荧光探针对植物组织乙烯释放的监测及在白熟期番茄中的应用

doi:10.7503/cjcu20240517

摘要/Abstract

摘要：

以酪蛋白为载体，将第一代 Grubbs催化剂与6-甲氧基-2-萘乙烯相结合的荧光探针（P3）包覆在蛋白疏水袋中制成水溶性荧光探针(C-E-P). 对P3的性能测试表明，其对乙烯表现出良好的线性关系、快速的响应时间和高选择性. 将P3包覆于酪蛋白制成的水溶性探针C-E-P能够实现对苹果、苦水玫瑰和芦荟组织乙烯释放的荧光成像，并可用于白熟期番茄成熟过程中组织的乙烯变化监测，发现种子的乙烯释放峰值先于果皮出现. 本文开发的C-E-P探针能够有效捕捉植物组织中乙烯的释放信息，为农业生产中果实成熟和植物健康监测提供了一种有效的工具.

关键词: 植物组织荧光成像, 乙烯, 荧光探针, 酪蛋白

Abstract:

The quantification of ethylene can be achieved through the change of fluorescence signal， but there are few reports about the real-time monitoring of ethylene levels in plant tissues. Developing environmentally friendly and biocompatible chemical-based fluorescent probes is one of the ways to achieve plant tissue imaging. This article uses casein as a carrier to create a water-soluble fluorescent probe（C-E-P） by encapsulating a fluorescent probe（P3） that combines the first-generation Grubbs catalyst with 6-methoxy-2-naphthylene in a hydrophobic pocket. The synthesis of probe P3 was confirmed through various structural characterization methods. Performance tests demonstrated that P3 exhibited a strong linear relationship with ethylene， rapid reaction time， and high selectivity. The C-E-P， created by encapsulating P3 with casein， facilitated fluorescence imaging of ethylene release from apple， bitter water rose， and aloe tissues. This approach allowed for observing changes in ethylene release between different plant tissues over time. Additionally， it was employed to monitor ethylene variations in the tissues of white ripe tomatoes during ripening， revealing that the peak ethylene release from the seeds occurs before that from the pericarp. The C-E-P developed in this study can effectively capture ethylene release information in plant tissues， providing an effective tool for fruit ripening and plant health monitoring in agricultural production.

Key words: Plant tissue fluorescence imaging, Ethylene, Fluorescent probe, Casein

中图分类号:

O657.3

TrendMD:

杨倩, 屠鹏, 郝振芳, 崔彦君, 边红霞. 荧光探针对植物组织乙烯释放的监测及在白熟期番茄中的应用. 高等学校化学学报, 2025, 46(5): 20240517.

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图/表 12

Fig.1 C⁃E⁃P design and application detection routes

Fig.2 Performance of P3： fluorescence spectra(A), response concentration to ethylene(B), response time(C), and selectivity(D)(D) a. Ethyl acetate, b. ethanol, c. isopropanol, d. toluene, e. butyl 5⁃butyrate, f. methanol, g. geranyl, h. hydrogen sulfide, i. sulfur dioxide, j. 10 ammonia, k. acetone, l. nitrogen dioxide, m. ethylene.

Fig.3 Response of P3 to the storage period of apple(A) and mango(B)

Fig.4 Stability of C⁃E⁃P(A) and linear curve(B)

Fig.5 C⁃E⁃P fluorescence imaging of ethylene release from different plant tissue(A) Apple flesh; (B) rose peals; (C) aloe skin.

Fig.6 C⁃E⁃P fluorescence imaging of ethylene in different plant tissues over time(A) Rose peals; (B) apple flesh; (C) aloe skin.

Fig.7 Color changes of white ripe tomatoes during storage

Fig.8 Response of P3 during storage of white ripe tomatoes

Fig.9 Color change of tomato with time in white ripening stage

Fig.10 Fluorescence imaging of tomato peel by C⁃E⁃P

Fig.11 Fluorescence imaging of tomato seeds by C⁃E⁃P

Fig.12 Relative fluorescence intensity of tomato peel(A) and tomato seeds(B) over time

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