2003年4月晉東南師范專科學(xué)校學(xué)報Apr. ,2003第20卷第2期Jourmal of Jindongnan Teachers CollegeVol.20. NO.2乙烯與切花衰老宋麗莉(華南師大生命科學(xué)學(xué)院生物技術(shù)所,廣東廣州510631)摘要:文章綜述了 切花衰老過程中乙烯的生物合成、調(diào)控及其與切花衰老的關(guān)系,探討了乙烯的作用機理以及抗乙.烯劑在切花保鮮中的作用。關(guān)鍵詞:乙烯;切花;褒老;保鮮中圖分類號:Q945.12文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號 : 1009 - 0266(2003)02 - 00 - 04切花具有植物體內(nèi)的五大類激素,它們的含量和變化外界的條件對乙烯的產(chǎn)生有明顯影響,低溫和低0O2對切花的品質(zhì)和變化有著極大影響，切花的衰老調(diào)控就是濃度抑制乙烯生成。高于0.6C低于4.4C的溫度對切花通過這些激素之間的相互作用完成的。其中被稱為成熟激貯藏最有利。0O2 是乙烯作用的競爭性抑制劑,空氣中素的乙烯在切花衰老過程中最重要且研究得較廣而深人?！?達(dá)到7- -20%時可以阻止香石竹花蕾的乙烯傷害。本文從切花衰老過程中乙烯含最的變化、作用機理以及抑BA、激動素、和玉米素可阻礙香石竹離體花瓣將外源ACC制乙烯產(chǎn)生的多種途徑來闡述乙烯與切花衰老的關(guān)系。轉(zhuǎn)化為乙烯。高濃度的2,4- -D(500ppm)能抑制乙烯生成，1切花衰老過程 中乙烯的合成及調(diào)控阻礙香石竹衰老[4]。1.1乙烯的合成.2 乙烯的自我調(diào)控乙烯是內(nèi)源成熟激素,許多切花衰老時乙烯生成量增切花中乙烯生成的自我調(diào)節(jié)包括兩方面內(nèi)容,即乙烯加。以香石竹為材料發(fā)現(xiàn),如果實成熟般,花瓣的衰老伴隨的自我催化和自我抑制[5]。這種自動催化作用在花的衰老著乙烯的增加。鴨拓蓽屬植物花朵調(diào)菱發(fā)生之前,會產(chǎn)生及果實后熟中均有發(fā)現(xiàn)。以7.5μ1/1乙烯處理香石竹花瓣大量乙烯,乙烯的存在使液胞膜的透性增加,液胞內(nèi)的水解乙烯處理時間若小于6小時,移去乙烯不會引發(fā)衰老癥狀。酶,氨基酸等向細(xì)胞質(zhì)流動,導(dǎo)致細(xì)胞的吸水能力大為降但若處理時間長于12小時,則由于乙烯自動催化系統(tǒng)的啟低,終使花朵凋萎[1。動,移去乙烯也無法挽回衰老癥狀[6。除了自動催化作用乙烯的生物合成以甲硫氨酸為前體,在SAM合成酶的外,在某些情況下也會產(chǎn)生自動抑制現(xiàn)象,即外加乙烯抑制作用下轉(zhuǎn)變成SAM,接著由AOC合成酶催化生成ACC,內(nèi)源乙烯的生成。例如保鮮液中加乙烯可以抑制香石竹乙ACC在乙烯形成酶作用下生成乙烯(2]。切花衰老過程中烯的合成和衰老過程,延長瓶插壽命1倍以上,一旦乙烯高花瓣乙烯的生成可劃分為躍變型與非躍變型。前者表現(xiàn)為峰期已開始,使用乙烯則無效[4]。香蕉、無花果也有乙烯自蕾期乙烯量較低,盛開期達(dá)高峰后又降低。后者表現(xiàn)為隨動抑制現(xiàn)象的報導(dǎo)。以葡萄柚為材料研究顯示，創(chuàng)傷處理著開花進(jìn)程乙烯始終保持較低水平或不斷上升。例如乙烯的外果皮,其乙烯的產(chǎn)生完全被外加乙烯所抑制,在除去乙生成量在‘薩蔓莎’、'天使'等月季品種上表現(xiàn)為蕾期較低，烯后抑制作用仍可持續(xù)6小時。對照組創(chuàng)傷乙烯的增加伴外層花瓣展開時逐漸增大,在盛開期達(dá)到高蜂,然后降低，隨ACC含量的增加,而外加乙烯處理者ACC增加量極微，屬于躍變型切花;'唐娜小姐’在整個開花的衰老過程中一且外加ACC可除去此抑制作用,說明乙烯形成酶的活性并直保持在較低水平,坦尼克'、'黃金時代'等在觜期較低，沒有受到外加乙烯的影響,乙烯生物合成的自動抑制現(xiàn)象隨著開花進(jìn)程逐漸增大,屬于非躍變型切花[3]。