全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2006, 33 (1) : 63～67
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2005 - 03 - 08; 修回日期 : 2005 - 04 - 20
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30200191) ; 国家 ‘十五’攻关项目 (2001BA501A109B)3 通讯作者 Author for correspondnece ( E2mail: p ingshen@cau1edu1cn)。感谢康奈尔大学的 ChristopherW atkins教授对本文稿英文
摘要部分的修改。
番茄果实成熟衰老过程中果肉和种子活性氧代谢的
变化
阮　英　刘开朗　申　琳　田慧琴　生吉萍 3
(中国农业大学食品科学与营养工程学院 , 北京 100083)
摘 　要 : 以番茄 (L ycopersicom esculen tum M ill. ) 果肉及种子为试材 , 研究了活性氧 (O·2 和 H2O2 ) 及
抗氧化酶 ( SOD、CAT、GR、APX) 活性在果实成熟衰老过程中的变化。结果表明 , 在果实成熟衰老过程
中 , 种子中 O·2 产生速率及 H2O2 含量显著高于同时期的果肉 , 且 H2O2 含量在粉红期后大幅度增加。种子
中 SOD、CAT、GR活性高于同时期的果肉 , APX活性则无显著差异。果实成熟初期 CAT活性随 H2O2 的积
累逐渐增强 , 果实成熟后期 CAT活性急剧下降 , APX及 GR仍具有一定活性。种子 MDA含量峰值出现早
于果肉 , 且峰值是果肉中的 115倍。种子中活性氧的产生能力高于果肉 , 种子中高浓度的活性氧含量可能
与果实的成熟衰老过程有关 , H2O2 可能是启动果实衰老的一个重要因子。
关键词 : 番茄 ; 种子 ; 成熟衰老 ; 活性氧 ; 抗氧化酶
中图分类号 : S 64112　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2006) 0120063205
M etabolism of D ynam ic Changes of the Reactive O xygen in Toma to Per icarp
and Seed T issues dur ing Fru it R ipen ing and Senescence
Ruan Ying, L iu Kailang, Shen L in, Tian Huiqin, and Sheng J ip ing3
(College of Food Science and N utritional Engineering, China A gricultural U niversity, B eijing 100083, China)
Abstract: Tomato (L ycopersicom escu len tum M ill. ) pericarp and seed were used to investigate the chan2
ges of reactive oxygen and activities of antioxidant system enzymes during fruit ripening and senescence.
Superoxide p roduction rate (O·2 ) , hydrogen peroxide ( H2 O2 ) content and the activities of superoxide dis2
mutase ( SOD ) , catalase (CAT) , ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase ( GR ) were deter2
m ined. The degrees of the oxidative damage to the membrane lip ids (MDA content) were also exam ined. The
results showed that O·2 p roduction rate and H2 O2 content in seed were significantly higher than those in peri2
carp at allmaturity stages, and the H2O2 content in the seed increased sharp ly after the p ink stage. H igher ac2
tivities of SOD , CAT and GR were observed in the seeds than in the pericarp. H igher APX activities were
found from the BR stage to the RED stage in seed and that in pericarp. A t the beginning of fruit ripening, an
increase of CAT activity followed the accumulation of H2 O2 , but its activity declined quickly by the end of rip2
ening, while that of APX and GR kep t partial activities. These patterns of enzyme activity suggest that the
A sA2GSH cycle m ight p lay an important role in scavenging H2 O2. The maximum MDA content appeared in
seeds earlier than in the pericarp , the maximum being 115 fold of that in the pericarp. H igh concentration of
reactive oxygen in seed m ight be closely related with fruit ripening, and H2O2 m ight be an important factor in
triggering the senescence.
