全 文 ：广 西 植 物 Guihaia　Oct．２０１５,３５(５):６４１－６４７　　　　　　　　　　 http://journal．gxzw．gxib．cn　
DOI:１０．１１９３１/guihaia．gxzw２０１４０７０３６
章英才,曹金霞,景红霞．灵武长枣果实质膜和液泡膜H＋ＧATPase和H＋ＧPPase活性与果实糖分积累[J]．广西植物,２０１５,３５(５):６４１－６４７
ZhangYC,CaoJX,JingHX．H＋ＧATPaseandH＋ＧPPaseactivitiesofplasmalemmaandtonoplastandsugaraccumulationinfruitofZiziphusjujubacv．
Lingwuchangzao[J]．Guihaia,２０１５,３５(５):６４１－６４７
灵武长枣果实质膜和液泡膜H＋ＧATPase和
H＋ＧPPase活性与果实糖分积累
章英才∗,曹金霞,景红霞
(宁夏大学 生命科学学院,银川７５００２１)
摘　要:以不同发育时期灵武长枣(Ziziphusjujubacv．Lingwuchangzao)的果实为材料,通过测定与分析果
肉组织中细胞质膜、液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase活性、果实糖分含量变化,研究了灵武长枣果实质膜、液
泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase活性与糖积累特性的关系.结果表明:(１)果实第二次快速生长期之前主要积
累葡萄糖和果糖,之后果实迅速积累蔗糖,葡萄糖和果糖含量则逐渐下降,成熟期果实主要积累蔗糖.(２)在
果实发育的缓慢生长期S１,质膜H＋ＧATPase活性最低;第一次快速生长期,质膜H＋ＧATPase活性最高;缓慢
生长期S２,其活性降低;第二次快速生长期,质膜 H＋ＧATPase活性升至次高;完熟期,质膜 H＋ＧATPase活性
下降幅度较大.(３)在果实发育过程中,液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase活性的变化趋势相似.缓慢生长期
S１,液泡膜 H＋ＧATPase和H＋ＧPPase活性较低;从缓慢生长期S１至第一次快速生长期缓慢下降至最低;从第
一次快速生长期开始,液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase活性呈现为逐渐增高的变化趋势;除第二次快速生长
期以外,液泡膜 H＋ＧPPase活性始终高于 H＋ＧATPase.由此推测,质膜 H＋ＧATPase和液泡膜 H＋ＧATPase、
H＋ＧPPase对灵武长枣果实糖分的跨膜次级转运起到重要的调控作用.
关键词:灵武长枣;质膜;液泡膜;H＋ＧATPase;H＋ＧPPase;糖积累
中图分类号:Q９４５．１８　　文献标识码:A　　文章编号:１０００Ｇ３１４２(２０１５)０５Ｇ０６４１Ｇ０７
H＋ＧATPaseandH＋ＧPPaseactivitiesofplasmalemma
andtonoplastandsugaraccumulationinfruitof
Ziziphusjujubacv．Lingwuchangzao
ZHANGYingＧCai∗,CAOJinＧXia,JINGHongＧXia
(SchoolofLifeSciences,NingxiaUniversity,Yinchuan７５００２１,China)
Abstract:InordertostudytherelationbetweentheH＋ＧATPaseandH＋ＧPPaseactivitiesofplasmalemmaandtonoＧ
plastandthesugaraccumulationinfruitofZiziphusjujubacv．Lingwuchangzao,theH＋ＧATPaseandH＋ＧPPase
activitiesofplasmalemmaandtonoplastandthesugarcontentinfruitweredeterminedwithdiferentdevelopmental
periodsfruitasmaterials．Theresultswereasfolows:(１)Thefruitmainlyaccumulatedglucoseandfructosebefore
thesecondrapidgrowthperiod,sucroseaccumulatedrapidlyafterthesecondrapidgrowthperiod,atthesametime,
thecontentofglucoseandfructosedecreasedgradualy,thematureperiodfruitmainlyaccumulatedsucrose．(２)The
plasmalemmaH＋ＧATPaseactivitywasthelowestintheslowergrowthperiodS１andthehighestinthefirstrapid
收稿日期:２０１４Ｇ０９Ｇ２３　　修回日期:２０１４Ｇ１１Ｇ１７
基金项目:国家自然科学基金(３１１６００５７)
作者简介:章英才(１９６７Ｇ),男,宁夏中卫人,教授,硕士生导师,主要从事植物学研究,(EＧmail)yingcaizh＠１６３．com.
