光照强度昼变化对烟叶蔗糖转化酶和蛋白酶活性的影响.doc

光照强度昼变化对烟叶蔗糖转化酶和蛋白酶活性的影响光照强度昼变化对烟叶蔗糖转化酶和蛋白酶活性的影响 第33卷第3期 2007年6月 湖南农业大学学报(自然科学版) JournalofHunanAgriculturalUniversity(NaturalSciences) Vl01.33NO.3 Jun.2007 文章编号:1007.1032(2007)03-0294-04 光照强度昼变化对烟叶蔗糖转化酶和蛋白酶活性的影响 王丹.,杨虹琦,周冀衡,柳立,彭艳 (湖南农业大学a.生物科学技术学院;b.烟草工程技术研究中心,湖南长沙410128) 摘要:为探索光照强度昼变化对植物叶片水解酶活性的影响,以烟草叶片为材料,对蔗糖转化酶和可溶性 糖含量,蛋白酶活性和蛋白质,游离氨基酸含量与光照强度昼变化之间的关系进行研究.结果表明,光照强度 的昼变化对蔗糖转化酶和蛋白酶活性有较大影响,随光照强度增强,蔗糖转化酶活性在11:00达到最高点3.933 mg/(g-h),之后开始逐步下降;蛋白酶活性在午后大幅度上升,17:00达到最大值125.33mg/(g.h),之后迅 速下降.对烟叶蔗糖转化酶和蛋白酶活性进行分析时,前者应在11:00左右取样测定;后者应在15:00之后取 样测定. 关键词:光照强度;昼变化;烟叶;蔗糖转化酶;蛋白酶 中图分类号:$572文献标识码:A Ectofthedaytimechangeofsunlightintensityoninvertaseand proteinaseintobaccoleaves WANGDan.,YANGHong.qi.,ZHOUJi-hengabLIULi,PENGYan (a.CollegeofBioscienceandTechnology;b.ResearchCenterofTobccoEngineeringandTechnology,HNAU,Changsha 410128,China) Abstract:Inordertoexploreefffectofthedaytimechangeofsunlightintensityonhydrolaseactivity,invertase, proteinaseandsomecompoundsintobaccoleaves.Theresultsshowthatthedaytimechangeofsunlightintensityeffects oninvertaseandproteinasegreatly.Theinvertaseactivityisupto3.933mg,(g.h)whichincreaseswithsunlightintensity enhancinginthemorning,butdecreasesstagebystageintheafternoon.Theproteinaseactivityincreasesinevidence untilafternoonanddecreasesquicklyafterreachingthegreatestlevel125.33mg,(gh)at17:00.Whenactivityof invertaseandproteinaseareanalysed,itisbettertotakesamplesat11:00forinvertase,butat15:00forproteinase. Keywords:sunlightintensity;daytimechange;tobaccoleave;invertase;proteinase 蔗糖转化酶催化蔗糖降解为果糖和葡萄糖,与 植物的碳代谢密切相关.在甘蔗等作物上,已将其 活性作为衡量碳代谢强度的重要指标【l】.前人对影 响叶片中蔗糖转化酶活性的因素进行了研究【2西】,但 是该酶活性与光照强度昼变化的关系未见报道.蛋 白酶是烟叶生长和烘烤过程中降解蛋白质的主要 酶类,其活性大小与植物组织中含氮化合物的转化 和利用有关_?】.有研究表明,蛋白质的降解和蛋 收稿日期:2006.11.20 基金项目:国家烟草专卖局项目(110200001012) 作者简介:王丹(1982-),女,湖南衡阳人,硕士研究 生.通讯作者:. 白酶活性的升高是叶片衰老的显着特征【l.