乙烯与切花衰老

2003年4月晋东南师范专科学校学报Apr. ,2003第20卷第2期Jourmal of Jindongnan Teachers CollegeVol.20. NO.2乙烯与切花衰老宋丽莉(华南师大生命科学学院生物技术所,广东广州510631)摘要:文章综述了 切花衰老过程中乙烯的生物合成、调控及其与切花衰老的关系,探讨了乙烯的作用机理以及抗乙.烯剂在切花保鲜中的作用。关键词:乙烯;切花;褒老;保鲜中图分类号:Q945.12文献标识码:A 文章编号 : 1009 - 0266(2003)02 - 00 - 04切花具有植物体内的五大类激素,它们的含量和变化外界的条件对乙烯的产生有明显影响,低温和低0O2对切花的品质和变化有着极大影响，切花的衰老调控就是浓度抑制乙烯生成。高于0.6C低于4.4C的温度对切花通过这些激素之间的相互作用完成的。其中被称为成熟激贮藏最有利。0O2 是乙烯作用的竞争性抑制剂,空气中素的乙烯在切花衰老过程中最重要且研究得较广而深人。∞2达到7- -20%时可以阻止香石竹花蕾的乙烯伤害。本文从切花衰老过程中乙烯含最的变化、作用机理以及抑BA、激动素、和玉米素可阻碍香石竹离体花瓣将外源ACC制乙烯产生的多种途径来阐述乙烯与切花衰老的关系。转化为乙烯。高浓度的2,4- -D(500ppm)能抑制乙烯生成，1切花衰老过程 中乙烯的合成及调控阻碍香石竹衰老[4]。1.1乙烯的合成.2 乙烯的自我调控乙烯是内源成熟激素,许多切花衰老时乙烯生成量增切花中乙烯生成的自我调节包括两方面内容,即乙烯加。以香石竹为材料发现,如果实成熟般,花瓣的衰老伴随的自我催化和自我抑制[5]。这种自动催化作用在花的衰老着乙烯的增加。鸭拓荜属植物花朵调菱发生之前,会产生及果实后熟中均有发现。以7.5μ1/1乙烯处理香石竹花瓣大量乙烯,乙烯的存在使液胞膜的透性增加,液胞内的水解乙烯处理时间若小于6小时,移去乙烯不会引发衰老症状。酶,氨基酸等向细胞质流动,导致细胞的吸水能力大为降但若处理时间长于12小时,则由于乙烯自动催化系统的启低,终使花朵凋萎[1。动,移去乙烯也无法挽回衰老症状[6。除了自动催化作用乙烯的生物合成以甲硫氨酸为前体,在SAM合成酶的外,在某些情况下也会产生自动抑制现象,即外加乙烯抑制作用下转变成SAM,接着由AOC合成酶催化生成ACC,内源乙烯的生成。例如保鲜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]。切花衰老过程中烯的合成和衰老过程,延长瓶插寿命1倍以上,一旦乙烯高花瓣乙烯的生成可划分为跃变型与非跃变型。前者表现为峰期已开始,使用乙烯则无效[4]。香蕉、无花果也有乙烯自蕾期乙烯量较低,盛开期达高峰后又降低。后者表现为随动抑制现象的报导。以葡萄柚为材料研究显示，创伤处理着开花进程乙烯始终保持较低水平或不断上升。例如乙烯的外果皮,其乙烯的产生完全被外加乙烯所抑制,在除去乙生成量在‘萨蔓莎’、'天使'等月季品种上表现为蕾期较低，烯后抑制作用仍可持续6小时。对照组创伤乙烯的增加伴外层花瓣展开时逐渐增大,在盛开期达到高蜂,然后降低，随ACC含量的增加,而外加乙烯处理者ACC增加量极微，属于跃变型切花;'唐娜小姐’在整个开花的衰老过程中一且外加ACC可除去此抑制作用,说明乙烯形成酶的活性并直保持在较低水平,坦尼克'、'黄金时代'等在觜期较低，没有受到外加乙烯的影响,乙烯生物合成的自动抑制现象随着开花进程逐渐增大,属于非跃变型切花[3]。中国煤化工;成来抑制乙烯的产TYHCNMHG收稿日期:2002- -11- -20作者简介:宋丽莉(1968- - ), 女,山西晋城人,硕士,主要从事植物生理研究。9●晋东南师范专科学校学报生7]。但对于未成熟无花果及离体豌豆，自动抑制现象在类:-类基因受乙烯的显著调节,其mRNA的增加与乙烯外加乙烯后立即产生,一且乙烯除去则立即恢复内生乙烯的跃变相符,并受组织成熟度和外加乙烯的控制,只有在乙的产生,推测与乙烯形成酶有关,而非ACC合成酶的作用。