全 文 ：植物生理学通讯 第 46 卷 第 11 期, 2010 年 11 月 1159
收稿 2010-07-25 修定 　2010-10-22
资助 山东省自然科学基金(Y 20 07 D6 6)。
* 通讯作者(E-mail: gongkj@sina.com; Tel: 0531-83178585)。
鲜食糯玉米采后糖代谢相关酶活性变化
龚魁杰 *, 陈利容, 赵全胜, 刘雪梅
山东省农业科学院作物研究所, 济南 250100
提要: 鲜食糯玉米采后腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)、尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDPGPPase)、束缚态
淀粉合成酶(GBSS)、淀粉脱分支酶(DBE)等活性均呈现单峰曲线变化, 第1~2天出现峰值然后略有下降；可溶性淀粉合成
酶(SSS)活性呈较大幅度上升趋势, 活性远高于采收初期; 淀粉分支酶(SBE)在第3天出现极高峰值。与20 ℃贮藏温度相比,
采后0 ℃低温贮藏可增强UDPGPPase活性, 促进蔗糖降解; 降低SSS和GBSS活性, 延缓淀粉合成进程; 抑制SBE活性, 增强
DBE活性, 促进直链淀粉生成。
关键词: 鲜食糯玉米; 采后生理; 糖代谢相关酶; 低温贮藏
Changes of Enzyme Activities Associated with Carbohydrate Metabolism in
Postharvest Fresh Zea mays L. sinensis Kulesh
GONG Kui-Jie*, CHEN Li-Rong, ZHAO Quan-Sheng, LIU Xue-Mei
Crop Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China
Abstract: The activities of UDP-glucose pyrophosphorylase (UDPGPPase), ADP-glucose pyrophosphorylase
(ADPGPPase), granule-bound starch synthase (GBSS) and starch-debranching enzyme (DBE) in the postharvest
fresh waxy corn (Zea mays L. sinensis Kulesh) all showed a single peak curve, which reached the peak value on
the first or the second day and then declined slightly. The activity of soluble starch synthase (SSS) increased
significantly, while the activity of starch branching enzyme (SBE) appeared the peak value on the third day.
Compared with the condition of 20 ℃, the activity of UDPGPPase increased to promote the sucrose degradation,
the activities of SSS and GBSS reduced to slow down the process of starch synthesis, the activity of SBE was
restrained while DBE strengthened to promote the amylose synthesis when stored at 0 ℃.
Key words: fresh waxy corn (Zea mays L. sinensis Kulesh); postharvest physiology; enzyme associated with
carbohydrate metabolism; low temperature storage
鲜食糯玉米采收时淀粉含量较高, 组成物质与
大多数高水分、高可溶性糖含量的果蔬有较大差
异, 形成了不同的采后生理基础(王纪华等1996; 张
玉等2004)。国内外目前对高淀粉含量的果蔬采后
生理研究较少, 因而高淀粉含量果蔬的贮藏、加工
和品质保持技术仍然处于较低的水平, 对于产业发
展和产品品质的稳定制约较大。国内外有不少研
究开展了对鲜食型糯玉米生长期糖代谢及相关酶活
性变化的研究(Ou-Lee和 Setter 1985; 刘鹏等 2005;
Zhang等2007), 但对于采后的糖代谢进程及相关酶
活性变化还很少有研究涉及。本文通过研究鲜食
糯玉米采后的糖代谢相关酶活性变化, 为鲜食型糯
玉米的采后贮藏加工技术提供理论依据。
材料与方法
鲜食糯玉米(Zea mays L. sinensis Kulesh)品种
‘ 中糯 1 号 ’ 在本所试验场种植, 授粉后第 24 天采
收。为保证所取果穗的一致性, 采收时选择生长发