中國煤化工;成來抑制乙烯的產(chǎn)TYHCNMHG收稿日期:2002- -11- -20作者簡介:宋麗莉(1968- - ), 女,山西晉城人,碩士,主要從事植物生理研究。9●晉東南師范專科學(xué)校學(xué)報生7]。但對于未成熟無花果及離體豌豆，自動抑制現(xiàn)象在類:-類基因受乙烯的顯著調(diào)節(jié),其mRNA的增加與乙烯外加乙烯后立即產(chǎn)生,一且乙烯除去則立即恢復(fù)內(nèi)生乙烯的躍變相符,并受組織成熟度和外加乙烯的控制,只有在乙的產(chǎn)生,推測與乙烯形成酶有關(guān),而非ACC合成酶的作用。烯處理時間及濃度足以誘發(fā)己烯的自動催化系統(tǒng)時,基因還有研究表明,創(chuàng)傷誘發(fā)的ACC合成酶基因,可經(jīng)由1μ1/1的表達(dá)才能持續(xù),以乙烯作用抑制劑NBD及硫代硫酸銀,的外加乙烯而抑制其基因表現(xiàn)。為乙烯的自動抑制提供分乙烯合成抑制劑AOA處理,可明顯抑制此類基因的表達(dá)。子層次的證據(jù)[8]。另一類基因可能受乙烯及其它暫時性因子的調(diào)節(jié)即受多個2乙烯與切花衰老的關(guān)系:因子的調(diào)節(jié)[17]?，F(xiàn)已在香石竹中克隆到四種與衰老相關(guān)乙烯與切花衰老關(guān)系密切。香石竹花瓣衰老、非洲菊的基因,分別命名為pSR5、pSR8、pSR12、pSR132。其中彎莖均伴隨內(nèi)源乙烯增加。外源乙烯也可對大部分花起促pSR8和pSR12僅在花瓣中發(fā)現(xiàn),且隨著乙烯合成量的增加衰作用。各種植物呈現(xiàn)的傷害癥狀不- -樣,約有兩大類型:而增加,若用AOA和sTS處理則不能發(fā)現(xiàn)這些基因表達(dá)。-是卷縮或退色,其中又有三種情況，即花冠(花瓣)卷縮改用乙烯處理,基因表達(dá)量就顯著增加。說明pSR8和(如:香石竹伽蘭菜、牽?；?,萼片退色與枯萎(蘭花),花pSR12 與花瓣衰老有密切關(guān)系。pSR132 雖然在花瓣以外冠退色與凋謝(牽牛);二是解體脫落,如苞片脫落(一品的組織中也可發(fā)現(xiàn)。但在衰老花瓣中量最大。此外,用紅),花瓣脫落(月季、天竺葵、百合),花朵脫落(金魚草、香NBD處理就沒能觀察到。pSR5 在乙烯形成前就存在,在花豌豆、飛燕草荷包花)。例如用0.05或0.1μ1/1乙烯處理瓣以外的葉部也能發(fā)現(xiàn)[18]。百合會抑制莖的伸長、減少花芽的誘導(dǎo)、增加花芽的滯目前，pSR8、pSR12、pSR132的核苷酸序列巳確定，pSR8 .pSR132與谷酰苷肽轉(zhuǎn)移酶和磷酸稀醇丙酮酸變位酶外源乙烯還可促進(jìn)百合、鳳梨等提早開花。例如有相似性,由于谷酰苷肽轉(zhuǎn)移酶對谷酰苷肽與毒物的結(jié)合0.01p1/1乙烯處理百合可促進(jìn)莖的伸長、并使其提早一周有關(guān),是與解毒反應(yīng)有關(guān)的酶。.磷酸稀醇丙酮酸變位酶在開花[9。切花月季花瓣的生長也需要乙烯,Merades和So-氧化磷酸化過程中與磷的結(jié)合有關(guān)。發(fā)現(xiàn)這種相似性的價nia月季貯前用STS處理會抑制貯后花的開放。0. lmg/L值在于,或者揭示植物體內(nèi)有抗衰老的機制,在完全凋萎前乙烯不能增加Sonia月季花瓣面積及花徑,但可促進(jìn)其花蕾保持細(xì)胞的完整性;或者可推測這些基因可能與花瓣衰老的發(fā)育,且不降低它的瓶插壽命[10]。時膜的裂解有關(guān)[18];另一個花瓣衰老相關(guān)基因pSR12其上有趣的是夾竹桃、君子蘭等長壽花(壽命15- -45d)和游核苷酸序列與蕃茄后熟相關(guān)基因E8基因豆類幾丁酶基玫瑰花盛開時有大量乙烯生成,調(diào)萎時乙烯明顯減少,蜀葵因CH5B相似,推測這些區(qū)域可能是乙烯反應(yīng)區(qū)。另外等短壽花(壽命2d)的乙烯生成水平很低,衰老時有所增pSR120核苷酸序列分析表明,它與pTOM13具有64%的加。長壽花的乙烯釋放水平比短壽花高出3-16倍,似乎相似性,而pTOM13的基因產(chǎn)物為乙烯形成酶,說明乙烯乙烯的釋放能力越強,壽命越長11]?？