乙烯与园艺产品的成熟衰老.ppt

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1、第三章 乙烯与园艺产品的成熟衰老,乙烯（ethylene）是影响呼吸作用的重要因素。通过抑制或促进乙烯的产生，可调节果蔬的成熟进程，影响贮藏寿命。因此，了解乙烯对果品蔬菜成熟衰老的影响、乙烯的生物合成过程及其调节机理，对于做好果蔬的贮运工作有重要的意义。,一、乙烯的发现、研究历史与结构特点,早在19世纪中叶(1864)就有关于燃气街灯漏气会促进附近的树落叶的报道，但到1901年，俄国植物生理学家 报道，照明气中的乙烯会引起黑暗中生长的豌豆幼苗产生“三种反应”，认为乙烯是植物生长调节剂。第一个发现植物材料能产生一种气体并对邻近植物材料的生长产生影响的人是卡曾斯(Cousins,1910)，他发现

2、橘子产生的气体能催熟同船混装的香蕉。虽然1930年以前人们就已认识到乙烯对植物具有多方面的影响，但直到1934年甘恩(Gane)才获得植物组织确实能产生乙烯的化学证据。但当时认为乙烯是通过IAA起作用的。,1959年，由于气相色谱的应用，伯格()等测出了未成熟果实中有极少量的乙烯产生，随着果实的成熟，产生的乙烯量不断增加。1965年在伯格的提议下，乙烯才被公认为是植物的天然激素。,乙烯的特性,Very simple molecule,C2H4:乙烯(ethylene,ET，ETH)是一种不饱和烃，其化学结构为CH2=CH2。带有甜香味，易溶于油脂，难溶于水，化学性质活跃。A gas(乙烯在常温

3、下是气体，分子量为28.05，轻于空气)An important chemical feedstock(是一种非常重要的化工原料)A natural plant hormone（是各种植物激素中分子结构最简单的一种。乙烯在极低浓度(0.010.1lL-1)时就对植物产生生理效应）爆炸浓度在3.1%-32.0%（31000-310000PPm）。,爆炸,乙烯从哪里来？,成熟的果实燃烧产生的烟雾车辆排放尾气催熟间,乙烯的作用,有（益）用的方面 加速成熟 促进脱落 有（害）问题的方面 促进成熟 加速衰老 引起脱落,乙烯的作用,抑制（实生苗）生长引起（植物）花和叶的脱落引起（植物）叶片黄花和死亡诱导叶

4、片偏上性生长促进花的衰老加速果实成熟促进果实、叶片或枝条的脱落,二、乙烯的分布、生物合成和代谢,（一）分布：高等植物各器官都能产生乙烯，但不同组织、器官和发育期，乙烯的释放量是不同的。如成熟组织释放乙烯较少，一般为0.01-10nl/g鲜重.h-1,分生组织、种子萌发、花凋谢和果实成熟时产生乙烯较多，某些真菌（青霉、镰刀菌、酵母菌、毛酶）和细菌（大肠杆菌）也产生较多的乙烯。,园艺产品乙烯产生量,（二）乙烯生物合成途径 系统乙烯和系统乙烯的合成途径都是相同的，只是启动因子不同。乙烯生物合成的前体是什么，大家还记得吧？1、乙烯生物合成（1）前体：甲硫氨酸（Lieberman&Mapson et a

5、l,1964)。生物合成前体：蛋氨酸(甲硫氨酸，Met)；直接前体：ACC（1-氨基环丙烷-1-羧酸）（2）合成部位：在植物的所有活细胞中都能合成乙烯，在细胞膜的内表面合成的。Yang Cycle（3）合成途径：（1977年，由杨祥发、亚当斯阐明），基本途径是：Met SAM ACC ETH。蛋氨酸经过蛋氨酸循环，形成5-甲硫基腺苷(5-methylthioribose，MTA)和ACC，前者通过循环再生成蛋氨酸，而ACC则在ACC氧化酶(ACC oxidase)的催化下氧化生成乙烯。实验用14C-蛋氨酸作底物，发现:在ATP参与下，形成S-腺苷蛋氨酸，接着SAM在ACC合成酶（ACS）作用下

6、，分解为甲硫腺苷（MTA）和ACC（1-氨基-环丙烷-1-羧酸）。见图。,ACS是乙烯合成的限速酶，存在于细胞质中。ACO、ACS这些酶现已分离出来,它们的基因已被克隆,并运用基因工程技术,在农业生产上应用。我们来看一下这两种酶的性质及特点(见下面)。ACC除形成乙烯外，也会转变成N-乙酰-ACC，这是不可逆的反应，使ACC失活，这是植物体自身调节乙烯产生的一个重要形式。ACC也可转变为N-丙二酰ACC(MACC)，此反应是不可逆反应。当ACC大量转向MACC时，乙烯的生成量则减少，因此MACC的形成有调节乙烯生物合成的作用 乙烯的生物合成受到许多因素的调节，这些因素包括发育因素和环境因素。促

7、进因素：果实完熟、花衰老 IAA增强ACS活性逆境、伤害 细胞分裂素、赤霉素 温度25-28充足O2抑制因素：AVG、AOA、MVG等缺氧、充氮Co2+解偶联剂(NNP)温度35或低温,植物组织中的甲硫氨酸水平很低，要维持正常的乙烯代谢产率，硫一定要再循环。实验证明，甲硫氨酸的CH3S-基是保留在植物组织中的。在产生ACC的同时，也形成5-甲硫基腺苷（MTA），接着水解为（MTR），MTR的CHS-基再转变回甲硫氨酸。,丙二酰CoA,丙二酰ACC,甲硫基腺苷,甲硫基核糖,对于具有呼吸跃变的果实，当后熟过程一开始，乙烯就大量产生，这是由于ACC合成酶和ACC氧化酶的活性急剧增加的结果。IAA也可

