Please use this identifier to cite or link to this item:
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorSiriphorn Jangsuthivorawat-
dc.contributor.advisorKobkiat Saengnil-
dc.contributor.advisorJamnong Uthaibutra-
dc.contributor.authorThanakorn Vichaiyaen_US
dc.description.abstractChilling injury (CI) is a devastating postharvest disorder of fruit that can occur under low temperature stress in cold storage and is closely related to intracellular energy deficiency and loss of membrane stability. Trehalose, a non-reducing sugar generated by sugar metabolism, plays a protective role against different physical stresses. Maintenance of energy level by postharvest trehalose treatment has contributed to alleviated CI and improved chilling tolerance in many harvested crops. However, ability of trehalose on homeostatic regulation of cellular energy metabolism in response to CI has not been well studied. The aim of this study was to investigate the effects of exogenous trehalose on sugar metabolism in relation to the regulation of cellular energy balance and energy sensing in reducing CI of ‘Kim Ju’ guava fruit under exposure to low temperature storage. The whole experiment process was divided into four parts. In the first experiment, the effects of low temperature storage on CI and postharvest quality of ‘Kim Ju’ guava fruit was investigated. The fruit were stored at 6, 8, 10, 12 and 14 °C and transferred to room temperature at 25 °C. The fruit from each group was randomly taken every 2 d during cold storage and every day at room temperature to determine the fruit quality and CI symptoms. The results showed that the temperature at 6, 8 and 10 °C induced CI symptoms within 6, 10 and 10 d, respectively and CI became more aggravated after being transferred to room temperature. The CI symptoms at 6 ºC was more severe than that at 8 and 10 °C, while at 12 °C showed slight CI and at 14 °C did not show CI symptoms. The maximum storage life after cold storage at 6, 8, 10, 12 and 14 °C was 10, 12, 10, 8 and 8 d, respectively. The eating quality of fruit stored at 6 and 8 °C was higher than that stored at 10, 12 and 14 °C indicating that 8 °C was the optimal storage temperature for providing high overall quality and minimal CI symptoms of ‘Kim Ju’ guava fruit. In the second experiment, the relationship among energy status, membrane stability and CI of ‘Kim Ju’ guava fruit during low temperature storage was investigated. The fruit were immersed in distilled water (control); 0.5, 1 and 2 mM of adenosine triphosphate (ATP); 0.5, 1 and 2 mM of 2,4-dinitrophenol (DNP; ATP production inhibitor) for 30 min and stored at 8 °C for 14 d followed by 4 d of shelf storage at 25 °C. The fruit from each group was randomly taken as previously described to investigate energy level and membrane stability. It was shown that the intracellular energy (ATP content and energy charge) of untreated fruit decreased gradually during low temperature storage. This reduction