全 文 ：植物生理学通讯 第 45 卷 第 10 期，2009 年 10 月 963
收稿 2009-07-10 修定 　2009-08-29
资助 国家青年科学基金(30 9 00 9 7 6)。
* 通讯作者(E-mail: dxylph@163.com; Tel: 0532-86080193)。
硬肉桃果实成熟前后钙含量和钙ATP酶活性的变化及其与果实硬度的关系
刘炳辉 1, 董晓颖 2, 段艳欣 2, 贾海波 3, 邵东玲 3, 李培环 2,*
1 昌乐县红河镇农业服务中心, 山东昌乐 262411; 2 青岛农业大学园林园艺学院, 山东青岛 266109; 3 招远市林业局, 山东招远
265400
提要: 以硬肉桃新品种 ‘双久红 ’果实为试材, 以常规优良品种 ‘川中岛白桃 ’为对照, 分别研究了成熟前20 d和成熟后20 d
内两品种果实中钙含量和Ca2+-ATP酶活性变化以及它们与果肉硬度关系的结果表明: ‘双久红 ’果实的总钙和Ca2+含量从
成熟前15 d开始极显著高于同期‘川中岛白桃’的, 两者与果实硬度变化呈极显著相关(P<0.01), 随着果实的成熟两者均呈
下降趋势, Ca2+-ATP酶的调控能力也逐渐减弱, 但 ‘双久红 ’果实中的Ca2+-ATP酶活性比 ‘川中岛白桃 ’高一些。
关键词: 硬肉桃; 钙; 果实硬度; 关系
Changes of Calcium Contents and Ga2+-ATPase Activity and Their Relation to
Fruit Hardness of Peach Fruit before and after Ripening
LIU Bing-Hui1, DONG Xiao-Ying2, DUAN Yan-Xin2, JIA Hai-Bo3, SHAO Dong-Ling3, LI Pei-Huan2,*
1Honghe Agriculture Extension Center, Changle, Shandong 262411, China; 2College of Gardening and Horticulture, Qingdao
Agricultural University, Qingdao, Shandong 266109, China; 3Zhaoyuan Forestry Bureau, Zhaoyuan, Shandong 265400, China
Abstract: The fruits of peach (Prunus persica L.) ‘Shuangjiuhong’ and ‘Kawanakajima Hakuto’ (control) were
used to study the changes of the calcium contents and Ca2+-ATPase activity and their relation to fruit hardness
during the period from 20 days before ripening to 20 days after ripening. The results showed that it was
extremely marked correlation between total calcium content (including soluble calcium content) and the fruit
hardness of two cultivars (P<0.01). The contents of total calcium (including soluble calcium) had a downward
trend with the fruit ripening in two cultivars and ‘Shuangjiuhong’ had been significantly higher than ‘Kawanakajima
Hakuto’ since 15 d before ripening. The capacity of regulation and control of Ca2+-ATPase had gradually weakened,
but the Ca2+-ATPase of ‘Shuangjiuhong’ showed a higher activity than ‘Kawanakajima Hakuto’.
Key words: crisp peach (Prunus persica L.); calcium; fruit hardness; relation
生产中许多品种桃都有成熟后变软快、易脱
落和货架期短的问题, 严重影响桃树栽培效益的提
高。研究桃果实成熟后变软慢的生理生化机制, 选
育成熟后果肉硬度大、耐贮运、优质丰产的桃树
