（果树学专业论文）甜橙果实发育及贮藏过程中细胞膜稳定性研究.pdf

华中农业大学学位论文独创性声明及侄y 1 8 1 2 5 9 8 l 1 l i l l ii ti i i ii l li l l1 iilq 学位论文 是否保密 是 如需保密，解密时间 劢g 年j 2 月；日 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，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，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同i 作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究生签名：徐永杰时间：伽7 年f 月日 黼始懒、撇名名气辔 撕靴卅锄1 1 日柳托7 幽 目录 摘要1 a b s t r a c t 2 缩略词表4 1 前言51 日n 舌5 1 1 问题的提出。5 1 2 前人研究进展6 1 2 1 植物细胞膜稳定的主要酶活性研究现状6 1 2 1 1 部分细胞膜保护酶。6 1 2 1 2 细胞膜氧化酶脂氧合酶一8 1 2 2 与细胞膜氧化相关物质的研究进展9 1 2 2 1 丙二醛与细胞膜稳定性一9 1 2 2 2 脯氨酸与细胞膜稳定性9 1 2 2 3 超氧阴离子自由基与细胞膜稳定性1 0 1 2 2 4 相对电导率与细胞膜稳定性1 l 1 2 2 5 脂肪酸与细胞膜稳定性。1 1 1 2 3 水杨酸与细胞膜稳定性。1 2 1 3 研究的内容、目的与意义1 4 2 材料与方法1 4 2 1 试验材料和设计1 4 2 1 1 试验材料1 4 2 1 2 试验设计1 4 2 2 试验方法15 2 2 1 酶活性测定1 5 2 2 2 脂肪酸相对含量测定15 2 2 3 与细胞膜氧化相关指标的测定1 6 2 2 4 果实色差、硬度、可溶性固形物含量的测定。1 6 2 3 统计与分析17 3 结果与分析1 7 3 1 两甜橙品种果实发育及成熟( 衰老) 过程中细胞膜稳定性比较1 7 3 1 1 果实发育及成熟( 衰老) 过程中脂氧合酶活性1 7 3 1 2 果实发育及成熟( 衰老) 过程中过氧化氢酶活性1 8 3 1 3 果实发育及成熟( 衰老) 过程中s o d 酶活性1 9 3 1 4 果实发育及成熟( 衰老) 过程中丙二醛含量2 0 i-r 3 1 5 果实发育及成熟( 衰老) 过程中细胞相对电导率2 l 3 1 6 果实发育及成熟( 衰老) 过程中脯氨酸含量2 2 3 1 7 果实发育及成熟( 衰老) 过程中超氧阴离子自由基产生速率2 3 3 1 8 果实发育及成熟( 衰老) 过程中主要脂肪酸相对含量2 4 3 2 纽荷尔脐橙留树贮藏和低温贮藏条件下细胞膜稳定性的比较2 7 3 2 1 两种贮藏方式下果实硬度、总色差2 7 3 2 2 两种贮藏方式下l o x 活性2 8 3 2 3 两种贮藏方式下s o d 活性2 9 3 2 4 两种贮藏方式下c a t 活性2 9 3 2 5 两种贮藏方式下超氧阴离子自由基产生速率的比较3 0 3 2 6 两种贮藏方式下脯氨酸含量比较3 1 3 2 7 两种贮藏方式下相对电导率3 2 3 2 8 两种贮藏方式下m d a 含量3 3 3 2 9 两种贮藏方式下主要脂肪酸相对含量3 3 3 3 脐血橙不同贮藏方式下细胞膜稳定性比较3 5 3 3 1 不同贮藏方式下c a t 活性3 5 3 3 2 三种处理s o d 活性3 7 3 3 3 三种处理l o x 活性3 8 3 - 3 4 三种处理m d a 含量变化3 9 3 3 5 三种处理果实相对电导率4 0 3 3 6 三种处理单位鲜重脯氨酸含量变化4 2 3 3 7 三种处理超氧阴离子自由基产生速率4 3 3 3 8 三种处理部分品质变化动态4 4 3 3 9 三种处理主要脂肪酸组分相对含量4 6 4 小结与讨论4 9 4 1 两甜橙品种果实细胞膜稳定性比较4 9 4 2 纽荷尔两种贮藏方式下细胞膜稳定性比较5 0 4 3 脐血橙不同贮藏方式下细胞膜稳定性比较5 0 参考文献。5 2 致谢。5 9 附录：课题资助项目6 0 i l 甜橙果实发育及贮藏过程中细胞膜稳定性研究 摘要 柑橘是我国的主要果树之一。加入w t o 后柑橘果实品质的提高是我国柑橘产 业面临的重要课题。细胞膜是果实细胞生理代谢的重要场所，保持果实细胞膜的完 整及代谢的正常运行是改善果实品质的重要前提。 本研究以中熟品种纽荷尔脐橙和晚熟品种脐血橙为试验材料，对其果实发育及 成熟衰老过程中细胞膜的变化过程进行了研究，其内容包括细胞膜的重要成分游离 脂肪酸、造成细胞膜氧化的超氧阴离子、影响细胞膜稳定的l o x 、s o d 、c a t 等 酶、细胞膜氧化的重要产物m d a 、细胞的相对电导率及细胞的重要渗透调节物质 脯氨酸和果实的部分品质( 硬度、色差和可溶性固形物) 。