Key words: Tomato; Seed; R ipening; Senescence; Reactive oxygen; Antioxidant enzymes
果实的成熟、衰老包括了一系列复杂的生理生化过程。自由基学说研究认为生物体衰老过程
是活性氧代谢失调与累积的过程。近来的研究发现活性氧可能作为第二信使参与植物体内的代谢
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及生命活动〔1〕。活性氧及抗氧化酶系统在果实成熟衰老过程中的作用成为果实采后生理研究的热
点之一〔2～4〕, 但对活性氧在果实成熟衰老过程中的时空分布研究仍较少。有研究认为种子是果实
激素代谢的中心〔5〕, 参与果实生长发育、成熟衰老的调控〔6, 7〕。本试验通过测定不同成熟阶段 ‘丽
春 ’番茄种子及果肉中活性氧代谢及抗氧化体系酶活性变化 , 探讨其对番茄采后果实和成熟衰老
的关系。
1　材料与方法
111　材料
供试 ‘丽春 ’番茄于 2004年春季种植于中国农业大学西区科学园大棚中。花期标记 , 采摘花后
40 d的绿熟期果实 , 并迅速运至实验室。挑选大小均匀 , 成熟度相对一致 , 无病虫害、无机械伤的
果实 , 置于 (25 ±1) ℃, 相对湿度 80% ～85%下贮藏。按成熟度定期取样 , 用于相关生理生化检测。
本试验设计为完全随机试验 , 试验数据采用 Excel软件进行统计分析。
112　方法
11211　番茄果实成熟期的划分 　绿熟期 : 已达到商业成熟 , 全果深绿 ; 破色期 : 外观开始微显红色 ,
显色 < 10% ; 转色期 : 果实淡红色 , 显色 10% ～60% ; 粉红期 : 果实近红色 , 显色 60% ～90% ; 红
熟期 : 果实深红色 , 略发软。
11212　种子取样方法 　切分 5个成熟度一致的果实 , 将种子从胎座上剥离下来 , 置于纱布上 , 用自
来水冲洗 , 除去果胶物质 , 挑出洗好的种子 , 液氮冷冻 , 置于 - 80℃冰柜中待测。
11213　O·2 产生速率的测定 　参照王爱国的方法〔8〕略有改进。分别称取 1 g果肉及种子 , 用 5 mL 011
mol·L - 1 pH 718的磷酸缓冲液研磨匀浆 , 取 2 mL提取液加入 012 mL 10 mmol·L - 1盐酸羟胺 , 25℃
温育培养 20 m in, 取 1 mL培养液 , 加入 1 mL 17 mmol·L - 1对氨基苯磺酸和 1 mL 7 mmol·L - 1萘胺 ,
25℃温育 25 m in, 再用 3 mL正丁醇萃取 , 将正丁醇相于 530 nm比色 , 用 NaNO2 作标准曲线 , 从标
准曲线上求出 O·2 值 , 再将其换算成 O·2 的产生速率 , 单位为 nmol·m in - 1 ·g- 1 FM。
11214　H2 O2 含量的测定 　参照 B rennan的方法〔9〕略有改进。分别称取 1 g果肉及种子 , 用 3 mL预冷
丙酮研磨提取。取 1 mL提取液加 012 mL 5% Ti ( SO4 ) 2 , 用 012 mL 17 mol·L - 1氨水沉淀 , 沉淀用丙
酮悬浮洗涤至除去植物色素 , 最后溶于 5 mL 2 mol·L - 1的 H2 SO4 中 , 检测 415 nm波长下吸光值。标
准曲线用 H2O2 重复 , 空白用预冷丙酮重复。
11215　酶活性及 MDA含量的测定 　SOD活性测定采用 NBT法〔10〕, 以抑制 NBT光还原 50%为 1个
活性单位 (U )。CAT活性测定参照 Aebi方法 [ 11〕略有改进 : 3 mL 50 mmol·L - 1 pH 710的磷酸缓冲液
内含 10 mmol·L - 1 H2 O2 , 加入 300μL酶液 , 测定在 3 m in内 240 nm波长下吸光值变化 , 酶活性以
H2 O2 mmol·m in - 1 ·g- 1 FM表示。APX活性测定参照 Nakano方法〔12〕略有改进 : 3 mL 50 mmol·L - 1
pH 710的磷酸缓冲液内含 015 mmol·L - 1抗坏血酸和 011 mmol·L - 1 H2 O2 , 加入 200μL酶液 , 测定
在 1 m in内 290 nm波长下吸光值变化。酶活性以 ASC mmol·m in - 1 ·g- 1 FM表示。GR活性测定参照
Schaedle等的方法〔13〕略有改进 : 3 mL 50 mmol·L - 1 pH 718的磷酸缓冲液内含 2 mmol·L - 1 Na2 EDTA,
0115 mmol·L - 1 NADPH, 015 mmol·L - 1 GSSG, 加入 200μL酶液 , 测定在 3 m in内 340 nm波长下吸
光值变化。酶活性以 NADPH nmol·m in - 1 ·g- 1 FM表示。MDA含量测定采用硫代巴比妥酸法〔14〕。
2　结果与分析
211　O·2 产生速率与 H2 O2 含量的变化
从图 1可知 , 绿熟期后 , 种子中 O·2 产生速率迅速增长 , 达到峰值后缓慢下降 ; O·2 产生速率峰值
是果肉中的 4倍。在整个成熟衰老过程中 , 种子中 O·2 产生速率始终高于同时期果肉中的。
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　1期 阮 　英等 : 番茄果实成熟衰老过程中果肉和种子活性氧代谢的变化 　
从成熟衰老过程中 H2 O2 含量的变化可以看出 , 种子中 H2 O2 含量从果实破色期缓慢上升 , 粉红
期后大幅度增加。种子中 H2 O2 含量最大值为 47160 mmol·g- 1 FM。在整个成熟衰老过程中 , 种子中
H2 O2 含量始终高于同时期果肉。
图 1　番茄果实成熟衰老过程中果肉及种子中 O·2 产生速率及 H2O 2 含量的变化
竖线柱为标准误 ( n = 3) , 下同。
F ig. 1　Changes of superox ide production ra te and hydrogen perox ide con ten t in toma to per icarp and seed tissues
dur ing fru it r ipen ing and senescence
Vertical bars rep resent ±SE of three rep licates ( n = 3) , the same below.
212　抗氧化体系酶活性的变化
从图 2可以看出 , 果实成熟初期 , 种子中 SOD的活性逐渐增强 , 转色期达到最大值 , 活性上升
约 2倍 , 以后略有下降并基本稳定 ; 果肉中 SOD的活性持续下降 , 在粉红期达到最低值后略有上升。
图 2　番茄果实成熟衰老过程中果肉和种子中抗氧化酶 SOD、CAT、APX和 GR活性的变化
F ig. 2　Changes of activ ities of SOD, CAT, APX and GR, in tomato pericarp and seed tissues dur ing fru it r ipen ing and senescence
SOD是生物体内专一清除 O·2 的酶。种子中 SOD活性的变化趋势与图 1中 O·2 产生速率趋势较一
致 , 都是先升后降。果肉中 SOD活性的变化趋势与 O·2 产生速率不一致 , SOD活性前期持续下降 , 使
O·2 积累 ; 粉红期后 SOD活性略有上升 , O·2 清除能力增强 , 与 O·2 产生速率在粉红期后有所下降相
符。虽然种子中 SOD活性高于同时期的果肉 , 但 O·2 产生速率比同时期的果肉高 3～5倍 , 导致种子
中 O·2 产生能力远高于果肉。
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CAT是植物体内以 H2 O2 为底物的酶 , 对 H2 O2 分解有重要作用。从图 2可以看出 , 绿熟期后 ,
CAT活性逐渐增强 , 峰值约为初始值的 2倍 , 而后急剧下降。种子中 CAT活性始终高于同时期的果
肉 , 且峰值约为果肉的 2倍。虽然种子中 CAT活性高于同时期的果肉 , 但 H2 O2 含量仍比同时期的果
肉高出 5～10倍。
APX和 GR是抗坏血酸 —谷胱甘肽循环中的关键酶 , 用于清除 H2O2。在果实成熟衰老过程中 ,
种子中 APX活性变化不大 ; 果肉中 APX在粉红期达到活性高峰 , 且高于同时期种子中的 (图 2)。
GR活性受衰老的影响不大 , 果实成熟后期果肉及
种子中仍保持一定的 GR活性 , 种子中 GR活性始
终高于同时期果肉中的 (图 2)。果实成熟后期 ,
CAT活性急剧下降到较低水平 , APX及 GR仍保持
一定的活性 , 可见 , 抗坏血酸—谷胱甘肽循环可能
在这一时期的 H2O2 代谢中发挥重要的作用。
213　丙二醛含量的变化
从图 3可知 , 果实成熟衰老过程中 , 种子及
果肉中膜脂过氧化产物 MDA含量均先增加后降
低。种子中 MDA 含量积累迅速 , 峰值出现在破
色期 , 早于果肉中 MDA 的峰值出现时期 , 且峰
值是果肉中 MDA含量峰值的 115倍。 图 3　番茄果实成熟衰老过程中果肉及种子中丙二醛含量的变化F ig. 3　Changes of MDA con ten t in toma to per icarp and seedtissues dur ing fru it r ipen ing and senescence
3　讨论
O·2 是 O2 还原的单电子产物 , 是最初形成的活性氧 , 但由于 O·2 在膜上扩散性小 , 半衰期短 , 可
能主要存在于膜外 , 它一经产生就被 SOD迅速歧化生成 H2 O2。SOD是生物体内专一清除 O·2 的酶 ,
其活性与 O·2 产生速率有很大相关性。果实成熟衰老过程中 , 种子中 O·2 产生速率及 H2 O2 水平上升的
同时 , SOD活性也逐渐增加。SOD活性受到 O·2 产生速率的诱导 , 这种内源 SOD活性的上升反映了
植物自身的一种保护机制。不过不同植物材料 , SOD活性变化趋势不完全一致。Du等〔15〕在苹果的研
究中发现 , SOD活性随成熟衰老过程而逐渐增加。Rabinowich等〔16〕对番茄的研究结果与其相反 ,
SOD活性随果实的成熟衰老持续下降。本研究结果表明 , 种子中 SOD活性在转色期增加到最大值后
下降 , 与前者一致 ; 而果肉中的 SOD持续下降 , 粉红期下降到最小值后 , 略有上升 , 与后者一致。
虽然种子中 SOD活性高于同时期的果肉 , 但 O·2 产生速率比同时期果肉的高 3～5倍 , 致使种子中 O·2
生成能力远高于果肉。
H2 O2 由 SOD歧化 O·2 而形成 , H2 O2 的清除则由 CAT、APX、GR等作用完成。从 3种酶清除
H2 O2 的能力来看 , 植物体内 CAT活性与 H2O2 含量变化有很大相关性。果实成熟初期 , H2 O2 含量持
续上升 , CAT活性也逐渐增加 , 所以 CAT活性受 H2 O2 诱导 , 对于早期 H2O2 的清除具有重要意义。
成熟后期 , H2 O2 急剧积累 , CAT活性降到较低水平 , 而 APX及 GR受衰老影响不大 , 仍具有一定活
性 , 所以抗坏血酸 —谷胱甘肽循环可能在成熟后期及衰老过程中的 H2O2 代谢中发挥了重要的作用。
目前研究表明 , H2 O2 能跨越生物膜 , 可以在胞内或胞外传递〔17, 18〕。H2 O2 不仅是活性氧组分 , 也
可能作为一种信号分子参与信号传导过程。本试验中发现 , 种子中的 H2 O2 含量明显高于果肉 , 为同
时期果肉中的 5～10倍。在果实的衰老过程中 , H2 O2 在前期积累比较缓慢 , 到了粉红期后迅速增加 ,
H2 O2 可能是启动衰老的一个重要的因子。
活性氧对植物产生伤害的一个重要机制是直接或间接启动膜脂的过氧化作用 , 而膜脂过氧化的最
终产物丙二醛 (MDA ) 的积累在一定程度上反映了体内活性氧含量的变化。种子中 MDA含量高于同
时期果肉 , 峰值出现早于果肉 , 且是果肉中峰值的 115倍。上述结果表明 , 种子中活性氧的产生能力
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　1期 阮 　英等 : 番茄果实成熟衰老过程中果肉和种子活性氧代谢的变化 　
高于果肉 , 种子中高浓度的活性氧可能与启动果实的成熟衰老有关 , H2 O2 可能是启动衰老的一个重
要因子。
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