научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ПОДАВЛЕНИЯ БИОСИНТЕЗА ЭТИЛЕНА НА СОЕДИНЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВКУСОВЫЕ КАЧЕСТВА ПЛОДОВ ТОМАТА Биология

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ПОДАВЛЕНИЯ БИОСИНТЕЗА ЭТИЛЕНА НА СОЕДИНЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВКУСОВЫЕ КАЧЕСТВА ПЛОДОВ ТОМАТА»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2007, том 54, № 1, с. 92-101

УДК 581.1

ВЛИЯНИЕ ПОДАВЛЕНИЯ БИОСИНТЕЗА ЭТИЛЕНА НА СОЕДИНЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВКУСОВЫЕ КАЧЕСТВА

ПЛОДОВ ТОМАТА

© 2007 г. X. Я. Гао, Б. Ц. Чжу, X. Д. Чжу, Я. Л. Чжан, Я. X. Се, Я. Ч. Ли, Я. Б. Ло

Китайский сельскохозяйственный университет, Пекин, Китай Поступила в редакцию 16.01.2006 г.

Для выяснения роли этилена в образовании соединений, определяющих вкус и запах плодов томата, использовали растения дикого типа (Ьусорешсоп esculentum Ь., сорт Ы^ип) и трансгенной антисмысловой линии LeACS2 с подавленным биосинтезом этилена. Метаболизм индивидуальных сахаров не зависел от этилена, однако этилен регулировал содержание лимонной и яблочной кислот. Содержание этих кислот было выше в трансгенных растениях, но возвращалось к норме после обработки трансгенных плодов этиленом. Поскольку содержание большинства тех аминокислот, которые относятся к предшественникам ароматических летучих соединений, коррелировало с содержанием этилена, мы предположили, что этилен влияет на их образование и, следовательно, на запах плодов. Анализ летучих соединений показал, что при созревании плодов томата дикого типа накапливалось значительное количество альдегидов, в то время как образование большей части летучих соединений трансгенными плодами было резко подавлено. При ингибировании в них синтеза этилена снижалось образование гексанала, гексанола, транс-2-гептенала, цис-3-гексенола и летучих соединений, родственных каротиноидам, за исключением Р-дамасценона и Р-ионона. Трансгенные плоды не отличались от плодов дикого типа по концентрации цис-3-гексенала и транс-2-гексенала; очевидно, синтез этих соединений не зависел от этилена. Таким образом, этилен по-разному регулировал состав и соотношение соединений, определяющих вкус и запах плодов томата.

Lycopersicon esculentum - плоды томата - этилен - летучие соединения - вкус и аромат

ВВЕДЕНИЕ

Спелые плоды различаются по окраске, текстуре, запаху, вкусу и составу питательных веществ. Биохимическая и генетическая регуляция вкусовых качеств плодов в последнее время привлекает все больше внимания. Этилен - важный фитогормон климактерических плодов - инициирует и ускоряет процессы, связанные с созреванием, в том числе изменение окраски, текстуры и вкуса. Поэтому влияние этилена на вкусовые качества плодов заслуживает дальнейшего изучения. В последнее десятилетие появилось много исследований, характеризующих гены, кодирующие ферменты биосинтеза этилена [1, 2]; исследуется влияние этилена на транскрипцию и трансляцию многих генов, связанных с созреванием [3, 4]. АЦК-синтаза (АЦС) является ключевым фер-

Сокращения: АЦК - 1-аминоциклопропанкарбоновая кислота; АЦС - АЦК-синтаза; ДПЗ - дни после зацветания; ТФМЭ - твердофазная микроэкстракция. Адрес для корреспонденции: Dr. Yunbo Luo. College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Qinghua Donglu 17, Beijing 100083, China. Fax: (8610) 627386479; e-mail: lyb@cau.edu.cn

ментом биосинтеза этилена. Подавление биосинтеза предшественника этилена - АЦК - может нарушать нормальное созревание плодов, включая деградацию хлорофилла, синтез каротинои-дов и солюбилизацию пектинов клеточной стенки; оно также может влиять на содержание летучих соединений и сахаров [5]. Эти данные позволяют предположить важную роль этилена в биосинтезе ароматических летучих веществ в климактерических плодах.

Томаты являются прекрасной моделью для изучения роли этилена в климактерическом поспевании плодов. По мере достижения полной спелости окраска плодов меняется от зеленой до красной, плоды размягчаются, их текстура также меняется, и они приобретают характерный вкус и аромат. В этой работе мы исследовали влияние этилена на приобретение плодами томата вкусовых качеств и аромата.

Вкусовые качества и аромат плодов определяются балансом сахаров, органических кислот, летучих соединений и свободных аминокислот [6]. Baldwin с соавт. [7] изучили изменения в составе сахаров и органических кислот при созревании плодов двух сортов томата и не нашли связи между синтезом этилена и содержанием этих соедине-

ний. Напротив, другие исследователи [8] показали, что метаболические превращения сахаров и органических кислот в плодах яблони зависят от этилена. Поэтому связь метаболизма сахаров, органических кислот и этилена в плодах томатов заслуживает изучения.