结果表明，8 月2 0 日至 1 2 月2 0 日，甜橙果实s o d 、c a t 、l o x 等酶活性及m d a 、超氧阴离子自由基产 生速率、细胞相对电导率变化均较平缓，不饱和脂肪酸含量较高，脯氨酸合成迅速： 而进入成熟期后，s o d 、c a t 活性随着衰老程度的增加呈现递减的趋势，而l o x 则呈现上升的趋势，并且随着贮藏期的延长和衰老程度的增加，m d a 、超氧阴离子 自由基产生速率和细胞相对电导率等迅速增加，而细胞渗透调节物质脯氨酸合成速 度减慢，不饱和脂肪酸含量降低。两甜橙品种相比较，中熟品种纽荷尔脐橙1 2 月 2 0 日后的衰老速度显著地高于晚熟品种脐血橙。 对低温贮藏和留树贮藏的纽荷尔脐橙的细胞膜稳定性进行了研究，结果表明， 留树贮藏7 5 天能够有效的延缓s o d 、c a t 活性的降低和l o x 活性、超氧阴离子 产生速率的升高，提高果实硬度，并且果实脯氨酸含量和不饱和脂肪酸含量也相对 较高，细胞相对电导率相对较低。留树贮藏较低温贮藏有效地延缓了纽荷尔脐橙果 实的衰老。 对脐血橙果实进行留树贮藏和s a 处理后低温贮藏的细胞膜稳定性进行比较发 现，留树贮藏和s a 处理后低温贮藏均能够有效地延缓脐血橙果实的衰老，一定程 度上改善了脐橙果实的硬度、色泽、可固等品质，达到了保鲜的效果。 关键词：纽荷尔脐橙；脐血橙；留树贮藏：水杨酸；细胞膜 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 a b s t r a c t c t r u si so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tc u l t i v a t i n gf r u i ti nc h i n a a n dt h ei m p r o v e m e n t o fc i t r u sq u a l i t yi st h em o s ti m p o r t a n tt a s ka f t e re n t e r i n go ft h ew t o a st h em e m b r a n e i st h ei m p o r t a n tp l a c eo ft h ec e l lp h y s i o l o g y c a lm e t a b l i z eo ft h ef r u i t , k e e p i n gt h e i n t e g r a l i t yo ft h e c e l lm e m b r a n ei st h em o s tp r e c o n d i t i o no ft h ec i t r u sq u a l i t y i m p r o v e m e n t t h em a t e r i a lo ft h ee x p e r i m e n tw a st h em i d d l e - m a t u r i n g n e w h a l l n a v e lo r a n g e ， a n dl a t e m a t u r i n g w a s h i n g t o ns a n g u i n e t h ep r o c e s so ft h em e m b r a n ep e r o x i d a t i o n d u r i n gt h ec i t r u sp r o d u c ts e n e s c e n c ew a si n v e s t e g a t e di nt h i ss t u d y ；t h ec o n t e n to ft h e e x p e r i m e n ti n c l u d et h a t ：f r e ef a t t ya c i d sw h i c hi st h ei m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h ec e l l m e m b r a n e ，t h es u p e r o x i d ea n i o nw h i c hi sa ni m p o r t a n tf a c t o rc a u s i n gm e m b r a n e p e r o x i d a t i o n , l o x ，s o d ，c a te n z y m ew h i c ha f f e c t i n gt h em e m b r a n ei n t e g r a l i t y , m d a w h i c hi st h ep r o d u c to ft h em e m b r a n ep e r o x i d a t i o n , t h ec e l lr e l a t i v ee l e c