8、促进乙烯的产生。IAA诱导乙烯产生是通过诱导ACC的产生而发挥作用的，这可能与IAA从转录和翻译水平上诱导了ACC合成酶的合成有关。影响乙烯生物合成的环境条件有O2、AVG(氨基乙氧基乙烯基甘氨酸，aminoethoxyvinyl glycine)、AOA(氨基氧乙酸，aminooxyacetic acid)、某些无机元素和各种逆境 从ACC形成乙烯是一个双底物(O2和ACC)反应的过程，所以缺O2将阻碍乙烯的形成。AVG和AOA能通过抑制ACC的生成来抑制乙烯的形成。所以在生产实践中，可用AVG和AOA来减少果实脱落，抑制果实后熟，延长果实和切花的保存时间。在无机离子中，Co2+、Ni2+和

9、Ag+都能抑制乙烯的生成.,。,2、乙烯生成中的关键酶 在1979年杨祥发就发现ACC是乙烯生成的直接前体，确定乙烯生物合成的途径，但在乙烯生物合成中的两个关键酶ACS、ACO却直到90年代才取得较大进展。ACS ACS是植物体内乙烯生物合成途径中的限速酶，最先在成熟番茄中发现的。它有如下几个特点：a.底物为SAM。一般化学反应中底物浓度高会使反应平衡向生成产物的方向移动，反应速度加快，但ACS非常特别，SAM浓度太高反而抑制ACS的活性，因此有人称其为自杀酶。其分子量为55.8万道尔顿。b.ACS是以磷酸吡哆醛（PLP）为辅基的酶，这类酶有三个专一性抑制剂，AVG（氨氧乙基乙烯基甘氨酸，效果

10、最好，达90以上，但价格最贵，通常实验室都用不起）、AOA（效果很好，达7080，但不如AVG，但价格较便宜，600元/克，还无法用在生产上）、MVG（甲氨基乙烯基甘氨酸，效果是三种中最差的）。c.ACS是多基因控制，具多种同功酶，如番茄有9个ACS同功酶，6种由生长素诱导，2种由成熟诱导，1种受伤诱导，因此ACS受多种因素诱导。d.ACS稳定性低，在细胞内也很容易失活，半寿期短约0.51h，。80年代已知道有这种酶，但一直无法进行研究，就是这个原因。e.ACS是诱导酶（即由于底物的存在、其他激素或环境的刺激而诱导其本身没有的酶的合成），诱导因子：IAA、成熟衰老、胁迫因素(机械伤、极端温度、

11、干旱涝害、电流等),ACO ACO是乙烯生物合成途径中最后一个步骤的酶，它不成为乙烯生成的限速酶，过去对这个酶了解不多，此酶的分离提纯要求膜完整，只能在活体上研究，其活性靠注射ACC，视其转化为乙烯的量，因此一直到90年中期，许多书上称其为EFE（乙烯形成酶），直到前几年，研究技术的发展，在离体上也可分离出ACO，并研究其性质，这才阐明这个酶的特征，它需要抗坏血酸和氧作辅基，Fe2+和CO2作辅因子，催化ACC氧化成乙烯，因此认为把它称为ACO较科学。ACO的特点：要求膜的稳定。所以破坏膜的稳定性物质如Co2-、磷酸胆碱（亲脂物质）等能抑制其活性。氧化还原酶，故在缺O2低O2的嫌气条件下，抑制

12、其活性。也是诱导酶，诱导因子除IAA外，其它诱导ACS的因子也都能诱导ACO。,目前控制乙烯生物合成，主要是针对上述两种酶，近年的研究发现，在正常乙烯合成途径中存在一种酶对乙烯合成起调节作用。这就是MACC合成酶。大家看上图。如果植物体内ACC过多，或植物没有收到衰老信号，植物就会激活MACCS，将ACC催化生成MACC，这个反应是不可逆的，这样造成ACC失活，降低体内ACC水平，从而降低乙烯的生成量。这个酶的发现为乙烯合成调节提供了一个新思路。另外，研究还发现，自然界中存在ACC脱氨酶。这种酶是在细菌中发现的。ACC脱氨酶,其作用是ACCNH3+-酮基丁酸，催化ACC脱氨，生成-酮基丁酸。这

13、个酶的发现为生物保鲜提供一个思路。现在要求纯天然，用此细菌脱除乙烯，是无污染的天然措施。符合现代人的要求。,3、乙烯作用机理目前关于乙烯的作用机理主要有以下几种。(1)与受体结合。植物激素对植物的作用，往往是先与受体结合。G+S GS 响应 乙烯是附着在细胞某些金属蛋白（受体）位置上，起着调节作用，这种金属可能是一价铜。乙烯作用抑制剂Ag+可抑制乙烯作用，可能是Ag+取代了金属蛋白中金属，使乙烯无法与金属蛋白结合。NBD则是与乙烯竞争与受体的结合部位，使乙烯无法与受体结合，从而抑制乙烯作用。,乙烯与细胞质膜受体ETR1结合后，钝化了其信号传导下游的CTR1（蛋白激酶家族成员），使类似于离子通道

