木質(zhì)素合成與梨石細(xì)胞

1、摘要摘要:從木質(zhì)素的分類分布，木質(zhì)素合成過(guò)程中相關(guān)酶類，木質(zhì)素研究方法及木質(zhì)素與梨果實(shí)石細(xì)胞形成的關(guān)系方面對(duì)木質(zhì)素的研究進(jìn)展作了綜述介紹。并對(duì)木質(zhì)素研究方向作了展望。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：木質(zhì)素；苯丙氨酸解氨酶；肉桂酸脫氧酶；過(guò)氧化物酶；水楊酸ThemetabolicrelationshipbetweenSynthesisofligninrelatedenzymephenolicDongQianwenAbstract：Ligninwhichp

2、laysanimptantroleinpulpingindustryrepresents15%~36%ofdryweightofwoodisamajcomponentsecondtocellulose.Lignincontentitsrelatedenzymeactivitywerehighlycrelatedwithplantgrowth，antidiseaseabilityadverseresistance。Thelignininp

3、asturealsoeffecttheabilitytodigestofplanteatinganimals.Inpapermadeindustry，lignindisposewasthemainsourceofenvironmentalpollution.ThisarticlecommentedonthestudiesonthemetabolicrelationshipbetweenSynthesisofligninrelateden

4、zymesuchasPhenylalanineammonialyaseCinnamicacidenzymePeroxidasephenolicsuchassalicylicacid.Also，theprospectsfcontrolthecompoundofligninareputfwardKeywds:ligninPhenylalanineammonialyase(PAL)Cinnamicacidenzyme(CAD)Peroxida

5、se(POD)salicylicacid(SA)前言:木質(zhì)素(Lignin)是維管植物進(jìn)化過(guò)程中的一種結(jié)構(gòu)產(chǎn)物之一在細(xì)胞壁木質(zhì)化過(guò)程中逐步滲入到細(xì)胞壁填充于纖維素構(gòu)架內(nèi)加大了細(xì)胞壁的硬度增強(qiáng)了細(xì)胞的機(jī)械支持力或抗壓強(qiáng)度促進(jìn)機(jī)械組織的形成有利于鞏固和支持植物體及水分輸導(dǎo)等作用[1]。同時(shí)由于木質(zhì)素具不可溶性及多酚類物質(zhì)的化學(xué)特性也增強(qiáng)了植物的抗病能力對(duì)用作燃料的木材來(lái)說(shuō)高木質(zhì)素含量的木材能釋放較多的熱量[2]。木質(zhì)素是膳食纖維(Dieta

6、ryfibresDF)中的.重要組成部分，它能夠改變腸道系統(tǒng)中微生物的活性、降低腸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、降低血中膽固醇和高血糖含量、延緩營(yíng)養(yǎng)吸收時(shí)間、降低結(jié)腸、抑制癌細(xì)胞活性，甚至具有維持適當(dāng)體重的生理和治療功效[3][4]。但從另一角度看木質(zhì)素對(duì)人類生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)產(chǎn)生一些負(fù)面影響如木質(zhì)素含量的牧草會(huì)影響草食動(dòng)物的消化而對(duì)造紙用木材來(lái)說(shuō)木質(zhì)素是影響造紙工藝和紙張質(zhì)量的主要因素之一[5]。因此有關(guān)木質(zhì)素的研究受到許多學(xué)者的關(guān)注，現(xiàn)僅就木質(zhì)素合成相關(guān)酶、

7、酚的代謝關(guān)系做一介紹。1木質(zhì)素1.1木質(zhì)素的種類和分布木質(zhì)素在木材中是僅次于纖維素的主要成份是由三種醇單體或單木質(zhì)酚如香豆醇、松柏醇和芥子醇等合成的一種復(fù)雜的酚類聚合物。通常占木材干重的15%~36%貯存于次生厚組織中與植物的硬度和防水作用密切相關(guān)。木質(zhì)素不是單一的結(jié)構(gòu)而是一組相關(guān)聯(lián)的苯基丙烷單元———稱為木質(zhì)素單體(monolignol)通過(guò)一定方式聚合一起的總稱是芳香類物質(zhì)的高聚物到目前為止尚未有任何辦法能從植物中分離出完全沒(méi)有變化

8、的原木質(zhì)素。其單體主要分為:由香豆醇衍生的對(duì)苯基單體(H型)、由松柏醇衍生的愈創(chuàng)木基單體(G型)和由芥子醇衍生的紫丁香基單體(S型)等三類。H型主要存在于禾本科植物中S型主要存在于被子植物中G型則廣布于裸子植物和被子植物中。木質(zhì)素是屬細(xì)胞壁的次生結(jié)構(gòu)之一主要貯存于細(xì)胞中其結(jié)構(gòu)方式和含量依不同的２程涉及到許多酶系[7]十分復(fù)雜。至今仍未明確其準(zhǔn)確的合成途徑，但它給我們指明了酶的活性與木質(zhì)素前體濃度的關(guān)系，證明一些酶系控制著木質(zhì)素含量變化。

