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樹(shù)莓果實(shí)維生素C積累與其合成氧化酶的關(guān)系

2012-04-29 15:36:42張丙秀高媛陳倩高慶玉
湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年15期
關(guān)鍵詞:熟期抗壞血酸半乳糖

張丙秀 高媛 陳倩 高慶玉

摘要:對(duì)4個(gè)品種的樹(shù)莓(Rubus idaeus)果實(shí)生長(zhǎng)過(guò)程中還原型維生素C(AsA)、氧化型維生素C(DHA)及總維生素C含量進(jìn)行了分析,并對(duì)L-半乳糖酸-1,4-內(nèi)酯脫氫酶(GalLDH)、抗壞血酸氧化酶(AAO)及抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)3種酶的活性進(jìn)行了測(cè)定分析。結(jié)果顯示,AsA和總維生素C含量隨著果實(shí)的成熟而逐漸上升。4個(gè)品種中GalLDH活性與AsA積累之間均呈顯著正相關(guān)。AAO和APX活性與AsA含量相關(guān)性不顯著,而APX活性與DHA含量呈顯著正相關(guān)。說(shuō)明不同樹(shù)莓品種間維生素C含量存在差異的原因與其GalLDH及APX活性有關(guān)。

關(guān)鍵詞:樹(shù)莓;維生素C;GalLDH;AAO;APX

中圖分類號(hào):S663;Q564;Q559文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(2012)15-3243-03

Relationship between Vitamin C Accumulation and Synthase or Oxidase Activities of Rubis idaeus Fruit

ZHANG Bing-xiu,GAO Yuan,CHEN Qian,GAO Qing-yu

(Horticultural College,Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China)

Abstract: The ascorbic acid (AsA), Dehydroascorbic acid (DHA) and total vitamin C content of four raspberry (Rubus idaeus) varieties were tested during fruit development; and enzyme activities of L-galactono-1,4-lactone dehydrogenase (GalLDH), ascorbic acid oxidase(AAO) and ascorbate peroxidase(APX) were also measured. The result showed that the content of AsA and vitamin C continually accumulated with the fruit development. GalLDH activity was highly significant positive correlated to ASA accumulation in the four varieties. AAO and APX activity had no significant correlation to AsA; but APX activity was significantly positively correlated to DHA content, which indicated that the difference of vitamin C content in raspberry varieties was related to GalLDH and APX activity.

Key words: raspberry(Rubus idaeus); ascorbic acid; GalLDH; AAO; APX

維生素C是一種普遍存在于植物和大多數(shù)動(dòng)物體內(nèi)的一類高豐度己糖內(nèi)酯化合物,而人類等少數(shù)動(dòng)物自身不能合成維生素C,必須通過(guò)食物獲得[1]。所以,維生素C含量已成為果品質(zhì)量的重要指標(biāo)。維生素C對(duì)植物自身也具有重要意義,維生素C作為植物體內(nèi)重要的還原劑之一,不僅參與清除植物光合、呼吸作用過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧,而且作為多個(gè)酶的輔酶在多種生理代謝中發(fā)揮作用[2]。維生素C的還原態(tài)稱為抗壞血酸(Ascorbic acid,AsA), 氧化態(tài)統(tǒng)稱為脫氫抗壞血酸(Dehydroascorbic acid,DHA),二者都具有生物活性,并可相互轉(zhuǎn)化[2]。L-半乳糖酸-1,4-內(nèi)酯脫氫酶(GalLDH)是AsA生物合成途徑的關(guān)鍵酶[3]。抗壞血酸氧化酶(AAO)和抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)催化AsA形成不穩(wěn)定的單脫氫抗壞血酸(MDHA),再經(jīng)過(guò)非酶歧化反應(yīng)形成脫氫抗壞血酸(DHA),DHA除了部分被還原為AsA外,其余的被氧化為2,3-二酮古洛糖酸[2]。