14、的跨膜蛋白EIN2活化，发生离子的跨膜运动，它的信号转导下游组分之一是细胞核中的转录因子EIN3，EIN3能调节基因表达，调节乙烯反应,(2)乙烯改变膜透性。乙烯的受体蛋白可能在膜上，这种蛋白对热敏感。气体交换加强 乙烯膜上受体蛋白膜透性增加 呼吸加强 促进成熟 物质交换加强乙烯之所以能促进果实成熟，是由于乙烯能增加膜透性，尤其是液泡膜透性，使水解酶外渗，导致呼吸上升，提高多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性，使果胶物质变可溶，果肉内有机物强烈转化，而达到可食程度。(3)对生长素的影响 乙烯抑制生长素合成及运输，促进生长素的分解，通过降低IAA水平而促进脱落和衰老。(4)促进核酸与蛋白质的合成 乙烯引

15、起特定mRNA合成，以此作为模板合成新酶类（如纤维素酶等），这些酶涉及许多生理生化过程。如纤维素酶进入细胞壁，促进离层产生，促进脱落等。乙烯在叶子及花组织中产生，可使叶、花导致衰老、脱落。原因是乙烯能促进离区纤维素酶及果胶酶活性，产生离层。（5）乙烯在果实内的流动性 乙烯是一种高度流动性物质，Terai用乙烯处理绿熟相交萼端，3小时后在未处理的一端有乙烯释放，8-12小时后两端释放CO2增加，并有后熟症状。,(三)乙烯的运输,乙烯在植物体内易于移动，是被动的扩散过程，一般情况下，乙烯就在合成部位起作用。乙烯的前体ACC可溶于水溶液，因而推测ACC可能是乙烯在植物体内远距离运输的形式.,三、乙烯

16、生物合成的调节,（一）自身因素的调节1.发育因素的调节 果实不同发育阶段产生乙烯的能力不同，这主要是由于植物组织中存在两种乙烯生物合成系统。对于非跃变型果实，只存在乙烯生成系统；而在跃变性果实中则存在乙烯生物合成系统和系统。未成熟果实、刚采下的切花乙烯合成能力很低，内源乙烯含量也很低。随果实的成熟，切花的衰老，乙烯合成能力急增，到衰老后期乙烯合成能力又下降。例如油梨、香蕉和番茄果实在跃变前，乙烯生成量仅1nl/L，进入果实成熟后内源乙烯释放量猛增450倍，果实衰老后期又下降到5nl/l。这是因为未成熟果实ACS被抑制，合成ACC的量很低，若此时加入外源ACC，则乙烯生成量会迅速增加。香石竹切花

17、衰老时乙烯的变化与果实相似。,2.乙烯对乙烯生物合成的调节乙烯对乙烯生物合成的作用具有两重性：既能自我催化，又能自我抑制。自我催化：即少量的乙烯（内源或外源）能促进体内乙烯的大量合成。这是由于少量乙烯能促进ACS的表达合成，激活ACO的活性。Peacook认为这是因为果实跃变前有内源抑制剂存在，抑制了ACS的合成，而少量乙烯可破坏这些抑制剂，从而启动了ACS的合成，进一步启动了乙烯的大量合成。对成熟前跃变型果实（如香蕉）施用少量乙烯，可诱发内源乙烯大量生成，因而促进呼吸跃变，加快成熟。但对非跃变型果实（如柠檬和甜橙），施用少量乙烯，虽能促进呼吸，却不能增加内源乙烯的生成。出现此现象是因为跃变型

18、园艺产品体内存在两个乙烯合成系统，系统、系统。系统只产生少量乙烯，而系统才能产生大量乙烯。而非跃变型园艺产品体内仅有系统而无系统，故只能产生少量乙烯。乙烯的自我抑制：这是由于乙烯能抑制ACS的活性，促进MACCS的形成，从而抑制乙烯合成。这很好理解，产物往往对反应有反馈抑制作用。有人认为非跃变型园艺产品采后实施乙烯，虽然能促进呼吸但不能增加内源乙烯的增加。,3.其他激素对乙烯合成的调节（1）生长素auxin 生长素能诱导ACS的合成与活性，从而促进乙烯的产生。生长素除了能延缓果实衰老外，也能刺激许多植物组织产生乙烯。过去人们认为生长素对植物生长所产生的影响，如偏上生长、诱导开花、抑制生长、诱导

19、生根和向地性等，目前都归结为IAA诱导了乙烯生成而起作用。现已证明IAA刺激乙烯生成的主要原因是诱导了ACS的形成。生长对不同果实促进乙烯生成的情况不同，它对非跃变型果实（如葡萄）并不能引起乙烯生成，或虽能增加乙烯生成，但生成量太少，不足以抵消生长素对衰老的延缓作用。但对跃变型果实来说，生长能刺激乙烯生成，因而促进成熟。,（2）GA GA和CTK都能延缓衰老，GA的作用是抑制乙烯形成，但呼吸跃变后，GA就失去了抑制乙烯形成的作用。（3）CTK CTK能延缓衰老，与乙烯的作用相拮抗，这是因为a、CTK能降低园艺产品对乙烯的敏感度。如在香石竹切花研究中发现6-BA可有效降低其对乙烯的敏感性。b、能