赡芫哂姓T導(dǎo)乙烯形成酶基因的功能["。授粉后萬代蘭的衰老是由于花粉中的生長素轉(zhuǎn)移到樁以香石竹為例，香石竹花瓣衰老伴隨乙烯大量產(chǎn)生,乙頭而啟動乙烯的生物合成，促使花瓣的凋萎[12]。去雄引起烯也具有活化衰老相關(guān)基因的功能,分析其衰老過程中乙的虎頭蘭[13)和蝴蝶蘭{14)凋萎也是由于ACC由產(chǎn)生部位轉(zhuǎn)烯生物合成相關(guān)酶的基因表達(dá)具有重要意義。隨著乙烯躍移到其它部位,然后立刻生成乙烯造成的。變高峰,ACC合成酶和乙烯形成酶轉(zhuǎn)錄有增加的趨勢,而合3乙烯的作用機理成酶基因表達(dá)卻逐漸減少。ACC合成酶和乙烯形成酶的表乙烯促使花衰老的作用機理假說認(rèn)為:在細(xì)胞膜上存達(dá)明顯受到乙烯作用抑制劑NBD的抑制,以2μ1/1的乙烯在乙烯結(jié)合部位,它受敏感因子的抑制和激活。當(dāng)其被激處理香石竹花瓣,在3到6小時內(nèi)即可誘導(dǎo)合成酶及烯形活時就與乙烯結(jié)合。然后通過第二信使調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄,合成酶的表現(xiàn)[9。成與衰老有關(guān)的蛋白質(zhì)l5]。已有證據(jù)表明,乙烯可能通過ACC合成酶是乙烯生物合成的關(guān)鍵,麝香石竹切花在調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯促進(jìn)花衰老。以7. Sμ1/1的乙烯處理第四天開始釋放乙烯,ACC含量、ACC合成酶相應(yīng)增加，鈣躍變前的香石竹,發(fā)現(xiàn)在三小時內(nèi)至少有6種mRNA大量調(diào)蛋白含量的增加先于AOC合成酶的增加,第五天鈣調(diào)蛋增加,說明花瓣衰老與特定的基因表達(dá)有關(guān)。再以乙烯處白的含量達(dá)到最高值,與此同時,ACC合成酶和切花乙烯釋理不同發(fā)育時期的花瓣發(fā)現(xiàn),只有發(fā)育后期的花瓣才有新放也最大。GAs、STS和AOA降低花瓣中鈣調(diào)蛋白含量的的mRNA的積累,隨著發(fā)育年齡的增加,乙烯誘導(dǎo)的mR-同時抑制了花瓣乙烯的生物合成,切花衰老得到延緩。因NA種類增多[1]。放線菌酮溶液強烈抑制紫茉莉花冠片中此鈣調(diào)中國煤化工影響參與切花衰老乙烯的合成，這可能是由于放線菌酮可抑制乙烯合成過程的調(diào)節(jié)[CNMHG中的某些酶的酶蛋白合成,而使乙烯合成受阻(16]。4切花刈 厶師蟻憋仕為了解花瓣衰老時基因的表達(dá)并探討乙烯在花瓣衰老不同的花對乙烯敏感性不同。0.01μ1/1的乙烯就可中扮演的角色,Lawton等將與花瓣衰老有關(guān)的基因分為兩促使萬代蘭 花朵凋萎,大氣中乙烯含量在2ppb便可使蘭花宋麗莉乙烯 與切花衰老尊片干縮,卡特蘭最為敏感,當(dāng)萼片開始開裂時,0.002mg.目前,花卉保鮮通常還是采用傳統(tǒng)的方法,如加人乙烯L-'乙烯經(jīng)24小時或0.1mg. L憶烯經(jīng)8小時即可危害萼抑制劑AgNO3 .sTS等作為保鮮劑等,由于絕大部分保鮮劑片(211。而紅花石斛、文心蘭以及唐菖蒲、水仙、鳶尾、郁金都有毒性,對環(huán)境造成污染,人們遂將興趣傳向用新型的生香等切花則對乙烯不敏感,還有很多花的凋謝不受乙烯的物技術(shù)進(jìn)行保鮮。現(xiàn)在延緩觀賞花卉衰老的基因工程研究影響,例如蝴蝶花及菊花22?？梢娨蚁┐龠M(jìn)花衰老可能只十分活躍，主要工作集中在控制乙烯的生成與釋放上。例是植物花衰老調(diào)控的一-種方式,至于對乙烯缺乏敏感性的如利用反義RNA技術(shù)將ACC合成酶基因?qū)讼闶?抑植物花衰老的控制因素,尚待研究。制乙烯的合成,可使其觀賞壽命延長2倍[241。另外-一些對同一種花在不同的發(fā)育時期對乙烯的敏感性也不同，乙烯敏感的、具有較高商品價值的觀賞花卉如月季、金魚如香石竹苞期不如開花期對乙烯敏感。更加有趣的是月草、百合、天竺葵等中已成功地建立了轉(zhuǎn)化體系。