coincided with the increases in membrane damage and CI index as well as a decrease in membrane transport enzyme (H+/Ca2+-ATPase) activities. The fruit treated with ATP had higher levels of cellular energy and ATPase activity but had lower membrane damage and CI index than the controls. In contrast, treatment with DNP exhibited opposite results by reducing cellular energy and ATPase activity and increasing membrane damage and CI index comparing with ATP treatment. These results suggest that CI development of ‘Kim Ju’ guava fruit was associated with a decrease in energy level and loss of membrane stability. In the third experiment, the impacts of exogenous trehalose on soluble sugar and energy metabolisms in relation to membrane stability and CI of ‘Kim Ju’ guava fruit during low temperature storage were investigated. The fruit were immersed in 0, 50, 100, 200 and 400 mM trehalose for 30 min and stored at 8 °C for 14 d followed by 4 d of shelf storage at 25 °C. The fruit from each group was randomly taken as previously described to determine the energy status, enzyme activities in sugar metabolism, soluble sugar contents, membrane stability and CI symptoms. It was shown that trehalose at 200 mM was the most effective concentration in lowering CI. The trehalose-treated fruit exhibited a higher index of membrane stability and energy level accompanied by a rise in endogenous trehalose, sucrose, glucose 6 phosphate and fructose 6 phosphate levels. Trehalose treatment promoted the activities of sucrose synthetic enzyme including, sucrose phosphate synthase and sucrose synthase (synthesis) as well as trehalose hydrolytic enzyme such as trehalase and glycolytic enzymes including, hexokinase, fructokinase, phosphoglucoisomerase and pyruvate kinase. On the other hand, it inhibited activities of sucrose hydrolytic enzymes such as sucrose synthase (cleavage) and invertase. These results suggest that trehalose treatment could maintain membrane integrity under regulation of adequate energy balance by enhancing the activities of energy and sugar metabolism‐related enzymes, thus contributing to elevated energy status and reduced CI in cold‐stored ‘Kim Ju’ guava fruit. In the fourth experiment, the effects of exogenous trehalose on sugar signaling-mediated energy sensing and energy homeostasis of ‘Kim Ju’ guava fruit during low temperature storage were investigated. The fruit were treated with 0 and 200 mM of trehalose for 30 min and kept at 8 °C for 14 d followed by 4 d of shelf storage at 25 °C. The fruit from each group was randomly taken as previously described to analyze soluble sugar contents, energy sensing-mediated gene expression and activity of sucrose non-fermenting-1-related protein kinase 1 (SnRK1) as well as gene expression and enzyme activity of energy production. It was shown that SnRK1 gene expression and activity increased after trehalose treatment, reaching maximum within 1-2 d. The trehalose treatment increased the expression