全 文 ：园 艺 学 报 2003，30(3)：263～266
Acta Horticulturae Sinica
草莓和番茄果实乙烯自我催化与 Ca ．CaM 的关系
顾采琴 ，2 席屿芳 关军锋2 李广敏2
( 浙江大学生物系统工程与食品科学学院食品系，杭州 31(I)29； 河北省农林科学院遗传生理研究所，石家庄 050051)
摘 要 ：外源乙烯处理乳白期草莓和绿熟期番茄果实 12 h后 ，诱导草莓乙烯大量合成，使番茄乙烯释
放高峰提前 2 d出现，同时还促进两种果实的钙调素 (Calmodulin，CaM)含量增加。细胞质膜钙离子通道阻
塞剂异搏定 (Verapamil，Vp)、钙调素拮抗 剂氯丙嗪 (Chloropromaize，CPZ)和三氟拉嗪 (Triluoperazine，
僻 )均抑制了外源乙烯诱导的草莓乙烯合成，表明 Ca2 一CaM信使系统可能参与草莓乙烯 自我催化作用 ；
vp抑制外源乙烯诱导的番茄乙烯合成 ，而 CPZ和 11FP的作用不显著 ，说明番茄果实乙烯 自我催化作用与胞
外 Ca2 内流有关，与 CaM的关系不明显。
关键词 ：乙烯；草莓；番茄；果实；贮藏；cE 一CaM 信使系统
中图分类号：S 641．2；S 668．4 文献标识码 ：A 文章编号 ：0513 353X (2003)03—0263．04
乙烯既是跃变型果实成熟衰老的启动者和加速者，也是影响非跃变型果实成熟衰老的主要因子之
一 【I’
。 Ca2 作为植物细胞信号转导过程中的第二信使已得到充分肯定 J。研究表明，外界环境 、激
素等刺激均可诱导细胞质内 CE 水平瞬时升高，而且，CE 几乎涉及到细胞的各种代谢和发育过
程【引，例如 Ca2+参与了乙烯诱导的豌豆、绿豆幼苗 ACC氧化酶基因表达和番茄幼苗乙烯生成 J。
钙调素 (C )是普遍存在于真核生物的一种 Ca2 受体蛋白，主要通过与 Ca2 结合而活化，活化的
CaM直接与靶酶结合或通过活化依赖 ca2 ．CaM的蛋白激酶调节生理代谢L7J。研究表明，CaM 参与了外
源乙烯诱导的番茄和绿豆幼苗乙烯合成L5．6]。作者以非跃变型果实草莓和跃变型果实番茄为试材进行对
比研究，以探讨 Ca2 ．CaM 与果实乙烯自我催化作用的关系，为乙烯代谢的调控提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 材料
试验在河北省农林科学院遗传生理研究所进行。分别在 2001年 5月和 12月 自河北省农林科学院
石家庄果树研究所和石家庄市市郊温室大棚采集处于乳白期的 ‘春星’草莓 (Fragaria anala~a Duch．
‘Chunxing’)果实与绿熟期的 ‘保冠’番茄 (Lycoperswon esculentum ‘Baoguan’)果实为试验材料。草莓
果实用异搏定 (Verapamil，Vp)100 panol·L一、氯丙嗪 (Chloropromaize，CPZ)100 p．mol·L一、三氟拉嗪
(Trifluoperazine， )100 p．mol·L 和蒸馏水 (对照)浸泡 2 min后晾干，置于真空干燥器内，通入乙
烯气体 (最终浓度为 50 ·L )，进行密封处理，以空气密封处理作对照，分别在 25~C下处理 12 h
和去除乙烯处理后在空气中放置 24 h时取样测定。番茄果实经减压渗入 (66．66 kPa，3 min)上述试
剂后，除在空气中放置时间较草莓果实长 (8 d)外，其余处理条件均与草莓相同。
1．2 测定方法
乙烯释放速率 ：将 0．5 kg草莓或 1．0 kg番茄放于真空干燥器内，密封 1 h后吸取 1 mL气体用 SP一
518型气相色谱仪检测乙烯含量。采用 N2载气，氢离子火焰检测器 ，柱温 90℃，检测器温度 120~C。
CaM含量 ：取 5 g果实样品，加 1～2倍体积的提取液 (Tris 50 mmol·L～，EGTA 2 mmol·L一，
收稿日期：2O02—11—08；修回日期：2003—03—19
基金项目：河北省农林科学院博士基金资助项 目
*通讯作者，Author for CO~ ICe，E-mail：junfeng-guan@263．net
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园 艺 学 报 30卷
NaC1 0．15 mol·L～，PMSF0．25 mmol·L～，NariS03 20 mmol·L～，DTr 1 mmol·L )研磨，10000 g下离
