全 文 ：植物学通报 2004, 21 (1): 79~83
Chinese Bulletin of Botany
① 国家自然科学基金资助项目（3 9 7 7 0 5 3 2）。
作者简介：李曜东，1 9 4 8 年出生，副研究员， 主要从事植物生理生化研究。
收稿日期：2002-06-03 接受日期：2003-09-15 责任编辑：白羽红
PG与番茄果实成熟的关系①
李曜东 魏玉凝 顾淑荣
（中国科学院植物研究所 北京 100093）
摘要 系统比较了转多聚半乳糖醛酸酶（PG）反义基因和对照番茄果实成熟过程中绿熟、转色、粉
顶、粉红、全红5个时期的PG活性和与其相关的生理、生化组分的动态变化。实验表明，转基因果与对
照果相比，PG活性始终处于较低水平，PG活性强烈被抑制是在全红期；果实的硬度、贮藏寿命指数都
高于对照果；番茄红素合成积累进程被延缓；可溶性果胶含量、电解质外渗百分率均低于对照果。外源
乙烯刺激引起对照果PG活性剧增，而转基因果表现钝化。讨论了PG活性与果实成熟、耐贮性及软化的
关系，及对外源乙烯刺激的敏感性。首次明确提出PG活性在对照果中极大地表达，在转基因果中强烈
被抑制是在全红期 ，而不是在整个成熟期；PG活性在果实软化中起直接和重要作用；PG活性的高低
与番茄红素的合成与积累有关。
关键词 多聚半乳糖醛酸酶活性，反义PG基因，成熟，番茄，贮藏寿命指数
The Relation between PG and Ripening of Tomato Fruit
LI Yao-Dong WEI Yu-Ning GU Shu-Rong
(Institute of Botany , the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093)
Abstract The polygalacturonase activity and some physiological changes of transgenic (with
antisense PG gene) and control tomato fruits were systematically compared at green-mature, turning,
pink-top, pink and red stages in ripening process. The results showed that PG activity of transgenic
tomato fruits was lower than that in control fruits in ripening process. The PG activity of transgenic
fruits were almost inhibited at red stage. Transgenic fruits are better than control fruits in firmness
and storability. Synthesis and accumulation of lycopene of transgenic fruits are postponed, soluble
pectin content and electric conductivity were all lower than those in control fruits. Stimuli of exo-
ethylene caused sharp increase of PG activity in control fruits, but not in transgenic fruits. The
interrelation of PG activity with softness, storability and susceptivity to stimulus from exo-ethylene
was discussed. We proposed for the first time, the PG activity sharp increasing in control fruits and
almost inhibiting in transgenic fruits were only at red stage, not at whole ripening stage, and the PG
activity plays an important and direct role in fruit ripening softness.
Key words PG activity, Antisense PG gene, Maturity, Tomato, Accumulative storage index
果实成熟是果实生长发育的一个阶段，是各种相关基因调控和外在条件共同作用的结果。
目前认为多聚半乳糖醛酸酶（PG,E,C,3,2,1,15）是在此期表达活性(Oregory and Donald, 1982;
80 21(1)
Jone et al ,1989) 的一类酶, 具组织的特异性(Denise and Avtar, 1989; Julle et al,1993)，其调控主要
在转录水平(Bennlet and Della, 1987; Schuch et al, 1989) 。魏玉凝等(1996)报道了转PG反义基因
番茄果中反义 PG RNA表达，果实 PGmRNA 含量、PG活性、内源乙烯释放量、呼吸强度
