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Effects of DA-6 on Chlorophyll Biosythesis Pathway in Peach Leaves

DA-6 对桃树叶片叶绿素合成途径的调控研究



全 文 :园 艺 学 报 2012,39(4):621–628 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期:2011–11–14;修回日期:2012–03–12
基金项目:农业部公益性行业项目(nyhyzx07-025)
* 通信作者 Author for correspondence(E-mail:lgj@cau.edu.cn;Tel:010-62732479)
DA-6 对桃树叶片叶绿素合成途径的调控研究
杨 清,艾沙江 · 买买提,王志霞,刘国杰*
(中国农业大学农学与生物技术学院果树系,北京 100193)
摘 要:以‘香山水蜜桃’为试材,研究叶面喷施 DA-6(二烷氨基乙醇羧酸酯 N,N-diethylaminoethyl
hexanote)对叶绿素(Chlorophyll,Chl.)合成过程中前体物质的含量以及合成关键酶活性的影响,探讨
DA-6 提高桃叶片 Chl.含量的可能原因。结果表明:生长季叶面喷施 20 mg · L-1DA-6 显著提高了 Chl.的含
量,Chl.b 含量的提高尤为显著,降低了 Chl.的前体物质 5–氨基酮戊酸(5-aminolevulinic acid,ALA)含
量,增加了后续中间产物胆色素原(porphobilinogen,PBG)、尿卟啉原Ⅲ(uroporphyrinoge Ⅲ,Urogen
Ⅲ)含量,表明 DA-6 处理促进了 ALA 向 PBG 的转化和 PBG 向 Urogen Ⅲ的转化。以上两步骤的关键酶
5–氨基酮戊酸脱水酶(5-aminolevulinate dehydratase,ALAD)和尿卟啉原Ⅲ合酶(uroporporphyrinogn Ⅲ
synthase,UROS)的活性在处理后显著提高。叶面喷施 DA-6 是通过提高 ALA 向 PBG 和 PBG 向 Urogen
Ⅲ的转化效率,促进 Chl.的合成,使 Chl.含量增加。
关键词:桃;DA-6;叶绿素;合成;前体物质;关键酶;酶活性
中图分类号:S 662.1 文献标识码:A 文章编号:0513-353X(2012)04-0621-08

Effects of DA-6 on Chlorophyll Biosythesis Pathway in Peach Leaves
YANG Qing,MAIMAITI Aishajiang,WANG Zhi-xia,and LIU Guo-jie*
(Department of Pomology,College of Agronomy and Biotechnology,China Agricultural University,Beijing 100193,
China)
Abstract:Taken‘Xiangshan Honey’peach as the material,the change of chlorophyll precursor
contents and activity of the key enzymes in chlorophyll biosynthesis pathway after DA-6
(N-diethylaminoethyl hexanote)application were investigated the underlying mechanism of DA-6
induced leaf chlorophyll content increase. Compared with the control,20 mg · L-1 foliar DA-6 spray
significantly increased the contents of chlorophylls,especially that of chlorophyll b,and chlorophyll
intermediate products porphobilinogen(PBG)and uroporphyrinoge(Urogen Ⅲ),whereas decreased the
amount of chlorophyll precursor 5-aminolevulinic acid(ALA). The results suggested the transformation
from ALA to PBG and PBG to Urogen Ⅲ was up-regulated. The key enzymes catalyzing the two
reactions are 5-aminolevulinate dehydratase(ALAD)and uroporporphyrinogn Ⅲ synthase(UROS),
their enhanced activity after DA-6 foliar spraying was assayed. Our study demonstrated that foliar spray
DA-6 increased the conversion efficiency of ALA to PBG and PBG to Urogen Ⅲ,up-regulated the
chlorophyll biosynthesis pathway and resulted in higher chlorophyll content in peach leaves.