∗通讯作者
growthperiod,butitdropedintheslowergrowthperiodS２androsetohigherinthesecondrapidgrowthperiodand
dropedsubstantialyinthematureperiod．(３)ThevariationtrendoftonoplastH＋ＧATPaseactivitywassimilarto
tonoplastH＋ＧPPaseactivityduringfruitdevelopment．TonoplastH＋ＧATPaseandH＋ＧPPaseactivitieswerelowerin
theslowergrowthperiodS１,theydropedslowlytothelowestfromtheslowergrowthperiodS１tothefirstrapid
growthperiodandincreasedgradualyfromthefirstrapidgrowthperiod,tonoplastH＋ＧPPaseactivitywashigher
throughoutthantonoplastH＋ＧATPaseactivityexceptthesecondrapidgrowthperiod．Hence,theplasmalemma
H＋ＧATPaseandthetonoplastH＋ＧATPaseandH＋ＧPPaseplayedanimportantregulativeroleinsecondaryactive
transportsugaracrossmembraneinfruitofZ．jujubacv．Lingwuchangzao．
Keywords:Ziziphusjujubacv．Lingwuchangzao;plasmalemma;tonoplast;H＋ＧATPase;H＋ＧPPase;sugaraccuＧ
mulation
　　植物质膜H＋ＧATPase(PＧATPase)以及液泡膜
上的２类质子泵 H＋ＧATPase(VＧATPase)和 H＋Ｇ
PPase(VＧPPase)是膜束缚的功能性蛋白质,参与跨
膜物质运输和植物生长发育等诸多生理生化过程
(姚秋菊等,２００８).质膜 H＋ＧATPase作为植物生
命活动的“主宰酶”,能水解ATP产生能量,并把细
胞质内的 H＋逆向跨质膜泵出膜外,产生跨膜pH
梯度和电势梯度,形成质子电化学势△pH,驱动氨
基酸、小分子糖和游离糖等的次级主动运输(MorＧ
sommeetal．,２０００;Sondergaardetal．,２００４).木
质部和韧皮部中无机营养物和有机营养物的装载都
由该酶控制.液泡膜 H＋ＧATPase和质膜 H＋ＧATＧ
Pase结构不同但功能相同(陈亚华等,２０００).液泡
膜 H＋ＧPPase是一种区别于 H＋ＧATPase的质子
泵,H＋ＧPPase将焦磷酸(PPi)水解为２个Pi,不仅
减弱了高浓度PPi对胞质生物大分子合成的影响,
而且为此过程中H＋从细胞质跨膜转运到液泡提供
了自由能(包爱科等,２００６).液泡膜 H＋ＧPPase与
H＋ＧATPase共同作用形成 H＋跨液泡膜电化学梯
度,为离子、氨基酸和糖类等各种溶质分子跨液泡膜
的次级主动运输提供驱动力,促进多种离子和代谢
产物在液泡中的积累(包爱科等,２００６).以往研究
较多关注质膜、液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase
在植物抵御盐胁迫(Muramatsu,etal．,２００２;Yang,
etal．,２００７)、温度胁迫(Lindberg,etal．,２００５;
Zhang,etal．,２００６;潘秋红等,２００７)、养分胁迫
(Yan,etal．,２００２)等逆境中的作用,但对发育过程
中果实质膜、液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase在
果实有机物积累过程中的作用未见有研究,以及果
实中糖的跨膜运输能力及其与糖积累之间的关系尚
未见有报道.
