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Role of Abscisic Acid and Ethylene in Fruit Maturation of Sweet Cherry

ABA 和乙烯与甜樱桃果实成熟的关系



全 文 :园 艺 学 报 2010,37(2):199–206
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期:2009–09–04;修回日期:2010–01–12
基金项目:北京市科委重大项目(D0706002000091)
* 通信作者 Author for correspondence(E-mail: leng.p@263.net)
ABA 和乙烯与甜樱桃果实成熟的关系
任 杰,冷 平*
(中国农业大学农学与生物技术学院,北京 100193)
摘 要:以‘红灯’甜樱桃为试材,分析了果实生长发育过程中内源脱落酸(ABA)和 1–氨基环丙烷–
1–羧酸(ACC)含量的变化以及外源 ABA 和乙烯利处理对果实成熟进程的影响,探讨了 ABA 和乙烯与甜
樱桃果实成熟的关系。结果表明:果皮和果柄中的 ABA 含量呈逐渐上升的趋势,在花后 43 d 达到最大值。
果肉中的 ABA 含量呈先下降后上升再下降的趋势,在花后 14 d 时含量较高,之后下降,花后 25 d 开始又迅
速上升,至花后 36 d 出现一高峰,之后下降。种子中的 ABA 含量和果肉表现出相似的变化趋势,但 ABA
峰值的出现早于果肉。ACC 含量在果实的整个发育过程中变化不大,并且一直处于很低的水平,最大值不
足 0.02 nmol · g-1FW。外源 ABA 能促进内源 ABA 的合成和乙烯的释放,但对内源 ACC 的变化没有显著影
响。乙烯利持续处理能促进乙烯的释放,提高内源 ACC 的水平。外源 ABA 能提高甜樱桃果实的成熟度和花
青苷含量,促进果实软化。乙烯利处理对果实的硬度、花青苷含量和成熟度指数均没有显著影响。
关键词:甜樱桃;ABA;ACC;乙烯;成熟
中图分类号:S 662.5 文献标识码:A 文章编号:0513-353X(2010)02-0199-08

Role of Abscisic Acid and Ethylene in Fruit Maturation of Sweet Cherry
REN Jie and LENG Ping*
(College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193, China)
Abstract:Changes in concentrations of endogenous ABA and 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid
(ACC) of ‘Hongdeng’ sweet cherry(Prunus avium L.‘Hongdeng’), and the effects of ABA and ethephon
application on fruit maturation were investigated. The results suggested that ABA content of peel increase
with the fruit maturation and be the highest at 43 days after full bloom (DAFB). ABA content of pulp was
higher at 14 DAFB and then decreased until 25 DAFB, but subsequently increased dramatically. The ACC
level was low throughout the growth period. ABA application increased the level of endogenous ABA and
ethylene production, but there was no effect of ABA application on endogenous ACC level. Ethephon
application could increase the endogenous ethylene production and ACC level. ABA application increased the
fruit maturation and anthocyanin content, accelerated fruit softening. There were no effects of ethephon
application on fruit firmness, anthocyanin content and maturation index.
Key words:sweet cherry;ABA;ACC;ethylene;maturation

甜樱桃(Prunus avium L.)果实被划分为非跃变型果实,其生长模式与跃变型模式植物番茄有很
大不同。樱桃的生长曲线属于双 S 类型,在第二生长阶段就启动果实成熟软化进程。而番茄则属于单

200 园 艺 学 报 37 卷
S 类型,只有在生长停止后才启动成熟软化进程(Brummell & Harpster,2001)。与其它非跃变型果实
如草莓相比,甜樱桃是真正由子房发育而来的,樱桃的生长发育非常快(从授粉到完全成熟大约 55 d),
它代表了果实成熟软化的一个类型(Yoo et al.,2003),因此研究樱桃的成熟软化机理也具有一定的代
表性。
甜樱桃在果实发育过程中并没有呼吸峰和乙烯峰的出现,外源乙烯对其呼吸速率和成熟过程中的
硬度变化也没有影响(Li et al.,1994;Gong et al.,2002)。但也有研究认为乙烯与甜樱桃果实的成熟密切
相关,而且在果实成熟之前有乙烯峰的出现(Hartmann,1989;Ishiguro et al.,1993),因此乙烯与甜
樱桃果实成熟的关系有待于进一步研究。在许多果实的成熟进程中 1–氨基环丙烷–1–羧酸(ACC)
和乙烯表现出相同的变化趋势,显示出与成熟密切的相关性(Lizada & Yang,1979;阮晓 等,2000;
陆春贵 等,1995)。
ABA 可能同时参与了跃变型和非跃变型果实的成熟进程。研究表明 ABA 可能触发了跃变型果实
番茄的乙烯大量合成并启动其成熟进程(殷学仁 等,2009;Zhang et al.,2009)。在非跃变型果实葡
萄上也已证明 ABA 与其始熟有关(Coombe & Hale,1973;张大鹏 等,1997)。刘丙花等(2007,2008)
测定了‘红灯’甜樱桃果实发育过程中内源激素的动态变化,显示出 ABA 与甜樱桃果实成熟的密切
相关性。
本研究中对‘红灯’甜樱桃成熟过程中内源 ABA 和 ACC 含量的动态变化,外源 ABA 和乙烯利
处理对甜樱桃果实成熟的影响,以及 ABA 和乙烯与甜樱桃果实成熟的关系进行了探讨。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于 2007—2008 年在中国农业大学果树系采后生理实验室进行。
所用材料为 9 年生‘红灯’甜樱桃(Prunus avium L.‘Hongdeng’),采自北京市农林科学院林业
果树研究所。根据甜樱桃果实发育规律每间隔 2 ~ 7 d 采样 1 次,采样时间为上午 9:00—9:30。采
后立即带回实验室,用手术刀片分离果皮和果肉,液氮速冻后–80 ℃保存备用。采收时测量果实最大
直径和单果质量。
1.2 ABA、乙烯利、Fluridone 和 NDGA 处理
2007 年和 2008 年采用不同的处理方法。
2007 年取花后 32 d 甜樱桃果实,带果柄采收,分成 4 组,每组 30 个果实,分别用 0.4
mmol · L-1ABA(包含 0.1%吐温 20,下同),0.7 mmol · L-1乙烯利,60 μmol · L-1氟啶草酮(Fluridone)
和清水(对照)喷洒于果实,至果实表面形成液滴为止,每间隔 4 h 喷洒 1 次,共喷洒 3 次。处理后 5
d 取样测定,每组分 3 份,重复测定 3 次。
2008 年,取 2 年生花后 29 d 带果实和叶片的结果枝,在含有 1 mmol · L-1 ABA,1 mmol · L-1乙烯
利,150 μmol · L-1去甲二氢化愈创木酸(Nordihydroguaiaretic acid, NDGA) 和对照为水的培养液中,24
℃培养 5 d,光照周期 16 h。
1.3 测定指标和方法
ABA 含量测定采用酶联免疫 (ELISA)试剂盒(中国农业大学作物化学控制实验室提供)按说明书
进行。
ACC 的测定:称取 1 g 果皮或果肉,加 10 mL 80%乙醇研磨匀浆,70 ℃水浴 15 min,4 000 × g
离心 10 min,移出上清液。沉淀再加入 10 mL 80%乙醇混匀,70 ℃水浴 15 min,4 000 × g 离心 10 min。
2 期 任 杰等:ABA 和乙烯与甜樱桃果实成熟的关系 201

图 1 红灯甜樱桃果实年发育动态
Fig. 1 Growth of ‘Hongdeng’ sweet cherry fruit during one growing season
合并 2 次上清液。40 ℃真空旋转蒸发以除去乙醇。加入 2 mL 水和 1 mL 氯仿以除去色素等脂类物质。
按 Lizada 和 Yang(1979)的方法,抽取 1 mL 气体测定。重复 3 次。
花青苷含量的测定:取果实外果皮 1.0 g,加入 20 mL 0.1% HC1–MeOH 溶液浸提 2 次,测 657、
530 nm 吸光度。花青苷吸光值按公式 A 花青苷 = A530–0.25A657计算(Rabino & Mancinelli ,1986):
花青苷的含量为一个相对量,以 A 花青苷 = 0.01 为一个单位(U)。
成熟度指数:用 ATAGO(N-1E)折糖仪(日本)测定可溶性固形物含量(soluble solids content,SSC),
以 oBrix 计。用酸碱滴定法测定可滴定酸(titratable acid,TA)含量,以%计。成熟度指数表示为 SSC/TA
(oBrix/acidity)。
果实硬度用探头直径为 5 mm 的 KM 型硬度计测定,单位为牛顿(N)。
试验所有数据用 Excel 软件进行计算和作图,采用 t-test 对试验数据进行差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 甜樱桃果实的发育
红灯甜樱桃的果实从盛花到成熟约 40 d 左右,到完熟约 45 d 左右。与其它核果类果实一样,整
个发育过程呈双“S”模式(图 1)。
盛花期至花后 14 d(图 1,箭头 1)为果实第Ⅰ迅速生长期,单果质量增加较快。
盛花后 15 ~ 25 d(图 1,箭头 1,2)为果实发育的硬核期,此阶段果实生长缓慢,单果质量增加
速度放缓,主要进行果核的木质化。
随着硬核期的结束,从盛花后第 26 天开始果实进入第Ⅱ迅速生长期(图 1,箭头 2、3),单果质
量迅速增加。
从图 2,图 3 可见,随着甜樱桃果实启动其成熟进程,表现为果实硬度急剧下降,可溶性固形物
含量和糖酸比升高,花青苷含量上升速度加快,果面颜色由绿转黄再变红。
到花后第 40 天(图 1,箭头 3)时果实停止生长,果实体积和质量均不再增加,进入完熟衰老阶
段,但花青苷含量继续上升(图 3)。
花后 45 d 果实达到完熟状态,花青苷含量达到最大(图 3),颜色暗紫红色。
202 园 艺 学 报 37 卷
图 2 红灯甜樱桃果实成熟过程中可溶性
固形物和糖酸比变化
Fig. 2 Changes in SSC and SSC/TA of ‘Hongdeng’ sweet
cherry fruit during repining
图 3 红灯甜樱桃果实成熟过程中
花青苷含量和硬度变化
Fig. 3 Changes in anthocyanin content and hardness of
‘Hongdeng’ sweet cherry fruit during repining
图 5 甜樱桃果实成熟过程中 ACC 含量变化
Fig. 5 Changes in ACC content of Hongdeng sweet cherry
fruit during fruit growth
图 4 甜樱桃果实成熟过程中 ABA 含量变化(2008)
Fig. 4 Changes in ABA content of Hongdeng sweet cherry
fruit during fruit growth(2008)
2.2 甜樱桃果实成熟过程中 ABA 和 ACC 含量的变化
测定了 2007 和 2008 两个季度甜樱桃果实 ABA 含量变化,果肉 ABA 含量在 2007 和 2008 年的变
化趋势基本一致,在花后 14 d 时含量较高,之后下降,花后 25 d 即硬核期结束成熟进程开始启动时开
始上升,与硬度开始下降和糖酸比开始上升的时期一致。花后 36 d 即果实成熟之前出现一高峰,之后
下降 (图 4)。
果皮中的 ABA 在花后 29 d 之前变化比较平稳,之后迅速上升,在花后 43 d 达到最大值,表现出
和花青苷相似的变化规律。
果柄的 ABA 含量在花后 36 d 之前变化不大,但之后迅速上升,花后 43 d 达到最大。
种子(种子+果核)中的 ABA 含量表现出和果肉中相同的变化趋势,但种子中 ABA 高峰的出现
早于果肉中,种子 ABA 在花后 32 d 即已达到高峰(图 4)。
2 期 任 杰等:ABA 和乙烯与甜樱桃果实成熟的关系 203

图 6 外源 ABA 和乙烯利对甜樱桃果肉内源 ABA(a)、ACC(b)含量的影响
Fig. 6 Effect of ABA and ethephon treatment on ABA(a)and ACC(b)
content in the pulp of sweet cherry fruit
图 7 外源 ABA 和乙烯利对甜樱桃果肉内源乙烯
释放速率的影响
Fig. 7 Effect of ABA and ethephon treatment on
ethylene production in the pulp of
sweet cherry fruit
图 5 为甜樱桃果实果皮和果肉 ACC 含量变化,不管是果皮还是果肉,其 ACC 含量在甜樱桃的整
个发育过程中变化不大,并且一直处于很低的水平,最大值不足 0.02 nmol · g-1 FW,而跃变型果实鳄
梨的最高值为 100 nmol · g-1 FW,香蕉为 5 nmol · g-1 FW,番茄为 10 nmol · g-1 FW(Hoffman & Yang,
1980)。
在甜樱桃的成熟过程中,未检测到乙烯的释放。
2.3 ABA 和乙烯利处理对甜樱桃果实成熟的影响
取花后 29 d 果实用 1 mmol · g-1外源 ABA 持续处理 5 d 能够提高其内源 ABA 水平,为对照的 100
倍,1 mmol · g-1乙烯利处理也能促进果实内源 ABA 的合成,但只有对照的 3 倍(图 6,a)。
与对照相比,1 mmol · g-1外源 ABA 处理对甜樱桃果实内源 ACC 水平没有显著影响,1 mmol · g-1
外源乙烯利处理虽然能提高内源 ACC 的水平(图 6,b),但与跃变型果实(Hoffman & Yang,1980)
相比仍旧在很低水平上。

乙烯利持续处理能促进甜樱桃乙烯的释放,
与乙烯利相比,外源 ABA 促进乙烯释放的作用
较弱(图 7)。
与对照相比,取花后 29 d 果实用 1 mmol · g-1
外源 ABA 处理加速了樱桃果实的软化,1
mmol · g-1 外源乙烯利处理对果实硬度的变化没
有显著影响,ABA 生物合成关键酶 9–顺–环氧
类胡萝卜素双加氧酶抑制剂 NDGA 则显著抑制
了果实的软化(表 1)。
花后 32 d 用 0.4 mmol · g-1ABA 处理和花后
29 d 1 mmol · g-1外源 ABA 持续处理能显著提高
甜樱桃果实的成熟度(表 1), 而乙烯利处理和
ABA 合成抑制剂 Fluridone 和 NDGA 处理对甜樱
桃果实的成熟度则没有显著影响。0.4 mmol · g-1
ABA 处理能显著提高甜樱桃果实花青苷含量,促进果实着色。0.7 mmol · g-1乙烯利处理以及 Fluridone
处理与对照没有显著差异(表 1)。
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表 1 外源 ABA、乙烯利,Fluridone 和 NDGA 对甜樱桃果实成熟的影响
Table 1 Effect of ABA ,ethephon,Fluridone and NDGA treatment on the maturation of sweet cherry fruit
年份
Year
处理
Treatment
硬度/N
Hardness
成熟度指数/(oBrix/acidity)
Maturity index
花青苷/(U · g-1)
Anthocyanin
2007 对照 Control — 17.2a 13.4a
ABA — 20.8b 23.8b
乙烯利 Ethephon — 18.0a 14.4a
Fluridone — 17.1a 9.3a
2008 对照 Control 20.3a 14.4a —
ABA 11.9b 16.8b —
乙烯利 Ethephon 19.6a 15.3a —
NDGA 21.7c 14.1a —
注:数据为每次 10 个果实 3 次重复的平均值,a、b、c 表示经 t-test 在 α = 0.05 水平上显著差异。
Note: Data shown are the mean of three replicates of 10 fruits. a, b and c mean separation according to the t-test, 5% level.
3 讨论
3.1 ABA 与甜樱桃果实成熟的关系
甜樱桃在花后 25 d 硬核期结束的同时,果实成熟进程也随之启动,表现为果实开始软化,可溶性
固形物开始迅速上升,糖酸比升高,果面着色等。与此一致,甜樱桃果肉和种子内源 ABA 积累的上
升也发生在这一时期。这说明果肉和种子内源 ABA 的积累可能是果实成熟的启动信号。虽然在这一
时期,果肉中 ABA 开始增加的数量并不一定达到很多(图 4),但果实内源 ABA 的绝对含量不是启动
果实成熟的关键因素,还与激素信号受体的数量和活性有关(张大鹏 等,1997),因此这时即使少量
的 ABA 也足以引起生理反应,而在此之前即使组织中高浓度的 ABA 也不能启动成熟。与此一致,
我们取花后 20 d的甜樱桃果实用 1 mmol · g-1 ABA持续处理5 d,其花青苷含量与对照相比无显著差异。
果柄和果皮中的 ABA 含量变化表现出相似的趋势,都是在花后 43 d 达到最大,果皮中的 ABA 可能与
花青苷的合成有关,因为甜樱桃的花青苷含量在花后 45 d 才达到最大值,而花青苷的形成和 ABA 有
着密切的关系(Cantín et al.,2007;Wang et al.,2007)。果柄中的 ABA 含量只是在花后 36 d 才开始
迅速上升,此时果实已近成熟并逐渐完熟,因此果实成熟时果柄中 ABA 的高含量可能与果实成熟脱
落有关。
此外,外源 ABA 处理能诱导内源 ABA 的大量合成并显著提高甜樱桃的成熟度和花青苷含量,加
速果实软化,显示出与甜樱桃果实成熟的密切相关性。Fluridone 能抑制类胡萝卜素的合成,因此也就
抑制了 ABA 的合成。本研究中,Fluridone 对果实成熟度和花青苷含量均没有显著影响,这可能是因
为甜樱桃本身富含类胡萝卜素,Fluridone 虽然抑制了类胡萝卜素的进一步合成,但果实本身的类胡萝
卜素可以继续分解,从而能为 ABA 的合成提供足够的原料(费章君,1998)。去甲二氢化愈创木酸
(Nordihydroguaiaretic acid, NDGA)为 ABA 生物合成关键酶 9–顺–环氧类胡萝卜素双加氧酶抑制剂,
比 Fluridone 能更有效抑制 ABA 的生物合成(Zhang et al.,2009)。本研究中,NDGA 处理显著抑制了
甜樱桃果实硬度的下降,但是对糖酸比的影响效果不显著。
3.2 乙烯与甜樱桃果实成熟的关系
最近的研究表明,在跃变型番茄果实中,ABA 触发了乙烯的合成和成熟的启动,外源 ABA 和 ACC
处理能激发内源乙烯的大量合成,但 ACC 处理对内源 ABA 的合成却没有影响(曹永庆 等,2009;
Zhang et al.,2009)。
2 期 任 杰等:ABA 和乙烯与甜樱桃果实成熟的关系 205

