乙烯與切花衰老

2003年4月晉東南師范專(zhuān)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(guò)程中乙烯的生物合成、調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(lèi)號:Q945.12文獻標識碼:A 文章編號 : 1009 - 0266(2003)02 - 00 - 04切花具有植物體內的五大類(lèi)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(zhù)極大影響，切花的衰老調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(guò)這些激素之間的相互作用完成的。其中被稱(chēng)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(guò)程中最重要且研究得較廣而深人?！?達到7- -20%時(shí)可以阻止香石竹花蕾的乙烯傷害。本文從切花衰老過(guò)程中乙烯含最的變化、作用機理以及抑BA、激動(dòng)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(lái)闡述乙烯與切花衰老的關(guān)系。轉化為乙烯。高濃度的2,4- -D(500ppm)能抑制乙烯生成，1切花衰老過(guò)程 中乙烯的合成及調控阻礙香石竹衰老[4]。1.1乙烯的合成.2 乙烯的自我調控乙烯是內源成熟激素,許多切花衰老時(shí)乙烯生成量增切花中乙烯生成的自我調節包括兩方面內容,即乙烯加。以香石竹為材料發(fā)現,如果實(shí)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(dòng)催化作用在花的衰老著(zhù)乙烯的增加。鴨拓蓽屬植物花朵調菱發(fā)生之前,會(huì )產(chǎn)生及果實(shí)后熟中均有發(fā)現。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,液胞內的水解乙烯處理時(shí)間若小于6小時(shí),移去乙烯不會(huì )引發(fā)衰老癥狀。酶,氨基酸等向細胞質(zhì)流動(dòng),導致細胞的吸水能力大為降但若處理時(shí)間長(cháng)于12小時(shí),則由于乙烯自動(dòng)催化系統的啟低,終使花朵凋萎[1。動(dòng),移去乙烯也無(wú)法挽回衰老癥狀[6。除了自動(dòng)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(huì )產(chǎn)生自動(dòng)抑制現象,即外加乙烯抑制作用下轉變成SAM,接著(zhù)由AOC合成酶催化生成ACC,內源乙烯的生成。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(guò)程中烯的合成和衰老過(guò)程,延長(cháng)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。前者表現為峰期已開(kāi)始,使用乙烯則無(wú)效[4]。香蕉、無(wú)花果也有乙烯自蕾期乙烯量較低,盛開(kāi)期達高峰后又降低。后者表現為隨動(dòng)抑制現象的報導。以葡萄柚為材料研究顯示，創(chuàng )傷處理著(zhù)開(kāi)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'等月季品種上表現為蕾期較低，烯后抑制作用仍可持續6小時(shí)。對照組創(chuàng )傷乙烯的增加伴外層花瓣展開(kāi)時(shí)逐漸增大,在盛開(kāi)期達到高蜂,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(gè)開(kāi)花的衰老過(guò)程中一且外加ACC可除去此抑制作用,說(shuō)明乙烯形成酶的活性并直保持在較低水平,坦尼克'、'黃金時(shí)代'等在觜期較低，沒(méi)有受到外加乙烯的影響,乙烯生物合成的自動(dòng)抑制現象隨著(zhù)開(kāi)花進(jìn)程逐漸增大,屬于非躍變型切花[3]。中國煤化工;成來(lái)抑制乙烯的產(chǎn)TYHCNMHG收稿日期:2002- -11- -20作者簡(jiǎn)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(zhuān)科學(xué)校學(xué)報生7]。但對于未成熟無(wú)花果及離體豌豆，自動(dòng)抑制現象在類(lèi):-類(lèi)基因受乙烯的顯著(zhù)調節,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內生乙烯的躍變相符,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(shí)間及濃度足以誘發(fā)己烯的自動(dòng)催化系統時(shí),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的表達才能持續,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。為乙烯的自動(dòng)抑制提供分乙烯合成抑制劑AOA處理,可明顯抑制此類(lèi)基因的表達。子層次的證據[8]。另一類(lèi)基因可能受乙烯及其它暫時(shí)性因子的調節即受多個(gè)2乙烯與切花衰老的關(guān)系:因子的調節[17]?，F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,且隨著(zhù)乙烯合成量的增加衰作用。各種植物呈現的傷害癥狀不- -樣,約有兩大類(lèi)型:而增加,若用AOA和sTS處理則不能發(fā)現這些基因表達。-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,基因表達量就顯著(zhù)增加。說(shuō)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。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(yú)草、香NBD處理就沒(méi)能觀(guān)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[18]。百合會(huì )抑制莖的伸長(cháng)、減少花芽的誘導、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(kāi)花。例如有相似性,由于谷酰苷肽轉移酶對谷酰苷肽與毒物的結合0.01p1/1乙烯處理百合可促進(jìn)莖的伸長(cháng)、并使其提早一周有關(guān),是與解毒反應有關(guān)的酶。.磷酸稀醇丙酮酸變位酶在開(kāi)花[9。切花月季花瓣的生長(cháng)也需要乙烯,Merades和So-氧化磷酸化過(guò)程中與磷的結合有關(guān)。發(fā)現這種相似性的價(jià)nia月季貯前用STS處理會(huì )抑制貯后花的開(kāi)放。0. lmg/L值在于,或者揭示植物體內有抗衰老的機制,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(shí)膜的裂解有關(guān)[18];另一個(gè)花瓣衰老相關(guān)基因pSR12其上有趣的是夾竹桃、君子蘭等長(cháng)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(lèi)幾丁酶基玫瑰花盛開(kāi)時(shí)有大量乙烯生成,調萎時(shí)乙烯明顯減少,蜀葵因CH5B相似,推測這些區域可能是乙烯反應區。