20、抑制乙烯的形成。（4）ABA ABA能刺激乙烯形成。有实验表明，对跃变前苹果用ABA处理，可刺激乙烯形成，但对衰老中即跃变期苹果不起作用。现在的研究认为，ABA在非跃变型果实衰老中所起作用更大（比乙烯大），但未有定论。其他激素对园艺产品衰老的作用：IAA主要影响果实成熟的启动时间。IAA使果实对乙烯敏感度下降，但不影响果实的成熟度，即IAA处理后果实仍能完全成熟。CTK不影响果实成熟的启动时间，但影响其成熟度，即CTK处理后，果实不易达完熟，有的果实仍有涩味。ABA促进果实成熟提前，加快衰老。用激素保鲜在果蔬上用得不很多，但切花保鲜上应用较多。,4、乙烯生物合成酶的调节,（1）ACC合成酶：在

21、植物中含量极低，已分离出8个同功酶，在不同时期表达，受伤害、干旱、水涝、病虫害、IAA、开花等的诱导。（2）ACC氧化酶：需 Fe,CO2。受Co2+、DNP、没食子酸丙酯等的抑制。（3）ACC丙二酰基转移酶，乙烯升高促进该酶活性，降低乙稀产生。（4）谷氨酰胺ACC（GACC）的调节 Martin等1995年报道，在谷胱甘肽存在的条件下，从番茄中抽提出来的粗蛋白可以螯合ACC，形成GACC。在番茄果皮中，随着果实逐步走向完熟，GACC形成活性逐步增加。（5）前提物质SAM的竞争性控制,（二）环境因素的调节1.温度一般535是果实不受害的温度范围，即园艺产品还能维持正常生命活动，在这个温度范围内

22、，果实乙烯生成量随温度的上升而上升，如苹果在30时释放的乙烯是5的4倍，因此保鲜中保持低温很重要。并且低温能降低对乙烯的敏感性。但在5或35条件下，园艺产品不能维持正常生命活动，是受害温度。冷害时间短，膜结构完好，转移到室温下，乙烯释放剧烈增加，ACC含量下降；冷害时间长，膜受破坏，转移到室温下，乙烯的释放量很微小，甚至没有变化，而ACC含量却直线上升。因此，将低温或冷害低温下的果蔬转移到室温下，乙烯释放量是否上升与细胞原生质膜和液泡膜破坏相关，因为ACC氧化酶活性与膜的完整性相联系。如黄瓜受冷害时，在低温下ACS、ACO活性并没有提高，乙烯生成量也不增加，但由冷害温度回到室温时，ACS、AC

23、O活性迅速提高，乙烯含量急剧上升。,2.O2、CO2O2浓度低于4，对乙烯合成抑制明显。ACC乙烯 要O2参与，低O2、无O2抑制ACO活性。CO2能抑制乙烯作用。这是原因乙烯起作用要先与受体结合，CO2结构与乙烯相似，与乙烯竞争受体结合部位，抑制乙烯起作用。把CO2浓度提高到3，果实的乙烯生成量大约降低到原来水平的15。利用1012的CO2处理元帅、金帅、国光苹果3040天，不调节O2分压，明显地抑制了乙烯的产生，果实内部乙烯浓度明显较低。元帅苹果采后7天，对照果实中乙烯达到11.9毫克/升，30天乙烯峰值达到124毫克/升，采后经高CO2处理的果实经30天贮藏，果肉乙烯为26毫克/升。以6

24、0天贮藏果肉乙烯最高值仅为58毫克/升。小国光苹果采后半个月还难于测出乙烯，经30天贮藏，果肉中乙烯浓度仅0.13毫克/升，贮藏到90天，果实乙烯才明显上升。我们了解乙烯生物合成途径与调控，主要目的是针对乙烯合成与影响因素，利用以上因子，采用适当措施，控制乙烯合成和起作用，从而起到延续衰老的目标。,3.钙调节乙烯产生采后用钙处理可降低果实的呼吸强度和减少乙烯的释放量，并延缓果实的软化。美国现已有一种车载贮液罐和处理罐系统，将果实洗净后装入处理罐，紧闭罐盖，再用真空泵通过加压或抽真空将贮液罐中的梯度钙溶液（24CaCl2）渗入果实，提高果实含钙量，这个处理系统现已在一些果园中使用。,4.机械伤、

25、胁迫因子病原微生物对乙烯合成的调节这主要是增加ACS的活性(因为用AVG可抑制胁迫条件下生成乙烯，而AVG能抑制ACS合成)机械伤、高温、冷害、冻害、干旱和水涝、除莠剂、臭氧、其它污染、病菌侵入、昆虫侵袭等等，这些都是胁迫因子，都能促进乙烯合成。机械损伤 机械损伤刺激果蔬组织产生的乙烯称为伤乙烯，一般跃变前的果实，如苹果、油梨、鸭梨、番茄、番木瓜、甜瓜等果实ACC含量和乙烯释放均明显增加。伤乙烯的产生受到蛋白质合成抑制剂的抑制，机械损伤刺激乙烯增加是蛋白质合成的结果。真菌寄生对果实乙烯释放的影响 真菌寄生释放乙烯比较普遍，据报道有228种真菌可产生乙烯。甜橙在20释放乙烯很少，约0.050.8

