北方果树果实韧皮部卸载的研究进展

摘 要：果实韧皮部卸载是园艺学科研究的一个热点，本文综述了北方果实葡萄、苹果、核桃和枣的韧皮部卸载方式研究，讨论了共质体卸载方式和质外体卸载方式之间的联系，并就目前情况提出了自己的看法。

关键词：果实；韧皮部卸载；共质体；质外体

随着现代生物学的发展和诸多新研究技术的发明和应用，人们逐渐从组织水平深入到细胞、亚细胞水平来解释植物生命现象。通过电镜技术的应用，植物光合同化物韧皮部卸载方式已初步被阐明，如在植物幼嫩的叶[1]、马铃薯块茎[2]。果树果实韧皮部卸载方式研究主要集中在葡萄、苹果、核桃和枣上[3～10]。

1 不同树种韧皮部卸载研究

1.1 葡萄

在果树韧皮部卸载研究方面，葡萄比较全面系统，从细胞微观结构观察到活体标记物显示；从激素调节作用到酸性转化酶定位观察，并就不同发育时期韧皮部卸载差异进行研究。

葡萄果实蔗糖从源器官(叶)经韧皮部长距离运输到果实维管束韧皮部筛管伴胞(sieve element/companion cell，SE/CC)复合体后经由2条细胞学途径进入库细胞：一条为共质体途径，即糖通过筛管伴胞复合体与周围韧皮部薄壁细胞间的胞间连丝运输到库细胞；另一条为质外体途径，即糖分从筛管伴胞复合体卸载到质外体空间，然后通过库细胞质膜上的载体或质子泵(H+-ATPase)进入库细胞。同时葡萄在果实发育的不同时期卸载途径也有差别，存在2种途径的转换，即由共质体途径转变成质外体途径[3]。

葡萄光合产物的卸载途径会随着果实的发育而变化。在葡萄初果期主要是共质体途径运输；在果实膨大期共质体运输途径下降，质外体运输途径增强；在果实转熟期开始，葡萄果实糖分卸载是以质外体途径为主，共质体运输能力为辅；果实成熟期至衰老期，细胞器老化、细胞壁扭曲变形，胞间连丝有黑色颗粒堵塞，葡萄果实糖卸载全部是质外体卸载方式。Zhang等的研究证明，葡萄果实发育的第 I期和第 II期光合产物是以共质体途径运输； 在转熟期开始，共质体运输开始转变成质外体运输；在第III期，糖分卸载主要以质外体途径进行。在果实发育的前期，CF、GFP 和 3a GFP 都可以通过共质体运输到果实细胞中，但是在果实成熟期这些示踪剂和荧光标记物被限制在韧皮部内[4]。由此证实了葡萄果实糖卸载途径在果实发育后期由共质体途径转变为质外体途径。

果实糖分卸载方式的转换和调节除了受基因控制以外，激素是主要的影响因素。GA 和 IAA 主要调控对共质体卸载途径，ABA是调控葡萄果实质外体卸载的关键激素。夏国海发现IAA 和 GA 促进葡萄幼果的蔗糖输入，在成熟期的糖积累完全不起作用。在果实成熟期间，ABA对促进蔗糖的吸收效果明显[5]。

1.2 苹果

苹果果实卸载方式与葡萄相比较，较为简单。苹果果实中同化物的SE/CC复合体卸出以质外体方式；而同化物卸出后的积累过程，质外体和共质体方式可能共存。吕英民等[6]，通过投射电镜技术，发现筛分子和伴胞与周围薄壁细胞之间几乎不存在胞间连丝，形成了SE/CC复合体与周围薄壁细胞间的共质体隔离。在韧皮薄壁细胞之间存在大量的胞间连丝，在果肉普通薄壁细胞之间也存在着大量的胞间连丝，韧皮薄壁细胞与果肉普通薄壁细胞之间也有丰富的胞间连丝联系。张凌云通过荧光示踪实验表明[7]，在果实不同发育时期、不同部位和不同发育时期主脉和细脉，荧光染料carboxyfluorescein ( CF) 引入苹果果实72 h后依然被限制在韧皮部，没有卸出到周围薄壁组织中，。由此推断，苹果果实韧皮部组织同周围薄壁组织存在共质体隔离，同化物可能必须通过糖载体蛋白的介导从筛分子卸出到周围薄壁细胞中。这些所有证据显示，苹果果实中同化物的SE/CC复合体卸出，以质外体卸出为主；而同化物卸出后的运输积累过程则是共质体和质外体途径并存的过程。

苹果果实韧皮部以质外体方式卸载运输，对其调控的激素主要是脱落酸（ABA）的作用。这与葡萄果实后期调控的机制一致。存在于筛分子和薄壁细胞质膜的己糖载体，具有把同化物从筛分子卸出，并促进质外体空间同化物向果肉细胞运转。张凌云发现用500umol/ABA处理中后期苹果，发现己糖载体表达量增加，说明ABA促进了己糖载体蛋白的表达 [7]。这些表明，激素ABA是促进苹果质外体空间糖运输的主要激素。