另外等短壽花(壽命2d)的乙烯生成水平很低,衰老時(shí)有所增pSR120核苷酸序列分析表明,它與pTOM13具有64%的加。長(cháng)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(shuō)明乙烯乙烯的釋放能力越強,壽命越長(cháng)11]?？赡芫哂姓T導乙烯形成酶基因的功能["。授粉后萬(wàn)代蘭的衰老是由于花粉中的生長(cháng)素轉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(dòng)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(guò)程中乙的虎頭蘭[13)和蝴蝶蘭{14)凋萎也是由于A(yíng)CC由產(chǎn)生部位轉烯生物合成相關(guān)酶的基因表達具有重要意義。隨著(zhù)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錄有增加的趨勢,而合3乙烯的作用機理成酶基因表達卻逐漸減少。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(shuō)認為:在細胞膜上存達明顯受到乙烯作用抑制劑NBD的抑制,以2μ1/1的乙烯在乙烯結合部位,它受敏感因子的抑制和激活。當其被激處理香石竹花瓣,在3到6小時(shí)內即可誘導合成酶及烯形活時(shí)就與乙烯結合。然后通過(guò)第二信使調節基因轉錄,合成酶的表現[9。成與衰老有關(guān)的蛋白質(zhì)l5]。已有證據表明,乙烯可能通過(guò)ACC合成酶是乙烯生物合成的關(guān)鍵,麝香石竹切花在調節基因轉錄和翻譯促進(jìn)花衰老。以7. Sμ1/1的乙烯處理第四天開(kāi)始釋放乙烯,ACC含量、ACC合成酶相應增加，鈣躍變前的香石竹,發(fā)現在三小時(shí)內至少有6種mRNA大量調蛋白含量的增加先于A(yíng)OC合成酶的增加,第五天鈣調蛋增加,說(shuō)明花瓣衰老與特定的基因表達有關(guān)。再以乙烯處白的含量達到最高值,與此同時(shí),ACC合成酶和切花乙烯釋理不同發(fā)育時(shí)期的花瓣發(fā)現,只有發(fā)育后期的花瓣才有新放也最大。GAs、STS和AOA降低花瓣中鈣調蛋白含量的的mRNA的積累,隨著(zhù)發(fā)育年齡的增加,乙烯誘導的mR-同時(shí)抑制了花瓣乙烯的生物合成,切花衰老得到延緩。因NA種類(lèi)增多[1]。放線(xiàn)菌酮溶液強烈抑制紫茉莉花冠片中此鈣調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(xiàn)菌酮可抑制乙烯合成過(guò)程的調節[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(shí)基因的表達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(wàn)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,當萼片開(kāi)始開(kāi)裂時(shí),0.002mg.目前,花卉保鮮通常還是采用傳統的方法,如加人乙烯L-'乙烯經(jīng)24小時(shí)或0.1mg. L憶烯經(jīng)8小時(shí)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?，F在延緩觀(guān)賞花卉衰老的基因工程研究影響,例如蝴蝶花及菊花22?？梢?jiàn)乙烯促進(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合成酶基因導人香石竹,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(guān)賞壽命延長(cháng)2倍[241。另外-一些對同一種花在不同的發(fā)育時(shí)期對乙烯的敏感性也不同，乙烯敏感的、具有較高商品價(jià)值的觀(guān)賞花卉如月季、金魚(yú)如香石竹苞期不如開(kāi)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化體系。通過(guò)轉基季、唐菖蒲、牽?；?、天人菊等切花冷藏前對乙烯不敏感,冷因的方法,調控乙烯的合成,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。問(wèn)題在于,這些轉-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(wèn)題。作為乙烯作用假說(shuō)中的敏感因子起作用15.23]。切花對乙參考文獻: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(wèn)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(kāi)花和衰老進(jìn)程烯劑起主導作用?？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(shù),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].熱帶農業(yè)科學(xué),成酶的抑制劑,由于A(yíng)CC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(yú)草、水仙等[J]. 1985,20:41 -45.切花,能延長(cháng)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(kāi)花、[8]Nakajima, N H Mori, K Yamazaki, H Imaseki. Molecule延長(cháng)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預措蝴蝶蘭2-15小時(shí)1029.可顯著(zhù)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(kāi)始減少,4h后ACC合成酶ous low levels of ethylene on growth and flowering of Fast-的活性開(kāi)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(shí)間)和切花種類(lèi)而異。1一[10]盛愛(ài)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(yú)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(dòng)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(zhuān)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(guò)程[15. ]Reid M S, Wu Men - Jen. Ethylene and fliwer senescence中鈣調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 biosynthesis of ethylene proceed bythe following pathway : methionine > SAM- + ACC- > ethylene. 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(責任編輯王景琳)中國煤化工MYHCNMHG12●