通過轉(zhuǎn)基季、唐菖蒲、牽牛花、天人菊等切花冷藏前對乙烯不敏感,冷因的方法,調(diào)控乙烯的合成,從而獲得延緩衰老的保鮮基因藏后敏感性大為上升18]。切花對乙烯敏感性的改變受到工程花卉不僅是可能的,而且為期不遠(yuǎn)。問題在于,這些轉(zhuǎn)-些低聚糖、短鏈脂肪酸、鈣等的影響。例如用鈣載體基因的花卉如果對乙烯敏感,即使減少了切花體內(nèi)乙烯的A23187 提高胞質(zhì)鈣濃度可加速蝴蝶蘭枯萎，而用鈣鰲合劑生成，仍避免不了外源乙烯的影響,如何降低或消除乙烯的降低鈣水平則可降低其對外源乙烯敏感性。推測它們可能敏感性;是值得今后研究的重要問題。作為乙烯作用假說中的敏感因子起作用15.23]。切花對乙參考文獻(xiàn):烯敏感性改變的分子機制是什么?對乙烯敏感性不同的分[1]Suttle J C, H Kende. Ethlene and senescence in petals of子機制有何差異?均是值得今后研究的問題。Trandescantia[J]. 1978. Plant Physiol. 62:267 - 271.5抗乙烯劑與切花保鮮[2]朱建華。香石竹的乙烯產(chǎn)生[J].北方園藝, 1998,3.4:對23科93種切花的乙烯敏感性調(diào)查指出,因乙烯作94- -95.用而誘發(fā)衰老的花卉較多,因此在切花保鮮劑配方中抗乙[3]高梭平,張小紅,黃綿佳等.月季切花開花和衰老進(jìn)程烯劑起主導(dǎo)作用?？挂蚁﹦┛蓮膬蓷l途徑尋找。首要途徑中乙烯變化初探[J].園藝學(xué)報, 1997 ,24(3):274- -278.是抑制乙烯合成途徑中的關(guān)鍵酶,以減少乙烯的合成。代[4]林華.切花保鮮與乙烯生成或抑制的關(guān)系[J].福建果表性的乙烯合成抑制劑有氨基氧基乙烯基甘氨酸(AVG)、樹,1997,4:63- -66.氨基氧乙酶(AOA)、a氨基異丁酸(AIB)。AVG是ACC合[5]昊蘭芳.切花貯運保鮮技術(shù)與機理[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué),成酶的抑制劑,由于ACC合成酶需要PLP作為輔助因子,2000,3:54- -60.AVG抑制了PLP而影響合成酶的活性,達(dá)到抑制乙烯的目[6]Yang S F. Biosynthesis and action of ethylene. HortScience的。用0.07- 0.3mM的AVG處理香石竹、金魚草、水仙等[J]. 1985,20:41 -45.切花,能延長其壽命。AOA也是抑制PLP的物質(zhì),在荷蘭[7]Riov j,S. F Yang. Autoinhibition of ethylene production已作為保鮮劑的主要成分進(jìn)人商品化。AIB 是ACC氧化incitrus peel discs[J]. PlantPhysiol.1982 ,69 :687- 690.酶的抑制劑,AIB中加蔗糖處理雜種勿忘我，有促進(jìn)開花、[8]Nakajima, N H Mori, K Yamazaki, H Imaseki. Molecule延長切花壽命,提高品質(zhì)的功能[8。cloning and sequence of a complementary DNA encoding I另一條途徑是干擾乙烯與其受體的結(jié)合,從而抑制乙- aminocyclopropane- 1- caboxylate synthase induced by烯的作用。代表性的乙烯作用抑制劑有STS.NBD、S02、tissue wounding[J]. Plant Cell Physiol. 1990, 31: 1021 -PH3.1- -MCP等。用0.25mMSTS預(yù)措蝴蝶蘭2-15小時1029.可顯著地抑制乙烯的作用及離層的產(chǎn)生。NBD處理香石[9]Blankenship S M,Bailey D A, Miller J E. Effect of continu-竹花瓣,2--3天后乙烯合成量開始減少,4h后ACC合成酶ous low levels of ethylene on growth and flowering of Fast-的活性開始降低,且乙烯形成酶的活性也喪失。