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荔枝(Litchi chinensis Sonn.)原产我国南方,是具有较高经济价值的亚热带水果。荔枝果实采后果皮极易褐变,是限制荔枝长期贮运、导致荔枝货架寿命短及降低荔枝果实商品价值的主要因素。国内外对此作过大量研究,但迄今为止对果皮褐变机理仍然未能提出令人满意的解释。本文从荔枝果皮花色素苷的酶促降解入手,从荔枝果皮中分离纯化出具有花色素苷降解活力的漆酶,研究酶学特性和天然底物,并分析其基因表达和蛋白水平的变化,理解漆酶在荔枝采后褐变中的作用,为荔枝采后生物学提供理论依据,也为开发荔枝保鲜技术提供基础和依据。
本研究以淮枝(Litchi chinensis Sonn.Cv.Huaizhi)果实为试材,纯化果皮中具有花色素苷降解活性的漆酶,通过初提、硫酸铵分部盐析、DEAE-Sepharose离子交换柱层析和Sephadex G-200凝胶过滤层析分离后得到一种高度纯化的蛋白,经SDS-PAGE凝胶电泳显示其单一条带的分子量大小约为116 kDa,活性胶检测发现这一蛋白可催化初步纯化的荔枝花色素苷形成褐色条带。在40℃,pH4.0条件下,测得荔枝漆酶对4-甲基邻苯二酚、邻苯二酚、介子醇这三种底物的Km值都比初步纯化的荔枝花色素苷高,推测后者含漆酶的最适底物。漆酶对苯二酚、松柏醇和对甲氧基苯胺等酚类物质不表现活力,表明该酶可能是邻位酚氧化酶型漆酶。
根据荔枝漆酶的保守蛋白序列合成了抗体,Western分析表明,抗体能识别高度纯化的漆酶,在116 Kda,区域出现强烈信号。分析不同组织中的蛋白表达水平,结果显示在最容易褐变的荔枝果皮上漆酶的蛋白表达量最高,而在不容易褐变的果肉和根、茎、叶等别的组织中表达量很低甚至检测不到表达,采后荔枝果皮中漆酶蛋白的表达量随贮藏时间呈先上升后下降的趋势。
本实验发现初步纯化花色素苷溶液能和高度纯化的漆酶发生反应,但是高度纯化的花色素苷不与漆酶发生反应,说明初步纯化的花色素苷溶液中存在未知的漆酶底物。我们首次对荔枝果皮组织中漆酶的未知底物进行了分离和提纯,通过1%盐酸浸提,XAD-7树脂柱层析、Sephadex LH-20凝胶柱层析,制备型高压液相的分离纯化,通过紫外光谱扫描、高压液相色谱-质谱联用等光谱分析鉴定了荔枝果皮中主要底物的分子量为679.5,初步推测该底物可能是一种单宁物质。
我们对采后荔枝果实进行了各种防褐保鲜处理,0.03mm厚的聚乙烯打孔包装荔枝延缓了果皮褐变的速度,对果皮花色素苷含量影响不大,花色素苷酶活性和漆酶基因表达高于不包装的。热处理后浸酸延缓了果皮褐变的速度和花色素苷含量的下降,花色素苷降解酶活力和漆酶基因表达也明显低于单纯热处理和包装处理(对照)。熏硫后浸酸处理有效的维持了果皮的红色,果皮中花色素苷含量高于对照和熏硫处理,花色素苷降解酶活性和漆酶基因的表达低于熏硫处理。
综上所述,我们从荔枝果皮中分离出了具有降解花色素苷活性的漆酶,初步鉴定了它在荔枝果皮中的天然底物,分析了各种防褐处理对漆酶的酶活性、蛋白表达和基因表达的影响,证明了该酶在荔枝果皮褐变中有着重要作用,丰富了对荔枝果皮褐变机理的认识,也为荔枝保鲜提供一些参考。