Ароматические летучие соединения в значительной степени определяют качество плодов для потребителей. Для плодов томата известно около 400 таких соединений, но только 30 из них присутствуют в концентрациях, превышающих 1 нл/л [9-11]. В данной работе мы изучали изменения основных летучих соединений плодов томата в ответ на этилен. В зависимости от происхождения эти соединения можно разделить на пять групп: 1) производные превращений липидов, такие как гексанал, цмс-3-гексенал, транс-2-гексенал и гек-санол; 2) соединения, связанные с метаболизмом каротиноидов (6-метил-5-гептен-2-он, 6-метил-5-гептен-2-ол и в-ионон); 3) соединения-производные аминокислот; 4) соединения терпеноидного типа и 5) соединения, связанные с образованием лигнина [12]. Считается, что этилен является посредником в регуляции метаболизма ароматических соединений при созревании плодов томата [13]. Однако в литературе нет прямых подтверждений этого предположения.

Для лучшего понимания роли этилена в формировании вкусовых качеств и аромата поспевающих плодов томата мы сравнили плоды растений дикого типа и трансгенных растений с подавленным синтезом этилена, оценив образование летучих ароматических соединений и содержание сахаров, органических кислот и свободных аминокислот.

МЕТОДИКА

Растительный материал и применяемые обработки. Трансгенные растения томата с подавленным биосинтезом этилена получали путем трансформации растений томата дикого типа (Lycoper-sicon esculentum L., сорт Lichun) вектором, экспрессирующим кДНК гена АЦС (LeACS2) в антисмысловой ориентации. Как трансформированные растения, так и растения дикого типа выращивали в оранжерее при 25/20°С, 70%-ной влажности воздуха и 14-часовом фотопериоде. Цветки помечали на стадии зацветания, и развитие плодов характеризовали по числу дней после зацветания (ДПЗ). Зеленые плоды на 40-й ДПЗ, содержавшие зрелые семена, считали зрелыми зелеными плодами. На 45-й ДПЗ появлялись первые признаки связанного с поспеванием побуре-ния плодов (так называемые breaker плоды, B). Последующие стадии созревания обозначали по числу дней после этой стадии. Плоды томатов дикого типа собирали на пяти стадиях развития: зрелые зеленые (green, G), побуревшие (B), B + 3 дня

(желтеющие), B + 7 дней (розовые) и B + 10 дней (красные, спелые). Поскольку плоды трансгенных томатов поспевали медленнее, их собирали вплоть до стадии полной спелости (B + 40 дней). К этому сроку плоды дикого типа уже испортились.

Для обработки этиленом собирали зрелые зеленые плоды трансформированных и нетранс-формированных растений и помещали их в герметически закрытые сосуды с 100 мкл/л этилена вплоть до достижения спелости (до появления более 90% красных плодов).

Приготовление образцов для химического анализа. Мякоть плодов томата, собранных на каждой из стадий развития, измельчали в кухонном блендере в течение 30 с. Измельченную ткань выдерживали 3 мин для достижения максимальной концентрации цмс-3-гексенала [14]. Отделяли аликвоту гомогената (40 г), а остальной материал помещали в застегивающиеся на молнию пластиковые мешки и хранили при -80°С для последующего анализа сахаров, органических кислот и аминокислот. К 40 г гомогената добавляли 10 мл насыщенного раствора хлорида кальция, и смесь измельчали в блендере 10 с. Затем полученный гомогенат, используемый для анализа летучих соединений, разливали по сосудикам, мгновенно замораживали в жидком азоте и хранили при -80°С вплоть до анализа.

Анализ выделения этилена и дыхания. По мере достижения спелости плоды томата взвешивали, помещали в герметически закрывающиеся сосуды при 22°С и инкубировали 60 мин для накопления этилена и СО2. Пробу газа (1 мл) отбирали шприцем из самой верхней части сосуда и анализировали в GC-14C газовом хроматографе ("Shi-madzu", Япония), снабженном Propak S (80/100 меш.) и Carboplot колонками из нержавеющей стали, соединенными с детекторами пламенной ионизации и теплопроводности, соответственно. При определении этилена температура инжектора, колонки и детектора была соответственно 120, 60 и 150°С. При определении СО2 анализ проводили изотермально при 100°С, в то время как температура инжектора и детектора была 80 и 200°С. Содержание газов определяли путем сравнения времени удерживания и площади пиков с соответствующими параметрами стандартных соединений. Опыты повторяли трижды.

Анализ сахаров и органических кислот. Индивидуальные сахара и органические кислоты определяли методом Baldwin [7]. Замороженные образцы оттаивали в потоке водопроводной воды. Аликвоту гомогената (30 мл) экстрагировали 80%-ным этанолом. Экстракт пропускали через C-18 SepPak колонку ("Waters", США) и 0.45 мкм фильтр ("Millipore", Великобритания). Профильтрованный экстракт вводили в HP1050 HPLC систему ("Hewlett-Packard", США). Сахара анализи-

ровали с использованием C-18 SepPak колонки ("Waters") при 90°С и 0.1 мМ ЭДТА (динатриевая-кальциевая соль), используемого в качестве мобильной фазы, при скорости тока 2 мл/мин. Органические кислоты разделяли в колонке Ion-300 ("Interaction", США) при 65°С и 0.8 М H2SO4, примененной в качестве мобильной фазы, при скорости потока 0.4 мл/мин. Для измерения сахаров и органических кислот использовали рефрактометр и спектрофотометр при 210 нм, соответственно.

Анализ летучих соединений. Мы применяли модифицированный метод Speirs [15]. Гомогенат (6 г) с добавленным внутренним стандартом переносили в герметически закрытый 10-миллилит-ровый сосудик с силиконово-тефлоновой пробкой. Мы использовали два внутренних стандарта для всего спектра анализируемых летучих соединений: 2-октанон для С6-С10 соединений и анетол для С11—С15 летучих соединений, фенолов, метил-салицилата и эугенола. Для твердофазной ми

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком