全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2005, 32 (6) : 990～993
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2004 - 12 - 27; 修回日期 : 2005 - 04 - 28
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30270920, 03222JZP28) ; 山东省自然科学基金项目 (6620250) ; 教育部研究课题 (02086)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: wangyzh304@ tom1com)
IAA、GA和 ABA对苹果果实山梨醇代谢相关酶活
性的影响
单守明　王永章 3 　董晓颖　刘成连　原永兵
(莱阳农学院果树分子及发育生物学实验室 , 莱阳 265200)
摘 　要 : 以 ‘新红星 ’苹果果实为试材 , 采用果肉圆片孵育技术 , 研究了 IAA、GA和 ABA对 SDH和
SOX活性的影响以及二者之间的相关性。结果表明 : 苹果果实发育过程中 SOX活性与 IAA、GA和 ABA含
量间存在显著的负相关关系 , 而 SDH活性只与 GA含量有显著的负相关关系。外源 IAA和 GA均显著诱导
果实 SOX活性增加 , 对发育前期果实的诱导作用最为显著 ; ABA仅对发育后期果实的 SOX活性具有显著
的诱导作用。果实发育前期和发育后期 SDH活性受到外源 ABA的显著激活 ; 而外源 IAA仅提高发育前期
果实的 SDH活性。
关键词 : 苹果 ; 激素 ; 山梨醇 ; 山梨醇脱氢酶 ; 山梨醇氧化酶
中图分类号 : S 66111　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2005) 0620990204
Effects of IAA, GA and ABA on Activ ities of Rela ted Enzym es of Sorb itol
M etabolism in D evelop ing Apple Fru it
Shan Shoum ing, W ang Yongzhang3 , Dong Xiaoying, L iu Chenglian, and Yuan Yongbing
(Laboratory of M olecu lar D evelopm enta l B iology of Fruit Trees, L aiyang A gricu ltura l College, L aiyang 265200, Ch ina )
Abstract: The regulating effects of IAA, GA and ABA on activities of SDH and SOX were studied in the
fruits of‘Starkrim son’ app le through disk incubation technique. The results showed that the activities of
SOX had significant negative correlation with the concentrations of IAA , GA and ABA during fruit develop2
mental period. However, the activities of SDH only had significant negative correlation with GA contents. The
results also indicated that exogenous IAA and GA highly increased the activities of SOX in app le fruit, espe2
cially to the fruit at early developmental period. Moreover, the exogenous ABA showed the highest regulating
effects on SOX activity in the fruit at late developmental stage. On the other hand, exogenous ABA increased
the SDH activity significantly, however, IAA only increased the activities of SDH.
Key words: App le; Hormone; Sorbitol; Sorbitol dehydrogenase; Sorbitol oxidase
山梨醇作为苹果光合同化产物的主要运输形式〔1, 2〕, 在叶片中占可溶性总糖的 80% , 而在果实中
仅占总糖的 3% ～8% , 表明山梨醇可在果实内被迅速转化〔2〕。山梨醇脱氢酶 ( SDH ) 和山梨醇氧化
酶 ( SOX) 是参与山梨醇代谢的关键酶。其中 SDH将山梨醇转化成果糖 , SOX将山梨醇氧化成葡萄
糖〔2, 3〕。A rchbold的研究表明 , 苹果果实的生长速率取决于果实获取山梨醇的能力以及山梨醇的转化
效率〔4〕, 因此 , SDH和 SOX对苹果果实的生长发育和品质的形成过程具有重要的调控作用〔2, 4, 5〕。
但苹果果实发育过程中 SDH和 SOX活性变化的生理机制尚不清楚。鉴于碳水化合物从 “源 ” (叶 )