26、微升/千克.时，接种青霉菌（P.italicum）3天后刺激乙烯增长1015倍。利用匍枝根霉（R.stolonifetr）接种甜瓜，第二天乙烯释放为0.3768微升/千克.时，9天后上升到0.8533微升/千克.时，而未接种病原微生物的甜瓜果实，乙烯释放变化很小（0.140.19微升/千克.时）。果实受病原微生物侵染的病斑部位和邻近病斑部位乙烯释放量大，远离斑组织的乙烯释放量少。病原微生物侵染果实产生的乙烯，一方面是由于病原微生物刺激寄主产生的；另一方面是病原微生物自身生长繁殖释放的。,三、乙烯的生理效应,（一）改变生长习性 乙烯对植物生长的典型效应是：抑制茎的伸长生长、促进茎或根的横向增粗及

27、茎的横向生长(即使茎失去负向重力性)，这就是乙烯所特有的“三重反应”(triple response)。乙烯促使茎横向生长是由于它引起偏上生长所造成的。所谓偏上生长，是指器官的上部生长速度快于下部的现象。乙烯对茎与叶柄都有偏上生长的作用，从而造成了茎横生和叶下垂。ETH的生物鉴定方法：三重反应.,（二）促进成熟,催熟是乙烯最主要和最显著的效应，因此也称乙烯为催熟激素(见第十章第三节)。乙烯对果实成熟、棉铃开裂、水稻的灌浆与成熟都有显著的效果。,（三）促进脱落乙烯是控制叶片脱落的主要激素。这是因为乙烯能促进细胞壁降解酶纤维素酶的合办成并且控制纤维素酶由原生质体释放到细胞壁中，从而促进细胞衰老和细

28、胞壁的分解，引起离区近茎侧的细胞膨胀，从而迫使叶片、花或果实机械地脱离。（四）促进开花和雌花分化 乙烯可促进菠萝和其它一些植物开花，还可改变花的性别，促进黄瓜雌花分化，并使雌、雄异花同株的雌花着生节位下降。乙烯在这方面的效应与IAA相似，而与GA相反，现在知道IAA增加雌花分化就是由于IAA诱导产生乙烯的结果。（五）乙烯的其它效应 乙烯还可诱导插枝不定根的形成，促进根的生长和分化，打破种子和芽的休眠，诱导次生物质(如橡胶树的乳胶)的分泌等。,图乙烯在不同发育阶段对植物组织的一些生理效应。（A）对白化豌豆幼苗的三重反应。用10 PPm的乙烯来处理6天龄的幼苗（右侧）。（B）西红柿叶片的偏上生长，

29、或向下弯曲（右侧）（C）通过抑制乙烯的作用来抑制花的衰老。将康乃馨的花放在含有硫代硫酸银（STS）一种很强的乙烯作用的抑制剂（左边）或不含STS（右边）的去离水溶液中。（D）用依稀促进了莴苣苗根毛的形成。在拍照之前，对两天龄幼苗用空气（左）或10PPm乙烯处理24小时。值得注意的是在乙烯处理的幼苗中根毛比较的旺盛。,对生长的影响三重反应,乙烯可导致暗中生长的黄化苗的抑制茎的伸长生长促进茎的加粗生长使茎生长的负向地性消失，而水平方向生长，乙烯对生长的这三种作用称为三重反应（triple responses）,四、乙烯的作用机理,由于乙烯能提高很多酶，如过氧化物酶、纤维素酶、果胶酶和磷酸酯酶等的含

30、量及活性，因此，乙烯可能在翻译水平上起作用。但乙烯对某些生理过程的调节作用发生得很快，如乙烯处理可在5min内改变植株的生长速度，这就难以用促进蛋白质的合成来解释了。有人认为乙烯的作用机理与IAA的相似，其短期快速效应是对膜透性的影响，而长期效应则是对核酸和蛋白质代谢的调节。近年来通过对拟南芥(Arabidopsis thaliana)乙烯反应突变体的研究，发现了分子量为147000的ETR1蛋白作为乙烯受体在乙烯信号转导过程的最初步骤上起作用。乙烯信号转导过程中某些组分的分子特性正在被阐明，但受体与乙烯结合的机理尚不清楚，正在研究之中。,科学家从乙烯不敏感突变体中分离出ETR1基因，它编码的

31、蛋白质是乙烯受体之一。ETR1定位于内质网，符合乙烯的疏水性，能自由通过质膜进入细胞内。乙烯之所以与受体结合，是通过一个过渡金属辅因子，大多数是铜和锌，它们和链烯（如乙烯）有高亲和力，银离子也能替代铜产生高亲和力并与之结合，这说明银之所以堵塞乙烯作用不是乙烯结合被干扰，而是由于阻止乙烯与受体结合时产生的变化。,拟南芥乙烯受体到细胞核的信号转导途径：乙烯与内质网受体ETR1结合之后，激活了下游的CTR1。CTR1通过级联反应将信号传递到EIN2（乙烯不敏感2）基因，EIN2继而将信号传递到细胞核中，激活转录因子EIN3，EIN3二聚体与乙烯应答因子基因（ERF1）的启动子结合并诱导ERF1的表达

32、，引起细胞反应。,乙烯的接受与作用模型,一种离子通道蛋白,转录因子,矮牵牛、康乃馨,诱导抑制乙烯,促进果实成熟果实将成熟时乙烯合成增多，导致细胞膜透性增大，呼吸作用加强，物质转换加快，果实成熟。,香蕉成熟期间Ethylene含量的变化与呼吸作用的关系,促进器官的脱落与衰老,Control,Eth(from apple),乙烯促进叶柄离层纤维素酶、果胶酶活性的升高。使离层区细胞壁分离，促进脱落；乙烯能增强蛋白水解酶、脂肪酶、核酸酶等的活性，促进衰老。,促进菠萝开花和黄瓜开雌花促进橡胶、漆等次生物质的排出促进种子萌发,7 促进水淹时不定根的形成,control,Flooded,（三）乙烯利,乙烯在