t r o l y t el e a k a g e ， p r o l i n ew h i c hi st h em o s ti m p o r t a n tp e n e t r a t i v ec o n d i t i o n e ra n ds o m eq u a l i t yi n d e xo ft h e f i m i t ( f l e s hf i r m n e s s ，c o l o u rd i f f e r e n c ea n dss o l u b l es o l i dc o n t e n t ) t h er e s u l ts h o w e d t h a t ：t h ea c t i v i t yo fl o x ，s o d ，c a te n z y m e ，t h ec o n t e n to fm d a ，p r o d c u t i o nr a t eo ft h e s u p e r o x i d ea n i o n , a n dt h ec e l l r e l a t i v ee l e c t r o l y t el e a k a g ec h a n g e dg e n t l yd u r i n gt h e g r o w t h - d e v e l o p m e n t a f t e rr i p i n g ，t h ea c i t i v i t yo fs o d ，c a te n z y m er e d u c e da l o n gw i t h t h es e n e s c e n c eo ff r u i t ，b u tt h ea c t i v i t yo fl o xi n c r e a s e d t h ec o n t e n to fm d a ，t h e p r o d u c t i o nr a t eo fs u p e r o x i d ea n i o na n dt h er e l a t i v ee l e c t r o l y t el e a k a g e o ft h e + c e l l i n c r e a s e ds h a r p l ya l o n gw i t ht h ee x t e n do ft h es t o r a g ea n dt h es e n e s c e n c eo ff r u i t ，b u tt h e p r o d u c t i o no fp r o l i n ea n dt h ec o n t e n to ft h ef r e ef a t t ya c i d sd e c r e a s e d t h ec o m p a r eo f t w oc i t r u sc u l t i v a rs h o w e dt h a t ，t h ec e l lm e m b r a n eo f n e h a l l n a v e lo r a n g eb r o k eu p m o r er a p i d l yt h a n w a s h i n g t o ns a n g u i n e t h ec o m p a r eo ft h es t a b i l i t yo ft h ec e l lm e m b r a n eo ft h e n e h a l l n a v e lo r a n g e s w h i c hw e r es t o r e da tl o wt e m p r e t u r ea n do n - t r e es h o w e dt h a t ：t h em e t h o do fs t o r a g e o n - t r e ec o u l de f f e c t i v e l yd e l a yt h er e d u c t i o no ft h ea c t i v i t yo fs o d ，c a te n z y m ea n dt h e i n c r e a s eo ft h ea c i t i v i t yo fl o xe n z y m e i ta s l od e l a y e dt h ei n c r e a s eo ft h ep r o d c u t i o n r a t eo ft h es u p e r o x i d ea n i o n , e n h a n c e dt h ef l e s hf i r m n e s s a n dt h ec o n t e n to fp r o l i n ea n d f r e ef a t t ya c i d si no r a n g es t o r e do n - t r e ew e r em o r et h a nt h eo r a n g es t o r e da tl o w t e m p r e t u r e ，b u tt h er e l a t i v ee l e c t r o l y t el e a k a g ei sl e s s w ec a ns a yt h a tt h em e t h o do f s t o r a g eo n - t r e ec o u l dd e l a yt h es e n e s c e n c eo f n e h a l l n a v e lo r a n g ee f f e c t i v e l y t h ec o m p a r eo ft h es t a b i l i t yo ft h ec e l lm e m b r a n eo ft h e w a s h i n g t o ns a n g u i n e s t o r e do n - t r e ea n da tl o wt e m p e r a t u r ea f t e rt h et r e a t m e n to fs as h o w e dt h a tt h et w o 2 甜橙果实发育及贮藏过程中细胞膜稳定性研究 m e t h o d sa l lc o u l dd e l a yt h es e n e s c e n c eo fw a s h i n g t o ns a n g u i n e e f f e c t i v e l y k e yw o r d s ：n e w h a l l n a v e lo r a n g e ；w a s h i n g t o ns a n g u i n e ；s t o r a g eo n - t r e e ；s a l i c y l i ca c i d ； e e l lm e m b r a n e 3 一 兰主奎些莶兰! ! ! ! 旦堡主堂垡笙奎 一一 - _ _ _ _ 一一 缩略词表 英文箜兰茎奎鱼整 ! 奎鱼塑 一 - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ - _ _ _ l - _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - - - _ - l - 一一 l o x l i p o x y g e n a s e 脂氧合酶 s a s a l i c y l i ca c i d 水杨酸 m d a m a l o n d i a l d e h y d e 丙二醛 s o d s u p e r o x i d ed i s m u s t a s e 超氧化物歧化酶 r o s r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s 活性氧 c a t c a t a l a s e 过氧化氢酶 h 2 0 2h y d r o g e np e r o x i d e 过氧化氢 a p x a s c o r b a t ep e r o x i d a s e抗坏血酸还原酶 g r g l u a t a t h i o n er e d u c t a s e 谷光甘肽还原酶 i - i p o d h y d r o p e r o x i d e s 脂氢过氧化物 j a j a s m o n a t e 茉莉酸 m j m e t h y lj a s m o n a t e 茉莉酸甲酯 o - s u p e r o x i da n i o n 超氧阴离子 p r o p r o l i n e脯氨酸 p r s p a t h o g e n e s i sr e l a t e dp r o t e i n s 病程相关蛋白 o s m o s m o t i o n 渗透蛋白 s a p , s y s t e m i cr e s i s t a n c e 系统获得的抗性 h r h y p e r s e n s i t i v e r e a c t i o n超敏反应 f w f r e s hw e i g h t 鲜重 4 甜橙果实发育及贮藏过程中细胞膜稳定性研究 1 前言 1 1 问题的提出 柑橘果品营养丰富，果形优美，色泽鲜艳，受人们喜爱，是我国南方第一大水 果，也是世界第一大水果，在世界农业中占据十分重要的位置。根据f a o 的统计， 柑橘及其产品的年贸易额近百亿美元，在所有农产品贸易中仅次于小麦和玉米而排 名第三。据农业部市场与经济信息公司提供的2 0 0 4 年果园面积、产量资料显示， 2 0 0 4 年我国柑橘种植面积达1 5 0 5 7 千h m 2 ，占全国水果栽培面积的1 6 o ，总产量 1 3 4 5 3 7 0 9 万吨，占全国水果产量的1 7 8 ( 金靖等，2 0 0 5 ) 。