速率 也逐渐上升，黄花梨、金水2 号梨分别在第7 和第1 1 片叶出现p n 最大值，随后p n 又 不断下降【1 5 】。丰水梨1 年生长枝从基部向上7 11 叶p n 最高，枝条基部与项部叶p n 均 较低【嘲。 1 。2 影响光合作用的外部因素 1 2 1 光照 光合作用是一个光生物化学反应，光是光合作用的能量来源，也是影响光合碳循环 中光调节酶活性的重要因素及形成叶绿素的重要条件。光直接制约光合速率的高低【i i 。 胡文海的研究表明，在低温弱光下，番茄植株生长停滞，叶绿素含量、净光合速率( p n ) 、 气孔导度( g s ) 、胞间c 0 2 浓度( c i ) t 斛1 。弱光影响光合机构和活性，但不破坏光合机 构。当光合机构接受的光能超过它所能利用的限度时，光引起光合速率的降低，产生光 抑制。光抑制最显著的特征是p s i i 光化学效率降低和光合碳同化的量子效率降低。当 发生光抑制时，叶片的p n ，g s 及电子传递速率下降，许多研究证明了这一点 1 8 1 9 2 0 l 。在 强光下，非光辐射能量耗散即依赖于叶黄素循环的能量耗散过程则成为防御饱和光强以 上的光强对光合机构的破坏的主要形式1 2 + , 2 2 1 。在一定范围内，光合速率随着光合强度的 增加而加快，但超过一定范围之后，光合速率增加转慢；当达到某一光强时，光合速率 不再增加，此时的光强为光饱和点( l s p ) 。当光强降低至一定水平时，光合吸收的c 0 2 与呼吸放出的c 0 2 楣等，此时的光强称为光补偿点( l c p ) 。 青岛农业人学硕i 学位论立文献综述 各种果树光饱和点和光补偿点不同【1 7 0 1 0 2 2 3 2 4 搿1 。光补偿点：节果为1 2 0 0i x ，甜橙 和柠檬为1 0 0 2 0 0i x ，温州蜜柑为1 0 0 0 3 0 0 0l x ，葡萄为3 0 0 3 0 0 0i x ，草墓为7 0 0i x ，桃、 板栗、无花果和柿为1 0 0 0 3 0 0 0i x 。光饱和点：节果为8 6 0 0 - - 4 0 0 0 0i x ，温州蜜柑为 3 5 0 0 0 4 0 0 0 0i x ，葡萄为1 0 0 0 0 3 0 0 0 0i x ，草莓为2 5 0 0 0 - 4 4 0 0 0i x ，桃，板栗、无花果和 柿为4 0 0 0 0i x ，鳄梨为1 0 0 0 0 2 5 0 0 0i x1 2 6 , 2 7 1 。 1 2 2 温度 光合作用的暗反应是出酶所催化的化学反应，而温度直接影响着酶的活性，因此， 温度对光合作用的影响也很大。一般植物可在1 0 3 5 下正常进行光合作用，其中以 2 5 3 0 最适宜，在3 5 以上时光合作用就丌始下降，4 0 - - 5 0 时即完全停止。梨树叶 片在一定温度范围内p n 随温度升高而上升，当达到一定温度时光合速率最大，其后温 度再上升p n 逐渐下降l 。p n 最高时的温度为光合最适温度。 胡文海掣”j 对番茄进行5 低温处理后，导致光合速率的降低。推断可能是通过影 响光合机构或暗发应酶活性而影响光合作用。光合作用在高温胁迫下也降低。张放【2 4 1 报道，短期高温胁迫，主要使柑橘气孔关闭，减少c 0 2 供应量，降低叶片光合速率。 然而较长时间( 2 3d ) 的高温刺激会迸一步影响到叶肉细胞的光合活性，如r u b p 羧化酶 的活性，r u b p 的再生能力，光合电子传递和光合磷酸化活性等【2 5 i 。 1 2 3 水分 水分对光合作用的影响是多方面的。水是光合作用的原料之一，又是各种生化反应 介质，影响气孔的开闭，细胞膨压及光合产物代谢【2 ”们。干旱还影响生物膜透性与流动 性。膨压是细胞生长的驱动力，植物在干旱条件下，细胞膨压维持能力的强弱是植物适 应干旱，维持正常生长的关键。较强的膨压维持能力，能够维持较高的光合速率，积累 较多的光合产物，维持较好的生长速度，从而保证较高产量d o 】。当植物叶片处于低水势 状态下，净光合速率下降，光合电子传递受到抑制，由于叶绿体膜复合体将吸收的光辐 射能转化为化学能的能力发生改变，使叶绿体量子产额有所下降；随着叶黄素循环的光 化学淬灭的增加，c 3 和c 4 植物通过非辐射能的耗散，减轻干早对光合器官的光破坏作 用。