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Key words:peach;DA-6;chlorophyll;biosynthesis;precursors;key enzyme;enzyme activity

DA-6(二烷氨基乙醇羧酸酯 N,N-diethylaminoethyl hexanote)是一种细胞分裂素类植物生长调
节剂,研究表明它可以提高植物叶片中叶绿素(Chl.)含量,促进植物叶生长和提高光合速率,延
长叶片功能期,提高作物的产量和品质(陈敏资,1995;张子龙和梁颖,2001;苗鹏飞 等,2007;
单守明 等,2008a)。
DA-6 作为人工合成的植物生长调节物质应用广泛,朗杰(1996)、胡尚连等(2008)和吕建洲
等(1999)分别对大麦、慈竹叶和瓜叶菊叶片施用低浓度 DA-6,都能显著提高叶绿素(Chl.)含量。
吕建洲等(2000)研究发现喷施适量的 DA-6(2 ~ 10 mg · kg-1)可增加圆柏植株体内 Chl.含量。单
守明等(2008b)和苗鹏飞等(2007)用 20 mg · L-1 DA-6 处理草莓叶片,也可以显著地提高草莓叶
片的 Chl.a 和 Chl.b 含量。
桃具有喜光,年生长量大,产量高,对光合产物的需求量大等特点。本实验室经过多年研究发
现,DA-6 对促进桃树光合作用,提高桃叶片中 Chl.含量具有明显的作用。为进一步探讨 DA-6 对桃
Chl.合成的机理,本试验中以筛选后的适宜浓度 20 mg · L-1 DA-6 处理桃叶片,研究其对 Chl.合成过
程中前体物质及关键酶活性的影响。近年来对 Chl.合成机理的研究报道较多,根据现有结果,在叶
绿素合成的 16 个步骤中,ALA(5–氨基酮戊酸,5-aminolevulinic acid)向 PBG(胆色素原,
porphobilinogen)的转化,Urogen Ⅲ的合成和 Mg 离子的插入是关键步骤(David,2007;贾俊丽 等,
2008;彭倩 等,2008;史典义 等,2009;王平荣 等,2009)。但 DA-6 对植物 Chl.合成调控的机
理鲜见报道。
本试验是根据以往对 Chl.合成关键步骤的研究为基础,进一步探讨 DA-6 对 Chl.合成中哪些步
骤起到了作用,从 Chl.合成的前体物质和关键酶活性的变化来阐述 DA-6 对 Chl.合成的调节机制,
为今后进一步研究奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料与处理
试验地点为北京市昌平区流村桃树果园。
试材为 8 年生的早熟桃品种‘香山水蜜桃’(Prunus persica L.‘Xiangshan Honey’),砧木为毛
桃(P. presica var. Batsch)。株行距 4 m × 5 m,正常田间管理。
采用随机区组设计,单株小区,3 次重复。于 2009 年春季挑选生长势一致的 6 株树,随机选 3
株作为处理,另 3 株则为对照。于落花后 20 d(5 月 10 日),叶面喷施 20 mg · L-1 DA-6(此浓度为
本实验室经过多年筛选后得到的适宜浓度),对照树喷等量清水。选择树冠外围长度为 30 ~ 35 cm
的新稍,对其中部叶片进行标记,于处理后的 0 ~ 24 d 每 3 d 取样 1 次,每个处理每次采 10 ~ 15 片
叶,样品放入冰盒中带回实验室,液氮处理后保存在冰箱中,用于测定相关物质含量和酶活性并作
图分析。
1.2 叶绿素合成前体物质及相关酶的测定
总 Chl.,Chl.a,Chl.b 的测定采用李合生等(2000)的方法。
ALA 含量测定参照 Dei(1985)的方法:用质量体积比为 4%的三氯乙酸提取 0.5 g 叶片中的
ALA,5 mL 提取液与 2.35 mL NaAc(1 mol · L-1)、0.15 mL 乙酰丙酮和 2.5 mL 醋酸盐缓冲液(1
4 期 杨 清等:DA-6 对桃树叶片叶绿素合成途径的调控研究 623

mol · L-1,pH 4.6)混合后,于沸水浴中加热 10 min,冷却至室温后,用 Ehrlich-Hg 试剂显色,检测
波长 553 nm 处的 OD 值。
Ehrlich-Hg 试剂:1 g P–二甲氨基苯甲醛溶解于 30 mL 冰醋酸中,加入 8 mL 70%的高氯酸(高
氯酸遇有机溶剂易爆炸),用冰醋酸稀释到 50 mL,最后加入 0.2 g HgCl2。此溶液存于棕色瓶中,外
面用锡纸包裹,可以在 4 ℃冰箱中长期保存。
PBG 含量测定参照 Bogorad(1962)的方法:取 0.5 g 叶片用液氮研磨后,加入 5 mL 提取缓冲
液(0.6 mol · L-1 Tris,0.1 mol · L-1 EDTA,用盐酸调至 pH 8.2)提取叶片 PBG,104 × g 离心 10 min,
取 2 mL 上清液加 2 mL Ehrlich-Hg 试剂,黑暗中显色 15 min,测波长 553 nm 处的 OD 值。
Urogen Ⅲ含量测定参照 Bogorad(1962)的方法:取 0.5 g 叶片经 0.067 mol · L-1 磷酸缓冲液(pH
6.8)提取,取 5 mL 提取液加入 0.25 mL Na2S2O3 溶液(1%),强光照射 20 min 后,用 1 mol · L-1 冰
醋酸调 pH 至 3.5。乙醚萃取 3 次,合并水相并测 405.5 nm 处的 OD 值。
ALAD 酶活性测定参照 Mauzerall 和 Granick(1986)的方法:取 0.5 g 叶片,加入 2 mL 的提取
缓冲液(pH 8.5,0.05 mol · L-1 Tris-HCl,含 8 mmol · L-1 的 MgCl2,5 mmol · L-1 巯基乙醇)匀浆,
103 × g 离心 10 min。取胆色素原脱氨酶提取液 0.2 mL 在 37 ℃活化 10 min,加入 15 μg 的 ALA,反
应终体积 0.5 mL,37 ℃反应 20 min 后加入 0.5 mL 500 g · L-1 的 TCA 和 10 g · L-1 的 HgCl2 混合液终
止反应。103 × g 离心 10 min,弃沉淀,上清液加入 0.5 mL 的 Ehrlichs 试剂,测波长 553 nm 处的 OD
值,1 个 ALAD 的酶活单位为上述条件下每小时催化产生 1 μmol 的 PBG。
UROS 酶活性测定参照范军和郭蔼光(2000)的方法:取 0.5 g 叶片,加入 2 mL 提取缓冲液(pH
8.2,0.05 mol · L-1 Tris-HCl,含 8 mmol · L-1 的 MgCl2,5 mmol · L-1 巯基乙醇)匀浆,103 × g 离心 10
min,弃沉淀,上清加入 0.1 mL 的 4 mmol · L-1 胆色素原,反应终体积为 1 mL。37 ℃反应 5 min 后
加入 0.03 mL 的体积分数为 5%的 I2 溶液,37 ℃下保温 5 min,加入 0.05 mL 新鲜配制质量分数为 1%
的 Na2S2O3 溶液,然后加入 0.1 mL 的三氯乙酸溶液,8 000 × g 离心 10 min,弃沉淀,取上清液测
553 nm 处的 OD 值,37 ℃反应 5 min 后加入 0.03 mL 的体积分数为 5%的 I2,然后加酸沉淀蛋白,
比色,所测值为 UROS 底物羟甲基胆色原的合成速率,1 个 UROS 酶活单位为上述条件下每小时生
成 1 nmol 的 UROS。
2 结果与分析
2.1 DA-6 处理对叶片 Chl.含量的影响
由图 1 可知,在处理后 0 ~ 24 d,处理与对照组叶片中 Chl.含量总体都呈上升的趋势,处理组显
著提高了总 Chl.含量,在 6、12、15、18 d 时与对照达极显著差异。与总 Chl.变化相同,处理后 Chl.a
及 Ch.lb 含量也有明显的提高,也在 6、12、15、18 d 时与对照达显著差异,与 Chl.a 相比,Chl.b
的提高幅度更大,如在处理后第 18 天,Chl.a 提高了 7%,而 Chl.b 则增加了 37%。
2.2 DA-6 处理对 ALA、PBG 和 Urogen Ⅲ含量的影响
试验期间处理与对照叶片 ALA 和 PBG 的变化趋势一致,但处理组的 ALA 含量明显降低,PBG
含量提高(图 2)。处理后 6 ~ 20 d ALA 的平均比对照减少了 26%,PBG 平均增加了 20%。ALA 向
PBG 的转化是 Chl.生物合成的限速步骤之一,处理后 PBG 含量增加,ALA 含量减少,表明促进了
ALA 向 PBG 的转化。
Chl.生物合成过程中 PBG 在 UROS 的作用下聚合异构形成环状的 Urogen Ⅲ(李楠,2009)。
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从图 2 可以看出,DA-6 处理能够提高 Urogen Ⅲ的含量,在处理后的第 15 天时比对照提高了 32%,
整个时间平均提高 12%。
图 1 DA-6 处理对桃树叶片总叶绿素、叶绿素 a 和叶绿素 b 含量的影响
Fig. 1 Effects of DA-6 treatment on total Chl.,Chl.a and Chl.b content in peach leaves

图 2 DA-6 处理对桃树叶片 ALA、PBG 和 Urogen Ⅲ含量的影响
Fig. 2 Effects of DA-6 treatment on ALA,PBG and uroporphyrinogen Ⅲ content in peach leaves
4 期 杨 清等:DA-6 对桃树叶片叶绿素合成途径的调控研究 625

2.3 DA-6 处理对叶片 ALAD 和 UROS 活性的影响
处理的 ALAD 活性变化趋势和对照组一致且略高,但有显著提高(图 3),在 6 ~ 18 d 效果明显
并达到显著差异。虽然在 18 d 后活性有所下降。DA-6 促进了 ALA 向 PBG 的转化(图 2)ALAD
又是催化ALA形成PBG的关键酶,它与PBG变化趋势是一致的。DA-6处理后明显提高了叶片UROS
的活性且变化趋势和对照一致,UROS 催化羟甲基胆色素原形成 Urogen Ⅲ,在 18 d 达到高峰,这
与 Urogen Ⅲ在 18 d 达到最大是一致的。
ALAD 活性与 ALA 和 PBG 含量达到极显著相关(在对照组中 ALA 与 ALAD 的相关系数为 r =
0.982**,处理组 r = 0.928**,在对照组中 PBG 与 ALAD 的相关系数 r = 0.938**,处理组 r = 0.965**)。
UROS 活性与 PBG 含量和 Urogen Ⅲ含量也达到极显著相关(在对照组中 PBG 与 UROS 的相关系
数为 r = 0.884**,处理组 r = 0.960**,在对照组中 Urogen Ⅲ与 UROS 的相关系数 r = 0.980**,处理
组 r = 0.943**)。
图 3 DA-6 处理对 ALAD 和 UROS 活性的影响
Fig. 3 Effects of DA-6 treatments on 5-aminolevulinate dehydratase and uroporphyrinogen synthase in peach leavesⅢ
3 讨论
叶绿素的生物合成是从 L–谷氨酰–tRNA→谷氨酸→谷氨酸谷氨酸酯→5–氨基酮戊酸→胆色
素原→羟甲基胆色素原→尿卟啉原Ⅲ→粪卟啉原Ⅲ→原卟啉原Ⅸ→原卟啉Ⅸ→镁原卟啉Ⅸ→镁原卟
啉Ⅸ甲酯→联乙烯原叶绿素酸酯→原叶绿素酸酯→叶绿素酸酯→Chl.a→Chl.b,共 16 步(史典义 等,
2009;苗晗 等,2010;Xing et al.,2010),由 20 多个基因编码的 16 种酶完成(Smith & Griffiths,
1993;Beale,1999;黄持郁 等,2007)。参与植物 Chl.合成的 16 步中任何一步发生变化,都有可
能造成 Chl.含量的变化。郝树芹等(2009)研究表明西葫芦银叶病发病叶片叶绿素合成在 Urogen Ⅲ
到 ProtoⅣ合成受阻。ALA 的合成与转化和 Mg 离子插入原卟啉Ⅸ是叶绿素合成的 2 个主要控制点
(Simon et al.,2003;David,2007;王平荣 等,2009),直接影响 Chl.的合成。喻敏等(2006)研
究表明桑树斑叶突变体 Chl.的减少是由于 ALA 与 PBG 之间合成代谢受阻。本试验研究看到 ALA
合成与转化是影响 Chl.合成的主要原因。所以说 DA-6 提高桃叶片 Chl.含量是通过促进多种前体物
质的合成以及提高合成关键酶的活性来实现的。本试验首次提出用 DA-6 处理桃树后,叶片 Chl.的
提高是由于促进了 ALA 向 PBG 的转化和 PBG 向 Urogen Ⅲ的转化,并验证了促进这两步反应的关
键酶 ALAD 和 UROS 的活性显著提高,这可能与 DA-6 作为细胞分裂素类物质能够从基因水平提高
酶基因的表达激活酶的活性有关,对此还需要充分的证据进行验证。
DA-6 处理后 Chl.b 含量的提高尤为显著,这与吕建洲等(2000)用 DA-6 处理圆柏叶片的试验
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得到了相同的结论,可能是因为 DA-6 处理后,一部分的 Chl.a 先与反应中心蛋白结合形成特殊状态
下的 Chl.a,达到饱和后剩余的 Chl.a 在 CAO 的作用下经过两步氧化反应最终生成 Chl.b。王伟等
(2011)研究表明黄瓜的叶片 Chl.b 还有保绿功能,遮阴条件下 Chl.b 比 Chl.a 更易于较充分的吸收
光线进行光合作用,梁颖(2003)研究表明低浓度 DA-6 能提高水稻幼苗的抗逆性,于俊红等(2009)
得出结论,DA-6 可以提高花生在干旱下的水分利用效率和净光合速率。所以 Chl.b 含量提高更显著
可能与 DA-6 能提高植物的抗逆性有关。
本研究中得出的结论是:经 20 mg · L-1DA-6 处理桃树叶片 Chl.的含量有了明显的提高,其中
Chl.b的提高尤为显著;DA-6通过提高ALA向PBG和PBG向Urogen Ⅲ的转化效率,即关键酶ALAD
和 UROS 活性的提高来促进 Chl.的合成。