其分布与我国湖南、 四川、江西、广东等山区，与贫困地区有一定程度的吻合性，在相当一部分地区为 地方经济的支柱产业之一。如在湖北的秭归，农民人均年收入的4 0 0 5 0 0 元，政府 财政收入的1 0 来自柑橘( 向靖，2 0 0 5 ) ，贵州的榕江、丛江，5 0 以上的财政收 入来自柑橘( 杨兴等，2 0 0 6 ) 。 加入w t o 后，我国柑橘产业面临机遇和挑战并存的局面：一方面中国柑橘生 产具有较好的资源禀赋条件，在整个农产品中最具比较优势和竞争优势，另一方面 柑橘产业存在着一些突出的障碍因素，其中最大的不足就是品质差，只有约5 0 具有 良好的商业品质。因此，要想在国际市场上占有一席之地，提高柑橘果实品质是我 国柑橘产业工作者面临的首要课题。 众所周知，果实品质与果实细胞正常代谢有着密切的关系，( 李凯荣等，2 0 0 6 f 李泽碧等，2 0 0 6 ) 。现代生物学表明，许多生命活动和生理功能实施都是在生物膜 上进行的，细胞膜的稳定性是细胞正常生命活动的基础( 彭吕操等，1 9 9 8 ；张志忠 等，2 0 0 2 ；王善广等，2 0 0 3 ) 。显然，果实品质与果实细胞膜的变化也必然有着密切的 联系( 杨长青等，2 0 0 6 ；陈莉等，2 0 0 6 ；陈蔚辉等，2 0 0 4 ；康明丽等，2 0 0 3 ) 。因 此，研究柑橘果实细胞膜上的生理代谢变化过程对改善果实品质有着十分重要的意 义。另外李泽碧等( 2 0 0 6 ) 研究表明，柑橘的果实品质与环境和栽培管理措施也有 着密切的关系。基于此，本试验欲通过细胞膜上部分酶活性及细胞内含物含量的变 化研究，探讨细胞的膜氧化规律，为柑橘的栽培管理和贮藏品质的改善提供理论依 据。 5 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 1 2 前人研究进展 1 2 1 植物细胞膜稳定的主要酶活性研究现状 1 2 1 1 部分细胞膜保护酶 果实发育及贮藏过程中，影响细胞膜变化的因素主要是生物及非生物逆境胁迫 和果实细胞自身基因调控的失效( 何科佳等，2 0 0 5 ) 。抗性生理也表明，果实对逆 境的适应主要依赖于细胞膜，特别是质膜类囊体的特性( 余叔文和汤章城，2 0 0 1 ) 。 而细胞膜特性功能的实现主要是通过膜上一些重要的酶来实现的( 王红红等，2 0 0 5 ， 黄芳等，2 0 0 5 ，蔡妙珍等，2 0 0 5 ) 。 科学家们曾对细胞膜稳定性展开了广泛而深入的研究，因而有许多观点和假说。 1 9 5 5 年哈曼( h a r m a n ) 就提出了自由基伤害学说，近年来该学说受到了越来越多 的重视( 朱锦懋等，2 0 0 1 ，刘鹏，2 0 0 4 ，y md a - z h o n g 等，2 0 0 5 ) 。自由基伤害学 说认为，在强光、干旱、低温、高温以及化学药剂如污染物和杀虫剂作用下，植物 体内，特别是叶绿体和线粒体内产生活性氧( r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ，r o s ) 如0 2 - 、 h 2 0 2 和1 0 2 等含有不成对电子，能量上不稳定的小离子或分子。如植物的光合暗反 应由于环境的胁迫受阻和类囊体的铁氧还蛋白复合物上有过多的光能不能还原 n a d p + ，最容易产生超氧阴离子( 0 2 - ) ( a f f o u r t i tc 等，2 0 0 2 ：b e r h a l dda 等， 2 0 0 0 ) 。活性氧的累积且超过伤害阀值，会造成细胞膜过氧化加剧，膜脂脱酯，叶 绿素和核酸等生物功能分子破坏，细胞膜完整性的破坏必然造成差别透性丧失，电 解质及某些小分子有机物大量渗漏，细胞物质交换平衡破坏，加上叶绿素和核酸等 生物功能分子被破坏，导致细胞一系列生理生化代谢紊乱，长期的胁迫可能会导致 植物的死亡( 王忠，2 0 0 2 ：r h o a d sdm 等，1 9 9 8 ) 。 正常情况下，由于植物体内存在着活性氧清除系统，细胞内活性氧水平很低， 不会引起伤害。植物细胞中活性氧的清除主要是通过有关酶和一些抗氧化物质来实 现的。如植物类囊体膜上产生的o f 能被超氧化歧化酶( s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ， s o d ) ，转变成过氧化氢( h 2 0 2 ) 和0 2 ，然后由抗坏血酸还原酶( a s c o r b a t ep e r o x i d a s e ， a p x ) 和谷胱甘肽还原酶( g l u t a t h i o n er e d u c t a s e ，g r ) 代谢生成水。