不同软化速率山楂果实软化相关酶活性分析_王碧君.pdf

北方园艺 （）：研究论文第一作者简介：王碧君（），女，硕士研究生，研究方向为果树种质资源评价与利用。：责任作者：侯亚莉（），女，博士，讲师，现主要从事果树种质资源评价与利用等研究工作。：基金项目：辽宁 省 高 校 基 本 科 研 项 目 青 年 资 助 项 目（，）。收稿日期：不同软化速率山楂果实软化相关酶活性分析王 碧 君，杨 淮 策，焦洋，李 怒 非，董 文 轩，侯 亚 莉（沈阳农业大学 园艺学院，辽宁 沈阳 ）摘要：以采收期果实硬度迅速下降的 软肉号 和仍保持较高硬度的 秋金星 山楂果实为试材，通过对发育期果实软化相关酶的活性分析，研究了 软肉号 果实的软化特点，以期为山楂果实的软化机理研究提供参考依据。结果表明：软肉号 果实在盛花后 迅速变软，而 秋金星 果实的硬度在盛花后 缓慢下降，且显著高于 软肉号；多聚半乳糖醛酸酶（）在 软肉号 中先呈现较低的活性，后伴随果实硬度的快速下降而大幅上升，而其在 秋金星 中保持较高活性；果胶甲酯酶（）在 软肉号 中的活性较稳定且均高于 秋金星；纤维素酶（）活性在个品种中均先下降后上升，伴随果实的成熟活性显著升高；半乳糖苷酶（）在 软肉号 的活性较低，在 秋金星 果实的活性较高，且随果实的成熟急剧上升；脂氧合酶（）均在盛花后 出现活性高峰，且伴随果实的成熟出现小幅度上升。综上所述，软肉号 山楂果实质地的改变可能受、和 等多种酶的共同影响和调控。关键词：山楂；软化；贮藏；细胞壁降解；细胞膜降解中图分类号：文献标识码：文章编号：（）软化是伴随果实成熟的重要特征，造成果实不耐贮藏与运输，并且容易遭受损伤和病菌的侵染，从而造成严重的经济损失。山楂（）又名山里红，蔷薇科苹果亚科山楂属植物，富含多种营养物质，是我国重要的药食同源作物之一。众多研究表明，果实的成熟软化是由多种遗传因素和生化途径控制的，而果实的软化和细胞壁与细胞膜的降解有着直接的关联。细胞壁降解酶能够通过改变细胞壁的结构导致细胞之间的连接减少，造成细胞解聚。目前普遍认为多聚半乳糖醛酸酶（）、果胶甲酯酶（）、纤维素酶（）、半乳糖醛苷酶（）均对果实软化起十分重要的作用。脂氧合酶（）促使细胞膜发生脂肪酸氧化反应，从而导致细胞膜的降解并且促进了果实软化。该试验依托国家种质沈阳山楂圃，获得具有特异软肉形状的 软肉号，该软肉为研究山楂果实的成熟软化提供了宝贵的试材。该试验通过对 软肉号 和 秋金星（对照）发育期果实细胞壁降解相关酶活性（果胶甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶、纤维素酶、半乳糖醛苷酶）和细胞膜降解相关酶（脂氧合酶）活性的测定，结合果实的硬度指标，分析软化相关酶在山楂果实软肉性状中的作用，以期为山楂果实的软化机理研究提供参考依据。材料与方法 试验材料 软肉号和 秋金星 样品均取自沈阳农业大学国家山楂种质资源圃。试验方法在山 楂 盛 花 期 后、和 后分别取样，果实采收后快速带回实验室，部分果实用于测定硬度，其它果实去核切片，用液氮冷冻，置于 超低温冰箱备用，用于软化相关酶活性测定。