所以，保持充足的水分，有利于作物光合作用的进行。 1 2 4 c o z 浓度 空气对光合作用的影响主要是通过c 0 2 来起作用的。c 0 2 是光合作用的原料，对光 合作用影响很大。大气中的c 0 2 浓度通常为3 3 0 p p m ，远远不能满足植物光合作用的需 要。c 0 2 对光合作用的反应曲线表明，当c 0 2 浓度超过正常大气中的水平后，光合速率 仍随c 0 2 浓度的上升而浓度倍增时，光合速率在短期内增力f l l 3 1 , 3 2 , 3 3 1 。但经过一段时间后， 光合作用的这种促进作用便逐渐下降或消失j 。一些研究表明，随着c 0 2 浓度的提高。 青岛农业人学颈l + 学位论义 文女综述 光合速率的提高超过了光合产物合成、运输和利用的能力，从而形成了光合产物的反馈 抑制。使光合速率下降。有入认为在高c 0 2 浓度下，植物光合作用的适应性下降是由 于“源库”平衡遭到破坏【3 5 】。但是，这种观点还存在争议。 2 肉质果实碳水化合物代谢研究进展 2 1 肉质果实碳水化合物的种类及其变化规律 果实品质在很大程度上取决于果实中所含糖的含量、种类和比例。果糖是梨果实的 主要可溶性碳水化合物，同时也积累一定量的葡萄糖，蔗糖和山梨醇。果实糖分运输和 积累的机理是一复杂的过程i 圳。据松井弘之报道，梨果实糖分积累方式属于b 型【3 7 】， 即幼果期缓慢积累，进入成熟期迅速积累。h o n g s e j i n 等【3s 】研究发现，在梨果实的发育 过程中，前期山梨糖醇占总糖含量的8 0 ，8 月初果实成熟期间含量丌始下降；7 月底 果糖开始积累，8 月初葡萄糖和蔗糖含量开始上升，果实甜味主要取决于果糖。 2 2 果实碳水化合物的代谢运转规律 2 2 1 山梨醇代谢 山梨醇是蔷薇科果树主要的光合产物、运输糖和贮藏物质，它在碳水化合物代谢中 的作用是蔷薇科植物所特有的，占重要地位1 3 9 1 。在植物组织中，山梨醇主要分稚于自 由空间；在细胞内，山梨醇则主要集中于液泡。据测定，自由空问山梨醇的含量占整个 组织的4 5 ，液胞中的含量为原生质体中的5 4 ，节果子叶液胞内山梨醇含量占总糖 的8 0 【期。在果实的发育早期，山梨醇可作为呼吸基质用于细胞的分裂和细胞的形成。 从叶片转运来的光合产物被不断的消耗利用以维持果实的库强，保证叶片形成的光合产 物由源向库的运输。在果实的发育后期山梨醇的降解加快，使渗透势下降，这也有利于 维持果实的库强。 2 2 2 蔗糖代谢 蔗糖是梨果实体内碳水化合物的另一种主要运输形式，同时也是果实中碳水化合物 的一种贮存形式 4 0 l 。果实中蔗糖的来源可能是：一是自韧皮部中卸载而来的，再者是在 细胞中合成的。一殷认为蔗糖在细胞外的水解有利于糖的卸载，进入细胞后重新合成而 维持果实的库强。在果实中蔗糖的合成与分解是同时存在的，其作用在于调节果实中蔗 糖、己糖和淀粉等之自j 的平衡【4 l l 。 2 2 3 淀粉代谢 在果实发育过程中，淀粉是碳水化合物的一种暂时贮存形式，对于维持果实的库强， 4 青岛农业人学硕i 学位论文 文献综述 保证碳水化合物从源向库的输入，维持果实的正常发育和果实品质的形成等方面有重要 的作用【4 甜。植物体内主要由a d p g 焦磷酸化酶、淀粉合成酶及脱支酶等参与淀粉的合 成【4 3 , 4 4 ，其中a d p g 焦磷酸化酶是淀粉合成的关键酶，定位于细胞的质体上【4 5 i ，在植 物体中a d p g 是淀粉合成的底物1 4 6 4 7 】。在果实生长发育及后熟过程中，淀粉降解主要 由a - a m y l a s e 、, b - a m y l a s e 、脱支酶、麦芽糖酶和淀粉磷酸化酶等的参与，最终降解为单 糖或二糖。o h m i y a 4 a j 利用扫描电镜对节果果实淀粉代谢规律的研究发现：在果实的整 个发育过程中淀粉粒在形念学方面无显著的变化，多为卵圆状，表面光滑且多聚集在细 胞壁附近；在发育后期淀粉降解时，淀粉粒表面依j 日完整，说明淀粉的降解是从里向外 进行的。