笔者以 烟草叶片为材料,选择蔗糖转化酶和可溶性糖,蛋 白酶和蛋白质,游离氨基酸作为测定对象,研究光 照强度的昼变化对它们的影响,为进一步探索烟株 碳氮代谢的变化规律和机理奠定基础,同时也为选 择合理时间取样,测定烟叶蔗糖转化酶和蛋白酶活 性提供实验依据. 1材料与方法 1.1材料 试验于2006年在湖南农业大学烟草工程中心 试验基地进行.烤烟品种为K326,常规栽培.烟 第33卷第3期王丹等光照强度昼变化对烟叶蔗糖转化酶和蛋白酶活性的影响295 苗进人旺长期后,于天气晴朗的连续3d,5月15 日至5月17日,选择生长发育一致的烟株,从7:00 开始,每隔2h对从下往上数第5片叶进行蔗糖转 化酶,蛋白酶潘陛和相关化学成分的分析.每天取 样7次.同时,采用TES1332A照度计,测定各取 样时间点叶片表面光照强度. 1.2测定方法 蔗糖转化酶活性的测定采用砷钼酸比色法1; 蛋白酶活性的测定采用文献【12】方法改进后使用; 水溶性总糖含量测定采用苯酚硫酸比色1;还原糖 含量测定采用3,5.二硝基水杨酸法1;蛋白质含量 测定采用考马斯亮兰法1;氨基酸含量测定采用茚 三酮法Ll引. 2结果与分析 2.1光照强度昼变化对蔗糖转化酶活性及可溶性 糖含量的影响 2.1.1对蔗糖转化酶活性的影响 从图1可知,7:00以后光照强度逐渐增强,13:00 达到最大值,此后光照强度逐渐减小.而烟叶中蔗 糖转化酶潘生从7:00开始逐渐升高,11:00达到最 大值,此后酶活性逐步降低,17:00以后几乎不再 下降.由此可见,烟叶中蔗糖转化酶的活性受光照 强度的影响,光照强度超过60000lamol/(m?S),将 导致酶活性下降. 7:009:00ll:00l3:00l5:00l7:00l9:00 取样时间 图1光照强度昼变化对蔗糖转化酶活性的影响 脚1Effectonthedayfinchangeofsnnlloghtintetytoinvertaseacevity 2.1.2对可溶性糖含量的影响 由图2可知,可溶性总糖和还原糖含量的变化 趋势相同,并且与蔗糖转化酶活性的变化一致,即 从7:00开始逐渐升高,ll:00达到最大值,此后可 溶性总糖和还原糖的含量均逐渐降低.但非还原糖 含量的变化有所不同,15:00以后非还原糖含量又 开始逐渐升高.可见白天烟叶中的可溶性总糖含量 的变化,不仅与蔗糖转化酶活性变化有关,还与蔗 糖合成酶和磷酸蔗糖合成酶的昼变化有关. 匕=可溶性总糖含量匕=还原糖含量 7:009:00ll:00l3:00l5:00l7:0019:00 取样时问 图2光照强度昼变化对可溶性糖含量的影响 Fig.2Effectonthedayltmechangeofsunlightintensitytothecontent ofwatersolublesugar 史宏志研究指出,烟叶中的转化酶只有酸性转 化酶,因此本研究只对酸性转化酶进行了测定.刘 卫群报道,光照与转化酶活性呈一定的正相关,酸 性转化酶活性与己糖浓度之间呈正相关6J.本研究 中,随着上午光照强度逐渐升高和叶片光合作用速 率增加,蔗糖转化酶活性明显增强,叶片细胞中还 原糖和可溶性糖的含量逐步升高,这与刘卫群的报 道一致.中午光照强度最大时,蔗糖转化酶活性和 可溶性糖含量均开始下降.这是因为细胞中可溶性 糖的组成和浓度可显着影响蔗糖转化酶的表达6J, 并且细胞中蔗糖的含量可以通过反馈作用调节蔗糖 转化酶的活性】.一方面可能是叶片的光合机构所 接受的光能超过光合作用所能利用的数量时,光合 功能便降低,导致一些碳代谢酶活性下降别;还有 可能就是植物细胞中蔗糖含量积累到一定程度,将 反馈抑制蔗糖转化酶的活性,并促进蔗糖向胞外运 输.同时,光照强度最大时,淀粉的合成达到最高 峰,还原糖大量参与叶绿体中淀粉的合成,导致可 溶性糖含量的下降.下午随着光照强度的减弱和叶 片光合作用速率降低,转化酶活性继续降低,还原 糖含量继续下降.但本研究蔗糖含量在15:00以后又 一一I_?.?).【o目一),氍匿 舳?的0 O8642O /暮姐罄掣瓣 一一I_s.?).I删T1),爵匿 ?O 54321O 一一._q.暑).I)船溢辛睾舞 296湖南农业大学学报(自然科学版)2007年6月 逐渐升高,这可能与叶绿体中积累的淀粉开始分解, 并促进蔗糖合成和向地下运输有关. 2.2光照强度昼变化对蛋白酶活性与氨基酸和蛋 白质含量的影响 2.2.1对蛋白酶活性的影响 从图3可知,9:00以前,蛋白酶活性变化不大, 9:00以后酶活性开始升高,13:00光照强度达到最大 时,蛋白酶活性上升速率减缓,但13:00以后,随着 光照强度减小,蛋白酶活性又继续升高,17:00达到 最高值,此后蛋白酶活性迅速下降.这说明光照强 度过高或过低都会影响烟叶蛋白酶的活性,而且光 照强度在100o0,70oo0lamol/(m?s)时,酶活性随 光照强度增加而升高,超过70000lamol/(m?s)酶活 性则下降. 7:009:0011:0013:0015:0017:0019:00 取样时间 80O00 60O00 40O00 20O00 0 I 昌 二 呈 骥 睡 图3光照强度昼变化对蛋白酶活性的影响 Fig.3Effectonthedaytimechangeofsunlightintensitytoproteinase 2.2.2对氨基酸和蛋白质含量的影响 烟叶中蛋白质和氨基酸含量受光照强度昼变 化的影响结果见图4,图5. 口氨基酸含量光照强度 7:009:00ll:0013:00l5:00l7:0019:00 取样时间 图4光照强度昼变化对氨基酸含量的影响 Fig.4Effectonthedaytilnechangeofsunlightintensitytothecontent of81111111oadd 7:009:00ll:00l3:0015:0017:0019:00 取样时间 图5光照强度昼变化对蛋白质含量的影响 Fig.5Effectonthedaytimechangeofsunlightintensitytothecontent ofprotein 研究结果表明,从9:00至15:00,氨基酸含量随 光照强度增强而增加,但氨基酸含量在15:00就达到 最大值,比蛋白酶活性达到最大值的时间提前了2 h.17:00时蛋白酶活性很高,而氨基酸含量大幅度 下降.这是因为在烟株的旺长期,烟叶中游离氨基 酸含量的变化是以同化N素的能力大小为主导因 素,而蛋白酶降解蛋白质产生的游离氨基酸为次要 因素.烟叶中蛋白质含量从7:00到l1:00只略有升 高,ll:00到13:00光照强度最大时,蛋白质含量也 大幅度提高,13:00至19:00蛋白质含量都维持在一 个较高的水平,但l3:00到15:00蛋白质含量有所下 降,这可能与此时蛋白酶活性很高有关.同时也说 明蛋白质含量除了与蛋白酶活性的变化相关,更主 要的是受蛋白质合成过程中各种因素直接的调控. 蛋白酶活性在中午光照强度最大时大幅度升 高,并且在下午光合作用减弱和植物碳代谢速率下 降后,蛋白酶活性和游离氨基酸含量才达到最大 值.这表明,光照强度的昼变化,对植物的碳代谢 与氮代谢的协调具有较大影响.上午与植物碳代谢 相关的酶活性升高,以贮备氨基酸等化合物合成的 碳架,进而促使下午植物氮代谢速率明显增加.但 是氨基酸含量早于蛋白酶活性达到最高值的现象 表明.细胞中游离氨基酸含量主要与转化酶和蛋白酶活性的影响297 和蛋白酶的活性以及可溶性糖,蛋白质和氨基酸的 含量,都随一天中光照强度的昼变化而不同.因此, 在对烟叶中这些成分进行取样分析时,需选择适宜 的取样时间,而且重复取样的时间应尽可能保持一 致,才能使分析结果准确可靠,试验重现性好.对 于蔗糖转化酶和可溶性糖而言,取样时间应选择在 11:00前后,而分析蛋白酶活性和游离氨基酸的含 量应选择在15:00前后. 参考文献: 【1】李玉潜,谢九生,谭中文.甘蔗叶片碳,氮代谢与产 量,品质关系研究初探【J】.中国农业科学,1995,28(4): 4653. 【2】刘卫群,张联合,刘建利.烤烟生长发育过程中叶片 转化酶活性变化初探【J】.河南农业大学学报,2002, 36(1):1517. 【3】史宏志,韩锦峰,张国显.单色蓝光和红光对烟苗叶 片生长和碳氮代谢的影响【J】.河南农业大学学报, 1998,32(3):258261. 【4】董惠萍.不同施肥量对烤烟烟叶碳氮代谢的影响【J】.云 南农业大学学报,1992,7(4):237243. 【5】刘卫群,韩锦峰,史宏志.数种烤烟品种中碳氮代谢 与酶活性的研究【J】.中国农业大学学报,1998,3(1): 2226. 【6】刘卫群,丁永乐,张联合.烤烟打顶前后根系激素水 平与物质代谢的关系初探【J】.植物生理学通讯,2002, 38(4):330332. 【7】陈石根,周润琪.酶学【M】.长沙:湖南科学技术出版 社.1987. 【8】宫长荣,刘东洋.烤烟烟叶内