心 30 min，取上清液于 95％的水浴中保温 3 min，然后 10000 g下离心 10 min，酶联免疫吸附法
(ElJSA)~sJ测定 CaM的含量。
2 结果与分析
2．1 外源乙烯对草莓和番茄果实乙烯释放速率的影响
经外源乙烯处理后，草莓乙烯释放速率显著高于对照，乙烯处理 12 h时是对照的 5．2倍 (图 1)，
二者间差异达极显著水平 (P<0．01)。除去乙烯 24 h后处理仍 比对照高 7l％，二者间差异仍达显著
水平 (P<0．05)，说明外源乙烯能诱导草莓内源乙烯的大量合成。
绿熟番茄果实经乙烯处理后，乙烯释放高峰提前出现，但与对照相比，峰值没有增加，二者峰值
差异不显著 (P>0．05，图 2)。这说明外源乙烯对跃变型果实番茄乙烯释放速率只是起到加速作用，
在释放水平上影响并不明显。两种果实对外源乙烯的反应存在明显差异。
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处理 Treatment
图1 Vp、CPZ、TFP与乙烯对乳白期草莓
果实乙烯释放速率的影响
Vp：异搏定；cPZ：氯丙嗪；1下P：三氟拉嗪。
Fig． 1 Efects ofexogellous ethylene without or witll Vp．
a andTFP on eCllyE~le pIDdlIc啦∞ ratesof strawberry
fruit at white stage
Vp：Verapamil；CPZ；Chloropromaize；TFP．-Tritluoperazine
天数 Days(d)
图 2 Vp、CPZ、TFP与乙烯对绿熟期番茄
果实乙烯释放速率的影响
Vp：异搏定；CPZ：氯丙嗪；TFP：三氟拉嗪。
rag．2 The efects ofexogelous elhylene without or witl Vp，
CPZ and TFPon ethylene production ra tes oftonmto fruit
at greta mature stage
Vp：Verapamil；CPZ,Chloropromaize；11 ：Tritluoperazine．
2．2 外源乙烯对草莓和番茄果实 CaM 含量的影响
外源乙烯能增加草莓中CaM 的含量，当乙烯处理 12 h时，处理是对照的 3．09倍，二者间差异达
极显著水平 (P<0．01)，除去乙烯 24 h后，处理仍比对照多 54．13％，二者间差异仍达显著水平 (P
<0．05，图 3，A)。乙烯处理的番茄，其 CaM 含量高峰在采后 4 d时出现，而对照的在第 8天仍处于
上升阶段。采后4、6 d，乙烯处理的 CaM 含量也显著高于对照，二者间差异达显著水平 (P<0．05，
图3，B)。这些说明外源乙烯诱导了 CaM 的生成。
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图 3 乙烯对乳白期草莓果实 (A)和绿熟期番茄果实 (B)CaM含量的影响
Fig．3 Ef ects ofa∞静m瞳坶ethylene on CaM content of strawberry fruit at white stage(A)and tonmto fruit at greta ma ture stage(B)
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3期 顾采琴等：草莓和番茄果实乙烯 自我催化与 C2 一CaM的关系
2．3 Ca2 ．CaM 与外源乙烯对草莓和番茄乙烯释放速率的影响
vp是钙通道阻塞剂，可以阻止胞外 Ca2 经质膜通道进入细胞内L9，10J。本研究结果表明，Vp能抑
制外源乙烯对草莓内源乙烯合成的诱导作用 (图 1)，Vp浸泡过的果实经乙烯处理 12 h时，乙烯释放
速率是乙烯单一处理的 32．91％，除去乙烯 24 h时 vp仍抑制乙烯的生成 (图 1)。这说明当果实细胞
质膜 ca2 通道被阻塞后，即使有外源乙烯存在，也不能充分发挥乙烯的作用。同时，Vp还能明显抑
制外源乙烯诱导的番茄乙烯合成 (图2)，并且推迟至处理后第 8天乙烯释放率才开始回升，说明乙
烯的合成需要胞外 ca2 内流的参与。
另外，CaM拮抗剂 CPZ、TFP也明显抑制外源乙烯诱导的草莓 内源乙烯的合成，乙烯处理 12 h
时，CPZ、TFP使乙烯释放速率分别为乙烯单一处理的24．76％和34．29％，除去乙烯 24 h时 CPZ、TFP