果实中积累的糖分主要为果糖、葡萄糖和蔗糖,
果实品质在很大程度上取决于果实内所含糖的种类
和数量(陈俊伟等,２００４),因此,糖分的积累是果实
品质的关键.果实积累糖分的过程受诸多因素调
控.控制糖分积累的关键步骤是位于正在发育的果
实内部,而不是源叶输出光合产物的能力或是韧皮
部路径的运输效率.库细胞中韧皮部后运输效率,
糖代谢酶的成分与活力和糖的跨膜运输能力等因素
决定了果实糖的积累.
灵武长枣(Ziziphusjujubacv．LingwuchangＧ
zao)是宁夏具有地方特色的优良鲜食枣品种,具有
食用和药用价值(章英才等,２０１４).目前,对灵武长
枣的研究主要集中于产业化生产和鲜果保鲜、生物
学特性、种质资源调查和品种选优等方面,但对果实
品质形成的原因仍缺少深入而系统地研究,尤其在
果实发育过程中糖的积累规律及其与质膜和液泡膜
酶活性方面的研究还未见报道(章英才等,２０１４).
本研究以灵武长枣果实为试材,对发育过程中果实
细胞质膜和液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase的活
性以及糖的运 输 积 累 进 行 了 研 究,阐 明 H＋Ｇ
ATPase和 H＋ＧPPase活性变化及其在灵武长枣果
实糖积累中的作用,研究结果对于进一步明确灵武
长枣果实中的糖分积累机理具有重要意义,为科学
调控果实糖分积累奠定基础.
１　材料与方法
１．１材料
以宁夏红枣工程技术研究中心试验基地的６年
生灵武长枣为供试材料,采用随机区组设计,３次重
复,每次重复选择树势适中、栽培管理一致的植株
５~１０株,用３种不同颜色的毛线于６月１０日标记
同一天开放的花朵,每个重复标记３０００朵.果实
的生长发育曲线为“双S”型(章英才等,２０１４),呈现
慢—快—慢—快—慢的生长节奏,分别在果实缓慢
２４６ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３５卷
生长期S１、第一次快速生长期R１、缓慢生长期S２、
第二次快速生长期R２、缓慢生长期S３共５个阶段
的中间典型时期,即分别于６月２０日(花后１０d)、７
月１０日(花后３０d)、８月９日(花后６０d)、９月８日
(花后９０d)、９月２８日(花后１１０d)采集果实.采
样于上午９:００－１１:００进行,分别从标记植株树冠
的东、西、南、北四个方向及上、中、下、里、外各方向
选取大小一致无病虫害的果实.用于测定酶活性的
样品保存于液氮中,后放入Ｇ８０℃冰箱备用;部分样
品烘干后用于测定果实发育过程中糖的含量.
１．２测定项目和方法
１．２．１果实质膜微囊和液泡膜微囊的制备　参考
Milneretal．(１９９５)的方法,所有操作过程均在０~
４℃下进行.分别称取各时期等质量的果实,用去
离子水清洗后,剪碎.
取果肉组织１０g加入３０mL冷冻研磨缓冲液
(２５０mmol􀅰LＧ１甘露醇,０．３％(w/v)BSA,１．５％
PVPP,４mmol􀅰LＧ１ DTT,３mmol􀅰LＧ１ EDTA,
１０％甘油,０．４％ 酪 蛋 白,１０ mmol􀅰LＧ１ Vc,１
mmol􀅰 LＧ１ PMSF,７０ mmol􀅰 LＧ１ TrisＧCl,５
mmol􀅰LＧ１BTPＧMes,pH８．５)中研磨后真空渗透１０
min,匀浆,经四层纱布过滤后,１３０００×g离心１５
min,上清液经８００００×g离心４５min,沉淀在２mL
冷冻悬浮液１(２５０mmol􀅰LＧ１甘露醇,２mmol􀅰LＧ１
DTT,１０％甘油,５mmol􀅰LＧ１Tris,用 MES调pH
至７．０)中悬浮.在１０mL的４７％、３８％和２４％蔗
糖(含１mmol􀅰LＧ１DTT、５mmol􀅰LＧ１Tris/MES
(pH７．０))不连续梯度中７４０００×g超速离心３h,分
别提取４７％~３８％梯度间和３８％~２４％梯度间的
两层界面处离心沉淀物,再加入１０倍体积１０mmol
trisＧMes(pH７．０)稀释,经１０００００×g离心３０min,
弃上清,沉淀重新悬浮于悬浮液２(２５０mmol􀅰LＧ１
甘露醇,１mmol􀅰LＧ１DTT,１０％甘油,５mmol􀅰LＧ１
Tris,用 MES调pH 至７．０)后液氮速冻,Ｇ７０℃保
存,即得质膜微囊和液泡微囊.
１．２．２蛋白浓度测定　蛋白浓度的测定用Bradford
(１９７６)的方法,以BSA为标准蛋白.
１．２．３质膜和液泡膜酶活性测定
１．２．３．１　质膜 H＋ＧATPase活性测定　参考 Milner
etal．(１９９５)的方法,略有改动.０．５mL反应体系
中含膜蛋白１０~２０μg、MgSO４２mmol􀅰LＧ１、KCl
５０mmol􀅰LＧ１、Tris/MES(pH６．５)４０mmol􀅰LＧ１、
NaN３２．０mmol􀅰LＧ１、NaNO３５０mmol􀅰LＧ１、钼酸
铵０．１mmol􀅰LＧ１和０．１％ (v/v)TritonXＧ１００、用
ATPＧNa２３mmol􀅰LＧ１启动反应,３７℃下反应３０
min,加入１mL酶反应终止液(钼酸铵Ｇ硫酸溶液)
终止反应.２min后加入０．２mL显色剂１０％抗坏
血酸显色,１０min后在６６０nm波长下测定其吸光
值,得出释放的无机磷量,即可得 H＋ＧATPase活
性.酶活性以μgPi􀅰mgＧ１Protein􀅰minＧ１表示.
１．２．３．２　液泡膜 H＋ＧATPase活性测定　参考
Milneretal．(１９９５)的方法,略有改动.０．５mL反
应体系中含膜蛋白１０~２０μg、MgSO４２mmol􀅰
LＧ１、KCl５０ mmol􀅰LＧ１、Tris/MES(pH７．０)４０
mmol􀅰 LＧ１、NaN３ ２．０ mmol/、Na３VO４ ０．０５
mmol􀅰LＧ１、钼酸铵０．１mmol􀅰LＧ１和０．１％ (v/v)
TritonXＧ１００、用 ATPＧNa２３mmol􀅰LＧ１启动反应,
３７℃下反应３０min,加入１mL酶反应终止液(钼
酸铵Ｇ硫酸溶液)终止反应.２min后加入０．２mL
显色剂１０％抗坏血酸显色,１０min后在６６０nm波
长下测定其吸光值,得出释放的无机磷量,即可得
H＋ＧATPase 活 性. 酶 活 性 以 μg Pi􀅰 mgＧ１
Protein􀅰minＧ１表示.
１．２．３．３　液泡膜H＋ＧPPase活性的测定　参照何龙
飞等(１９９９)的方法,略有改动.０．５mL反应体系中
含膜蛋白１０~２０μg、MgSO４２mmol􀅰LＧ１、KCl５０
mmol􀅰LＧ１、Tris/MES(pH７．０)４０ mmol􀅰LＧ１、
NaN３２．０ mmol􀅰LＧ１、NaNO３ ５０ mmol􀅰LＧ１、
Na３VO４０．０５mmol􀅰LＧ１、钼酸铵０．１mmol􀅰LＧ１和
０．１％ (v/v)TritonXＧ１００、用焦磷酸钠３mmol􀅰LＧ１
启动反应,３７℃下反应３０min,然后加入１mL酶
反应终止液(钼酸铵Ｇ硫酸溶液)终止反应.２min后
加入０．２mL显色剂１０％抗坏血酸显色,１０min后
在６６０nm波长下测定其吸光值,得出释放的无机
磷量,即可得到焦磷酸酶活性.酶活性以μgPi􀅰mgＧ１
Protein􀅰minＧ１表示.