of energy producing genes and activity of ATP producing enzymes such as ATP synthase, NADH dehydrogenase, succinate dehydrogenase and cytochrome c oxidase, accompanied by higher energy charge and lower CI throughout storage. The increase in SnRK1 activity by exogenous trehalose was closely associated with an initial transient increase of sucrose during the first 2 d of storage. The SnRK1 activation was also induced by 50-200 mM exogenous sucrose within 18 h after treatment. These results suggest that beside low intracellular sucrose, SnRK1 is also activated in response to an early transient sucrose generation by exogenous trehalose. Thus, this sucrose could trigger the activation of SnRK1 in regulating the expression of genes encoding enzymes of sugar metabolism for maintaining energy homeostasis of ‘Kim Ju’ guava fruit during cold storage. It is concluded that exogenous trehalose could cause alteration of the soluble sugars via the sugar metabolism for providing sufficient energy and signal-activated energy sensing involved in energy homeostasis regulation, consequent improved membrane stability which led to the amelioration of CI in ‘Kim Ju’ guava fruit during exposure to chilling stress.en_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.titleEffects of exogenous trehalose on sugar metabolism and energy sensing in response to chilling injury of ‘Kim Ju’ guava fruit during low temperature storageen_US
thesis.description.thaiAbstractอาการสะท้านหนาว (chilling injury, CI) เป็นความผิดปกติหลังการเก็บเกี่ยวที่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อผลไม้ที่เก็บรักษาภายใต้ความเครียดจากอุณหภูมิต่ำและเกี่ยวข้องอย่างมากกับการขาดพลังงานภายในเซลล์และการสูญเสียเสถียรภาพของเยื่อหุ้ม ทรีฮาโลสเป็นน้ำตาลนอนรีดิวซ์สร้างจาก เมแทบอลิซึมของน้ำตาลที่ทำหน้าที่ป้องกันความเครียดต่างๆ ที่เกิดจากปัจจัยทางกายภาพ โดยการให้ ทรีฮาโลสหลังการเก็บเกี่ยวช่วยรักษาระดับพลังงานซึ่งนำไปสู่การลดลงของ CI และช่วยให้ทนทานต่อความหนาวเย็นในพืชผลผลิตหลังการเก็บเกี่ยวหลายชนิด อย่างไรก็ตามยังไม่มีการศึกษาถึงความสามารถของทรีฮาโลสในการควบคุมความสมดุลของเมแทบอลิซึมของพลังงานภายในเซลล์ที่นำไปสู่การเกิด CI เป้าหมายของการศึกษาครั้งนี้คือ เพื่อศึกษาผลของทรีฮาโลสจากภายนอกต่อ เมแทบอลิซึมของน้ำตาลที่มีความสัมพันธ์กับการควบคุมความสมดุลพลังงานของเซลล์และการรับรู้พลังงานเพื่อการลด CI ของผลฝรั่ง 'กิมจู' ที่เก็บรักษาภายใต้อุณหภูมิต่ำ การทดลองทั้งหมด แบ่งออกเป็นสี่ตอนดังนี้ การทดลองแรก เป็นการศึกษาผลของการเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำต่ออาการสะท้านหนาวและคุณภาพหลังการเก็บเกี่ยวของผลฝรั่ง 'กิมจู' นำผลมาเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 6, 8, 10, 12 และ 14 °ซ แล้วย้ายไปเก็บรักษาที่อุณหภูมิห้องที่ 25 °ซ สุ่มตัวอย่างผลจากแต่ละกลุ่มทุกๆ 2 วัน ระหว่างการเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำและทุกๆวันที่อุณหภูมิห้อง มาวิเคราะห์คุณภาพผลและอาการ CI ผลการทดลองพบว่าอุณหภูมิ 6, 8 และ 10 °ซ ชักนำให้เกิดอาการ CI ภายใน 6, 10 และ 10 วัน ตามลำดับ และมีอาการรุนแรงมากขึ้นหลังจากย้ายไปเก็บที่อุณหภูมิห้อง โดยที่ 6 °ซ ผลแสดงอาการ CI รุนแรงกว่าที่ 8 และ 10 °ซ ขณะที่ 12 °ซ แสดงอาการ CI เพียงเล็กน้อยและที่ 14 °ซ ไม่แสดงอาการ CI โดยการเก็บผลที่ 6, 8, 10, 12 และ 14 °ซ มีอายุการเก็บรักษาสูงสุดเท่ากับ 10, 12, 10, 8 และ 8 วัน ตามลำดับ ทั้งนี้คุณภาพด้านบริโภคของผลที่เก็บรักษาที่อุณหภูมิ 6 และ 8 °ซ สูงกว่าที่ 10, 12 และ 14 °ซ จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า 8 °ซ เป็นระดับอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดในการเก็บรักษา ทำให้มีคุณภาพโดยรวมสูงและเกิดอาการ CI น้อยที่สุดในผลฝรั่ง 'กิมจู' การทดลองที่สอง เป็นการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสถานะของพลังงาน เสถียรภาพของ เยื่อหุ้มและอาการ CI ของผลฝรั่ง 'กิมจู' ระหว่างการเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำ นำผลแช่ลงในสารละลาย อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (adenosine triphosphate, ATP) ความเข้มข้น 0 (ชุดควบคุม), 0.5, 1 และ 2 มิลลิโมลาร์ และสารละลาย 2,4-ไดไนโตรฟีนอล (2,4-dinitrophenol, DNP; สารยับยั้งการผลิต ATP) ความเข้มข้น 0.5, 1 และ 2 มิลลิโมลาร์ เป็นเวลา 30 นาที แล้วเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 8 °ซ เป็นเวลา 14 วัน จากนั้นย้ายไปเก็บที่ 25 °ซ เป็นเวลา 4 วัน สุ่มตัวอย่างผลจากแต่ละกลุ่มตามวิธีการดังกล่าวข้างต้นเพื่อวิเคราะห์ระดับพลังงานและเสถียรภาพของเยื่อหุ้ม พบว่าพลังงานภายในเซลล์ (ปริมาณ ATP และ ค่าพลังงาน) ของผลในชุดควบคุมค่อยๆลดลงระหว่างการเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำ การลดลงนี้สัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของความเสียหายของเยื่อหุ้มและดัชนี CI รวมทั้งการลดลงของกิจกรรมของเอนไซม์ช่วยลำเลียงบนเยื่อหุ้ม (โปรตอน- และแคลเซียม-เอทีพีเอส) ผลที่ได้รับ ATP มีระดับพลังงานภายในเซลล์และกิจกรรมของเอนไซม์เอทีพีเอส แต่มีความเสียหายของ เยื่อหุ้มและดัชนี CI ต่ำกว่าชุดควบคุมระหว่างการเก็บรักษา ในขณะที่การได้รับ DNP ให้ผลตรงกันข้าม โดยลดพลังงานของเซลล์และกิจกรรมของเอนไซม์เอทีพีเอส รวมทั้งเพิ่มความเสียหายของเยื่อหุ้มและดัชนี CI เมื่อเปรียบเทียบกับผลที่ได้รับ ATP ผลการทดลองนี้ชี้ให้เห็นว่าการพัฒนาอาการ CI ของผลฝรั่ง ‘กิมจู’ เกี่ยวข้องกับการลดลงของระดับพลังงานและการสูญเสียเสถียรภาพของเยื่อหุ้ม การทดลองที่สาม เป็นการศึกษาผลกระทบของทรีฮาโลสจากภายนอกต่อเมแทบอลิซึมของน้ำตาลและพลังงานที่เกี่ยวข้องกับเสถียรสภาพของเยื่อหุ้มและอาการ CI ของผลฝรั่ง ‘กิมจู’ ระหว่างการเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำ นำผลแช่ลงในสารละลายทรีฮาโลสความเข้มข้น 0, 50, 100, 200 และ 400 มิลลิโมลาร์ เป็นเวลา 30 นาที แล้วเก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิ 8 °ซ เป็นเวลา 14 วัน จากนั้นย้ายไปเก็บรักษาที่ 25 °ซ เป็นเวลา 4 วัน สุ่มตัวอย่างผลจากแต่ละกลุ่มตามวิธีการดังกล่าวข้างต้นเพื่อวิเคราะห์สถานะของพลังงาน กิจกรรมของเอนไซม์ในเมแทบอลิซึมของน้ำตาล ปริมาณน้ำตาล เสถียรสภาพของเยื่อหุ้มและอาการ CI พบว่าผลที่ได้รับทรีฮาโลส ความเข้มข้น 200 มิลลิโมลาร์ มีประสิทธิภาพสูงที่สุดในการลด CI ผลที่ได้รับทรีฮาโลสมีเสถียรสภาพของเยื่อหุ้มและระดับพลังงานที่สูงขึ้น พร้อมกับการเพิ่มขึ้นของปริมาณทรีฮาโลสภายใน ซูโครส กลูโคส 6 ฟอสเฟต และ ฟรุกโตส 6 ฟอสเฟต นอกจากนี้ ทรีฮาโลสยังส่งเสริมกิจกรรมของเอนไซม์ในกระบวนการสังเคราะห์ซูโครส ได้แก่ ซูโครสฟอสเฟตซินเทสและซูโครสซินเทส(ซินเทซิส) และเอนไซม์ในกระบวนการย่อยสลาย