但在非跃变型果实却正好相反,外源乙烯处理能够促进葡萄(Coombe & Hale,1973)、柑橘(Rodrigo
et al.,2006)内源 ABA 的合成。而外源乙烯利处理只能瞬时激发甜樱桃果实乙烯的产生,之后则迅
速下降至检测水平以下(Gong et al.,2002)。
甜樱桃果实在成熟进程中都没有乙烯的释放(数据未列出),与跃变型果实相比,其内源 ACC 水
平也一直维持在很低的水平,并且在果实成熟过程中均没有显著变化(图 5),没有显示出与果实成熟
的相关性。此外,外源乙烯利处理对甜樱桃果实的硬度、成熟度指数和花青苷含量均没有显著影响(表
1)。用 35 μL · L-1乙烯持续处理 7 d‘Bing’甜樱桃对其果面色泽也没有显著影响(Gong et al.,2002)。
用 100 mg · L-1和 1 000 mg · L-1乙烯利处理‘Bing’甜樱桃后贮藏 6 d,其硬度与对照相比也没有显著
差异(Li et al.,1994)。Kondo 和 Inoue(1997)认为乙烯利处理只能提高‘Satohnishiki’甜樱桃果实
花青苷含量却不能提高其糖含量,因而与甜樱桃成熟无关。
综上所述, ABA 可能作为一种信号物质启动并参与甜樱桃果实的成熟进程,而乙烯可能并不参
与甜樱桃果实的成熟。


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