利用代谢网络通量控制分析对库尔勒香梨贮藏温度控制的优化

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库尔勒香梨是呼吸跃变型果实,同时也是果糖积累型果实,在贮存过程中降低其分解代谢可有效维持其品质延长其货架期。本研究分析了库尔勒香梨在贮藏过程中的呼吸代谢网络及其控制,找出合成代谢高且分解代谢低的贮藏温度。果实中果糖的含量会直接影响其口感,同时乳酸与NADH+H+的偶联关系,以及在组织细胞间的穿梭作用使其可以表征果实的呼吸强度。库尔勒香梨分组并于不同温度(0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃)下贮藏24h,按照果皮、果肉、果心三个部分进行取样;利用生物传感器测定葡萄糖和乳酸含量,通过代谢通量分析得到库尔勒香梨不同贮藏温度下果实各部位的代谢途径通量图;同时利用酶偶联的方法测定糖酵解途径、三羧酸循环、乳酸代谢途径以及果糖合成途径中重要的酶活力的变化和代谢物浓度变化,通过弹性系数和通量控制系数判断果糖和乳酸代谢途径中对其通量起主要控制的酶。果糖和乳酸代谢通量结果图表明:0℃是库尔勒香梨贮藏的最佳温度,0℃下果糖合成通量较高,且各部位间果糖通量差值较低;同时0℃下果实中乳酸的合成通量最高,且各部位间差异较小。在果糖合成途径中,lin-log方法分析结果显示:酸性转化酶(Acid invertase,AIV)对果糖通量的控制作用最强(FCCAIV=0.490);在乳酸代谢途径中,采用主成分分析和lin-log方法同时进行分析,主成分分析结果表明:丙酮酸脱氢酶复合物(Pyruvate dehydrogenase complex,PDHC)、磷酸甘油酸激酶(Phosphoglycerate kinase,PGK)、丙酮酸激酶(Pyruvate kinase,PK)对库尔勒香梨乳酸通量的控制作用都较强,它们的控制系数分别为CCPPDHC=0.159、CCPPGK=0.158和CCPPK=0.141,而己糖激酶(Hexokinase,HK)对乳酸通量的控制作用最小(CCPHK=0.012);lin-log方法分析结果表明:丙酮酸脱氢酶复合物(PDHC)、磷酸甘油酸激酶(Phosphoglycerate kinase,PGK)、乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase,LDH)、丙酮酸激酶(Pyruvate kinase,PK)对库尔勒香梨乳酸代谢通量有较强的控制作用(FCCPDHC=0.177、FCCPGK=0.145、FCCLDH=0.134、FCCPK=0.125),其中丙酮酸脱氢酶复合物控制作用最强,而己糖激酶(Hexokinase,HK)、磷酸果糖激酶(Phosphofructokinase,PFK)对乳酸代谢通量的控制作用最小(FCCHK=0.011、FCCPFK=0.015),结果发现两种方法具有较好的一致性。
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