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叶绿素降解是植物发育过程中的一个普遍现象。近年来,植物叶绿素降解途径方面的研究取得了突破性进展,该途径的重要基因已被鉴定,但内外因子是如何调控植物叶绿素降解的,目前了解得还很少。香蕉大蕉均属芭蕉属,正常后熟软化时果皮由绿转黄,但在24℃以上环境后熟时香蕉不能正常褪绿,形成青皮熟,而大蕉能正常褪绿。我们在生产中发现香蕉处于高CO2条件下后熟,也会出现类似于高温下的“青皮熟”现象。本文针对这一现象,以香蕉和大蕉果实为材料,比较了两者后熟时果皮叶绿素降解对CO2敏感性的差异,并比较了两者在高CO2环境中的后熟生理及与叶绿素降解相关酶基因的表达模式差异,以探讨果实后熟过程中果皮叶绿素降解的调控机制,主要研究结果如下:
1.与对照相比,10%CO2浓度处理的果实均能正常转黄,30%CO2浓度处理的香蕉及大蕉果皮叶绿素降解在不同程度上受到了抑制。在20%CO2处理下,香蕉果皮的C值上升和h值下降相对缓慢,在贮藏后期果皮保持绿色,而大蕉在同样条件下催熟时,果皮却能正常褪绿转黄。20%CO2处理下香蕉果皮的叶绿素的降解受到了一定的抑制,在贮藏第6d时仍维持在较高水平;而大蕉果皮叶绿素在贮藏第6d时CO2处理与对照几乎一致。可见,香蕉和大蕉叶绿素的降解对高CO2的敏感性存在明显差异。
2.比较了香蕉和大蕉在不同CO2浓度下的后熟生理反应,在后熟期间,香蕉、大蕉的10%、20%、30%CO2处理与对照的果肉硬度变化几乎一致,说明经乙烯催熟处理后,即使在30%CO2浓度范围内果实仍能正常软化。20%CO2处理下香蕉和大蕉的果皮硬度、膜透性、MDA含量与对照无明显差异,表明果实在启动后熟后,即使再使用高C02处理也不能延缓其后熟进程。高CO2处理的香蕉大蕉呼吸速率高于对照,而乙烯释放量低于对照。总的来看,20%CO2处理下香蕉及大蕉果实都经历了正常的后熟生理反应,香蕉在高CO2处理下叶绿素降解受到抑制与抑制其后熟生理反应无关。
3.比较了香蕉和大蕉果皮叶绿素降解相关酶活性差异,结果表明,香蕉和大蕉的果皮叶绿素酶随着贮藏期的延长,呈现活性不断下降的趋势,20%CO2处理的后熟香蕉果皮中叶绿素酶活性高于对照的酶活性,相反在大蕉果皮中,20%CO2处理下叶绿素酶活性在第3、4d时略低于对照的酶活性。这说明叶绿素酶在叶绿素的降解中并没有起重要作用或者是其并未直接参与调控。20%CO2处理的香蕉中脱镁螯合酶的活性显著低于对照的酶活性,而在大蕉果皮中20%CO2处理的脱镁螯合酶的活性在贮藏后期高于对照的酶活性,说明脱镁螯合酶在高CO2抑制香蕉果皮褪绿中具有较为关键的作用。
4.分析了CO2处理对叶绿素降解相关基因表达的影响。Northern杂交结果表明,20%CO2处理促进了香蕉果皮叶绿素降解相关基因NYC、PAO基因的表达。在第3d时20%CO2处理轻微的抑制了香蕉SGR基因表达。20%CO2处理在第1、2d时轻微的抑制了大蕉果皮PAO基因的表达,对NYC基因表达无明显影响。20%CO2处理在第2、3、4、6d时轻微的促进了SGR基因表达,未能检测到香蕉和大蕉RCCR基因的表达。因此说明高CO2处理抑制香蕉叶绿素降解与抑制其它叶绿素降解基因无关,主要是通过作用于叶绿素降解的第二步反应-脱镁螯合酶来抑制叶绿素降解的。