而且扩散到植 物叶片类囊体外部的h 2 0 2 被过氧化氢酶( c a t a l a s e ，c a t ) 分解成无毒害作用的水 ( a f f o u r t i tc 等，2 0 0 2 ；b e r h a l dd a 等，2 0 0 0 ；f i n n e g a npm ，1 9 9 8 ) 。线粒体由于 细胞色素呼吸作用受阻碍，电子流无法正常流动而易于自动产生0 2 - ，o f 由s o d 转变成h 2 0 2 ，h 2 0 2 再由过氧化物酶( p e r o x i d a s e ，p o d ) 和c a t 分解除去。所以， 细胞膜中有关酶的活性是植物抵抗逆境，维持细胞完整性，保证正常的代谢活动不 可或缺的因素。 细胞的保护酶主要有s o d 、p o d 、c a t 、g p x 、g r 等，其中以s o d 最为重要。 对水稻、烟草、菜豆、燕麦等叶片衰老的研究表明，叶片s o d 活性随着衰老而呈 6 甜橙果实发育及贮藏过程中细胞膜稳定性研究 下降趋势，0 2 等随衰老而增加；而植物处于生长旺盛时期，s o d 活性则随着生长 的加速保持比较稳定的水平或有所上升，因此s o d 活性的下降与植物体的衰老是 正相关的( 王忠，2 0 0 2 ) 。s o d 对降低细胞膜氧化伤害，维持细胞膜的完整性具有 重要的意义。逆境生理研究表明，凡能促进植物在逆境下保持较高s o d 等抗氧化 酶水平，植株就能减轻伤害，而凡是能降低植株体内保护酶活性的，植株伤害加剧 最终导致死亡。( 许文亮等，1 9 9 8 ；李美如等，1 9 9 6 ；a s h i m as e ng u p t a 等，1 9 9 3 a 】) 。 a s h i m es e ng u p t a ( 1 9 9 3 ， b 】) 等的研究结果表明，超量表达豌豆叶绿体c u z n 的转基因烟草叶子在温和的低温胁迫下能提高它们的光合能力，在严重的氧化胁迫 下能保持较高的光合能力，他们推测可能因为转入s o d 基因的组织比对照有低水 平的0 2 - , 因而胁迫伤害少。b r g a nd 和m c k e r s i c ( 1 9 9 3 ) 研究表明，在转基因的苜 蓿植株中，有一个r a 3c h is o d 3 特别引起研究者的兴趣，其叶片中s o d 活性总 比对照高，而且它对除草剂有更大的耐受力，低温胁迫后更易恢复生长。m n s o d 的转入改变了植株对化学和环境的抵抗力，显示活性氧参与胁迫反应，对低温胁迫 的抗性是可遗传的，抗性与m n - s o d 共分离，显示对胁迫的抗性是由于m n s o d 转入的结果，他们推测m n s o d 活性的提高可将伤害局限于少数细胞中，因而阻止 二级伤害的发展以及让初级伤害的恢复成为可能。许文亮等( 2 0 0 3 ) 把s o d 的模 型化合物( s o d m c ) 植入水稻体内发现，s o d m c 在体内也具有内源s o d 的相似 作用，能够提高水稻幼苗的抗冷性，可能是弥补低温胁迫内源s o d 不足，在一定 程度上维持活性氧代谢平衡，有利于减轻低温胁迫下0 2 - 对细胞膜系统的损伤，从 另一角度为s o d 活性与植物抗冷性关系提供了依据。 过氧化氢酶( c a t a l a s e ，c a t ) 是一类广泛存在于需氧生物及微生物细胞中的氧 化还原酶，均含有高氧铁血红素，只有在严格的厌氧生物体内才不能存在，。它可以 催化过氧化物分解，生成水和氧气( 林少琴，2 0 0 0 ) 。在生物体内能有效地清除过 氧化氢对细胞的氧化作用，因此，生物体内存在c a t 是保护自身免受o h 毒害的关 键( 王忠，2 0 0 2 ) 。果实的成熟和衰老过程可以认为是一个氧化现象，c a t 还能有 效地清除电子，从而间接地防止了超氧阴离子的产生( m a s i a a n d r e a , 1 9 9 8 ) 。朱树华 等( 2 0 0 6 ) 用适当浓度的一氧化氮( n o ) 供体以硝普钠( s n p ) 处理采后的丰香草 莓，结果发现s n p 显著地提高了c a t 活性，草莓乙烯产生速率降低，呼吸强度减 弱，保护了细胞膜结构的完整，延缓了草莓果实的衰老。许多逆境生理研究也表明， c a t 与植物的抗逆性有着十分密切的关系。侯玉惠等( 2 0 0 5 ) 发现硅能有效地诱导 盐胁迫下黄瓜幼苗c a t 活性的上升，提高了幼苗抗盐能力。詹妍妮等( 2 0 0 5 ) 用 1 0 0u m o l l 外源水杨酸喷施葡萄叶片，结果c a t 活性明显升高，叶肉细胞对膜质过 氧化的抗性提高，进而提高了葡萄叶片对逆境的抗性。杨涛等( 2 0 0 6 ) 采用p e g 6 0 0 0 模拟土壤干旱条件，研究渗透胁迫下不同玉米品种c a t 活性与膜相对渗透性间的 相互关系，结果表明，渗透胁迫下三个玉米品种c a t 活性随着胁迫强度的增加而减 少，c a t 活性与膜相对透性呈现显著负相关关系。赵风云等( 2 0 0 6 ) 利用农杆菌介 7 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 导法将盐地碱蓬的g s t ( 谷胱甘肽转移酶) 单基因和g s t + c a t l ( c a t a l a s e ) 双基 因转入低温敏感水稻品种中花1 1 号，并对t 4 代幼苗抗低温性进行了分析，发现转 基因幼苗细胞膜透性和m d a ( m a l o n d i a l d e h y d e ) 含量低于对照，说明c a t 基因的 表达提高了水稻对低温胁迫的抗性。另有研究表明，c a t 与植物的抗病性也有极大 的关系。c h e nz ( 1 9 9 1 ) 研究认为，病毒侵染植物后，水杨酸含量增加，结合到水 杨酸结合蛋白1 ( s a b p l 即c a t ) 上，引起c a t 构象的变化，抑制c a t 酶活性， 从而提高h 2 0 2 水平，而h 2 0 2 除能直接杀死病原物外，还能激活病程相关蛋白的基 因的表达，从而有利于植物的抗病反应；相反，因为植物本身存在抗逆性，植物体 内h 2 0 2 水平的过高增加也必然会反过来再次诱导c a t 活性的增加。该结论被魏颖 颖等( 2 0 0 5 ) 在烟草和黄瓜中得到了证实。 另外在清除活性氧方面，细胞中还有p o d 及非酶类物质，如还原型谷胱甘肽 ( g l u t a t h i o n e g s h ) 、类胡萝卜素( c a r ) 、细胞色素f 、铁氧还蛋白、甘露糖醇、 维生素c 和e 等；人工合成的活性氧清除剂种类很多，如苯甲酸钠、没食子丙酯、 二苯胺、2 ，6 二丁基对羟基甲苯等( 王忠，2 0 0 0 ) 。 1 2 1 2 细胞膜氧化酶脂氧合酶 脂氧合酶( 1 i p o x y g e n a s e ，l o x ) 又名亚油酸：氧化还原酶，俗称脂肪氧化酶、 脂肪加氧酶、脂肪氧合酶或类胡萝卜素氧化酶，广泛存在于哺乳动物、植物和微生 物中( b r a s h n i l l 9 9 9 ，f e u s s n e ri 等，2 0 0 2 ，o l i we h ，2 0 0 2 ) 。从生化角度看，它是 一种含非血红素铁或锰的加氧酶，专一催化包括亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸在内 的含有顺、顺1 ，4 戊二烯结构的多元不饱和脂肪酸及其相应的酯的加氧反应，生 成具有共轭双键的脂氢过氧化物( h y d r o p e r o x i d e s ，h p o d ) ，h p o d 再进一步代谢为 其它生理活性物质。近年来，l o x 引起了植物学界的广泛兴趣，在果实采后生理方 面，陈昆松等人( 1 9 9 8 ) 在研究猕猴桃中观察到其果实成熟过程中，l o x 活性持续 上升，且与果实硬度呈负相关，高敏等( 2 0 0 1 ) 在研究红富士苹果及闫师杰( 2 0 0 4 ) 等在研究梨枣采后生理的过程中都证实了这一观点。他们均认为，l o x 启动膜脂过 氧化，破坏了膜的结构，产生了大量的自由基。k a c p e r s k aa 等( 1 9 8 9 ，1 9 8 5 ) 认 为l o x 途径产生的超氧自由基参与a c c 生成乙烯的过程，从而促进果实成熟与衰 老。田寿乐等( 2 0 0 6 ) 采用低温贮藏的方式，显著地抑制了鲜枣贮藏过程中l o x 活性的增加，延缓了果实的衰老。由于l o x 途径破坏了细胞膜的结构，使细胞中 原来区域化的酶及底物有了接触的机会，于是使果实发生褐变等一系列生理生化反 应( 高敏等，2 0 0 1 ，高敏等，2 0 0 2 ，胡位荣等，2 0 0 5 ) 。近年来研究发现，l o x 在 植物防御反应中也起到了重要作用。茉莉酸( j a s m o n a t e ，j a ) 和茉莉酸甲酯( m e t h y l i a s m o n a t e ，m j ) 是l o x 途径的重要产物，也是植物防御反应中的重要信号分子 ( t u r n e rjg , 2 0 0 2 ) 。m j 和j a 广泛参与了植物防御反应中相关基因的活化。如黄雅 芬( 2 0 0 4 ) 用外源茉莉酸甲酯激活l o x 途径，进而成功地诱导了红豆杉细胞合成 紫杉醇。另外田世平等( 2 0 0 2 ) 用红熟期的番茄果实为材料，研究病原菌的侵染与 8 甜橙果实发育及贮藏过程中细胞膜稳定性研究 果实l o x 的关系，发现它们之间存在明显的正相关。李云峰等( 2 0 0 4 和2 0 0 5 ) 用 稻瘟病菌接种到水稻后，发现l o x 活性上升。目前，l o x 的研究在分子生物学领 域也开展得如火如荼，其基因表达和调控也已经成为研究真核生物基因表达的模式 系统( f e u s s n e r i 等，2 0 0 1 ；s i e d o w j n 等，1 9 9 1 ) 。