PH3 的使er Lily[J]. Sientia Hortictlturae, 1993 ,53:311 - 317.用效果,因熏蒸劑量(濃度x時間)和切花種類而異。1一[10]盛愛武,郭維明 .月季切花采后褒老機理及貯鮮技術(shù)MCP在六出花、紫羅蘭、美國石竹、金魚草上使用,切花壽研究[J].北方園藝,2000,2:32- -35.命比sIs略有提高。[11]張微,張慧,谷祝平，張建軍.九種花衰老原因的研究利用一些植物激素可有效抑制乙烯合成，延緩鮮切花[].植物學(xué)報，1991 ,33(6):429-436.衰老。BA、激動素和玉米素可阻礙香石柱離體花瓣將外源[12]Burg S P,M J Dijkman. Ethylene and auxin participationACC轉(zhuǎn)化為乙烯。蔗糖是常用的保鮮劑成份,能抑制香石中國煤化工hid bissom[J]. Plant竹花瓣中乙烯形成酶的活性。8- -HQ是一種殺菌劑，但也具有抑制乙烯生物合成的作用,TBZ可抑制乙烯生物合成，[13]WdYHCNMHG_nof 1- aminoeylo.降低香石竹對乙烯的敏感性。苯甲酸鈉是-種抗氧化劑，propane - I - carboxylicacid and ethylene ∞ordinates可降低乙烯產(chǎn)生。senescence in enasculated Cymbidium flowers[J]. Plant晉東南師范專科學(xué)校學(xué)報Physiol. 1990,92:837 - 845.[19] Woodson W R, K Y Park,A Drory,P B Larsen, H[14]0' Neill s D.J A Nadeau,X s Zhang,AQ Bui, A H.Wang. Expression of ethylene biosynthetic pathway tran-Halevy. Interorgan regulation of ethylene biosyntheticscrips in senescing camation flowers[J]. Plant Physiol.genes by pllination[J]. The Plant Cell, 1993, 5:419 -199,99:526 - 532. .432.[20]湯福強,昊有梅,刈愚,梁厚果.麝香石竹花表老過程[15. ]Reid M S, Wu Men - Jen. Ethylene and fliwer senescence中鈣調(diào)蛋白含量變化與乙烯生物合成的關(guān)系[J].植物[]. 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The character istic in ethylene reaction is auto-catalysis and autoinhibition effect. The senescence of petals often accompanied ethylene biosynthesis and exoge-neous ethlene also induce petal senescence. Ethylene promotes the petal senescence by regulating the senescence- related gene expression at transcriptional or translational level. To lengthen the vase life of cut flowers, theapplication of ethylene inhibitors is very common.Key words :ethylene;cut flower ; senescence;fresh - keeping(責(zé)任編輯王景琳)中國煤化工MYHCNMHG12●