33、常温下呈气态，即使在温室，使用起来也十分不便。为此，科学家们研制出了各种乙烯发生剂。其中乙烯利(ethrel)的生物活性较高，被应用得最广。乙烯利是一种水溶性的强酸性液体，其化学名称叫2-氯乙基膦酸(2-chloroethyl phosphonic acid，CEPA)。在pH4.1的条件下稳定，当pH4.1时，可以分解放出乙烯，pH愈高，产生的乙烯愈多。乙烯利应用：1.催熟果实 对于外运的水果或蔬菜，一般都是在成熟前就已收获，以便运输，然后在售前1周左右用5005 000lL-1(随果实不同而异)的乙烯利浸沾，就能达到催熟和着色的目的，这已广泛用于柑橘、葡萄、梨、桃、香蕉、柿子、杧果、番茄、

34、辣椒、西瓜和甜瓜等作物上。700lL-1的乙烯利喷施烟草，促进烟叶变黄，提高质量,图6.26 乙烯利释放乙烯的反应,2.促进开花 每公顷用2 000L120180lL-1的乙烯利喷施菠萝，可促进菠萝开花，如再加入5%的尿素和0.5%的硼酸钠溶液，能增加乙烯利的吸收，并提高其药效。3.促进雌花分化 用100200lL-1的乙烯利喷洒14叶的南瓜和黄瓜等瓜类幼苗，可使雌花的着生节位降低，雌花数增多；乙烯利也能诱导苹果、梨、杧果和番石榴等的花芽分化。4.促进脱落 乙烯是促进脱落的激素，所以可用乙烯利来疏花疏果，使一些生长弱的果实脱落，并消除大小年。用乙烯利处理茶树，可促进花蕾掉落以提高茶叶产量。5.

35、促进次生物质分泌 用乙烯利水溶液或油剂涂抹于橡胶树干割线下的部位，可延长流胶时间，且其药效能维持2个月，从而使排胶量成倍增长。,（二）乙烯作用的机理,1提高细胞膜的透性；据研究表明，乙烯的受体蛋白可能存在于细胞膜系统上。当 乙烯在膜上与受体结合后，使细胞膜的透性增大，气体交换加强，并引起多种水解酶从细胞内大量外渗。在提高呼吸速率的基础上，引起了体内一系列生理生化反应的变化，这也是乙烯推动生理过程，促进果实成熟的基本原理之一。,2促进RNA和蛋白质的合成；乙烯对IAA氧化酶、过氧化物酶、淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、苯丙氨酸解氨酶等20多种酶都具有较强的激活作用。此外，乙烯还能通过对RNA的合成和转

36、录的调节，促进纤维素酶、果胶酶、叶绿素酶等水解酶的合成。因而表现出很多特殊的生理效应。例如：很多果实成熟时果皮由绿色逐渐变黄，是由于释放的乙烯刺激了叶绿素酶的合成并提高活性，从而加速了叶绿素的分解而显现出类胡萝卜素特有颜色；苯丙氨酸解氨酶的作用使果实具有香味；纤维素酶、果胶酶和过氧化物酶的作用促进了离层的形成和胞壁的分解导致器官脱落；淀粉酶促使淀粉转化为可溶性糖，果实甜味增加；果胶酶、纤维酶促使细胞松散，果实由硬变软，最终使成熟的果实色、香、味俱全。,3乙烯受体与乙烯代谢。乙烯可通过多方面的作用途径降低植物体内的生长素浓度，因而导致器官的衰老、脱落、生长受抑制等一系列生长发育的变化。现认为，乙

37、烯对生长素水平的影响可能是：（1）抑制IAA的生物合成；（2）阻碍了IAA的运输；（3）增强IAA氧化酶、过氧化物酶的活性，加速了IAA的分解,二、乙烯的生物合成与调节,乙烯生物合成的主要途径可以概括如下：蛋氨酸(Met)S-腺苷蛋氨酸(SAM)1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)乙烯。,Met与ATP通过腺苷基转移酶催化形成SAM，这并非限速步骤，体内SAM一直维持着一定水平。SAMACC是乙烯合成的关键步骤，催化这个反应的酶是ACC合成酶，专一以SAM为底物，需磷酸吡哆醛为辅基，强烈受到磷酸吡哆醛酶类抑制剂氨基乙氧基乙烯基甘氨酸(AVG)和氨基氧乙酸(AOA)的抑制，该酶在组织中的浓度非常低

38、，为总蛋白的00001，存在于细胞质中。果实成熟、受到伤害、吲哚乙酸和乙烯本身都能刺激ACC合成酶活性。最后一步是ACC在乙烯形成酶(EFE)的作用下，在有O2的参与下形成乙烯，一般不成为限速步骤。EFE是膜依赖的，其活性不仅需要膜的完整性，且需组织的完整性，组织细胞结构破坏(匀浆时)时合成停止。因此，跃变后的过熟果实细胞内虽然ACC大量积累，但由于组织结构瓦解，乙烯的生成降低了。多胺、低氧、解偶联剂(如氧化磷酸化解偶联剂二硝基苯酚DNP)、自由基清除剂和某些金属离子(特别是Co2+)都能抑制ACC转化成乙烯。,ACC除了氧化生成乙烯外，另一个代谢途径是在丙二酰基转移酶的作用下与丙二酰基结合，