ทรีฮาโลส ได้แก่ ทรีฮาเลส และเอนไซม์ในกระบวนการไกลโคไลซิส ได้แก่ เฮกโซไคเนส ฟรุกโตไคเนส ฟอสโฟกลูโคไอโซเมอเรส และไพรูเวตไคเนส ในทางตรงกันข้ามทรีฮาโลสยับยั้งเอนไซม์ในกระบวนการสลายซูโครส ได้แก่ ซูโครสซินเทส(คลีเวจ) และอินเวอร์เทส ผลการทดลองชี้ให้เห็นว่าการให้ ทรีฮาโลสสามารถรักษาความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มภายใต้การควบคุมสมดุลของพลังงานที่เหมาะสมโดยส่งเสริมกิจกรรมของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องในกระบวนการเมแทบลิซึมของพลังงานและน้ำตาล อันส่งผลให้มีสถานะพลังงานที่สูงขึ้นและ CI ที่ลดลงในผลฝรั่ง 'กิมจู' ที่เก็บรักษาภายใต้อุณหภูมิต่ำ การทดลองที่สี่ เป็นการศึกษาผลของทรีฮาโลสจากภายนอกต่อการรับรู้พลังงานผ่านการส่งสัญญาณของน้ำตาลและสมดุลของพลังงานของผลฝรั่ง 'กิมจู' ระหว่างการเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำ นำผลแช่ลงในสารละลายทรีฮาโลส ความเข้มข้น 0 และ 200 มิลลิโมลาร์ เป็นเวลา 30 นาที แล้วเก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิ 8 °ซ เป็นเวลา 14 วัน จากนั้นย้ายไปเก็บที่ 25 °ซ เป็นเวลา 4 วัน สุ่มตัวอย่างผลจากแต่ละกลุ่มตามวิธีการดังกล่าวข้างต้นเพื่อวิเคราะห์ปริมาณน้ำตาล การแสดงออกของยีนและกิจกรรมในการรับรู้พลังงานของซูโครส นอน-เฟอร์เมนทิง-1-รีเลทิด โปรตีน (sucrose non-fermenting-1-related protein kinase 1, SnRK1) รวมทั้งการแสดงออกของยีนและเอนไซม์ในกระบวนการสร้างพลังงาน ผลการทดลองพบว่าการแสดงออกของยีน และกิจกรรมของ SnRK1 เพิ่มขึ้นหลังได้รับ ทรีฮาโลสภายใน 1-2 วัน ทรีฮาโลสกระตุ้นการแสดงออกของยีนและกิจกรรมของเอนไซม์ ในกระบวนการสร้างพลังงาน ได้แก่ เอทีพีซินเทส เอ็นเอดีเอชดีไฮโดรจีเนส ซักซิเนตดีไฮโดรจีเนส และไซโทโครมซีออกซิเดส ซึ่งเพิ่มขึ้นพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของค่าพลังงาน และการเกิด CI ที่ลดลงตลอดการเก็บรักษา กิจกรรมของ SnRK1 ที่เพิ่มขึ้นโดยทรีฮาโลสที่ให้จากภายนอกมีความสัมพันธ์อย่างมากกับการเพิ่มขึ้นชั่วคราวของระดับซูโครสในช่วง 2 วันแรกของการเก็บรักษา การให้สารละลายซูโครสจากภายนอกความเข้มข้น 50-200 มิลลิโมลาร์มีผลกระตุ้น SnRK1 ภายใน 18 ชั่วโมง ผลการทดลองชี้ให้เห็นว่า SnRK1 นอกจากถูกกระตุ้นให้ทำงานในสภาพซูโครสภายในเซลล์ต่ำแล้ว ยังถูกกระตุ้นเพื่อตอบสนองต่อซูโครสที่ถูกสร้างขึ้นชั่วคราวในช่วงแรกหลังจากการให้ ทรีฮาโลสจากภายนอกด้วย นั่นคือซูโครสสามารถกระตุ้นการทำงานของ SnRK1 ที่ทำหน้าที่ควบคุมการแสดงออกของยีนในการถอดรหัสในการสร้างเอนไซม์ในกระบวนการเมแทบอลิซึมของน้ำตาลเพื่อรักษาสภาวะสมดุลของพลังงานของผลฝรั่ง 'กิมจู' ระหว่างการเก็บรักษาภายใต้อุณหภูมิต่ำ ผลการทดลองสรุปได้ว่าการให้ทรีฮาโลสจากภายนอกสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงน้ำตาลละลายน้ำได้ที่สร้างผ่านเมแทบอลิซึมของน้ำตาลเพื่อทำให้ผลมีพลังงานเพียงพอ และเพื่อสร้างโมเลกุลส่งสัญญาณที่มีผลกระตุ้นการรับรู้พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมสภาวะสมดุลของพลังงาน ส่งผลให้เยื่อหุ้มมีเสถียรภาพดีขึ้น ซึ่งนำไปสู่การบรรเทาการเกิด CI ของผลฝรั่ง 'กิมจู' ในระหว่างที่ได้รับความเครียดจากความเย็นen_US
Appears in Collections:SCIENCE: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
620555905_Thanakorn Vichaiya.pdf7.13 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy

Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.