的抑制作用仍存在 (图1)，说明草莓乙烯的自我催化与CaM密切相关。但CPZ、TFP对外源乙烯诱导
的番茄乙烯释放高峰出现时间无明显影响 (图2)，峰值略有降低，但它们与乙烯单独处理之间差异
不显著 (P>0．05)，说明跃变型番茄果实乙烯 自我催化作用可能与 CaM 无关。
3 讨论
本试验结果表明，番茄和草莓果实的乙烯自我催化作用模式完全不同，外源乙烯使番茄乙烯生成
高峰提前出现，而使草莓增加乙烯生成量。
据报道，乙烯作用于植物细胞时，引起胞内 Ca2 浓度升高，并诱导 ACC氧化酶基因的表达L4J。
本研究结果显示，细胞质膜 Cd 通道阻塞剂 vp与乙烯共同处理草莓和番茄果实时，能抑制乙烯的自
我催化作用 (图 1，2)，说明即使有乙烯存在，当钙通道被阻塞时，乙烯的作用被抑制。这表明，乙
烯的催化作用需要胞外 ca2 内流的参与，推测乙烯自我催化作用可能是乙烯激活了 ca2 通道，使胞
外ca2 进入细胞内引起 ca2 浓度升高，从而作为信号启动生物和生理效应 ¨ ，如激活与乙烯生物合
成有关的酶，导致乙烯的大量生成。
ca2 结合蛋白有4大类，其中caM 是最重要的受体蛋白之一。caM 作为ca2 信使受体与ca2 形
成复合体后作用于靶酶共同调节一系列生理反应l7]。本研究结果显示，乙烯诱导草莓和番茄 CaM 含
量增加 (图3)，说明乙烯的诱导作用与 caM 密切相关。进一步用 caM 拮抗剂 TFP、CPZ与乙烯一起
处理草莓时可抑制乙烯的合成 (图 1)，说明当 ca2 ．caM 信号系统被阻断时，乙烯的作用也同样受抑
制，这表明草莓的乙烯 自我催化作用涉及到 ca2 ．caM 信号系统的参与。虽然乙烯也促进番茄 caM 的
增加，但同时使用 caM 拮抗剂 TFP、cPz处理番茄时，乙烯释放速率高峰出现时间和峰值几乎不受影
响 (图2)。黄国存等ll ]发现单独用 TFP处理番茄对乙烯合成影响不大，说明 CaM 不是番茄乙烯 自我
催化所必需的，是否可能 ca2 与其他受体蛋白结合作用于靶酶而引起乙烯的合成变化，还值得研究。
综上所述，跃变型果实番茄和非跃变型果实草莓的乙烯自我催化作用均与胞外 ca2 的内流有关，
暗示调节胞质内ca2 浓度可以调控乙烯的代谢。CaM 可能参与草莓的乙烯自我催化，但与番茄的乙
烯 自我催化作用无明显关系。
参考文献：
l 罗云波．果蔬采后生物技术研究进展．园艺学年评，1995，l：39～56
2 ~lievre JM，IatchaA，Jones B，et a1．Ethylene andfruit ripening．PhysiologiaPlantartu，1997，101(4)：727—739
3 BushD S．Calcium regulation in plant celsandits rolein sj 诅IliJ1g．A／I／Il1． Rev．Plant Physio．PlantMo1．Bio1．，1995，46：95～122
4 Kwak S H，Lee S H．The requileln~nts for Ca2 ，protein phc~ horylation and dephesphorylation for ethylene signal lransdletion in P／sum sativum
L．Plant Cell~ysi,a．，1997，38(10)：1142～1149
5 JungT，Lee JH，a】oM H， et a1．Induction of1-aminocycloprqvane- 1一carboxylate oxidation mRNA by ethylenein namg bean roots．-possible
involvement ofCa2 and phesphoinositides in ethylene signaling
． Plant Cel and Environment，20O0，23 (2)：205～213
6 YP，Zhu BZ，IatoYB．Relationship between Ca2 and plant ethylenel~ponfe
． Aeta Botanica Sinica，2002，44(4)：422～426
维普资讯 http://www.cqvip.com
园 艺 学 报 30卷
7 孙大业，郭艳林，马力耕 ．细胞信号转导．北京 ：科学出版社，2000．91～103，195～200
8 汤章城 ．现代植物生理学实验指南．北京：科学出版社 ，1999．251～252