都比对照果减少，果实硬度、耐贮性及抗病菌感染能力比对照果增强等。在此基础上，从
生理、生化等方面分析论述了转基因和对照番茄果从绿熟到全红期PG的动态变化与果实成熟
和软化的关系。
1 材料和方法
1.1 材料
番茄‘丽春’品种（Lycopesion esculentum cv. Lichun）种子购自中国农业科学院蔬菜
研究所,‘丽春’转反义 PG 基因纯合子种子由本实验室转化获得（魏玉凝等，1996）。
1.2 方法
将番茄果实成熟期划分为绿熟、转色、粉顶、粉红、全红 5个时期，取各期转基因和
对照果赤道部位果皮组织, 测定 PG活性（Kenneth,1982）、果胶物质含量（耶尔马科夫著，
1959）、电解质外渗百分率（用 DDS-Ⅱ型电导仪）和果实硬度（用 TC-Z 型果实硬度计）。
将转色期果分成经和未经乙烯处理（乙烯浓度 =1.0 mg乙烯利 /L浸泡 30 min）两组，测当日
和存放 7 d的 PG活性，观察果实成熟颜色变化。每个样品为 5个果实的平均值。计算贮藏
不同天数的好果率和贮藏寿命指数用 Lobo等的方法，贮藏寿命指数（ASI）=∑（保留果
实的百分率×贮藏天数）/100，放网孔塑料筐内, 暗光，室温 30± 2℃存放，每次每组样品
取 50个转色至粉顶期的果贮存。 以上所有测定均为两年实验的平均值。
2 结 果
2.1 转基因果与对照果各成熟期 PG活性的比较
从绿熟到全红期的 PG活性，转基因果由 25增至 42，增值 17。对照果从 29增至 767，
增值 738（单位均为半乳糖醛酸mmol/kg FW.h）。转基因果与对照果相比，PG活性始终处
在低水平，全红期对照果 PG 活性剧增，与转基因果呈现极大的差异（图 1）。
2.2 两种果实耐贮性及硬度比较
取转色至粉顶期转基因果和对照果,在相同条件下贮藏。相同天数的好果率和贮藏寿命指数
转基因果均高于对照果，贮藏中后期（30 d后）尤为显著（表 1）。各期的果实硬度转基
因果均高于同期对照果(表 2) 。PG活性与果实硬度有密切关系。
2.3 两种果实果皮组织果胶成分及电解质外渗百分率
转基因果的绿熟期到全红期可溶性果胶含量,及其与总果胶含量的比率均低于对照果，全红
期几乎是对照的一半。可溶性果胶与总果胶含量的比率，绿熟期对照果比转基因果高 13%，
全红期对照果比转基因果高 22%(表 3)。
各成熟期转基因果果皮组织电解质外渗百分率均低于对照果。绿熟期转基因果比对照果低
20%，全红期比对照果低 24.7%（表 4）。
2.4 PG活性对果色和外源乙烯对果实 PG活性的影响
采摘转色期对照果，当日的 PG活性为 67,存放 7 d后增至 367,增加 300（单位均为释放的
812004 李曜东等：PG与番茄果实成熟的关系
半乳糖醛酸mmol/kg FW.h，下同）,果色由转色为全红。转基因果当日的 PG活性为 24，存
放 7 d后增至 33，增加 9，果色由转色为粉红。用外源乙烯处理的对照果，7 d后 PG活性
增至 889 ,增值822。用外源乙烯处理的转色期转基因果 7 d后PG活性增至 3 7，增值13(表5)。
即对照果 PG对外源乙烯刺激敏感，转基因果 PG对外源乙烯刺激钝化。
3 讨 论
3.1 转基因果和对照果各成熟期 PG活性
转基因果与对照果相比,PG活性始终处于缓慢增加的低水平。从绿熟期到全红期转基因果
PG活性增加17,而对照果增加738。转基因果各期的PG活性依次为对照果的86%、36%、49%、
16%和 5%。绿熟期两果的PG活性相差不大,转色期和粉顶期两果的PG活性相差一倍多,到全红
期转基因果PG活性仅为对照果的5%, 表现出与对照果极大的差异,即转基因果PG活性极大被抑
图 1 转基因果和对照果各成熟期的 PG活性 （PG活性单位：释放的半乳糖醛酸mmol/kg FW.h）
1. 绿熟期，2. 转色期, 3. 粉顶期, 4. 粉红期, 5. 全红期
Fig.1. PG activity of transgenic and control fruit at different ripening stage (unit of PG activity: released
galacturonic acid mmol/kg FW.h)
1. Green-mature, 2. Turning, 3. Pink-top, 4. Pink, 5. Red stage
表 1 转基因果和对照果不同贮藏天数好果率与贮藏寿命指数
Table 1 Percentage of remaining fruits and ASI in transgenic and control fruits at different days of storage
贮藏天数
7 15 20 30 35 45 50
Days of storage
好果率 A 96± 0.8 91± 0.8 61± 0.8 23± 2.0 19± 2.0 0.0 0.0
Percentage B 100± 0.0 100± 0.0 91± 2.0 91± 2.0 87± 2.0 81± 2.0 65± 2.0
of remaining
贮藏寿命指数 A 6.7± 1.0 20± 1.0 32± 1.0 39± 2.0 46± 2.0 46± 2.0 46± 2.0
ASI B 7.0± 0.0 22± 0.0 40± 2.0 68± 2.0 98± 2.0 135± 2.0 167± 2.0
A: 对照果, B: 转基因果。A: Control, B: Transgenic fruit.