新品种, 可能有助于解决上述问题。果实成熟前后
的硬度变化与果实内钙的含量和代谢过程关系密
切。钙能够延迟果实衰老, 抑制膜微粘度的增加
(张大鹏等 1998)。有研究认为, 钙还可抑制苹果贮
藏过程中线粒体膜结构的破裂(张建军和关军锋
19 98 )。果实中 Ca 2+ 含量与呼吸速率呈负相关
(Ferrol和Bennett 1996)。经CaCl2处理的桃果实贮
藏期间的好果率显著提高, 桃的货架期也有所延长
(肖红梅和王薛修 1996)。钙处理苹果能提高保护
酶(SOD)的活性, 抑制丙二醛含量的上升, 保持果
实的硬度(关军锋和于凤鸣 1998)。细胞内 Ca2+ 信
使系统参与乙烯的生理代谢反应。苹果的内源钙
含量高时, 不仅其乙烯释放速率低, 而且乙烯峰值
的出现时间也较晚(刘会超等 2002)。有关桃果实
成熟后得硬度变化与钙关系的研究, 一般是在果实
采后贮藏条件下进行的, 而对桃果实成熟前后一段
时期内的硬度变化与钙含量及与其相关酶活性变化
之间关系的研究甚少。
桃新品种 ‘ 双久红 ’ 具有果大、形美、风味
佳、成熟后硬度大、变软慢的优良特性(董晓颖
等 2006)。本文以其果实为试材, 以白桃常规品种
‘川中岛白桃’果实为对照, 比较两品种果实成熟前
后共 40 d 内的钙含量和有关调控酶活性变化及其
与果实硬度之间关系的差异, 以揭示硬肉桃品种果
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实成熟后硬度大和变软慢的钙调节机制, 为耐贮运
桃新品种的选育提供参考。
材料与方法
试验于 2008 年 7 月 ~2009年 5月在青岛农业
大学园林园艺学院内进行, 试验果实取自山东省临
朐县龙岗镇双埠村桃树实验园。两品种桃(Prunus
persica L.)的砧木均为 ‘ 青州蜜桃 ’。树龄 8 年, 株
行距 4 m×3 m。试验以 ‘ 双久红 ’ 为试材, 以 ‘ 川
中岛白桃 ’ 为对照, 每一品种桃选 3 株生长势基本
一致的树, 从成熟(成熟期以各自的果实发育天数计
算: ‘ 双久红 ’ 为 130 d, ‘ 川中岛白桃 ’ 为 120 d)前
20 d 开始, 每隔 5 d 取样一次, 直到果实成熟后 20
d 结束。每次取结果部位相同、成熟一致的果实,
洗净、切分, 以液氮处理后置于 -80 ℃超低温冰
箱中保存备用。
每次取样的同时, 在桃园中测定果实硬度, 每
个品种各选取 5 个果实, 果实的胴部去皮后, 用
HHP-2001 果实硬度计测定 3次, 果实硬度取 15个
果实硬度值的平均数。总钙含量测定参照庄伊美
(1994)书中的方法, 略有修改: 去除果皮和果核后将
果肉切成片, 放在105 ℃下杀青0.5 h, 然后在80 ℃
下烘干。称取 1.0 g 左右果实干样, 放入马福炉,
在 550 ℃下灰化4 h, 冷却后加入 1 mL酸液(HNO3:
HClO4=5:1)硝化, 再用去离子水定容至25 mL, 用原
子吸收法测定钙含量, 每个测定重复 3 次, 结果用
DPS 数据处理系统处理。Ca2+ 的测定参照 Tieman
和 Handa (1994)文中的方法进行。Ca2+-ATP 酶液
的提取参照樊秀彩等( 2 0 0 3 )文中的方法进行。
Ca2+-ATP酶活性的测定参照李杨瑞(1987)文中的方
法, 略有改进: 酶液与反应介质体积比为 1:5, 反应
介质含 100 mmol·L-1 Tris-HCl (pH 7.0)、50 mmol·L-1
NaCl、0.002 mmol·L-1 EDTA-Na2、5 mmol·L-1 DTT、
0.01% Triton X-100、1 mmol·L-1 CaCl2。37 ℃下反
应 10 min后, 加 20%三氯乙酸终止反应, 用钼酸铵
比色法测定释放出的无机磷量, 酶活性以每分钟每
毫克蛋白所释放的无机磷量来表示[μmol (Pi)·mg-1
(蛋白)·min-1]。
结果与讨论
1 两品种桃果实成熟前后的果肉硬度变化
从图1可见, 两品种桃果实硬度在成熟前20 d
下降较快, 两者差异并不显著(P>0.05)。但成熟后
‘ 双久红 ’ 果实的硬度下降较慢, 而 ‘ 川中岛白桃 ’
的果实则迅速下降, 前者成熟后 20 d 的硬度仍有
4.90 kg·cm-2; 后者仅有 0.9 kg·cm-2。成熟后 20 d
内前者的硬度始终极显著(P<0.01)高于后者。
图 1 两品种桃果实成熟前后的硬度变化
Fig.1 Changes of fruit hardness in two peach cultivars
before and after ripening
横坐标数字前 “-” 表示果实成熟前, 不写 “-” 表示果实成熟
后, 下图同此。
2 两品种桃果实成熟前后的总钙含量变化
细胞的总钙包括可溶性钙和不溶性钙, 前者的