烯处理时间及浓度足以诱发己烯的自动催化系统时,基因还有研究表明,创伤诱发的ACC合成酶基因,可经由1μ1/1的表达才能持续,以乙烯作用抑制剂NBD及硫代硫酸银,的外加乙烯而抑制其基因表现。为乙烯的自动抑制提供分乙烯合成抑制剂AOA处理,可明显抑制此类基因的表达。子层次的证据[8]。另一类基因可能受乙烯及其它暂时性因子的调节即受多个2乙烯与切花衰老的关系:因子的调节[17]。现已在香石竹中克隆到四种与衰老相关乙烯与切花衰老关系密切。香石竹花瓣衰老、非洲菊的基因,分别命名为pSR5、pSR8、pSR12、pSR132。其中弯茎均伴随内源乙烯增加。外源乙烯也可对大部分花起促pSR8和pSR12仅在花瓣中发现,且随着乙烯合成量的增加衰作用。各种植物呈现的伤害症状不- -样,约有两大类型:而增加,若用AOA和sTS处理则不能发现这些基因表达。-是卷缩或退色,其中又有三种情况，即花冠(花瓣)卷缩改用乙烯处理,基因表达量就显著增加。说明pSR8和(如:香石竹伽兰菜、牵牛花),萼片退色与枯萎(兰花),花pSR12 与花瓣衰老有密切关系。pSR132 虽然在花瓣以外冠退色与凋谢(牵牛);二是解体脱落,如苞片脱落(一品的组织中也可发现。但在衰老花瓣中量最大。此外,用红),花瓣脱落(月季、天竺葵、百合),花朵脱落(金鱼草、香NBD处理就没能观察到。pSR5 在乙烯形成前就存在,在花豌豆、飞燕草荷包花)。例如用0.05或0.1μ1/1乙烯处理瓣以外的叶部也能发现[18]。百合会抑制茎的伸长、减少花芽的诱导、增加花芽的滞目前，pSR8、pSR12、pSR132的核苷酸序列巳确定，pSR8 .pSR132与谷酰苷肽转移酶和磷酸稀醇丙酮酸变位酶外源乙烯还可促进百合、凤梨等提早开花。例如有相似性,由于谷酰苷肽转移酶对谷酰苷肽与毒物的结合0.01p1/1乙烯处理百合可促进茎的伸长、并使其提早一周有关,是与解毒反应有关的酶。.磷酸稀醇丙酮酸变位酶在开花[9。切花月季花瓣的生长也需要乙烯,Merades和So-氧化磷酸化过程中与磷的结合有关。发现这种相似性的价nia月季贮前用STS处理会抑制贮后花的开放。0. lmg/L值在于,或者揭示植物体内有抗衰老的机制,在完全凋萎前乙烯不能增加Sonia月季花瓣面积及花径,但可促进其花蕾保持细胞的完整性;或者可推测这些基因可能与花瓣衰老的发育,且不降低它的瓶插寿命[10]。时膜的裂解有关[18];另一个花瓣衰老相关基因pSR12其上有趣的是夹竹桃、君子兰等长寿花(寿命15- -45d)和游核苷酸序列与蕃茄后熟相关基因E8基因豆类几丁酶基玫瑰花盛开时有大量乙烯生成,调萎时乙烯明显减少,蜀葵因CH5B相似,推测这些区域可能是乙烯反应区。另外等短寿花(寿命2d)的乙烯生成水平很低,衰老时有所增pSR120核苷酸序列分析表明,它与pTOM13具有64%的加。长寿花的乙烯释放水平比短寿花高出3-16倍,似乎相似性,而pTOM13的基因产物为乙烯形成酶,说明乙烯乙烯的释放能力越强,寿命越长11]。可能具有诱导乙烯形成酶基因的功能["。授粉后万代兰的衰老是由于花粉中的生长素转移到桩以香石竹为例，香石竹花瓣衰老伴随乙烯大量产生,乙头而启动乙烯的生物合成，促使花瓣的凋萎[12]。去雄引起烯也具有活化衰老相关基因的功能,分析其衰老过程中乙的虎头兰[13)和蝴蝶兰{14)凋萎也是由于ACC由产生部位转烯生物合成相关酶的基因表达具有重要意义。随着乙烯跃移到其它部位,然后立刻生成乙烯造成的。变高峰,ACC合成酶和乙烯形成酶转录有增加的趋势,而合3乙烯的作用机理成酶基因表达却逐渐减少。ACC合成酶和乙烯形成酶的表乙烯促使花衰老的作用机理假说认为:在细胞膜上存达明显受到乙烯作用抑制剂NBD的抑制,以2μ1/1的乙烯在乙烯结合部位,它受敏感因子的抑制和激活。当其被激处理香石竹花瓣,在3到6小时内即可诱导合成酶及烯形活时就与乙烯结合。然后通过第二信使调节基因转录,合成酶的表现[9。成与衰老有关的蛋白质l5]。已有证据表明,乙烯可能通过ACC合成酶是乙烯生物合成的关键,麝香石竹切花在调节基因转录和翻译促进花衰老。