最后降解为小片断。另外，从整个果实淀粉的积累代谢规律看，淀粉的降解是 从果心开始从罩向外进行，香蕉果实的淀粉代谢规律也是如此【4 9 1 。 2 3 果实碳水化合物代谢转运的调节 2 3 1 激素调节 现有的研究表明，在植物体中，碳水化合物从源向库的运输分配及其在库器官中积 累与代谢的各个环节都有激素的参与和调控p o 】。赤霉素、生长素、细胞分裂素及脱落酸 等在果实的不同发育阶段都能在一定程度上调节果实中糖的积累1 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 。夏国海等1 5 0 】 将1 4 c 蔗糖、i a a 、g a 3 和a b a 同时引入葡萄离体果实中的研究表明：g a 3 在幼果膨 大期，i a a 在果实成熟的，a b a 从缓慢生长期到果实成熟前都能明显的促进果实对蔗 糖的吸收。i a a 可以促进蔗糖的分解，g a 3 增加果糖的积累，i a a 和g a 3 主要参与调 控果实前期的发育，而a b a 主要调控果实后期的发育，它可增加果实中蔗糖的积累，+ 可能原因是a b a 促进了葡萄果实微管束中蔗糖的卸载。a b a 促进糖分在库器官中积累 的机制可能是：a b a 调节蔗糖质子共运输相联系的a t p a s e 活性l ”i ，直接促进糖分从微 管束的卸载，a b a 还提高转化酶的活性，促进蔗糖的分解，同时它还防止库细胞糖份 的外泄，a b a 能启动和促进与成熟有关物质的代谢转化过程 5 0 5 6 , 5 7 5 8 】。乙烯虽然是小分 子有机化合物，但是它有广泛的生物活性及生物功能，能影响和调控植物生长发育的整 个过程5 9 ，6 0 , 6 ”。其中乙烯对果实成熟的调控研究的最为广泛和深入。对香蕉果实后熟过 程研究表明，外源乙烯促进香蕉果实淀粉的分解，促进果实中乙烯的自我催化及合成， 能显著的提高淀粉酶、淀粉磷酸化酶和蔗糖磷酸合酶的活性，且这些调控有蛋白磷酸化 有关1 6 2 i 。 2 3 2 膨压和渗透调节 当细胞壁松弛时，膨压可驱动细胞壁扩展。同时膨压下降导致水势下降，外边的水 分进入细胞，降低水势，为溶质的流入创造条件，同时也为细胞的继续扩展创造条件。 青岛农业人学顽i 学链论义文献综述 植物体为保持膨压就需要不断地积累贮存溶质，对库器官来说，溶质的贮存就是碳水化 合物不断向果实输入的过程。b e r u t c r l 4 2 1 研究发现：苹果、番茄、葡萄的果实在整个生长 发育期间，细胞的溶质势和水势不断下降，而膨压基本保持不变。可溶性糖的积累在果 实的发育过程中具有重要的调控作用，它可以调节库源间的水势梯度，维持水和溶质向 果实的输入；另一方面，碳水化合物过量的积累会抑制碳水化合物的运输和光合作用。 因此果实中可溶性糖的积累必须保持在一个恰当的水平，一方面随着水运输形式的糖迅 速转化，以提高渗透势，降低水势：另一方面可溶性的糖必须迅速转化成其它不溶性的 化合物或被消耗掉，以免产生反馈抑制。 一般认为细胞膨压下降会促进装载，刺激糖的吸收，进而又能促进吸收，维持膨压。 但是，将绿果期的草莓果实放在浓度不断升高的甘露醇溶液中，细胞的膨压下降，标记 的蔗糖和葡萄糖的吸收速率均下降。放在浓度不断升高的乙二醇溶液中果实细胞的膨压 没有发生变化。进一步的试验又发现膨压的下降，即减少了载体运输的v m a x ，又减少 了扩散速率；而且高膨压下非代谢型甲基葡萄糖与可代谢型的葡萄糖的吸收速率一样， 这表明膨压的下降没有降低细胞的代谢活性，而是降低了糖载体的活性。p o m p e r 6 3 】认 为膨压下降并不能刺激草莓果实对糖的吸收，离膨压反而有利于糖的吸收。因为草莓果 实细胞糖容易外渗，但在高膨压下外渗并不增加，而且葡萄糖载体的运输活性及自由扩 散在高膨压下均有所提高。 2 4 碳水化合物代谢相关酶的区域化分布、性质及作用机理 2 4 1 山梨醇脱氢酶( s o r b i t o ld e h y d r o g e n a s es d h ) 果实的生长速率取决于获得山梨醇的能力岬】。在节果叶片中。