项目测定果实硬度用质构仪（）进行测定，每个发育期选取个山楂果实，在果实的赤道处选取垂直的个点进行测定；活性测定参考 等的方法并进行改进；活性测定参考等 的方法并进行改进；活性测 定 参 考 曹 健 康 等 的 方 法 并 进 行 改 进；活性测定参考 的方法；活性测定参考 等 的方法。试验均重复次。数据分析采用 软 件 处 理 数 据，用 软件进行数据分析，软件进行作图。结果与分析 不同发育期果实的硬度变化由图可知，在山楂发育中期，软肉号 和 秋金星 山楂果实均保持较高的硬度，且 软肉号 山楂果实的硬度略高于 秋金星。在盛花期 时，个品种山楂硬度均在 左右。在发育后期，软肉号 山楂果实的硬度快速下降，而 秋金星 山楂果实的硬度虽然降低，但保持相对较缓的趋势，且显著（）高于 软肉号。不同发育期山楂果实多聚半乳糖醛酸酶活性分析由图可知，秋金星 在整个发育期的活性呈现“下降上升下降上升”的趋势，且在整图 秋金星 和 软肉号 发育期果实硬度变化 注：柱形图误差棒上的不同小写字母代表差异显著（），下同。：（），图 秋金星 和 软肉号 发育期多聚半乳糖醛酸酶（）活性变化 个发育期均保持活性较高的趋势。软肉号 活性从盛花期后第 天开始逐渐下降，至盛花期后 略有上升后又小幅度下降，随后迅速升高，在盛花期后 ，软肉号 活性显著高于 秋金星。不同发育期山楂果实果胶甲酯酶活性分析由图可知，软肉号 山楂果实活性整个发育期的变化幅度较小。此外，随着果实的软化（盛花期后 ）在第 天，软肉号山楂果实 活性呈现下降的趋势。秋金星山楂果实 活性呈逐渐上升的趋势，在果实达北方园艺月（上）图 秋金星 和 软肉号 发育期果实果胶甲酯酶（）活性变化 到成熟时活性最高，且保持相对稳定的状态。不同发育期山楂果实纤维素酶活性分析由图可知，秋金星 和 软肉号 活性在果实整个发育期均呈现先下降后上升的趋势。在盛花期后第 天和第 天，秋金星 纤维素酶的活性略低于 软肉号，其它时期 秋金星 的纤维素酶活性较高，尤其是盛花期 后，秋金星 和 软肉号 纤维素酶的活性均快速上升，且 秋金星 纤维素酶的活性均显著高于 软肉号。图 秋金星 和 软肉号 发育期果实纤维素酶（）活性分析 不同发育期山楂果实半乳糖苷酶活性分析由图可知，软肉 号 的半乳糖酶活性呈现先升高后降低的趋势，且始终保持较低的活性。秋金星半乳糖苷酶的活性在盛花期后第 天 下 降，随 后 大 幅 上 升，达 到 后呈现小幅度下降后又剧烈上升。盛花期后 以后，秋金星 山楂果实半乳糖苷酶活性均保持较高水平。图 秋金星 和 软肉号 发育期半乳糖苷酶（）活性分析 不同发育期山楂果实脂氧合酶活性分析由图可知，活性在个品种中均呈现先上升后下降的趋势，分别在盛花期后 和盛花期后 出现活性高峰。在果实的发育早期，秋金星 和 软肉号 的 活性并无显著变化，在果实成熟期，在 秋金星 中的活性快速上升且显著高于 软肉号。图 秋金星 和 软肉号 发育期脂氧合酶（）活性分析 讨论与结论该试验研究了山楂果实处于发育期时，硬度变化与果胶甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶、纤维素酶、半乳糖苷酶酶、脂氧合酶活性变化的关系。第期 北方园艺在与果实软化相关的酶中，多聚半乳糖醛酸酶作为一种重要的果胶酶，研究较早。该试验在处于发育期的 秋金星 和 软肉号 山楂果实中，均检测到了多聚半乳糖醛酸酶活性。