１．２．４可溶性糖的提取和含量测定　参考章英才等
(２０１４)和赵智中等(２００１)的方法.用日本岛津LCＧ
２０AT型高效液相色谱仪测定糖含量,色谱条件:
流动相(乙腈∶重蒸水＝８５∶１５),流速１．０mL􀅰
minＧ１,ShimＧpackCLCＧNH２氨基柱,柱温为室温,
RIDＧ１０A示差检测器,LCsolution数据处理系统.
１．３数据处理
采用SPSS１９．０软件和Excel２００７软件进行数
据处理与统计分析.
３４６５期　　章英才等:灵武长枣果实质膜和液泡膜H＋ＧATPase和H＋ＧPPase活性与果实糖分积累
２　结果与分析
２．１果实发育过程中可溶性糖含量的变化
测定果实发育过程中葡萄糖、果糖和蔗糖３种
主要可溶性糖含量的结果(图１)表明,在缓慢生长
期S１时,果实中３种糖的含量差别不明显;第一次
快速生长期R１开始３种糖的含量均呈逐渐增加趋
势,其中果糖和葡萄糖含量增加较快,而蔗糖含量增
加较慢;自缓慢生长期S２开始蔗糖的含量迅速增
加,葡萄糖和果糖含量仍延续快速增加的趋势;到果
实发育至第二次快速生长期R２时,葡萄糖和果糖
含量均呈快速下降趋势,而蔗糖的含量仍表现为快
速增加,至果实发育成熟,含量高达１３９．８０mg􀅰
gＧ１,远高于果糖的６５．０６mg􀅰gＧ１和葡萄糖的５１．３０
mg􀅰gＧ１,蔗糖和还原糖比值为１．２∶１,说明灵武长
枣果实成熟时主要以积累蔗糖为主.缓慢生长期
S１果实总糖含量较低,从第一次快速生长期R１至
缓慢生长期S２总糖含量较快增长,主要原因是葡萄
糖和果糖含量的快速增加;缓慢生长期S２至第二次
快速生长期R２,由于葡萄糖、果糖和蔗糖３种可溶
性糖含量均迅速增加,因而总糖含量也迅速增加;第
二次快速生长期R２至缓慢生长期S３,由于蔗糖含
量仍快速增加,而葡萄糖和果糖含量快速下降,导致
果实总糖含量增加缓慢,果实发育中后期是总糖快
速积累的关键时期.
图１　果实发育过程中可溶性糖含量的变化
Fig．１　Changesofsolublesugarcontent
inthedevelopingfruits
２．２果实发育过程中质膜H＋ＧATPase活性变化
细胞质膜 H＋ＧATPase活性的变化规律(图２)
表明,其活性变化趋势呈现低—高—低—高—低的
“M”型变化趋势,与果实慢－快－慢－快－慢的生
长趋势变化相对应.缓慢生长期S１,H＋ＧATPase
活性最低;第一次快速生长期R１,质膜H＋ＧATPase
活性升至最高峰值;缓慢生长期S２,H＋ＧATPase活
性有所下降;第二次快速生长期R２,质膜 H＋ＧATＧ
Pase活性升至第二峰值;缓慢生长期S３即完熟期
质膜 H＋ＧATPase活性下降幅度较大.细胞质膜
H＋ＧATPase为糖分运进细胞提供了能量,但随着
果实成熟,其活性降低,说明由韧皮部卸载的糖分在
进入细胞时,除存在以 ATP为能量载体的主动运
输过程外,还可能存在被动运输的过程.
图２　果实发育过程中质膜 H＋ＧATPase活性的变化
Fig．２　ChangesofplasmamembraneH＋ＧATPase
activityinthedevelopingfruits
２．３ 果实发育过程中液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋Ｇ
PPase活性变化
由图 ３ 可知,缓慢生长期 S１,液泡膜 H＋Ｇ
ATPase和 H＋ＧPPase活性较低,为果实整个发育
过程中的次低值;从缓慢生长期S１至第一次快速生
长期R１,液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase活性缓
慢下降至最低,细胞积累糖分的能力较弱.从第一
次快速生长期R１开始,液泡膜H＋ＧATPase和H＋Ｇ
PPase活性呈现为逐渐增高的变化趋势,其中,第一
次快速生长期R１至缓慢生长期S２,H＋ＧATPase和
H＋ＧPPase活性增加较快;缓慢生长期S２至第二次
快速生长期R２,H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase活性增
加较慢;第二次快速生长期 R２至缓慢生长期S３,
H＋ＧATPase和H＋ＧPPase活性迅速增至果实发育
过程的最高值.在果实发育的过程中,除第二次快
速生长期R２外,液泡膜 H＋ＧPPase活性始终高于
H＋ＧATPase.植物细胞的液泡是果实糖分贮藏的
主要细胞器,糖分跨液泡膜同时存在主动运输和被
４４６ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３５卷
动运输,而主动运输所需能量主要来自液泡膜 H＋Ｇ
PPase和H＋ＧATPase产生的跨液泡膜 H＋梯度,果
实发育进程中液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase活
性的持续增高,为液泡内糖分的运输提供原动力.
图３　果实发育过程中液泡膜 H＋ＧATPase
和 H＋ＧPPase活性的变化
Fig．３　ChangesoftonoplastH＋ＧATPaseandH＋ＧPPase
activitiesinthedevelopingfruits
２．４ 质膜 H＋ＧATPase、液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋Ｇ
PPase活性与可溶性糖的相关性
表１结果表明,质膜 H＋ＧATPase活性与３种
可溶性糖及总糖的积累相关性不显著,而液泡膜
H＋ＧATPase和H＋ＧPPase活性与蔗糖的积累具有
显著的相关性,并且液泡膜 H＋ＧATPase活性与总
糖积累也存在显著的相关性.因此,质膜 H＋ＧATＧ
Pase主要影响糖分的跨质膜主动运输,对果实细胞
糖分的跨质膜次级转运发挥重要的调控作用,而液
泡膜H＋ＧATPase和H＋ＧPPase则与果实糖分跨液
泡膜的积累具有密切关系.
表１　质膜H＋ＧATPase、液泡膜H＋ＧATPase和
H＋ＧPPase活性与可溶性糖的相关性分析
Table１　Relationalanalysisbetweenplasmamembrane
H＋ＧATPase,tonoplastH＋ＧATPaseandH＋ＧPPase
activitiesandsolublesugarcontent
可溶性糖
Solublesugar
质 膜 H＋Ｇ
ATPase活性
Plasma
membrane
H＋ＧATPase
activity
液泡膜 H＋Ｇ
ATPase活性
Tonoplast
H＋ＧATPase
activity
液泡膜 H＋Ｇ
PPase 活 性
Tonoplast
H＋ＧPPase
activity
蔗糖Sucrose Ｇ０．１３３ ０．９４８∗ ０．９５４∗
果糖Fructose ０．２０４ ０．７７８ ０．６３０
葡萄糖Glucose ０．１９０ ０．７４０ ０．５８３
总糖Totalsugar ０．０５２ ０．９０９∗ ０．８２１
　注:∗ 表示相关性达０．０５显著水平.
　Note:∗standsforsignificanceofcorrelationcoefficientat０．０５level．
３　讨论与结论
叶片产生的光合同化产物以蔗糖的形式,经韧
皮部长途运输后卸载到果实内,在有关酶的作用下
进行代谢及跨膜运输,最终以蔗糖、果糖和葡萄糖等
形式积累在果实中.果实糖分含量和组成是决定品
质的重要指标,糖积累是果实品质形成的关键(章英
才等,２０１４).灵武长枣果实内主要含葡萄糖、果糖
和蔗糖３种可溶性糖,发育成熟的果实中蔗糖与还
原糖之比为１．２∶１,说明果实的糖积累方式是以可
溶性糖的形式贮藏积累的糖直接积累型,发育成熟
的果实主要积累蔗糖,是蔗糖积累型果实.细胞的
液泡是果实积累糖分的主要细胞器,光合产物从韧
皮部卸出后,进入薄壁细胞储藏必须穿过质膜和液
泡膜进入液泡储藏利用(陈俊伟等,２００４).糖在果
肉细胞质膜和液泡膜上的运输是需要能量的主动过
程,H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase分别水解 ATP 和
PPi为光合产物的跨膜运输提供能量,质膜 H＋Ｇ
ATPase、液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase是产生
跨膜H＋梯度,形成 H＋动力势的主要酶类(姚秋菊
等,２００８).