表2 转基因果和对照果不同成熟期果实硬度 (kg/cm2)
Table 2 Firmness of fruits at different ripening stages (kg/cm2)
转色期 粉顶期 粉红期 全红期
Turning Pink-top Pink Red
转基因果 Transgenic 5.7 3.73 1.82 1.08
对照果 Control 3.8 2.0 0.7 0.58
82 21(1)
制是在全红期,而不是整个成熟期。
3.2 PG活性和果实成熟的关系
转基因果的PG活性、耐贮性和果色变化的实验结果表明,果实的成熟可在低水平PG活性
下开始并进行, 延缓了果实番茄红素的合成积累,延长了果实的成 熟期和贮藏寿命,并提高了贮藏
的好果率, 中、后期尤为显著。PG活性高，结果则反之。本结果与 Smith等（1988）的报
道不同，他认为转反义PG基因番茄果实PG活性与番茄红素无影响，而我们的结果是有影响。
3.3 PG活性与果实软化的关系
绿熟到全红期转基因果果皮组织的可溶性果胶含量，及其与总果胶含量的比率，电解质
表 3 转基因果和对照果不同成熟期果胶组份含量 (单位mg果胶质 /g FW)
Table 3 Pectin contents of transgenic and control fruits at different ripening stages (mg pectin/g FW)
绿熟期 转色期 粉顶期 粉红期 全红期
Green-mature Turning Pink-top Pink Red
可溶性果胶 A 6.5± 0.9 7.7± 1.0 6.7± 1.0 8.7± 0.6 12.3± 1.0
Soluble pectin B 4.7± 0.3 7.2± 1.0 6.3± 0.5 6.1± 0.5 6.6± 0.2
原果胶含量 A 14.0± 1.0 15.6± 1.0 10.6± 0.8 9.2± 0.8 10.8± 0.8
Insoluble pectin B 19.2± 0.5 21.0± 0.5 24.1± 1.0 16.6± 1.0 14.5± 1.0
总果胶含量 A 20.5± 1.0 23.3± 1.0 17.3± 0.5 17.9± 0.6 23.1± 1.0
Total pectin B 24.0± 0.2 28.2± 0.5 30.4± 0.5 27.7± 0.3 21.3± 1.0
可溶性果胶 /总果胶(%) A 32.0± 1.0 33.0± 1.0 39.0± 0.8 49.0± 0.8 53.0± 1.0
Solube pectin/total pectin B 19.0± 0.5 25.0± 0.5 21.0± 0.8 26.0± 0.6 31.0± 0.8
A: 对照果, B: 转基因果。 A: Control, B: Transgenic fruit.
表 4 转基因果和对照果不同成熟期果皮组织的电解质外渗百分率（%）
Table 4 The electric conductivity of two species peel tissues at different ripening stages (%)
绿熟期 转色期 粉顶期 粉红期 全红期
Green-mature Turning Pink-top Pink Red
对照果 Control 71.0± 0.2 73.0± 1.0 76.0± 1.0 77.0± 0.3 89.0± 0.1
转基因果 Transgenic fruit 51.0± 0.8 59.0± 1.0 62.0± 1.0 67.0± 1.0 64.3± 1.0
表 5 转色期外源乙烯处理的转基因果和对照果的 PG活性和果色的比较
Table 5 Comparison of PG activity and fruit color of transgenic and control fruits treated with
ethylene at turning stage
未经乙烯处理 经乙烯处理
Not treated with exo-ethylene Treated with exo-ethylene
采摘当日 7 d后 7 d后
Picking-day After 7 days After 7 days
对照果 PG活性 67 367 889
PG activity of control fruit
对照果果色 转色 全红
Color of control fruit
转基因果 PG活性 24 33 37
PG activity of transgenic fruit
转基因果果色 转色 粉红
Color of transgenic fruit
PG活性单位:释放半乳糖醛酸mmol/kg FW.h。Unit of PG activity: Released galacturonic acid mmol/kg FW.h
832004 李曜东等：PG与番茄果实成熟的关系
外渗百分率均低于对照果，结合 PG和果实硬度的实验结果可得出，PG活性低有利于维持果
实的硬度，PG活性高有利于促进果实软化，证实了 PG活性与果实硬度直接相关。我们对其
细胞学的研究（李曜东等，2002）也得到了证明：转基因果果皮外层细胞比对照果增厚，
细胞质凝聚和细胞解体延缓，低 PG活性有利于保持细胞组织的结构。否则反之。
3.4 外源乙烯对转基因和对照果 PG活性的影响
对照果经乙烯处理后 7 d，PG活性增加 12.3倍，其对外源乙烯刺激敏感。而转基因果经
乙烯处理后 7 d，PG活性只增加 0.5倍，表现出对外源乙烯刺激钝化。估计外源乙烯对番茄
果实PG 活性的影响与其PGmRNA的含量有关。
我们认为，转基因果和对照果在各种条件均一致的情况下所表现的差异，无疑是由转反
义 PG 基因所致。PG活性在果实成熟软化中起重要作用。利用转反义 PG基因和对照果，对
果实成熟的其他相关因子的生理生化，特别是分子水平的研究，有利于对影响果实成熟的诸
因素的作用有新的了解，并对科研生产起指导作用。
参 考 文 献
李曜东，顾淑荣，魏玉凝，周馥，赵敬芳，2002. 转反义 PG基因番茄果实细胞结构变化的研究. 植物学通报，
1 9：1 ~ 5
耶尔马科夫著(吴相钰译)，1959. 植物生物化学研究方法. 北京: 科学出版社, 194~197
魏玉凝，李曜东，马庆虎，宋艳茹, 1 9 9 6 .表达多聚半乳糖醛酸酶反义的转基因番茄分析. 植物学报, 3 8：
245~248
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Julle M,Vicky P, Deikman J,1993. Positive and negation reulatory regions control the spatial distribution of
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Theologis A, 1992. Ripening by suppressing gene expression. Plant physiol, 100: 549~551