39、生成无活性的末端产物丙二酰基ACC(MACC)。此反应是在细胞质中进行的，MACC生成后，转移并贮藏在液泡中。果实遭受胁迫时，因ACC增高而形成的MACC在胁迫消失后仍然积累在细胞中，成为一个反映胁迫程度和进程的指标。果实成熟过程中也有类似的MACC积累，成为成熟的指标。,四、贮藏运输实践中对乙烯以及成熟的控制,（一）控制适当的成熟度或采收期 跃变型果实中乙烯的生成有两个调节系统：系统I负责跃变前果实中低速率合成的基础乙烯，系统负责成熟过程中跃变时乙烯自我催化大量生成，有些品种在短时间内系统合成的乙烯可比系统I增加几个数量级。二个系统的合成都遵循蛋氨酸途径。不同成熟阶段的组织对乙烯作用的敏感性

40、不同。跃变型果实在跃变发动之前乙烯发生速率很低，与之相应的ACC合成酶活性和ACC含量也很低。跃变发动时ACC大量上升与乙烯的大量产生一致，ACC合成酶的合成或活化是果实成熟时乙烯大量增加的关键。当把外源ACC供给跃变前番茄组织时，乙烯产生仅增加几倍，从1.5nmolg增加到7.2nmo1g，表明跃变前果实组织EFE活性很低，也是乙烯产生的一个限制因素。,同时跃变前的果实对乙烯作用不敏感，系统I生成的低水平乙烯不足以诱导成熟；随果实发育，在基础乙烯不断作用下，组织对乙烯的敏感性不断上升，当组织对乙烯敏感性增加到能对内源乙烯(低水平的系统I)作用起反应时，便启动了成熟和乙烯的自我催化(系统)，乙

41、烯便大量生成，长期贮藏的产品一定要在此之前采收。采后的果实对外源乙烯的敏感程度也是如此，随成熟度的提高，对乙烯越来越敏感。非跃变果实乙烯生成速率相对较低，变化平稳，整个成熟过程只有系统I活动，缺乏系统，这类果实只能在树上成熟，采后呼吸一直下降，直到衰老死亡，所以应在充分成熟后采收。,要控制好采收期。若成熟度太高时再采，则任何措施都无效，果实不能贮藏。而成熟度太低时就采收，会影响果实品质、饱满度、色泽等，影响园艺产品的商品价值。同一品种的果实如果成熟度不同，乙烯生成量不同，对乙烯的敏感度也不同。一般果实生长前期乙烯生成很少，对乙烯也比较不敏感，接近成熟时乙烯剧增，果实对乙烯也比较敏感。因此要根据

42、不同目的，确定适当的采收期。如鲜果在本地上市，一般在完熟期采收，这时果实表现最好的食用品质，色、香、味俱全，充分体现出该品种特性，这个时期乙烯释放量逐渐增加，不耐贮。如果用于外销或长期贮藏的果实，必须适时采收，严格掌握采收期。一般在成熟前期采收，此时果实内部物质成份积累已达最大限度，基本具有该品种一切特性。如香蕉在达完熟的7080%（七、八成熟）采收，荔枝在85、菠萝在60时采收较好。切花一般在蕾期采切（除了有些采后不能开放的花不能蕾期采，如非洲菊），蕾期采切优点是体积小，易包装贮运，生成乙烯也少，并且对乙烯敏感度也相对较低。,（二）防止机械损伤 园艺产品在采收、采后处理、运输、贮藏过程中不可

43、避免地会出现机械损伤。机械损伤能引起植物器官或组织乙烯释放增加。有实验表明，不同程度切伤的番茄和苹果组织乙烯释放量，发现只要有伤害，就能促进乙烯增生。柑桔果皮切片的乙烯释放量比完整果实高100倍以上，且能维持40小时之久。具有基因缺陷不能成熟的番茄突变体，在正常情况下几乎不产生乙烯，但机械损伤能诱导它释放乙烯。伤害乙烯的产生能直接刺激呼吸作用上升，促进酶的活性致使果蔬、切花营养消耗加速，提早衰老，缩短贮藏寿命；另一方面，受机械伤的果蔬、切花，易受微生物侵害，造成腐烂。在贮藏运输过程中，由于少数果实因机械损伤出现的伤害乙烯启动了内源乙烯的自我催化，其结果不仅促使本身提前成熟，还促使整个包装箱或库

44、的果实 乙烯自我催化达阈值以上，使系统乙烯产生，整个包装箱或库提早衰老成熟，丧失贮运能力。因此在采收分级包装时要将受伤（机械伤、病虫害）的果蔬、切花挑选出来，这样的产品不能进入包装。我国在这一点做得很差，园艺产品机械伤严重，造成极大损失，。如香蕉，未成熟时，机械伤外表看不出来，但成熟时，受过机械伤的果实外表无光泽，出现褐色皱纹、黑色斑点，这种被国际市场列为等外品的香蕉完全丧失竞争能力。特别是我国加入WTO，在这方面就要更下功夫。,（三）避免不同种类果蔬的混放对于自身产生乙烯少的非跃变果实或其他蔬菜、花卉等产品，绝对不能与跃变型果实一起存放，以避免受到这些果实产生的乙烯的影响。同一种产品，特别对