1.3 核桃

核桃属于食用种子为目的干果，核桃果肉韧皮部运输各种营养物质到种子。关于核桃果实韧皮部糖卸载的内容主要为果肉和种皮两大部分。在核桃果肉中，韧皮部卸载以质外体方式卸出，在种皮上主要以共质体方式卸出。吴国良研究[8]表明，核桃果肉SE-CC复合体与周围韧皮薄壁细胞之间未发现胞间连丝，而核桃种皮SE-CC复合体与周围韧皮薄壁细胞之间发现大量胞间连丝。同时通过western blotting技术、胶体金免疫定位技术等研究方法，提出了核桃果实韧皮部卸载模型，即：蔗糖从韧皮部卸出至质外空间，进而经过细胞壁上的酸性转化酶降解为己糖，然后被薄壁细胞吸收，或扩散至胚。这个过程要跨越包括隔膜和与之相连的种皮组成的空腔的质外空间。从种皮韧皮部经共质体途径卸载的并在种皮共质体连续体中扩散的糖必须进一步卸出，然后经过跨膜路径穿越筛管或薄壁细胞的跨膜路径或通过质外路径来越过这两类细胞，进入质外空间，再被转移至胚用作种子的营养。

1.4 枣

裂果现象一直是枣的研究重点和热点，枣韧皮部卸载方式影响着果实光合同化物的积累，同时也是提高果实品质关键之一。枣果实卸载的研究是一个很有意思的现象。不同品种枣果实韧皮部卸载方式相同，不同发育时期存在2种卸载途径和2次卸载方式的转变。在枣果实早、晚期是质外体卸载方式，中期主要通过共质体的方式卸载。聂佩显等[9]观察表明，枣果实在早期，韧皮部SE-CC复合体与周围薄壁细胞几乎不存在胞间链丝；在中期，二者胞间连丝明显增加，SE-CC复合体和周围薄壁细胞有丰富的胞间连丝存在。聂佩显[10]通过荧光染料carboxyfluorescein ( CF)在冬枣和梨枣上发现，二者在果实早期和晚期，CF限制在果实韧皮部之内，没有向周围薄壁细胞扩散，在中期向周围薄壁细胞大量扩散。同时进行了超微结构观察和酸性转化酶的研究进行验证。这些证据说明，枣韧皮部卸载没有品种差异，在果实发育的不同时期，韧皮部卸载方式发生了相互转化。

2 韧皮部卸载方式——共质体和质外体二者之间的关系

光合有机同化物经过韧皮部的长途运输，经筛分子的卸出是随后短距离运输中的第一步。同化物可通过质外体或共质体途径从SE/CC复合体卸出，质外体卸载是指同化物跨过筛分子质膜进入质外体空间的过程；共质体卸载是指同化物通过胞间连丝从SE/CC复合体进入维管束薄壁细胞的过程。这两个途径可单独起作用，也可同时存在。不同植物中存在不同的卸载途径，其运输机制和特点有很大区别。韧皮部卸载可分为共质体途径、质外体途径以及二者的交替转换型[11～13]。

质外体和共质体体系是植物韧皮部卸载的2种方式，但不仅这2种卸载方式在韧皮部卸载起作用，有时它们共同协作来完成有机同化物从源到库的运输。在豆科植物种子中，其韧皮部卸载途径为共质体方式，但由于母体组织和胚乳组织之间缺乏胞间连丝，溶质必须卸至质外体，才能被胚、胚乳或子叶吸收[13]。因植物种类和器官类型的不同，糖卸载的2种方式在一定条件下可以转化。在同一物种上，许多双子叶植物如甜菜、烟草、拟南芥均是共质体卸载方式，但它们的装载却是质外体途径[14～18] 。烟草中发现在细脉中质外体的装载过程很活跃，但卸载过程却不再起作用[14、16] ，当组织中有糖载体的抑制剂PCMBS存在时其装载就受到影响[14]。

筛分子的共质体卸出和质外体卸出并非相互排斥，而是在一定生理状态下相互补充协调的2种形式。伴随库功能转换，卸载途径往往发生改变。所以要全面研究植物韧皮部在不同时期、不同器官部位的卸载方式，才能更好地全面弄清楚光合同化物在植物的运输过程，从代谢机理上为提高果实的质量提供理论依据。

3 存在的问题及发展方向

3.1品种间果实韧皮部卸载联系、不同树种韧皮部卸载的关系是今后发展方向

果实韧皮部卸载是否仅与树种有关，与品种无关，这方面的研究比较少。在梨枣和冬枣上，发现果实韧皮部卸载方式相同，在葡萄上也有相似的报道，而在苹果、核桃和其它树种果实韧皮部卸载没有报道。不同品种果实糖含量存在显著差异，除了与生产栽培管理有着重要关系，应该与果实韧皮部卸载方式有着必然的联系，这方面的研究未见报道，是今后韧皮部卸载应该关注的一方面。