9 Graziana A，Fosset M．Ranjeva R．et a1．Ca channel inhibitors that bind to plant cel membrBnE．s block Ca： entry into protoplasts．Biochem-
istry．1988，27：764～768
10 Knight M R， Smith S M，Tmwavas A J．Wind—induced plant motion immed iately increase cytosolic calcium ．Proc ． Nail． Acad． Sci． USA．
199 ．89：4967～4971
ll 关军锋 ，李广敏．钙在植物乙烯生成及信号传递中的生理作用．植物学通报，2000，17(5)：413～418
l2 黄国存 ，张继澍 ．孙大业． I 对采后番茄 CaM、呼吸强度及乙烯产生的影响，园艺学报，1993。加 (4)：403～404
The Relationship between Ca2 -CaM and Ethylene Autocatalysis in Strawbe rry
and Tomato Fruit
Gu Caiqin ，Xi Yufang ，Guan Junfeng2，and Li Guangmin
( Colege ofBio-systems Engineering and Food Science，Zhejiang University，Ho．,~hou 310029，
Physiology，Hebei Academy ofAgriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，Ch／na)
Abstract： Strawberry an d tomato fruits harvested at white and green mature stages respectively were
investigated in relation to ethylene production rates and calmodulin(CaM)contents．The fruits were treated for 12
h with exogenous ethylene in combination with verapamil(Vp)or chloropmma ize (CPZ)and trifluoperazine
(，I1 )，and then removed from the ethylene for strawberry．The results showed that exogenous ethylene could
increase ethylene production of strawberry by420％ ——73％ and resulted in a peak of ethylene production oftoma to
fruit with 2 days in advance． Ethylene also increased the CaM contents in both fruits．Vp．CPZ and TFP restrained
the ethylene production in strawbe rry fruit when ethylene applied to the fruit，which indicated that Ca2 ．CaM signal
system ma ybe involved in ethylene autocatalysis．Vp， but CPZ andⅡ ， can inhibited the ethylene autocatalysis
of toma to fruit，which suggesting that，in contrast to strawberry，ethylene autoeatalysis of the fruit was related to
Ca2 influx from the extracelluar space
， but to CaM ．
Key words：Ethylene；Strawberry；Tomato；Fruit；Storage；Ca2 -CaM message system
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