多聚半乳糖醛酸酶活性在这个品种中的表现不同，其在 秋金星 果实的整个发育期均表现出较高的活性，然而在 软肉号 盛花期后 的活性均较低，至果实成熟硬度快速下降期则大幅度地上升且显著高于 秋金星（图），这与苹果和猕猴桃的研究相符 。前人的研究发现，多聚半乳糖醛酸酶在苹果果实盛花期后 之内活性均较低，但伴 随 着 果 实 硬 度 的 下 降，其 活 性 增 加 了 多倍，与其相比，该试验认为多聚半乳糖醛酸酶可能对 软肉号 果实的软化现象有促进作用。此外，猕猴桃 和京白梨 的研究结果发现，多聚半乳糖醛酸酶活力高峰出现时间晚于果胶甲酯酶，可能是由于果胶甲酯酶能为多聚半乳糖醛酸酶提供充足的底物，促进多聚半乳糖醛酸水解，导致果胶降解。果胶甲酯酶、半乳糖苷酶和多聚半乳糖醛酸酶均作为果胶降解酶，能促使果胶多糖发生降解，从而使细胞间失去黏结作用，导致细胞壁结构瓦解，最终导致果实组织松弛，质地软化。在整个果实发育期，果胶甲酯酶在 软肉号 中的活性几乎均高于 秋金星，且保持较稳定的水平，其在 秋金星 中的活性在盛花期后 之内较为稳定，之后活性升高（图）。半乳糖苷酶在 软肉号 发育期果实中呈现小幅度上升后下降的趋势，然而在 秋金星 果实中呈现逐步上升的趋势，且在果实成熟前期和成熟期活性急剧上升（图）。这 种酶在 秋 金星和 软肉号 中的不同表现，可能协同导致了山楂果 实 果 胶 的 降 解，徐 家 玉 等 研 究 也 表明，个品种的果实在成熟时，中胶层均发生显著的降解，这说明它们可能与果实软化有关，但并不是唯一决定因子，这与前人的研究一致。目前，有众多研究表明，果实的成熟伴随着多聚半乳糖醛酸酶、果胶甲酯酶的升高 ，但是其基因的过表达并不影响果实的成熟指标 。纤维素酶可催化水解细胞壁中的纤维素，导致细胞壁降解，从而使得果实软化。纤维素酶在 秋金星 和 软肉号 中呈现相同的表达趋势，其在果实盛花期 后活性下降，至果实成熟活性大幅度上升，且与硬度呈现显著的负相关关系（图），表明纤维素酶可能对山楂果实的软化起到了重要的作用，这与前人的研究一致。前人的研究中，纤维素酶在果实成熟软化期间活性显著增加，在桃和草莓果实的软化中起到了主要作用 。然而，在果实成熟期，纤维素酶在 秋金星 中的活性稍高于 软肉号，这可能与不同品种果实的生长发育时间不同，因而果实所处的生理状态不同有关。脂氧合酶可通过启动膜质过氧化反应，引起细胞膜降解，改变细胞膜的透性，其与果实生长和成熟软化均有重要的作用。在 秋金星 和 软肉号 发育期果实中，脂氧合酶的活性均在发育中期和成熟期出现了活性高峰（图），说明其同时参与了果实的生长和成熟软化。该研究结果表明，山楂质地的改变可能是一个复杂的过程，不单独受某单一酶影响，而是受多种酶的共同影响和调控，且因品种不同而产生显著差异。