刺梨AsA合成途径及相关生理基础研究

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刺梨(RosaroxburghiiTratt)属于蔷薇科蔷薇属植物,是原产于我国的一种新兴果树。因其富含维生素C(L-Ascorbicacid,AsA)而备受关注,但目前有关其合成AsA的具体生化途径和机制尚不十分清楚。本文以贵农5号(RosaroxburghiiTrattcv.Guinong5)刺梨为材料,研究了刺梨AsA合成的主要生化途径,调控AsA合成的关键酶--半乳糖内酯脱氢酶(GalLDH)的基本生化特性和动力学参数,两种可能抑制剂石蒜碱(lycorine)、吖啶黄素(acriflavine)和二价金属离子Ca2+、Mg2+、Cu2+等对刺梨AsA合成的影响;在此基础上,较为系统地分析了包括AsA在内的刺梨主要抗氧化系统及其对氧化胁迫的响应。取得的主要结果如下:  1.用目前已知的高等植物4条AsA合成途径中的主要前体物离体喂饲刺梨果实后发现,L-半乳糖途径中的L-半乳糖、L-半乳糖内酯,古洛糖途径中的L-古洛糖、L-古洛糖内酯以及肌醇途径中的肌醇、D-葡萄糖醛酸等对刺梨果实AsA积累有明显的促进作用,说明刺梨可以通过这三条途径合成AsA。其中,L-半乳糖途径和L-古洛糖途径的效率更高,应该是刺梨合成AsA的主要途径;而半乳糖醛酸途径似乎并不是AsA合成的主要机制。  2.对刺梨GalLDH动力学研究表明,该酶的温度适应范围较宽,在20-40℃都能发挥70%以上的酶活性,而在30℃左右其活性最高;该酶反应的最适pH值约在8.3~9.4之间,而在7.4~10.4这一较大pH范围内其活性高达80%以上;米氏方程为:V=0.026[S]0.305×10-4+[S](R2=0.991),其中Km=0.031mM,最大反应速率Vmax=0.026  U/s。对GalLDH与不同底物反应的亲和性研究发现,除L-半乳糖内酯外,刺梨GalLDH还可以L-古洛糖内酯、D-半乳糖醛酸等作为反应底物,而D-葡萄糖醛酸不能作为GalLDH的直接反应底物。Ca2+、Mg2+能使GalLDH酶活性值提高约15-20%,但Cu2+抑制了经分离纯化的GalLDH液约60%的活性。吖啶黄素抑制GalLDH约70%的活性,而石蒜碱的抑制作用并不明显。  3.在刺梨果实发育过程中对果实进行注射处理发现,外源Ca2+能促进GalLDH的活性,进而提高AsA的积累量,外源Mg2+对AsA的合成影响不明显,而Cu2+在果实发育过程中或离体条件下均可部分抑制了GalLDH活性,并降低AsA的生物合成量。在其他部分植物上有抑制作用的石蒜碱和吖啶黄素在离体条件下对刺梨AsA合成有较明显的抑制作用,但在活体注射试验中这种作用并不明显。  4.对刺梨抗氧化系统组分分析表明,SOD+POD、AsA+GSH是其主要的酶系统和非酶系统;刺梨果实在自然发育、活体伤胁迫以及UV-B处理过程中产生的活性氧主要是通过AsA和SOD来清除,同时辅以GSH和POD的作用。这表明AsA-GSH循环、SOD及POD共同协作应该是刺梨果实抗氧化功能的主要机制。
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