质膜上糖的运输同时存在主动和被动过程.被
动运输不需要能量,而糖分逆浓度梯度的跨细胞膜
的主动运输是消耗能量的过程,物质转运量多质膜
H＋ＧATPase则 丰 富,活 性 较 高 (Alvesetal．,
２００４).灵武长枣果实的生长发育曲线为“双S”型
(章英才等,２０１４),呈现出慢－快－慢－快－慢的生
长节奏,果实生长发育过程中有两个快速生长阶段,
花后３０d和花后９０d分别处于果实第一次快速生
长期和第二次快速生长期,此时质膜 H＋ＧATPase
活性均较高,糖分跨质膜运输能力较强,尤其是第一
次快速生长期果实的增长速度快于第二次快速生长
期,对糖分等物质的需求较多,质膜 H＋ＧATPase活
性最高;而液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase活性
在第一次快速生长期最低,第二次快速生长期 H＋Ｇ
ATPase和 H＋ＧPPase活性无明显增加,跨质膜进
入细胞的糖分积累较少,运输至果实的糖分主要用
于果实生长.由于ATP水解产生的能量不能被植
物细胞直接利用,实现逆浓度梯度跨质膜转运糖分,
而质膜H＋ＧATPase利用水解ATP产生能量,将质
膜内侧的H＋泵至质膜外侧,产生跨质膜pH 梯度
和电势梯度,为糖分跨质膜转运提供驱动力(SonＧ
５４６５期　　章英才等:灵武长枣果实质膜和液泡膜H＋ＧATPase和H＋ＧPPase活性与果实糖分积累
dergaardetal．,２００４;刘昂等,２０１４).通过质膜运
输到果实细胞中的蔗糖被分解为果糖和葡萄糖,为
构建果实的形态奠定了物质基础,促进了果实的快
速生长,是果实第一次快速生长期之后至第二次快
速生长期果糖和葡萄糖比例较高的主要原因.乔永
旭等(２００４)认为,果实中蔗糖的积累数量严重影响
成熟期果实的糖总量.本研究表明,花后９０d即第
二次快速生长期是果实第二次快速增长即将结束进
入较缓慢生长的时期,果实对还原糖的需求减少,与
之相伴的是蔗糖含量的迅速增高,花后９０d是蔗糖
含量迅速增高、果糖和葡萄糖含量下降的转折点.
细胞质膜H＋ＧATPase为糖分运进细胞跨质膜运输
提供了能量,但随着果实成熟,其活性降低,成熟期
质膜H＋ＧATPase活性下降幅度较大,胞质内蔗糖
和总糖含量的迅速增高某种程度上也抑制了质膜
H＋ＧATPase活性,而促进了液泡膜 H＋ＧATPase和
H＋ＧPPase活性的迅速增长,保证了糖分向液泡中
的迅速转运.因此,蔗糖积累转折点也是液泡膜
H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase活性迅速增高、质膜
H＋ＧATPase活性进一步下降的时期.所以,质膜
H＋ＧATPase活性的变化导致跨质膜电化学势的改
变,从而直接影响糖分的跨质膜主动运输,对果实细
胞糖分的跨质膜次级转运发挥重要的调控作用.