樹(shù)莓為薔薇科(Rosaceae)懸鉤子屬(Rubus)多年生小灌木,其果實(shí)風(fēng)味獨(dú)特,含有豐富的維生素C。目前關(guān)于樹(shù)莓果實(shí)中維生素C積累的生理機(jī)制尚不清楚。本試驗(yàn)研究了4個(gè)不同品種樹(shù)莓果實(shí)發(fā)育過(guò)程中維生素C含量變化與GalLDH、AAO及APX活性的關(guān)系,以期了解樹(shù)莓果實(shí)維生素C積累的生理機(jī)制,為高含量維生素C果樹(shù)的育種奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試品種為哈瑞太慈(Heritage)、撒米特(Summit)、杜拉明(Tulameen)、費(fèi)爾杜德(Fertod Zamatos)。各樹(shù)莓品種種植于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝分院,2011年5~10月采取這4個(gè)品種的綠熟期、1/4紅熟期、1/2紅熟期、3/4紅熟期、紅熟期果實(shí),取鮮果進(jìn)行維生素C含量及各種酶活性的測(cè)定。

1.2各指標(biāo)測(cè)定方法

1.2.1AsA和DHA含量的測(cè)定參考Turcsányi等[4]及Takahama等[5]的方法并作適當(dāng)改進(jìn): 取約2 g果實(shí)(不去果皮)在5%的偏磷酸中研磨勻漿,4 ℃ 10 000 r/min 離心20 min,收集上清液用于測(cè)定AsA和DHA的含量。測(cè)定AsA?xí)r吸?。保埃?μL的上清液加入到2 mL 100 mmol/L磷酸鉀緩沖液(pH 6.8)中,當(dāng)加入1 U的抗壞血酸氧化酶(EC1.10.3.3,來(lái)自Cucurbita sp.)后記錄265 nm下的吸光度。測(cè)定DHA?xí)r吸?。保埃?μL上清液加入到2 mL 100 mmol/L磷酸鉀緩沖液(pH 6.8)中,當(dāng)加入2 mmol/L二硫蘇糖醇(DTT)后記錄265 nm下的吸光度。同時(shí),用一系列已知濃度的AsA和DHA(Sigma公司產(chǎn)品)溶液用相同的方法制作標(biāo)準(zhǔn)曲線以計(jì)算樣品中AsA、DHA和AsA+DHA(總維生素C)的含量。

1.2.2酶活性測(cè)定

1)GalLDH活性測(cè)定。酶液的提取參考安華明等[6]的方法。酶活性的測(cè)定參考Tabata等[7]的方法: 2.4 mL反應(yīng)體系中含有2 mL 1.05 mg/mL的細(xì)胞色素C(Cyt c)、200 μL 56 mmol/L的L-半乳糖內(nèi)酯和200 μL酶提取液。測(cè)定前先將反應(yīng)液混合于25 ℃溫育1 min,反應(yīng)從加入L-半乳糖內(nèi)酯開(kāi)始計(jì)時(shí), 測(cè)定550 nm下的吸光度。1 nmol/min L-半乳糖內(nèi)酯氧化量(相當(dāng)于Cyt c還原量為2 nmol/min)為1個(gè)單位(U)。

2)APX及AAO活性測(cè)定。采用Pignocchi等[8]的方法:稱取約2 g果實(shí)在4 mL含0.3 mol/L甘露醇、1 mmol/L EDTA、1%牛血清白蛋白(BSA)、0.05%半胱氨酸及2%PVP 的50 mmol/L Tris-HCl緩沖液(pH 7.2)中冰浴研磨,4 ℃ 12 000 r/min離心20 min,收集上清液作為酶液。APX反應(yīng)液含3 mL 50 mmol/L磷酸鉀緩沖液(0.09 mmol/L H2O2, 0.05 mmol/L AsA, pH 7.4)和100 μL的酶液。AAO反應(yīng)液含3 mL 50 mmol/L磷酸鉀緩沖液(0.5 mmol/L EDTA, 0.15 mmol/L AsA, pH 7.0)和100 μL的酶液。測(cè)定265 nm下吸光度的變化。此兩種酶的活性定義為:1 μmol/min AsA的氧化量為1個(gè)單位(U)。

以上各生理指標(biāo)的測(cè)定均重復(fù)3次。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1樹(shù)莓果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期AsA、DHA和總維生素C含量的變化