9、根據(jù)大量資料和木質(zhì)素的合成途徑來(lái)看，苯丙氨酸解氨酶(PAL)，肉桂酸脫氧酶(CAD)，過(guò)氧化物酶(POD)三種酶是木質(zhì)素合成途徑中的關(guān)鍵酶類。其中PAL處于苯丙烷類代謝的起點(diǎn)，與類黃酮物質(zhì)、黃酮、色素、木質(zhì)素的合成有關(guān)。Tayl等[8]利用白日菊葉肉細(xì)胞誘導(dǎo)出不同分化類型的細(xì)胞管狀分子。在誘導(dǎo)過(guò)程中，細(xì)胞壁上伴隨有木質(zhì)化的發(fā)生，同時(shí)對(duì)木質(zhì)化形成相關(guān)的酶類進(jìn)行了測(cè)定。PAL伴隨細(xì)胞木質(zhì)化活性有增強(qiáng)趨勢(shì)。而CAD和POD是木質(zhì)素單體形成過(guò)程

10、中的酶，它們的活性變化更能體現(xiàn)木質(zhì)素代謝的活動(dòng)情況，進(jìn)而說(shuō)明與之相關(guān)的導(dǎo)管分化和抵御病害的防御機(jī)制。2.1.1苯丙氨酸解氨酶PAL催化L苯丙氨酸直接脫氨產(chǎn)生反式肉桂酸，是苯丙烷類代謝的關(guān)鍵酶和限速酶[9]。此酶自1961年Koukol和Conn發(fā)現(xiàn)以來(lái)己在所有研究的綠色植物中找到[10、11、12、13、14、15]，在真菌、細(xì)菌、藻類中也有發(fā)現(xiàn)。細(xì)胞中此酶定位于線粒體、白色體、葉綠體、過(guò)氧化酶體、乙醛體等細(xì)胞器中。植物的不同組織和不同

11、部位PAL的分布也不同，在萌發(fā)5天的黃化水稻幼苗中，幼葉活性最高，其次為根和胚軸，胚芽鞘的活性很低，而胚乳中未檢測(cè)到。叢斌(1997)等[16]在小麥根尖分生區(qū)無(wú)法檢測(cè)到PAL的活性。PAL活性隨葉片的成熟度的增加而降低，越嫩的部位PAL活性越高[17]。尹德明等[18]研究水稻感染小球菌核病后，PAL呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)植物的抗病性與木質(zhì)素形成有關(guān)。Kchrel和Wiermanl[19]應(yīng)用免疫化學(xué)定位法在郁金香花藥中PAL主

12、要位于花藥絨氈層細(xì)胞中。通過(guò)硫酸錢(qián)分級(jí)沉淀、DEAF纖維素層析、親和層析等分離純化步驟，PAL己在馬鈴薯、玉米、芥菜、小黃瓜等f(wàn)一兒種高等植物中得到純化，并系統(tǒng)地研究了其基本性質(zhì)。PAL的酶蛋白為分子量220000330000道爾頓的酸性蛋白，其全酶由四個(gè)相同亞基組成四聚體[20]。PAL的最適PH為89.5，水稻PAL最適PH偏堿，這和氨基酸成分一致。Butl等[21]發(fā)現(xiàn)班克松(PbanksianaLamb.)PAL基因的多個(gè)成員(

13、PALL5)。Fukuda等[22]用分離的百日草(Zimniaelegans)葉肉單細(xì)胞研究了苯丙烷類代謝酶系與木質(zhì)素形成、管狀分子形成和細(xì)胞分化的關(guān)系。管狀分子與薄壁細(xì)胞的區(qū)別在于木質(zhì)化次生壁的加厚，木質(zhì)素是次生壁結(jié)構(gòu)材料之一，是木質(zhì)細(xì)胞特有的組成，因此木質(zhì)化作用可以作為管狀分子分化的指標(biāo)。朱海英(1997)等[23]在絲瓜果實(shí)發(fā)育期間，發(fā)現(xiàn)PAL的活性高峰出現(xiàn)在木質(zhì)素大量合成的第5天。鄭少泉(2001)等[24]以套袋后的解放鐘批

14、把果實(shí)為材料，果實(shí)中的PAL活性提高，抑制果銹病的發(fā)生，可能與木質(zhì)素加厚有關(guān)。復(fù)旦大學(xué)課題組在煙草、甜葉菊和丹參組織培養(yǎng)產(chǎn)生愈傷組織的工作中發(fā)現(xiàn)，PAL出現(xiàn)較早，木質(zhì)素含量增加，隨著分化進(jìn)程的延續(xù)，PAL活性降低，在組織老化時(shí)甚至失去活性。隨著生物技術(shù)的不斷成熟，PAL的分子生物文章見(jiàn)于報(bào)端。Edwards(1985)等[25]從豆刺盤(pán)抱菌壁提取物誘導(dǎo)的菜豆獲得PALmRNA，構(gòu)建了cDNA文庫(kù)，然后篩選了14個(gè)PAL基因克隆。測(cè)序表明

15、，菜豆至少含有3種PAL基因。Lois(I989)等[26]也發(fā)現(xiàn)皺葉歐芹至少含有四種PAL基因，結(jié)構(gòu)與菜豆相似。所有PAL基因啟動(dòng)子部位都存在兩處AC富含區(qū)域，該區(qū)域也存在其它苯丙烷代謝酶系基因中。Whetten(1992)等對(duì)火炬松木質(zhì)部的PAL進(jìn)行純化，利用抗體技術(shù)從cDNA文庫(kù)中得到PAL基因。這些表明PAL是一個(gè)多基因家族表達(dá)系統(tǒng)。2.1.2肉桂醇脫氫酶(CAD)CAD是木質(zhì)素單體形成過(guò)程中的酶，它們的活性變化更能體現(xiàn)木質(zhì)素代