松驰结合钙既可向不溶性结合钙转化, 也可向游离
钙转化, 其中不溶性结合钙主要聚集在细胞壁上, 是
总钙的主要部分, 而游离钙, 尤其是细胞质中游离
钙即使有微量变化也会引起一系列复杂的生理反
应。果实中总钙含量的多少及其分布状况直接影
响果实的品质和贮藏性能, 并且钙还可以维持细胞
膜和细胞壁的结构与功能, 与果实的硬度有密切关
系。有研究表明, 苹果用钙处理后与其有关的保护
酶活性和保护物质含量均提高, 丙二醛含量下降, 这
对细胞膜结构的维持, 果实硬度的保持, 果肉软化
时间的延缓都是有利的(关军锋 1999)。由图 2 可
以看出在成熟后 20 d 内两品种桃果实的总钙含量
均呈下降趋势, 这与果实的硬度变化趋势是一致
的。‘ 双久红 ’ 果实的总钙含量下降相对比较平
缓。‘ 双久红 ’ 果实最后的总钙含量是 ‘ 川中岛白
桃’果实的1.5倍, 且其在整个果实成熟过程中一直
显著高于 ‘ 川中岛白桃 ’ 的。这与 ‘ 双久红 ’ 果实
成熟后变软慢而‘川中岛白桃’变软快的结果(图1)
是吻合的。
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3 两品种桃果实成熟前后的可溶性钙含量变化
可溶性钙可抑制乙烯的产生和延缓果实衰老
(陈发河等 1991; Brady 等 1985), 并且 Ca2+ 还可与
CaM 结合形成 Ca2+-CaM 复合物, 进而调节细胞内
多种酶的活性(柯玉清和张长峰 2005)。由图 3 可
见, 随着果实的成熟, 两品种桃的可溶性钙含量在
总体上呈下降趋势, 且变化幅度较大。成熟前第
20 d ‘ 川中岛白桃 ’ 果实的可溶性钙含量高于 ‘ 双
久红’的, 但前者的可溶性钙含量下降速度较快, 到
成熟前 10 d 时, 显著低于后者。到成熟后 20 d, 后
者的可溶性钙含量是前者的 2.8 倍。从成熟前 10
d到成熟后 20 d, 后者的可溶性钙含量始终显著高
于前者。相关性分析表明, ‘ 川中岛白桃 ’ 果实的
总Ca和Ca2+含量与其果实硬度的相关性均为极显
著(两者的 r 值分别为 0.97 和 0.97)。‘ 双久红 ’ 果
实的总Ca和Ca2+含量与其果实硬度相关性均为极
显著(r 值分别为 0.89 和 0.85)。据此可以认为, 较
高的总Ca和Ca2+含量可能是 ‘双久红’果实成熟后
硬度大的原因之一。
4 两品种桃果实成熟前后的Ca2+-ATP酶活性变化
由图 4 可见, 在成熟过程中 ‘ 双久红 ’ 果实的
Ca2+-ATP酶活性呈先上升后下降趋势, 成熟时达到
高峰, 成熟前其变化幅度不大, 成熟后开始下降。
‘川中岛白桃 ’果实的Ca2+-ATP酶活性在成熟前第
5天最高, 为 ‘ 双久红 ’ 果实的 75.6%。从成熟前第
5天开始, ‘川中岛白桃 ’果实的Ca2+-ATP酶活性在
总体上呈下降趋势, 其变化幅度较大。一般认为
Ca2+-ATP酶在细胞内是参与果实衰老调节的, 可以
维持细胞 Ca2+ 的稳态系统。胞质内的 Ca2+ 浓度过
高会导致细胞的生理代谢紊乱, 定位在细胞质膜和
细胞器膜上的Ca2+-ATP酶可将胞质内过高浓度的
Ca2+ 及时转运到胞外或细胞器中贮藏起来, 于是
Ca2+浓度恢复到平衡时的水平, 从而可保持细胞中
各种生理和生化功能的正常运转(龚明等 1990)。
此外有关研究指出在贮藏期间的苹果可溶性 Ca2+
含量增加, Ca2+-ATP 酶活性下降(宗会和胡文玉
1998)。Ca2+-ATP 酶活性下降, 细胞调控 Ca2+ 的能
力也下降, 最终导致细胞质中 Ca2+ 累积, 其累计量
达到一定程度时会对细胞产生伤害, 以致果实软化
和衰老。本文中果实成熟前后的 40 d内 ‘ 双久红 ’
果实的 Ca2+-ATP 酶活性始终极显著(P<0.01)高于
‘ 川中岛白桃 ’ 的结果说明两品种桃果实软化时间
进程之所以不同可能与两者的 Ca2+ 调控能力不同
有关。
图 2 两品种桃果实成熟前后的总钙含量变化
Fig.2 Changes of total calcium content in two peach
cultivars before and after ripening
图 4 两品种桃果实成熟前后 Ca2+-ATP 酶活性的变化
Fig.4 Changes of Ca2+-ATPase activity in two peach
cultivars before and after ripening
图 3 两品种桃果实成熟前后可溶性钙含量的变化
Fig.3 Changes of soluble calcium content in two peach
cultivars before and after ripening
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