以7. Sμ1/1的乙烯处理第四天开始释放乙烯,ACC含量、ACC合成酶相应增加，钙跃变前的香石竹,发现在三小时内至少有6种mRNA大量调蛋白含量的增加先于AOC合成酶的增加,第五天钙调蛋增加,说明花瓣衰老与特定的基因表达有关。再以乙烯处白的含量达到最高值,与此同时,ACC合成酶和切花乙烯释理不同发育时期的花瓣发现,只有发育后期的花瓣才有新放也最大。GAs、STS和AOA降低花瓣中钙调蛋白含量的的mRNA的积累,随着发育年龄的增加,乙烯诱导的mR-同时抑制了花瓣乙烯的生物合成,切花衰老得到延缓。因NA种类增多[1]。放线菌酮溶液强烈抑制紫茉莉花冠片中此钙调中国煤化工影响参与切花衰老乙烯的合成，这可能是由于放线菌酮可抑制乙烯合成过程的调节[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 厶师蚁憋仕为了解花瓣衰老时基因的表达并探讨乙烯在花瓣衰老不同的花对乙烯敏感性不同。0.01μ1/1的乙烯就可中扮演的角色,Lawton等将与花瓣衰老有关的基因分为两促使万代兰 花朵凋萎,大气中乙烯含量在2ppb便可使兰花宋丽莉乙烯 与切花衰老尊片干缩,卡特兰最为敏感,当萼片开始开裂时,0.002mg.目前,花卉保鲜通常还是采用传统的方法,如加人乙烯L-'乙烯经24小时或0.1mg. L忆烯经8小时即可危害萼抑制剂AgNO3 .sTS等作为保鲜剂等,由于绝大部分保鲜剂片(211。而红花石斛、文心兰以及唐菖蒲、水仙、鸢尾、郁金都有毒性,对环境造成污染,人们遂将兴趣传向用新型的生香等切花则对乙烯不敏感,还有很多花的凋谢不受乙烯的物技术进行保鲜。现在延缓观赏花卉衰老的基因工程研究影响,例如蝴蝶花及菊花22。可见乙烯促进花衰老可能只十分活跃，主要工作集中在控制乙烯的生成与释放上。例是植物花衰老调控的一-种方式,至于对乙烯缺乏敏感性的如利用反义RNA技术将ACC合成酶基因导人香石竹,抑植物花衰老的控制因素,尚待研究。制乙烯的合成,可使其观赏寿命延长2倍[241。另外-一些对同一种花在不同的发育时期对乙烯的敏感性也不同，乙烯敏感的、具有较高商品价值的观赏花卉如月季、金鱼如香石竹苞期不如开花期对乙烯敏感。更加有趣的是月草、百合、天竺葵等中已成功地建立了转化体系。通过转基季、唐菖蒲、牵牛花、天人菊等切花冷藏前对乙烯不敏感,冷因的方法,调控乙烯的合成,从而获得延缓衰老的保鲜基因藏后敏感性大为上升18]。切花对乙烯敏感性的改变受到工程花卉不仅是可能的,而且为期不远。问题在于,这些转-些低聚糖、短链脂肪酸、钙等的影响。例如用钙载体基因的花卉如果对乙烯敏感,即使减少了切花体内乙烯的A23187 提高胞质钙浓度可加速蝴蝶兰枯萎，而用钙鳌合剂生成，仍避免不了外源乙烯的影响,如何降低或消除乙烯的降低钙水平则可降低其对外源乙烯敏感性。推测它们可能敏感性;是值得今后研究的重要问题。作为乙烯作用假说中的敏感因子起作用15.23]。切花对乙参考文献:烯敏感性改变的分子机制是什么?对乙烯敏感性不同的分[1]Suttle J C, H Kende. Ethlene and senescence in petals of子机制有何差异?均是值得今后研究的问题。Trandescantia[J]. 1978. Plant Physiol. 62:267 - 271.5抗乙烯剂与切花保鲜[2]朱建华。香石竹的乙烯产生[J].北方园艺, 1998,3.4:对23科93种切花的乙烯敏感性调查指出,因乙烯作94- -95.用而诱发衰老的花卉较多,因此在切花保鲜剂配方中抗乙[3]高梭平,张小红,黄绵佳等.月季切花开花和衰老进程烯剂起主导作用。抗乙烯剂可从两条途径寻找。首要途径中乙烯变化初探[J].园艺学报, 1997 ,24(3):274- -278.是抑制乙烯合成途径中的关键酶,以减少乙烯的合成。代[4]林华.切花保鲜与乙烯生成或抑制的关系[J].福建果表性的乙烯合成抑制剂有氨基氧基乙烯基甘氨酸(AVG)、树,1997,4:63- -66.氨基氧乙酶(AOA)、a氨基异丁酸(AIB)。AVG是ACC合[5]昊兰芳.切花贮运保鲜技术与机理[J].