總維生素C由氧化型(DHA)和還原型(AsA)組成。從圖1可以看出,4個(gè)品種樹(shù)莓果實(shí)的AsA和總維生素C的含量隨果實(shí)的發(fā)育逐漸升高,而DHA的含量逐漸降低,總維生素C和AsA的含量均在果實(shí)紅熟期達(dá)到最大值,雖然DHA的含量在逐漸降低,但是并沒(méi)有影響AsA和總維生素C含量的升高,說(shuō)明DHA的含量只是樹(shù)莓果實(shí)維生素C庫(kù)中的極小部分。4個(gè)品種中費(fèi)爾杜德的AsA含量和維生素C總含量都最高。

2.2樹(shù)莓果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期GalLDH活性的變化

隨著樹(shù)莓果實(shí)的不斷成熟,GalLDH活性也不斷上升(圖2),GalLDH活性與AsA和總維生素C含量的變化趨勢(shì)基本一致。在綠熟期4個(gè)品種的GalLDH活性差異不顯著,在隨后的果實(shí)發(fā)育時(shí)期,費(fèi)爾杜德果實(shí)的GalLDH活性與其他3個(gè)品種差異顯著。相關(guān)性分析表明,4個(gè)品種中費(fèi)爾杜德、杜拉明、哈瑞太慈紅熟期果實(shí)的GalLDH活性與AsA積累呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.984 5、0.990 4和0.952 6,撒米特的GalLDH活性與AsA積累呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.841 3。由此可知GalLDH活性是決定AsA水平高低的主要因素之一。

2.3樹(shù)莓果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期APX和AAO活性的變化

APX的活性隨著AsA含量的升高逐漸降低(圖3),可能會(huì)在一定程度上減少AsA的氧化分解,有利于AsA的積累。通過(guò)相關(guān)性分析可知,果實(shí)的APX活性與AsA含量相關(guān)不顯著,APX變化與DHA含量的變化趨勢(shì)基本一致,杜拉明和撒米特紅熟期果實(shí)中的APX活性與DHA含量呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.967 8、0.913 7,費(fèi)爾杜德和哈瑞太慈紅熟期果實(shí)的APX活性與DHA含量呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.767 8、0.856 7。AAO的活性隨著果實(shí)的成熟先升高后略有降低(圖4),AAO活性與維生素C含量的相關(guān)性分析結(jié)果表明,二者不存在顯著相關(guān)關(guān)系。

3小結(jié)與討論

高等植物AsA生物合成和代謝途徑被逐漸揭示,特別是明確了AsA生物合成的L-半乳糖途徑[3]。Tokunaga等[9]對(duì)轉(zhuǎn)正義GalLDH基因的煙草進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)GalLDH會(huì)過(guò)量表達(dá),而且增加了轉(zhuǎn)基因煙草中的AsA含量。研究結(jié)果表明,GalLDH活性與AsA積累呈顯著正相關(guān),這與以刺梨為試驗(yàn)材料的研究結(jié)果基本一致[6],且此次研究中高AsA含量的樹(shù)莓品種費(fèi)爾杜德中GalLDH活性顯著高于其他3個(gè)品種,所以認(rèn)為樹(shù)莓果實(shí)中AsA含量的差異與GalLDH存在密切關(guān)系。同時(shí),APX和AAO對(duì)AsA的積累也有不可忽視的作用。通過(guò)相關(guān)性分析可知,APX活性與AsA含量相關(guān)不顯著,與DHA含量呈顯著正相關(guān),表明APX是將AsA氧化進(jìn)而形成DHA的主要酶。AAO的活性隨著果實(shí)的成熟先升高后略有降低,通過(guò)對(duì)果實(shí)發(fā)育各個(gè)時(shí)期的AAO活性與AsA含量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),兩者相關(guān)性不顯著。APX和AAO在果實(shí)發(fā)育到3/4紅熟期和紅熟期時(shí)活性很低,因而在這段時(shí)期后AsA極少氧化分解,這是樹(shù)莓果實(shí)能夠積累高水平AsA的另一重要原因。這樣,一方面AsA在持續(xù)不斷地合成,另一方面其氧化損失很少,從而使維生素C高水平積累。

雖然研究明確了GalLDH、APX及AAO在樹(shù)莓果實(shí)維生素C積累中的作用,但是植物維生素C的積累與其合成、代謝、再生及環(huán)境等多因素有關(guān),再生循環(huán)及環(huán)境因素對(duì)維生素C積累的影響也值得進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn):

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