中央液泡是果实细胞中糖分的主要贮存场所,
糖分跨液泡膜运输也是主动和被动运输同时存在
(刘慧英等,２００６).光合产物进入液泡有简单扩散、
协助扩散和主动运输３种方式,由液泡膜 H＋ＧATＧ
Pase和H＋ＧPPase分别水解ATP和PPi形成跨液
泡膜pH 梯度和电势梯度,为糖分主动运输提供能
量(吕英民等,２０００).本研究结果表明,在灵武长枣
果实发育的第一次快速生长期和第二次快速生长期
之后,液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase活性均迅
速增强,与蔗糖含量变化趋势相似,且液泡膜 H＋Ｇ
PPase活性除第二次快速生长期外始终高于 H＋Ｇ
ATPase,这与刘慧英等(２００６)的研究结果相似.因
此,灵武长枣果实内光合产物的跨液泡膜运输所需
能量主要由H＋ＧPPase利用PPi水解产生的能量提
供.从果实发育的第一次快速生长期和第二次快速
生长期,果实贮藏细胞依靠将糖积累区隔到液泡中
保持其较高的膨压而使自身膨大,而第二次快速生
长期到成熟期由于在自由空间和胞质中大量积累糖
分,致使卸载到果实中的糖减少,贮藏细胞停止膨
大.H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase是结合在液泡膜上
的２种不同的酶,平行泵运 H＋进入液泡,两者作用
的地位并不固定(姚秋菊等,２００８).在维持跨液泡
膜pH 梯度方面,液泡膜 H＋ＧATPase通常是起主
要作用的质子泵,而 H＋ＧPPase只是泵运 H＋的辅
助系统(赵雅丽等,２００６),但在特定的发育时期和
ATP供应减少、H＋ＧATPase活性下降的特定条件
下,液泡膜 H＋ＧPPase质子泵的作用加强(姚秋菊
等,２００８).在建立跨液泡膜的电化学势梯度上,
H＋ＧPPase与H＋ＧATPase作用相当或更大,并且液
泡占成熟细胞的体积较大,H＋ＧPPase的作用不可
忽视,H＋ＧPPase活性的升高会使 H＋跨液泡膜电
化学梯度升高,这有利于增强糖进入液泡.因此,
H＋ＧATPase或H＋ＧPPase质子泵的过量表达,都将
提高H＋的利用率,增大跨液泡膜 H＋梯度(Gaxiola
etal．,２００１),从而使进入液泡膜的糖分增加,进而
增加果实糖的含量.
较低铝浓度时,两品种小麦质膜 H＋ＧATPase
活力上升,H＋ＧATPase活性增加有利于加强胞内
H＋外排的能力,在液泡膜 H＋ＧATPase活性下降导
致胞质H＋增加的条件下,维持胞质pH的稳定(何
龙飞等,２００１);植物应对细胞质内高Na＋浓度的一
条重要途径是将 Na＋ 转运到质外体或液泡内
(Kaderetal．,２００６),这种转运作用分别由质膜
H＋ＧATPase、液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋ＧPPase所
产生的跨膜 H＋ 梯度来完成(Zhu,２００１;Ohtaet
al．,２００２).因此,质膜 H＋ＧATPase和液泡膜 H＋Ｇ
ATPase及 H＋ＧPPase不论是在光合产物糖分积累
方面还是在抵御外界环境的各种胁迫方面都相互协
调、互相补充,反映在本实验中表现为当质膜 H＋Ｇ
ATPase活性高时,液泡膜 H＋ＧATPase和 H＋Ｇ
PPase活性较低,反之亦然.
质膜 H＋ＧATPase和液泡膜 H＋ＧATPase、H＋Ｇ
PPase的调节机制,及其在感受环境因子刺激的信
号传导中的作用一直以来是生命科学领域研究的热
点之一.利用分子生物学技术使 H＋ＧATPase或者
H＋ＧPPase在灵武长枣内过量表达,可以增大细胞
内H＋电化学梯度和跨膜梯度,进而影响果实糖的
积累,在灵武长枣果实品质调控方面极具应用前景.
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７４６５期　　章英才等:灵武长枣果实质膜和液泡膜H＋ＧATPase和H＋ＧPPase活性与果实糖分积累