热带农业科学,成酶的抑制剂,由于ACC合成酶需要PLP作为辅助因子,2000,3:54- -60.AVG抑制了PLP而影响合成酶的活性,达到抑制乙烯的目[6]Yang S F. Biosynthesis and action of ethylene. HortScience的。用0.07- 0.3mM的AVG处理香石竹、金鱼草、水仙等[J]. 1985,20:41 -45.切花,能延长其寿命。AOA也是抑制PLP的物质,在荷兰[7]Riov j,S. F Yang. Autoinhibition of ethylene production已作为保鲜剂的主要成分进人商品化。AIB 是ACC氧化incitrus peel discs[J]. PlantPhysiol.1982 ,69 :687- 690.酶的抑制剂,AIB中加蔗糖处理杂种勿忘我，有促进开花、[8]Nakajima, N H Mori, K Yamazaki, H Imaseki. Molecule延长切花寿命,提高品质的功能[8。cloning and sequence of a complementary DNA encoding I另一条途径是干扰乙烯与其受体的结合,从而抑制乙- aminocyclopropane- 1- caboxylate synthase induced by烯的作用。代表性的乙烯作用抑制剂有STS.NBD、S02、tissue wounding[J]. Plant Cell Physiol. 1990, 31: 1021 -PH3.1- -MCP等。用0.25mMSTS预措蝴蝶兰2-15小时1029.可显著地抑制乙烯的作用及离层的产生。NBD处理香石[9]Blankenship S M,Bailey D A, Miller J E. Effect of continu-竹花瓣,2--3天后乙烯合成量开始减少,4h后ACC合成酶ous low levels of ethylene on growth and flowering of Fast-的活性开始降低,且乙烯形成酶的活性也丧失。PH3 的使er Lily[J]. Sientia Hortictlturae, 1993 ,53:311 - 317.用效果,因熏蒸剂量(浓度x时间)和切花种类而异。1一[10]盛爱武,郭维明 .月季切花采后褒老机理及贮鲜技术MCP在六出花、紫罗兰、美国石竹、金鱼草上使用,切花寿研究[J].北方园艺,2000,2:32- -35.命比sIs略有提高。[11]张微,张慧,谷祝平，张建军.九种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，延缓鲜切花[].植物学报，1991 ,33(6):429-436.衰老。BA、激动素和玉米素可阻碍香石柱离体花瓣将外源[12]Burg S P,M J Dijkman. Ethylene and auxin participationACC转化为乙烯。蔗糖是常用的保鲜剂成份,能抑制香石中国煤化工hid bissom[J]. Plant竹花瓣中乙烯形成酶的活性。8- -HQ是一种杀菌剂，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.降低香石竹对乙烯的敏感性。苯甲酸钠是-种抗氧化剂，propane - I - carboxylicacid and ethylene ∞ordinates可降低乙烯产生。senescence in enasculated Cymbidium flowers[J]. Plant晋东南师范专科学校学报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]汤福强,昊有梅,刈愚,梁厚果.麝香石竹花表老过程[15. ]Reid M S, Wu Men - Jen. Ethylene and fliwer senescence中钙调蛋白含量变化与乙烯生物合成的关系[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(责任编辑王景琳)中国煤化工MYHCNMHG12●