山梨醇含量占叶内可 溶性总糖的8 0 ，此比例不随叶子发育状况的变化而变化；而果实中山梨醇含量仅占总 糖量的3 8 。叶片的山梨醇含量显著高于果实中的含量，这表明山梨醇在果实内可被 迅速转化。对输入的代谢性糖起关键作用的三个酶分别是山梨醇脱氢酶，山梨醇氧化酶 和转化酶 6 5 , 6 6 6 刀。山梨醇脱氢酶将山梨醇转化成果糖山梨醇氧化酶将山梨醇转化成葡 萄糖，转化酶将蔗糖转化成果糖和葡萄糖。 在节果和只本梨中n a d + s d h 是其发育过程中的主要酶【6 引，还有一种山梨醇脱氢 酶n a d p + - s d h t 6 9 i 。n a d + s d h 首先是在节果的胼胝体中发现的【7 0 1 。n a d + s d h 的活 性大于n a d p + - s d h 的活性；n a d + s d h 的活性的升高伴随着果糖的积累i 删。在节果 的细胞分裂阶段s d h 活性很低；在细胞的伸长阶段s d h 有很高的活性，此时山梨醇也 是主要的输入糖；在细胞伸长阶段酶活性升高之后下降，当果实进入成熟阶段时酶活性 再次升高；但其蛋白含量是一直在升高的【黼1 。 6 青岛农业大掌l 晚l ：学位论文 义献综述 在研究库对s d h 活性的影响时发现：山梨醇和葡萄糖都能增强s d h 的活性，而果 糖和p e g 无此能力1 4 0 l 。节果用摘叶和环剥处理能降低s d h 活性但不影响其蛋白含量， 活性的下降可能是由于酶的失活所致，而没有发现抑制剂的产生【4 “。近来的报道表明， s d h 是在翻译后被调节其总的活性l 删。h u b e r 也发现山梨醇和葡萄糖是通过翻译后修饰 s d h 蛋自来诱导酶活性的升高”。在酵母中研究表明山梨醇可诱导s d h 活性升高，但 与溶液的渗透势无关1 7 “。 2 4 2 山梨醇氧化酶( s o r b i t o lo x i d a s es o x ) 山梨醇氧化酶将山梨醇转化成葡萄糖，山梨醇氧化酶的p l 为4 0 t 6 8 i ，它主要位于液 泡膜和其质膜上，其作用可能与同化物的卸载有关。在整个生长季其活性变化不大；在 果实中8 0 的s o x 是以结合念存在的，它的活性是n a d + s d h 的1 5 ，在未成熟的果 实中酶活性较高，以后逐渐下降m 】。山梨醇氧化酶有可溶性的和不溶性的两种，在成熟 前二者活性相当，在成熟时，结合性的山梨醇氧化酶的活性占总活性的7 0 ，但其总活 性比其他酶的活性低。在幼果期山梨醇氧化酶的活性较高，随着果实内蔗糖的积累而逐 渐下降，之后酶活性又有所上升【7 3 】。在金帅的果实组织中没有测到s o x 的活性【6 8 】，且 在整个发育过程中s o x 几乎测不到；在桃子中山梨醇氧化酶是山梨醇代谢的主要酶， 而n a d s d h 与n a d p + s d h 和山梨醇6 磷酸脱氢酶则没有测到【7 3 】：在苹果和只本梨 中n a d + s d h 是其发育过程中的主要酶i 碣1 ；故不同树种问山梨醇的代谢方式有所不同。 2 4 3 转化酶( i n v e r t a s e ) 转化酶可将蔗糖分解成葡萄糖和果糖，反应是不可逆的。许多植物的转化酶己被 分离纯化和测序。根据溶解度、最适p h 值、等电点和细胞定位鉴别和分离出多种转化 酶：他们分别是酸性转化酶( 包括可溶性的和与细胞壁结合的) 、中性转化酶和碱性转 化酶。可溶性的酸性转化酶主要存在于液泡中，它的作用是调节此区蔗糖的贮存和糖的 种类 7 5 , 7 6 ，液泡中的酸性转化酶能调节成熟果实内己糖的浓度，决定主要的贮存物质是 葡萄糖还是蔗糖 此酶在细胞质中也有发现。与细胞壁结合的酸性转化酶在快速生长的 组织中和吸收糖的细胞中作用显著。中性转化酶存在于细胞质中，其作用未知。碱性转 化酶绝大多数位于细胞质中。转化酶的羧基和咪唑基参与催化作用，在催化过程中羧基 可能与底物结合。由于汞离子能抑制转化酶的活性，故其催化部位可能为巯基基团。 细胞内能量的需求靠转化酶的分解作用，丽生物合成需要s s 的分解作用 7 ”。转化 酶在植物的碳分配中起重要的作用。在烟草中表达酵母的转化酶可使叶内碳水化合物含 量升高，抑制光合作用并刺激呼吸作用f