育一致的植株, 每组处理取 30个果穗分别以 20 ℃
和 0 ℃贮藏于恒温库中, 贮藏期间每天定时取 5个
果穗的中部籽粒混匀后用液氮速冻, -40 ℃保存, 用
于进行酶学分析。
提取酶液时, 准确称取 1.0 g 籽粒样品, 加入
10 mL pH 7.5 的 Hepes-NaOH 缓冲液, 于冰浴中研
磨。取 30 μL 匀浆液, 加 1.8 mL pH 7.5 的 Hepes-
NaOH缓冲液, l 000×g冰冻离心 l min, 沉淀经pH 7.5
的Hepes-NaOH缓冲液悬浮后用于束缚态淀粉合成
植物生理学通讯 第 46 卷 第 11 期, 2010 年 11 月1160
酶(granule-bound starch synthase, GBSS)活性的测
定, 其余匀浆10 000×g冷冻离心2 min, 上清液用来
测定腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose
pyrophosphorylase, ADPGPPase)、尿苷二磷酸葡萄
糖焦磷酸化酶(UDP-glucose pyrophosphorylase,
UDPGPPase)、可溶性淀粉合成酶(soluble starch
synthase, SSS)、淀粉分支酶(starch-branching
enzyme, SBE)、淀粉脱分支酶(starch-debranching
enzyme, DBE)。
ADPGPPase 和 UDPGPPase 活性测定参照
Rufty等(1983)以及 Nakamura 和 Imamura (1985)的
方法; SSS 和 GBSS 活性测定参照梁建生等(1994)
的方法; SBE 和 DBE 活性测定参照 Kubo等(1999)
及 Zhang 等(2007)的方法。
结果与讨论
1 鲜食糯玉米采后UDPGPPase活性变化
鲜食糯玉米籽粒生长发育过程中UDPGPPase
催化 U D P G 生成 1 - 磷酸葡萄糖( g l u c o s e - 1 -
phosphate, G-1-P), 对于淀粉合成直接底物ADPG的
生成具有重要作用(刘坚和李晚忱 2005; 张海燕等
2008)。采后鲜食糯玉米 UDPGPPase 活性基本表
现为单峰曲线变化(图1), 不同贮藏温度对曲线的变
化趋势基本无影响, 20 ℃和 0 ℃贮藏条件下, 分别
在采后第 1 天和第 2 天出现峰值。第 1 天后 20 ℃
条件下 UDPGPPase 活性基本呈直线下降, 远低于
采收初期, 表明 G-1-P 的生成能力大幅降低。0 ℃
贮藏条件下, 峰值出现后UDPGPPase活性在第4天
时略有升高, 但总体呈现下降趋势, 与20 ℃贮藏条
件不同, 0 ℃贮藏期间 UDPGPPase 活性都明显高
于采收初期, 表明低温贮藏会促进 UDPGPPase 活
性增强。由于UDPGPPase的催化反应以蔗糖等还
原糖为底物, 这也可以解释鲜食糯玉米经过低温冷
藏后反而没有甜味的现象。
2 鲜食糯玉米采后ADPGPPase活性变化
ADPGPPase 的作用是催化 G-1-P 转化为
ADPG, ADPG是淀粉合成的直接底物(刘坚和李晚
忱 2005; 刘鹏等 2005)。与 UDPGPPase 活性的变
化相似, ADPGPPase活性也总体表现为先出现峰值
然后逐步下降, 但 ADPGPPase 活性峰值并不明显
(图 2)。不同贮藏温度对曲线的变化趋势基本无影
响, 20 ℃和0 ℃贮藏条件下ADPGPPase活性在同一
贮藏期内差异不大, 而且贮藏终期和采收初期的差
异也较小, 表明不同温度和贮藏时间对ADPGPPase
活性影响很小, 这也说明ADPGPPase不是鲜食糯玉
米采后淀粉合成的限速因子。比较UDPGPPase与
ADPGPPase 活性变化可发现, 常温贮藏条件下,
图 1 鲜食糯玉米采后 UDPGPPase 活性变化
Fig.1 Changes of UDPGPPase activity
in postharvest fresh waxy corn
图 2 鲜食糯玉米采后 ADPGPPase 活性变化
Fig.2 Changes of ADPGPPase activity in
postharvest fresh waxy corn
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UDPGPPase 和 ADPGPPase 表现出较好的协同作
用, 活性都呈现下降趋势。
3 鲜食糯玉米采后 SSS活性变化
SSS 催化 ADPG 与淀粉引物(葡聚糖)反应, 将
葡萄糖分子转移到淀粉引物上, 以 α-1,4 糖苷键形
成直链淀粉, 使淀粉链延长(刘奇华等 2006)。不同
贮藏条件的鲜食糯玉米表现了相反的 SSS 活性变
化: 20 ℃贮藏条件下, SSS 活性随贮藏时间增加而
不断上升; 0 ℃条件下则随贮藏时间增加而表现为
总体缓慢下降(图 3)。表明贮藏温度的变化能够显
著改变 SSS 的活性, 低温能够抑制 SSS 的活性, 从
而减缓淀粉的合成进程。
切下的多糖链以 α-1,6 键连接形成支链淀粉(王文
静等2004)。鲜食糯玉米采后在两种试验贮藏条件
下, 表现出不同的 SBE 活性变化: 0 ℃贮藏条件下