葡萄属于浆果类，在果实发育的不同时期卸载方式存在相互转化。枣在不同发育时期的卸载方式不一样，二者是否存在一定的联系？苹果和核桃果肉细胞卸载方式是质外体，核桃种皮以共质体卸载，二者之间是否存在一定的关系？那么不同果树果实韧皮部卸载是否存在一定的关系？或者说果肉韧皮部卸载方式存在一定的联系，而果实种皮卸载方式相同。这些研究是在探索大量树种果实卸载方式的基础上，才能建立的果树果实卸韧皮部载理论体系。

3.2 果实韧皮部卸载集中在主要树种上，小树种韧皮部卸载存在空白领域

园艺果树果实韧皮部卸载研究是一个系统，目前的研究主要集中在葡萄、苹果和核桃等几个少数种类上，而像李、梨、杏上未见报道，小树种榛子和板栗等的研究没有。小树种种植面积比较少、单价较高，是今后果树种植的一个发展趋势，其果实品质的要求是必然的，那么与果实品质密切相关的韧皮部卸载必然是小树种发展研究要求。

3.3 果实韧皮部运输卸载模式报道较少，是今后果实韧皮部卸载细胞学关注重点

韧皮部运输卸载模式，对于以果肉为食用部位的树种意义不是非常大；对于以种子为食用部位果实品质具有重要的作用。核桃果实韧皮部运输卸载模式的提出，对于光合同化物从叶柄经果肉运输到种子胚的过程一目了然，为核桃种子品质的提高奠定理论基础。以种子为食用部位的园艺果实有扁桃、板栗、榛子等树种，这些树种韧皮部卸载模式，是今后果实韧皮部卸载细胞学研究的重点。

3.4 韧皮部卸载研究以细胞学为主，分子机理是未来发展方向

光合作用同化物合成分子理论体现已经很清楚。同化物从叶片源长途运输到库器官果实，经韧皮部卸载到果肉或种子库器官的分子理论研究还处于模糊阶段。韧皮部卸载方式细胞学主要集中在透射电镜观察，卸载的同化物糖也主要集中在一些相关的蛋白酶和酸性转化酶及相关激素的研究。这一系列的相关研究，最终目的是为揭示韧皮部卸载分子机理提供一定的理论基础。分子机理是韧皮部卸载研究的终极目标。

参考文献

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2Oparka KJ, Prior DAM, Wright KM. Symplastic communication between primary and developing lateral roots of Arabidopsis thaliana[J]. Exp Bot, 1995（46）

3Lalonde S, Tegeder M, Throne-Holst M, Frommer WB, Patrick JW. Phloem loading and unloading of sugars and amino acids[J].Plant Cell Environ, 2003（23）

4Zhang X-Y, Wang X-L, Wang X-F, Xia G-H, Pan Q-H, Fan R-C,Wu F-Q, Yu X-C, Zhang D-P . A shift of phloemunloading from symplasmic to apoplasmic pathway is in-volved in developmental onset of ripening in grape berry[J]. Plant Physiol, 2006（142）

5 夏国海.葡萄果实糖分卸载与代谢机制研究[D].中国农业大学博士学位论文，2004

6 吕英民等.苹果果实韧皮部及其周围薄壁细胞的超微结构观察和功能分析[J].植物学报， 2000(1)

7 张凌云.苹果果实韧皮部质外体卸载的证据[D].中国农业大学博士论文，2003

8 吴国良.核桃果实韧皮部卸载的细胞学路径[D].中国农业大学博士学位论文，2004

9 聂佩显,关秋竹,张振贤等.冬枣果实韧皮部及其周围薄壁细胞的超微结构观察和功能分析[J].电子显微学报，2009(4)

10 聂佩显.同化物在枣果实韧皮部卸载的细胞学路径[D].山东农业大学硕士学位论文，2009

11Cochrane MP. Morphology of the crease region in relation to assimilate uptake and water loss during caryopsis development in barley and wheat[J]..Plant.Physiol. 1983(6)

12 Kempers R, A Ammerlaan, AJE Van Bel. Symplasmic constriction and ultrastructural features of sieveelement/companion cell complex in the transport phloem of apoplasmically and symplasmically phloem-loading species[J]. Plant Physiol. 1998（116）

13Thorne JH. Phloem unloading of C and N assimilates in developing seeds[J]. Ann. Rev. Plant Physiol, 1985（36）

14Turgeon R. Phloem unloading in tobacco sink leaves: insensitivity to anoxia indicates a symplastic pathway[J]. Planta, 1987 (1)

15 Ding B, Parthasarathy MV, Niklas K, et al,. A morphometric analysis of the phloem unloading pathway in developing tabacco leaves[J]. Planta, 1988（176）

16Roberts AQGruz SS. Phloem unloading in sink leaves of Nicotiana benthamiana: comparision of a fluorescent solute with a fluorescent virus[J]. Plant Cell, 1997（9）

（责任编辑 荷初）

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