参考文献董文轩中国果树科学与实践山楂西安：陕西科学技术出版社，（）：，（），：刘佩卓，谷超不同品种桃果实中内切多聚半乳糖醛酸酶 基因的表达分析植物学研究，（）：，：张嵩，张光伦，曾秀丽纤维素酶和多聚半乳糖醛酸酶与果实成熟果树学报，（）：，（）：，：生吉萍，罗云波，申琳 和 对采后番茄果实软化及细胞超微结构的影响 园艺学报，（）：，北方园艺月（上）（），（）：曹建康，姜微波，赵玉梅果蔬采后生理生化实验指导北京：中国轻工业出版社，：，（）：李圆圆，罗安伟，李琳，等采前氯吡脲处理对 秦美 猕猴桃贮藏期间果实硬度及细胞壁降解的影响 食品科学，（）：梁玉琺，敖良德，王明鑫，等 多聚半乳糖醛酸酶（）在苹果成熟过程中的作用 ，（）：薛彦斌，久保康隆，稻叶昭次，等 青梅果实的采后成熟特性和肉质变化 中国南方果树，（）：魏建梅，马锋旺，关军锋，等京白梨果实后熟软化过程中细胞壁代谢及其调控中国农业科学，（）：佟兆国，王飞，高志红，等果胶降解相关酶与果实成熟软化果树学报，（）：，（）：金昌海，汪志君，陆兆新，等苹果半乳糖苷酶同工酶的分离纯化与动力学性质江苏农业学报，（）：阚娟，金昌海，汪志君，等半乳糖苷酶及多聚半乳糖醛酸酶对桃果实成熟软化的影响扬州大学学报，（）：，：，（），：张进献，李冬杰，李宏杰 果实软化过程中细胞壁结构和组分及细 胞 壁 酶 的 变 化 河 北 林 果 研 究，（）：，茅林春，张上隆 果胶酶和纤维素酶在桃果实成熟和败絮中的作用 园艺学报，（）：，（）：张波猕猴桃脂氧合酶基因家族的功能解析及其调控杭州：浙江大学，（，）：，（），（）（），第期 北方园艺北方园艺 （）：设施园艺第一作者简介：董相洁（），女，硕士研究生，研究方向为设施蔬菜生理生态。：责任作者：乜兰春（），女，博士，教授，现主要从事设施蔬 菜 生 理 生 态 等 研 究 工 作。：基金项目：河 北 省 教 育 厅 科 学 技 术 研 究 资 助 项 目（）；河北省现代农业产业技术体系蔬菜创新团队资助项目（）。收稿日期：基于产量和品质目标的塑料大棚甜瓜优化施肥方案研究董 相 洁，李 智 琪，李晴，孟霖，乜 兰 春，赵 文 圣（河北农业大学 园艺学院，河北省蔬菜种质创新与利用重点实验室，河北省蔬菜产业协同创新中心，河北 保定 ）摘要：以薄皮甜瓜 博洋 为试材，采用因素水平二次正交旋转组合设计，研究了氮肥（尿素）、磷肥（过磷酸钙）、钾肥（硫酸钾）用量对塑料大棚薄皮甜瓜产量和品质的影响，分别建立了以产量和果实可溶性固形物为目标效应方程，以期为甜瓜科学施肥提供参考依据。结果表明：甜瓜产量和果实可溶性固形物含量均先随氮肥、磷肥、钾肥施用量的增加而增加，达到极大值后又随施用量的增加而降低。氮肥、磷肥、钾肥对甜瓜产量和品质的单因子效应均为钾磷氮，磷肥与钾肥存在交互效应。结合模型优化分析结果，筛选出该试验条件下甜瓜既高产又 优 质 的施 肥 方案 为 氮 肥 ，磷肥 ，钾 肥 ，即 ，。关键词：氮磷钾；配方施肥；薄皮甜瓜；产量；品质中图分类号：文献标识码：文章编号：（）甜瓜（）是我国重要经济作物之一，因其产量高、效益好，种植面积不断扩大。但设施生产中存在盲目和过量施肥的问题，养分过量投入不仅导致土地养分失衡，影响植株生长发育，导致产量品质下降，还会造成土壤酸化、地下水污染等一系列环境风险，从而使产业可持续发展受到制约。配方施肥为现代农业生产中的重要科学策略，不仅可以提高肥料的利用率，同时能有效实现蔬菜高产优质的生产目标。明确施肥与产量的关系，建立施肥量与产量的模型，根据目标产量确定施肥量是配方施肥的关键。李佩华等 利用模型进行研究表明，当每 尿素施用量为 ，过磷酸钙施用量为 ，硫酸钾施用量为 时，可使“青薯 号”每 （），：；