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Yu Jun-hong,Peng Zhi-ping,Yang Shao-hai,Huang Ji-chuan,Zhan Yu-zhong. 2009. The physiology and growth indexes by DA-6 under drought
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中国园艺学会 2012 年学术年会暨
庆祝《园艺学报》创刊 50 周年—园艺学进展论坛
征文通知
“中国园艺学会 2012 年学术年会暨庆祝《园艺学报》创刊 50 周年—园艺学进展论坛”将于 2012 年 10 月在西
安举行,即日起征集:①研究论文摘要,②有关园艺学进展的综述文章。经审查合格的摘要和综述将分别收入“中
国园艺学会 2012 年学术年会论文摘要集”和“庆祝《园艺学报》创刊 50 周年—园艺学进展论坛专辑”,并于会前以
《园艺学报》增刊形式分别出版。
征文内容:有关果树、蔬菜、西瓜甜瓜、观赏园艺植物及其它园艺植物的种质资源、遗传育种、生物技术、栽
培技术与生理、采后技术与生理等方面未曾发表过的研究论文摘要和文献综述。
投稿要求:请于 2012 年 6 月 15 日前将稿件(在题目前注明“论文摘要集”或“园艺学进展专辑”字样)一式
两份寄送到:北京中关村南大街 12 号《园艺学报》编辑部(邮编 100081),并发送电子文件至:ivfyyxb@mail.caas.net.cn,
同时请交纳审理费 300 元(汇款地址:北京中关村南大街 12 号中国农业业科学院蔬菜花卉所,邮编 100081,收款
人:《园艺学报》编辑部)。对于录用的稿件,将及时通知作者,未录用的稿件恕不退稿。联系电话:010-62192388。
写作要求:①“园艺学进展论坛专辑”的稿件篇幅不限,写作格式请参照《园艺学报》的文献综述类文章。
②“论文摘要集”的稿件每篇限 A4 纸 1 页(单倍行距),不写英文和参考文献,不用图表,写作格式如下:
摘要题目□□□□□□□(黑体,2 号字)
作者姓名□□□,□□□,□□□(仿宋,4 号字)
(作者单位□□□□□□□□□□□,城市名□□ 邮编□□□□□□)(宋体,小 5 号字)
目的与意义□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
□□□□□□□□□□□□□□□□(宋体,5 号字)
材料与方法□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
□□□□□□□□□□□□□□□□(宋体,5 号字)
结果与分析□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
□□□□□□□□□□□□□□□□(宋体,5 号字)
关键词:
中图分类号:(由编辑部填写) 文献标识码:A 文章编号:0513-353X
基金项目:
E-mail: Tel:
中国园艺学会 2012 年 2 月 15 日