对l o x 基因的了解也在深入，已 经分别从冰豆、拟南芥、黄瓜、豌豆、马铃薯、水稻、大豆、小麦、玉米、烟草、 大麦和番茄等作物中克隆到l o x 基因，从番茄中克隆到四种不同的l o x 基因，即 从果实中得到的t o m l o x a 和t o m l o x b ( f e r f ibj 等，1 9 9 4 ) 和从叶片中得到的 t o m l o x c 和t o m l o x d ( h e i t zt 1 9 9 7 ) 。 1 2 2 与细胞膜氧化相关物质的研究进展 1 2 2 1 丙二醛与细胞膜稳定性 生物膜的过氧化作用是引起膜结构和功能破坏的重要原因，膜脂过氧化的次生 物丙二醛( m a l o n d i a l d e h y d e ，m d a ) 的水平是长期以来检测膜脂过氧化程度的一个 公认的指标，反映植物衰老或遭受逆境伤害的程度，它本身对细胞也具有一定的伤 害作用( 叶挺梅，2 0 0 5 ：林植芳，1 9 9 8 ) 。马京民( 2 0 0 6 ) 对大田四种栽培方式的 烟草的m d a 含量进行检测，发现m d a 含量与烟草的抗逆性和抗衰老情况密切相 关，即：m d a 含量越高，植株抗逆和抗衰老的能力越差。刘冰雁( 2 0 0 6 ) 研究发 现用热处理和钙处理苹果和梨果能显著地降低果实中m d a 含量，提高果实的保鲜 效应，寇莉萍( 2 0 0 6 ) 用适度的热水处理葡萄粒也得到了相似的结论。刘景春( 2 0 0 3 ) 报道，随着铜胁迫程度的加重，辣椒体内的丙二醛含量逐渐升高，表明不同浓度铜 处理的叶片膜系统受到不同程度的过氧化损伤。王文星( 2 0 0 6 ) 用硝酸银处理离体 培养烟草叶片愈伤组织得到了类似的结论：即1 5m g l 的a 矿对丙二醛浓度影响不 大，l o - 2 0m g l 的a 矿能使丙二醛含量显著提高，一定程度上反映a g + 对植物的胁 迫程度。刘兴字等( 2 0 0 6 ) 在研究日本厚朴的抗寒生理时发现，随着温度的降低， 日本厚朴组织中m d a 含量增加。m d a 还是植物抗病生理研究的重要内容。李海 燕等( 2 0 0 6 ) 对4 个抗性不同的辣椒品种接种辣椒疫霉菌后，发现丙二醛的含量在 接种后增长速度与积累量是决定辣椒抗病力强弱的关键性生理活性物质，丙二醛含 量低的品种抗疫病能力强，反之，则弱。范尉尉等( 2 0 0 6 ) 在研究棉花根部损伤程 度对感染黄萎病菌后体内抗性酶的影响时，发现棉花幼苗感染黄萎病菌后体内 m d a 含量随着根部损伤程度的增加而增加，从而可以用m d a 含量作为判断受黄 萎病感染的棉花植株根部受损伤程度的一个指标。 1 2 2 2 脯氨酸与细胞膜稳定性 脯氨酸( p r o l i n e ，p r o ) 是最重要和有效的渗透调节物质，几乎所有的逆境如干 旱、低温、高温、冰冻、盐渍、低p h 、营养不良、病害、大气污染等都会造成植 物体内脯氨酸的积累( 王忠，2 0 0 2 ) 。李勃( 2 0 0 6 ) 在鉴定樱桃抗寒性时，把脯氨 9 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 酸作为一个重要内容来研究，并发现了抗寒性最强的樱桃品种脯氨酸绝对含量变化 最稳定。但美国学者y e l e n o s k y 等( 1 9 7 4 ) 在研究柑橘时发现，柑橘叶组织中游离 脯氨酸含量随温度下降而增加，但他认为柑橘属的抗寒性与组织中游离脂肪酸积累 的量无关。杜青平等( 2 0 0 6 ) 采用水培方法研究了1 ，2 ，4 一三氯苯( 1 ，2 ，4 - t c b ， 杀虫剂、除草剂的重要成分) 对水稻种子萌发幼苗生长的影响，发现水稻幼苗在低 浓度1 ，2 ，4 t c b 作用后，可以通过自身的调节游离脯氨酸积累和细胞膜渗透 性改变来保护机体，当1 ，2 ，4 - t c b 作用浓度升高和处理时间延长到一定时间后， 植物自身调节能力受到限制，幼苗细胞结构受到损伤，游离脯氨酸含量持续上升， 细胞膜透性增加。张昭其( 2 0 0 2 ) 对香蕉进行冷激处理后发现香蕉内脯氨酸积累提 高，蛋白质降解受抑。这些结果均表明，脯氨酸在抗逆境胁迫中可以防止植物水分 散失和提高原生质胶体的稳定性( k a r o l e w s k ip , 1 9 9 6 ) 。王忠( 2 0 0 2 ) 认为，在逆境 下脯氨酸积累的主要是三方面的原因：一是脯氨酸合成加强，标记的谷氨酸在植物 失水萎蔫后能迅速合成脯氨酸，高粱幼苗饲喂谷氨酸后在渗透胁迫下能迅速形成脯 氨酸；二是脯氨酸氧化作用受抑，而且脯氨酸氧化的中间产物还会逆转成脯氨酸； 三是蛋白质合成减弱，逆境抑制了蛋白质合成，也就抑制了脯氨酸掺入蛋白质的过 程。逯红栋等( 2 0 0 6 ) 研究了9 个辣椒雄性不育材料及其对应的保持系游离脯氨酸 含量，发现保持系游离脯氨酸含量均高于不育材料。他们认为，脯氨酸是所有蛋白 质的组成部分，其中包括那些代谢上活跃的和功能上重要的( 如各种酶类) 蛋白质， 而不育系内脯氨酸不足，必然给新陈代谢造成不利影响，使小孢子败育。 总体来讲，脯氨酸在抗逆中有两个作用，一