到 “库 ” (果实等 ) 的运输、分配及其在库器官积累与代谢的各个环节都有激素的参与调控〔6, 7〕, 为
阐明植物激素对山梨醇代谢相关酶的影响 , 作者以 ‘新红星 ’苹果果实为试材 , 采用果肉圆片试验
体系 , 对 IAA、GA和 ABA与山梨醇代谢之间的关系进行了探讨与分析。
　6期 单守明等 : IAA、GA和 ABA对苹果果实山梨醇代谢相关酶活性的影响 　
1　材料与方法
111　材料
试验于 2002～2003年在莱阳农学院果树实验中心进行。以 ‘新红星 ’苹果 (M alus dom estica
Borkh. ‘Starkrim son’) 为试材 , 从花后开始每 15 d取样 1次 , 直到果实成熟。每次随机取 10个果
实 , 果肉用液氮速冻后置 - 80℃超低温冰箱贮存备用。
112　外源激素孵育果肉圆片试验
果肉圆片试验参照 Beruter等的方法〔8〕略有改动。将花后 50 d和 100 d的果实分割成直径 110 cm,
厚 011 cm的圆片 , 在平衡缓冲液 (MES 50 mmol·L - 1 , pH 515, 含 CaCl2 5 mmol·L - 1 , MgCl2 5 mmol
·L - 1 , EDTA 1 mmol·L - 1 , 维生素 C 5 mmol·L - 1和甘露醇 200 mmol·L - 1 ) 中平衡 30 m in后进行外
源激素孵育试验。取 5 g果肉圆片与 20 mL平衡缓冲液 (分别加入 IAA 50 mg·L - 1、GA 50 mg·L - 1
和 ABA 50μmol·L - 1 ) 混合 , 放入 50 mL的三角瓶中 , 在摇床上振荡反应 16 h (25℃) , 测定 SDH
和 SOX的活性。所有处理均重复 3次。
113　酶液的制备及活性测定
称取 1 g果肉于研钵内 , 加少量石英砂和 HEPES提取缓冲液 5 mL (HEPES2NaOH 50 mmol·L - 1 ,
pH 715, 含 MgCl2 10 mmol·L - 1 , EDTA 1 mmol·L - 1 , DTT 215 mmol·L - 1 , 维生素 C 10 mmol·L - 1
和不溶性 PVPP 5% ) , 冰浴研磨匀浆 , 12 000 ×g ( 4℃) 离心 20 m in。上清液用稀释 10倍的提取缓
冲液 (不含 PVPP) 透析 15 h用于山梨醇脱氢酶 ( SDH ) 和山梨醇氧化酶 ( SOX) 活性的测定〔5〕,
以 NADμmol·h - 1 ·g- 1 FM表示 SDH活性 , 以 glucoseμmol·h - 1 ·g- 1 FM表示 SOX活性。
114　激素含量的测定
果实内源激素的测定参照吴颂如等〔9〕的方法。EL ISA试剂盒由中国农业大学化控研究室提供。
2　结果与分析
211　苹果果实发育过程中山梨醇代谢相关酶活性及激素含量的变化
图 1表明 , 在苹果果实的发育前期 , 参与山梨醇代谢相关酶 ( SDH和 SOX) 的活性均较低。从
花后 45 d开始 , SDH活性增加显著 , 到花后 75 d, SDH活性达到最高 , 之后又迅速下降。从花后
105 d开始 , SDH活性又有所增加 , 之后继续下降 , 直至果实成熟。与 SDH的活性变化相比 , 在整个
发育过程中 SOX活性的变化幅度较小。在发育前期 , SOX与 SDH活性差异不显著。从花后 45 d开
始 , SOX活性缓慢上升 , 到花后 120 d达到最大值 , 但显著低于 SDH的活性。
从图 2可以看出 , 果实发育早期 GA含量较高。随着果实的发育 , 其含量逐渐下降 , 但始终高于
IAA和 ABA的含量。 IAA的变化规律与 GA类似 , 在花后 30 d含量达到最高 , 之后逐渐下降 , 到果
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园 　　艺 　　学 　　报 32卷
实成熟时降到最低值。纵观果实发育全过程 , ABA含量最低。ABA与 IAA和 GA的变化规律相类似 ,
也是在果实发育前期含量较高 , 随着果实的发育其含量逐渐下降 , 在花后 60 d, ABA有一显著的增
加高峰 , 从花后 105 d开始 , ABA含量又有所增加。
212　苹果果实发育过程中山梨醇代谢相关酶活性与激素含量间的相关性
从表 1可以看出 : 苹果果实发育过程中 , SDH的活性变化与 IAA和 ABA含量间不存在显著相关
关系 , 与 GA间存在显著的负相关关系。
在果实整个发育过程中 , SOX的活性变化与 IAA、GA和 ABA间都存在显著负相关关系 , 由此表
明植物激素参与调控苹果果实中山梨醇的代谢。其中以 GA和 IAA与 SOX间的相关性最高 , 相关系
数分别为 - 018890和 - 017860, 均达到极显著水平。而 ABA与 SOX间也存在显著的负相关关系。
表 1　新红星苹果果实发育过程中激素含量与山梨醇代谢相关酶活性间的相关性
Table 1　Correla tion and linear ana lysis of horm one con ten ts and activ ities of rela ted enzym es of sorb itol m etabolism in
develop ing‘Starkr im son’apple fru it
激素
Hormone
山梨醇脱氢酶 Sorbitol dehydrogenase ( SDH)
直线回归方程 L inear regression相关系数 Correlation coefficient