SBE活性表现平稳, 在贮藏期间基本没有变化; 20 ℃
条件下则在第 3 天出现峰值, 第 1、2、4 天均基
本相同(图 5)。表明低温贮藏能够抑制SBE活性峰
值的出现。
图 3 鲜食糯玉米采后 SSS活性变化
Fig.3 Changes of SSS activity in postharvest fresh waxy corn
4 鲜食糯玉米采后GBSS活性变化
GBSS 同样将葡萄糖分子连接到淀粉分子链
上, 与 SSS 不同的是, GBSS 必须在淀粉粒内部形
成一定的晶体结构后才能起作用(刘鹏等 2005)。
鲜食糯玉米 GBSS 活性采后总体呈缓慢下降趋势,
20 ℃贮藏条件下第 2 天时略有上升, 但幅度不大,
0 ℃条件下则基本表现为平稳下降, 而且 0 ℃条件
下的活性略低于 20 ℃贮藏条件下的(图 4), 表明低
温能够降低GBSS活性, 并与SSS一起减缓淀粉的
合成进程。
5 鲜食糯玉米采后SBE活性变化
SBE 又称 Q 酶, 作用是切开 α-1,4 糖苷键, 把
图 4 鲜食糯玉米采后 GBSS 活性变化
Fig.4 Changes of GBSS activity in postharvest
fresh waxy corn
图 5 鲜食糯玉米采后 SBE 活性变化
Fig.5 Changes of SBE activity in postharvest
fresh waxy corn
植物生理学通讯 第 46 卷 第 11 期, 2010 年 11 月1162
6 鲜食糯玉米采后DBE活性变化
DBE又称R酶, 能专一性地裂解支链淀粉的α-
1,6 糖苷键, 形成直链淀粉(刘坚和李晚忱 2005)。
鲜食糯玉米采后DBE活性呈现一定的单峰曲线变
化, 0 ℃贮藏条件下, 单峰曲线更为明显, 与20 ℃贮
藏条件相比, 0 ℃时的 DBE 活性大多较高(图 6)。
表明低温会促进DBE活性, 结合SBE活性变化, 可
以发现低温贮藏条件下, SBE和DBE表现了较好的
协同作用, 能够共同抑制支链淀粉的合成, 促进直
链淀粉的生成。
7 鲜食糯玉米采后糖代谢相关酶关系分析
鲜食糯玉米采后的淀粉合成进程是由多个相
关酶共同完成的, 各个酶的活性变化往往会影响到
其他酶或被其他酶的活性变化所影响。相关性分
析(表 1、表 2)表明, 各个酶的活性之间有一定相
关性, 不同温度贮藏对酶之间的相关性有较大影
响。20 ℃贮藏条件下, UDPGPPase 与 ADPGPPase
呈极显著正相关, 表明了二者良好的协同调节淀粉
合成的作用; DBE 与 SSS 呈显著负相关, 与 GBSS
呈显著正相关, 说明DBE活性变化能够起到一定的
调控淀粉合成进程的作用, 但这种作用对于SSS和
GBSS 正好相反, 其机理仍有待探讨。
表 1 常温贮藏鲜食糯玉米采后糖代谢相关酶活性关系
Table 1 Relationship of enzyme activities associated with carbohydrate metabolism
in postharvest fresh waxy corn stored at 20 ℃
酶 UDPGPPase ADPGPPase SSS GBSS SBE
ADPGPPase 0.993** 1
SSS -0.859 -0.828 1
GBSS 0.299 0.256 -0.718 1
SBE -0.484 -0.484 0.163 0.221 1
DBE 0.587 0.587 -0.922* 0.921* -0.056
　　* 和 ** 显著性水平分别为 0.05 和 0.0 1。
表 2 低温贮藏鲜食糯玉米采后糖代谢相关酶活性关系
Table 2 Relationship of enzyme activities associated with carbohydrate metabolism
in postharvest fresh waxy corn stored at 0 ℃
酶 UDPGPPase ADPGPPase SSS GBSS SBE
ADPGPPase 0.676 1
SSS 0.169 -0.505 1
GBSS 0.350 0.189 0.31 1
SBE 0.163 -0.563 0.920** 0.185 1
DBE -0.187 -0.069 -0.235 0.026 0.078
　　** 显著性水平为 0 .0 1。
图 6 鲜食糯玉米采后 DBE 活性变化
Fig.6 Changes of DBE activity in postharvest
fresh waxy corn
植物生理学通讯 第 46 卷 第 11 期, 2010 年 11 月 1163
与 20 ℃贮藏条件不同, 0 ℃贮藏条件下 SBE
与 SSS 呈极显著正相关。两种贮藏温度下表现了
不一致甚至相反的酶之间关系, 这也表明了温度差
异对酶活性的影响。也有一些酶之间虽然关系没
有达到显著性差异, 但也表现了一定的相互关系, 其
中 SSS 与 UDPGPPase 和 ADPGPPase、GBSS 与
SSS 都表现了较大程度的关联特性。
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