45、于跃变型果实，贮藏时要选择成熟度一致，以防止成熟度高的产品释放的乙烯刺激成熟度低的产品，加速后熟和衰老。,（四）低温气调技术低温贮藏运输是目前采后技术中最有效、最常用的方法。低温可减少园艺产品内源乙烯的产生，降低对乙烯的敏感性，降低呼吸。对于不耐贮的产品如草莓、荔枝等采后及时预冷十分重要，入库前预冷，除能减少乙烯产生和失水外，还能提高耐藏性和品质。不同产品要求的低温不同，都应在临界温度之上，避免冷害出现。低温结合气调，即降低O2浓度，提高CO2浓度，是许多发达国家常用的方法。,（五）乙烯吸收剂和氧化剂一般跃变型产品，微量乙烯积累到一定程度时才能诱发大量乙烯合成，若在微量乙烯形成时就将其脱除，使

46、其不至于积累到诱发大量乙烯的形成，这样也能延缓衰老成熟。乙烯吸收剂就能起到脱除的作用。市场上有出售乙烯脱除剂。如国外商品名Purafil，是一种碱性KMnO4硅酸盐载体，在果蔬贮藏中已广泛应用。市场上出售的KMnO4涤气器其基本结构是将KMnO4溶液吸附在某种载体上，当空气通过载体时，乙烯就被有效地吸附在载体上，将载体上的KMnO4还原成KMnO2，载体由紫色变成褐色。硅藻土、硅石、硅胶、氧化小珍、珍珠岩、膨胀玻璃等都可做载体。如果市场上买不到，可以自制。1.表面吸收剂：用表面积大的活性碳或砖头、蛭石等来吸附乙烯。这种在一定时间后要换。这类 吸收乙烯期限短，要不时更换。2.氧化剂 如KMnO4

47、粉末、Br、I粉末、等，能够氧化乙烯达到吸收乙烯减少空气中乙烯含量的目的。优点是吸收期限大，长时间有效，但吸收能力有限，因为吸收面积小。3.氧化表面吸收剂 它结合上述两种乙烯吸收剂，这样即加大了吸收表面，又延长了使用期限。如商业上的分子筛Puraful，也可以自制。用砖头、活性碳等泡在KMnO4溶液中，凉干，入在包装箱内。,4.利用臭氧（O3）和其他氧化剂 O3是很好的消除乙烯的氧化剂，它可通过放电或紫外线照射，从大气的氧产生。因为O3是气态的，易与乙烯混合。用O3消除乙烯的方法是建立一个利用紫外线产生O3的容器装置，将含有乙烯的空气通过这个装置，乙烯被氧化(图2-20)。国外已有这种商业用的

48、小型装置，但尚未在生产中广泛使用。国外在商业上也使用一种高效洗涤乙烯的催化氧化装置(图241)，它的工作原理很巧妙。乙烯和O3在高温条件结合，在催化剂(例如已载铂锦石棉)的作用下，乙烯就会被氧化。此设备以陶制的装置作为热吸收器，克服了受热空气影响的问题，而且通过这个装置的气流是可逆的。这个乙烯洗涤器非常有效，经洗涤后可把乙烯的浓度降到原来的1%。此装置适合小贮藏库或长期气调贮藏。在气温0，相对湿度95%的低温高温贮藏库内，设置三菱电机（株）尖端技术综合研究所开发的阴离子和臭氧混合气体发生装置，进行果实保鲜研究。其结果，樱桃佐藤锦保鲜1个月，桃赤月保鲜5个月，葡萄巨峰保鲜4个月，日本梨幸水保鲜5

49、个月，果实保鲜日期是常规法的5倍。此法能防止果品水分散失，抑制低温冷害及霉菌发生，不仅适用果品长期保鲜贮藏，而且广泛适用蔬菜长期保鲜贮藏，是替代常规贮藏温湿度领域的新贮藏法。5.细菌脱除剂 在土壤中发现某些微生物可脱除乙烯，这种脱除剂是今后的发展方向。优点：长时有效并且细菌会繁殖，越来越多。缺点：低温下细菌无法生存。,（六）乙烯抑制剂 在果蔬上不方便使用，因为都是化学合成剂，会有残留，易造成环境污染，对人体不利，在切花上应用较多。乙烯抑制剂可分为二大类：乙烯生物合成抑制剂和乙烯作用抑制剂。1.乙烯生物合成抑制剂：AOA、AVG（氨基乙氧基乙烯基甘氨酸）（抑制ACS）、Co2+、Ni2+、自由基

50、清除剂、多胺、解偶联剂（抑制ACO）等。乙烯生物合成抑制剂对乙烯敏感的园艺产品效果好，但对非跃变型的效果不大。2.乙烯作用抑制剂：早期研究证乙烯是通过与植物体内特异受体相结合而起作用，乙烯受体抑制剂可逆或不可逆地与受体结合，从而抑制乙烯-受体复合物的正常形成，阻断乙烯诱导的信号转导或传递.主要是Ag+（AgNO3或STS）、2,5-NBD、PPOH、DACP（重氮基环戊二烯）、1-MCP、CO2等，在切花上较常用。但由于其毒性而不宜在采后果蔬上应用。Ag+、NBD，能抑制乙烯与受体结合。,1-MCP 是近年研究较多的乙烯受体抑制剂，它对抑制乙烯的生成及其作用有良好的效果，可有效地延长水果、蔬菜