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同化物向经济库器官中的运输和卸出是决定作物产量和品质的关键要素。从韧皮部筛分子到库细胞卸出的过程是整个同化物运输的重要环节之一,而卸出的细胞学路径则是这个过程中的关键步骤。积累高浓度可溶性糖的肉质果实中的韧皮部卸出路径目前还缺乏了解。为了研究葡萄果实各个发育时期的韧皮部卸载路径,本文以巨峰葡萄(VitisviniferaL.×V.labruscalcv.Kyoho)为实验材料,利用透射电镜技术系统观察了葡萄果实超微结构的变化;利用荧光染料和病毒-绿色荧光蛋白的示踪技术形象再现了同化物韧皮部卸载路径的转变;利用Westernblot、酶学分析和胶体金免疫电镜定位技术展示了酸性转化酶的活性和表达量相应的变化。
葡萄果实肉质部分的超微结构研究表明,在果实整个发育进程中,筛分子/伴胞复合体和周围薄壁细胞通过胞间连丝形成外观上的共质体联系,但是在成熟期一部分胞间连丝明显地被阻塞。在果实发育前期(第Ⅰ、Ⅱ期),羧基荧光素和偶联病毒运动蛋白的绿色荧光蛋白均从有活性的韧皮部卸出,而在成熟期两种共质体荧光示踪物则均被限制在韧皮部内。这些结果表明,在果实发育进程中存在韧皮部糖卸载路径从共质体向质外体的转变。进一步的活体示踪实验证明,韧皮部卸载路径从共质体向质外体的转折期是葡萄果实从成长到成熟的转折期,即“始熟期”。
酸性转化酶的胶体金免疫电镜定位结果表明,果实发育后期细胞壁酸性转化酶定位数量较前期有显著增加。此外,酶学分析和免疫印迹实验分别发现,细胞壁酸性转化酶的活性和表达水平在始熟期或临近始熟期迅速升高。这些结果支持在始熟期后葡萄果实韧皮部卸载采取质外体卸载路径。
以上研究结果提供的证据表明,葡萄果实发育前期当可溶性糖的积累水平很低时,果实内韧皮部卸载采取共质体途径;当果实发育进入成熟期,可溶糖迅猛升高时,韧皮部卸载路径适应性地转换为质外体路径。从共质体路径转换为质外体路径的转折点在所谓的“始熟期”,也是葡萄果实从前期成长到后期成熟的发育转折期。这些结果同时表明,植物可以通过对细胞间共质体通道——胞间连丝通透性的调节,调控韧皮部卸出的方式,以适应发育的总需求。