全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2002 , 29 (3) : 278～279
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2001 - 10 - 25 ; 修回日期 : 2002 - 02 - 08
水分胁迫对番茄幼苗转化酶表达及糖代谢的影响
程智慧1 　孟焕文1 　Julie D. Scholes2 　Stephen A. Rolfe2
(1 西北农林科技大学园艺学院 , 杨凌 712100 ;　2 英国谢菲尔德大学动植物系 , 谢菲尔德 S10 2TN)
摘 　要 : 以栽培番茄品种‘Ailsa Craig’的 6 叶期幼苗为试材 , 在水培条件下研究了 5 %、7. 5 %和 10 %
聚乙二醇 (PEG) 水分胁迫对叶片转化酶种类和活性表达及葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉代谢的影响。结果
表明 , 随着水分胁迫强度的加大 , 可溶性酸性转化酶和胞壁转化酶活性增强 , 己糖和蔗糖水平提高 , 持续
的强水分胁迫 (10 % PEG) 使转化酶和可溶性糖水平显著增加 , 而淀粉含量降低。
关键词 : 番茄 ; 幼苗 ; 水分胁迫 ; 转化酶 ; 糖代谢
中图分类号 : S 641. 1 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2002) 0320278202
1 　目的、材料与方法
为探讨水分胁迫对番茄转化酶活性及糖代谢的影响 , 作者 1999 年在英国谢菲尔德大学进行了本
项研究。以商品番茄 (Lycopersicon esculentum L. ) 品种‘Ailsa Craig’的 6 叶 1 心期水培苗为试材 , 在
人工气候室条件下 , 以 Hoglands 营养液中加不同浓度的 PEG 6000 实施水分胁迫。聚乙二醇 (PEG) 浓
度设 0 %、5 %、7. 5 %和 10 % , 每处理 8 株苗加营养液 12 L , 试验期间每天补充无离子水及营养液至
标记液面刻度。培养室温度白天 25 ℃, 夜间 18 ℃。光照强度 130μmol·m - 2·s - 1 , 每天光照 12 h。在
水分胁迫的不同时期 , 于中午 11～12 时用打孔器取功能叶样用于转化酶测定 , 14 时取功能叶样用于
糖分测定。叶样采集后立即放入液氮中 , 测糖的叶样采后转入 - 80 ℃冰柜保存。每次取样重复 3 株 ,
不同时期换株取样。转化酶及糖的提取和测定参照 Scholes 等〔1〕的方法。
2 　结果与分析
2. 1 　水分胁迫对转化酶表达的影响
番茄幼苗叶片中可溶性转化酶以酸性酶水平较高 , 平均为 11. 19 nmol·min - 1·cm - 2 ; 碱性酶水平
很低 , 平均为 1. 31 nmol·min - 1·cm - 2 ; 胞壁转化酶表达水平也较低 , 平均为 3. 93 nmol·min - 1·cm - 2。
在水分胁迫下 , 碱性酶活性变化不大 , 而胞壁转化酶和酸性可溶性转化酶的表达水平与水分胁迫强度
有密切的关系。由表 1 可见 , 5 % PEG胁迫下 , 胞壁转化酶及酸性可溶性转化酶活性的表达水平均与
对照差异不大 , 水平相当。当水分胁迫强度提高到 7. 5 % PEG时 , 两种转化酶的表达水平均有提高 ,
并在胁迫后 7 d 内保持基本稳定的较高水平。当水分胁迫强度增加到 10 % PEG时 , 胁迫后 3 d 内两种
转化酶均维持较稳定的较高水平 ; 3 d 后表达水平急剧升高 ; 5 d 后增势减缓。
2. 2 　水分胁迫对碳水化合物代谢的影响
由表 1 可以看出 , 处理当日对照叶片中葡萄糖和果糖的含量水平均很低 , 分别为 8. 1 nmol·cm - 2
和 7. 7 nmol·cm - 2 ; 随着幼苗的生长 , 两种己糖水平呈缓慢增加的趋势 , 到第 7 天时其水平分别提高
到 16. 1 和 13. 9 nmol·cm - 2。在不同程度水分胁迫下 , 叶片中葡萄糖和果糖均有不同程度的提高。与
对照相比 , 5 % PEG处理的两种己糖分别增加 2. 8～4. 6 倍和 2. 7～3. 3 倍 ; 7. 5 % PEG处理的两种糖
增加 7. 5～11. 2 倍和 5. 7～8. 7 倍 ; 10 % PEG处理分别增加 2. 9～25. 9 倍和 2. 1～20. 6 倍 , 即随着水
分胁迫强度的增加 , 两种己糖水平的增幅加大。
表 1 　水分胁迫对番茄转化酶活性表达和碳水化合物代谢的影响
Table 1 　Impact of water stress on invertase expression and carbohydrate metabolism in tomato leaves
PEG浓度
Concentration
of PEG ( %)
胁迫天数
Days
stressed
转化酶活性 Activity of invertase
(Suc. nmol·min - 1·cm - 2)
可溶酸性 Soluble 胞壁态 Apoplastic
碳 水 化 合 物 含 量
Carbohydrate content (nmol·cm - 2)
葡萄糖 Glucose 果 糖 Fructose 蔗 糖 Sucrose 淀 粉 Starch
0 1 12. 53 ±3. 70 4. 260 ±0. 418 　8. 1 ±5. 0 　7. 7 ±2. 8 11. 3 ±2. 2 142. 8 ±78. 8
3 8. 82 ±2. 60 3. 709 ±0. 421 8. 5 ±4. 1 6. 7 ±2. 4 7. 2 ±1. 1 149. 8 ±49. 9
5 10. 28 ±1. 95 3. 593 ±0. 146 14. 1 ±2. 5 11. 1 ±1. 6 21. 0 ±0. 6 280. 8 ±34. 6
7 11. 21 ±0. 82 4. 151 ±0. 222 16. 1 ±4. 1 13. 9 ±0. 9 26. 7 ±6. 0 322. 3 ±115. 1
5. 0 1 11. 53 ±2. 59 4. 847 ±0. 621 37. 3 ±15. 5 25. 7 ±10. 1 20. 6 ±3. 1 180. 1 ±34. 4