山梨醇氧化酶 Sorbitol oxidase ( SOX)
直线回归方程 Linear regression相关系数 Correlation coefficient
脱落酸 ABA y = 215172 - 010214x - 014924 y = 018456 - 010069x
- 0170913
吲哚乙酸 IAA y = 215175 - 010017x - 015996 y = 018057 - 010006x - 0178603 3
赤霉素 GA y = 217902 - 010016x
- 0163623 y = 019286 - 010005x - 0188903 3
213　 IAA、GA和 ABA对苹果果实山梨醇氧化酶和山梨醇脱氢酶活性的影响
分别用 IAA 50 mg·L - 1、GA 50 mg·L - 1和 ABA 50μmol·L - 1孵育果肉圆片 16 h诱导 SOX活性发
生变化 , 但不同激素间存在差异。从图 3中可以看出 , IAA和 GA显著提高发育前期苹果果实的 SOX活
性 , 与对照相比 , 其活性分别增加了 9100倍和 6150倍。而 ABA处理与对照相比 , 差异不显著。对于发
育后期的苹果果实 , IAA、GA和 ABA处理均促进 SOX活性的增加 , 但以 ABA的诱导作用最为显著 ,
与对照相比 , 其活性增加了 1182倍 ; 而 IAA和 GA处理 , 其活性仅分别增加了 0169倍和 1129倍。
图 3　外源 IAA、GA和 ABA对不同发育时期新红星苹果果实山梨醇氧化酶 ( SO X) 和山梨醇脱氢酶 ( SD H) 活性的影响
F ig. 3　Effects of exogenous IAA, GA and ABA on activ ity of sorb itol ox ida se ( SO X) and sorb itol dehydrogena se ( SD H)
in ‘Starkr im son’apple fru it a t d ifferen t developm en ta l per iod
与 SOX的活性变化规律不同 , SDH活性只受到 IAA和 ABA的调控。对于发育前期和发育后期的
苹果果实 , 其 SDH活性均不受 GA的调节 , 与对照相比 , 二者间的活性差异不显著。发育前期的苹
果果实 , 其 SDH活性受到 ABA和 IAA的显著激活 , 与对照相比 , 其活性分别增加了 10149倍和 7135
倍 , 差异极显著。而发育后期的苹果果实 , 其 SDH活性只受 ABA的调控 , 与对照相比 , 其活性增加
了 1113倍 , IAA处理与对照相比 , 差异也不显著。
3　讨论
在苹果的年生长发育周期中 , 叶片和果实中的山梨醇含量呈现一定的季节性变化 , 幼叶中山梨醇
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　6期 单守明等 : IAA、GA和 ABA对苹果果实山梨醇代谢相关酶活性的影响 　
的含量较低 , 成熟叶中较高 , 老叶中的含量又急剧下降〔2, 10〕。随着果实的发育与成熟 , 果实中的山
梨醇含量也逐渐降低〔2, 3〕。由图 1可以看出 , 在果实发育前期 , SDH和 SOX的活性都较低 , 可能原
因在于 : 发育早期 , 幼叶以生长发育为主 , 其自身的光合能力较弱 , 所以合成与外运到果实中的山梨
醇较少。同时 , 发育早期的幼果又是主要的代谢库 , 需要大量的碳水化合物 , 而山梨醇可作为代谢基
质用于呼吸代谢、细胞分裂和细胞形成〔2〕。随着果实的生长发育和品质形成 , 需要碳水化合物的不
断供给 , 多数叶片在此期也发育成为代谢源〔10〕。苹果 “源 (叶片 ) -库 (果实 ) ”关系的建立 , 从叶
片转运来的山梨醇在糖代谢相关酶的作用下转化成暂时性贮存物 (淀粉 ) , 维持了果实的库强 , 保证
了光合同化产物从源叶向果实的不断输入。而代谢库 (果实 ) 对山梨醇需求量的增加 , 导致山梨醇
的卸载能力增强 , 所以 , 在果实的发育中期 , SDH和 SOX活性逐渐升高 , 其中 SDH活性的增加最为
显著 , 这与苹果果实中果糖含量的增加是相关联的〔3〕。而在果实的发育后期 , 随着果实的成熟和果
实内积累淀粉的大量水解 , 导致果实的库强相对变弱 , 随之这两种酶的活性均有所下降。
本试验采用外源激素孵育果肉圆片技术进行了研究 , 结果表明 : 外源激素参与调控 SOX的活性
(图 3)。在果实的发育前期 , IAA和 GA显著提高 SOX的活性。由于发育前期果实中 IAA和 GA的相
对含量较高 , 果实的细胞分裂和细胞形成需要较多的葡萄糖作为代谢底物或用于形态建成 , IAA和
GA诱导 SOX活性的升高以适应细胞代谢的需要。在果实的发育后期 , 由于 IAA和 GA含量的急剧下
降 , 所以对 SOX活性的调控相对减弱。在整个生长发育过程中 , SOX的活性较低且变幅较小 , 可能
不是果实中山梨醇代谢的关键酶 , 这与 Yamaki等在金帅苹果上的研究结果〔3〕一致。本试验结果表
明 , SDH的活性只受 IAA和 ABA的影响。ABA作为果实成熟的信号调控因子 , 在果实糖代谢中具有
重要的调控作用〔6, 11〕。发育后期果实 ABA含量的相对增加 , 提高了 SOX和 SDH的活性 , 有利于促
进山梨醇向葡萄糖和果糖的转化。激素调控苹果果实山梨醇代谢的具体生理机制正在深入的研究之
中。
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