3 9. 61 ±2. 91 3. 325 ±0. 443 23. 9 ±6. 6 18. 0 ±2. 9 17. 6 ±3. 0 201. 6 ±75. 1
5 10. 12 ±2. 67 3. 767 ±0. 983 53. 3 ±9. 8 33. 6 ±4. 9 42. 4 ±5. 9 310. 8 ±67. 2
7 11. 91 ±0. 65 4. 195 ±1. 290 62. 0 ±21. 6 40. 5 ±11. 5 50. 1 ±6. 6 399. 8 ±147. 5
7. 5 1 12. 80 ±2. 99 4. 434 ±0. 505 60. 4 ±31. 8 43. 8 ±23. 4 30. 8 ±5. 5 226. 8 ±59. 4
3 12. 73 ±2. 78 4. 006 ±0. 394 72. 7 ±19. 6 49. 1 ±12. 6 47. 3 ±4. 6 291. 1 ±122. 6
5 13. 11 ±3. 01 4. 644 ±0. 506 158. 4 ±34. 9 95. 9 ±17. 0 52. 3 ±19. 1 517. 9 ±60. 1
7 13. 42 ±1. 38 3. 376 ±0. 442 148. 6 ±17. 8 88. 4 ±12. 1 56. 9 ±15. 0 368. 9 ±81. 1
10. 0 1 12. 53 ±0. 31 4. 571 ±0. 378 23. 6 ±7. 0 16. 2 ±3. 8 25. 9 ±2. 6 213. 9 ±62. 9
3 12. 74 ±2. 33 4. 289 ±0. 094 137. 5 ±23. 1 80. 1 ±12. 8 56. 5 ±6. 9 237. 3 ±54. 8
5 26. 00 ±4. 43 6. 209 ±0. 968 365. 4 ±93. 4 228. 3 ±43. 3 139. 1 ±5. 4 669. 2 ±340. 3
7 26. 71 ±9. 02 6. 448 ±0. 235 287. 5 ±88. 0 227. 8 ±63. 3 175. 4 ±44. 4 245. 1 ±87. 8
　　5 % PEG处理后 3～7 d , 两种己糖都呈缓慢增加的趋势 ; 7. 5 % PEG处理 1～5 d 间 , 两种己糖均
呈较快的增长趋势 , 但 5 d 以后己糖水平出现缓慢下降的趋势 ; 10 % PEG处理 , 1～5 d 内两种己糖急
剧增加 , 5 d 以后也出现下降趋势。番茄幼苗叶片中蔗糖水平较葡萄糖和果糖水平略高 ; 随着幼苗生
长 , 蔗糖增加的趋势也较明显。在水分胁迫下 , 蔗糖水平明显提高 , 胁迫强度越大 , 蔗糖水平越高 ,
但与相同胁迫条件下的己糖水平相比 , 蔗糖的水平较低 , 且与对照相比的增幅也较己糖小。如 , 5 %
和 10 % PEG处理的蔗糖分别较其对照增加 1. 8～2. 4 倍、2. 1～6. 6 倍和 2. 3～7. 9 倍。说明在胁迫条
件下 , 部分蔗糖加速转化 , 产生了更多的葡萄糖和果糖。
在正常供水情况下 , 叶片中淀粉含量随幼苗生长而增加 , 其增幅大于蔗糖 , 蔗糖又大于己糖 , 说
明番茄幼苗叶片中碳水化合物主要以淀粉和蔗糖的形式积累。在水分胁迫下 , 淀粉含量均有不同程度
的增加 , 7. 5 % PEG胁迫的淀粉含量高于 5 % PEG胁迫 , 但胁迫强度过大 (10 % PEG) 时 , 淀粉增幅
反而减少 , 说明强水分胁迫下 , 部分淀粉可能水解 , 从而使己糖水平提高 , 增加叶片的渗透势。
参考文献 :
1 　Scholes J D , Bundock N , Wilde R , et al . The impact of reduced vacular invertase activity on the photosynthetic and carbohydrate metabolism of
tomato. Planta , 1996 , 200 : 265～272
Impact of Water Stress on Invertase Expression and Carbohydrate Metabolism
in Leaves of Tomato Seedling
Cheng Zhihui1 , Meng Huanwen1 , Julie D. Scholes2 , and Stephen A. Rolfe2
(1 College of Horticulture , Northwest Sci2Tech University of Agriculture and Forestry , Yangling 712100 , China ;　2 Department of
Animal and Plant Sciences , The University of Sheffield , Sheffield S10 2 TN , UK)
Abstract : Changes in invertase expression and carbohydrate metabolism of tomato ( cv. Ailsa Craig)
seedling were studied under hydroponic culture with different level of water stress by 5 % , 7. 5 % and 10 % PEG
treatment , respectively. The results showed that both soluble acid and apoplastic invertases , and glucose ,
fructose and sucrose were increased with the increase of water stress. Longer and strong water stress (10 % PEG)
increased invertase activity and soluble sugar content remarkably but decreased starch level .
Key words : Tomato ; Seedling ; Water stress ; Invertase ; Carbohydrate metabolism
9723 期 　　　　　　　　　　程智慧等 : 水分胁迫对番茄幼苗转化酶表达及糖代谢的影响