駿棗果實糖分積累及相關(guān)代謝酶活性變化的研究

（塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

棗（Ziziphus jujuba Mill.）為鼠李科棗屬植物，有3 000多年的栽培歷史[1]。紅棗是新疆南疆地域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和棗農(nóng)增收的主要樹種。在棗果實品質(zhì)的眾多指標中，甜味是最主要的指標，而果實甜味在很大程度上取決于果實內(nèi)所含糖分的種類和數(shù)量[2-3]。因而果實糖分積累就成為果實品質(zhì)形成的關(guān)鍵。果實中的糖主要是葡萄糖、果糖和蔗糖，糖的種類和含量在很大程度上影響果實的品質(zhì)，是決定果實品質(zhì)的重要因素。有關(guān)果實中糖的代謝積累及其與蔗糖代謝相關(guān)酶的關(guān)系在蘋果[4]、菠蘿[5]、杏[6]、枸杞[7]、梨[8]等植物中已有大量的研究，這些研究揭示了不同植物調(diào)節(jié)糖代謝的關(guān)鍵酶不同，果實糖積累的類型不同，果實積累糖的種類和含量也存在著較大的差異。蔗糖代謝也是果實糖分積累的重要過程[1]，現(xiàn)有研究表明，果實發(fā)育過程中糖的積累是多種糖代謝酶共同發(fā)揮作用的結(jié)果，糖代謝相關(guān)酶的綜合作用是明確果實糖積累機理的關(guān)鍵[9]，糖代謝相關(guān)酶主要有蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）、酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）和中性轉(zhuǎn)化酶（NI）。酶的活性是體現(xiàn)各種糖代謝酶綜合作用的指標。前人對礦質(zhì)營養(yǎng)特性和生長調(diào)節(jié)劑及其它物質(zhì)對果實產(chǎn)量、品質(zhì)的影響等方面進行過相關(guān)研究[10-11]，但有關(guān)駿棗果實發(fā)育過程中糖分積累規(guī)律的相關(guān)報道較少。

深入了解糖分積累的代謝機制對促進果實發(fā)育和提高果實品質(zhì)具有重要意義。據(jù)此，以駿棗品種為試驗對象，研究駿棗果實發(fā)育過程中可溶性糖分的組成及其變化，以期全面從生理水平上闡明駿棗果實發(fā)育過程中糖含量、糖代謝相關(guān)酶活性與果實糖積累間的關(guān)系，明確棗果發(fā)育過程中糖積累的內(nèi)在機理，為深入研究駿棗果實糖積累機制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在塔里木大學(xué)園藝試驗站選擇生長發(fā)育良好，樹勢和花期一致的3株樹齡為5年的駿棗試驗樹，于幼果期開始采樣，每次采果時分別從標記植株的不同方向選擇大小一致且無病害的果實10個，直至全紅期，果樣采下后立即放進低溫盒中，及時帶回實驗室，去皮去核后切碎，液氮速凍，-80℃超低溫冰箱中保存待用。選取果肉部分分別進行糖含量和酶活力的測定。

1.2 試驗方法

1.2.1 糖類測定

樣品制備：稱取1 g鮮棗樣，低溫充分研磨后加入10 mL80%乙醇混勻后蓋上蓋并置于80℃水浴30 min，4 000 r/min離心10 min取上清液，重復(fù)3次，合并濾液，旋轉(zhuǎn)蒸干除去乙醇，用超純水定容至25 mL，濾液用于測定棗果實中的可溶性糖。

液相色譜條件色譜柱為XBridge Amide（4.6 mm×250 mm，5 μm），流動相為 0.2%TEA 水溶液（A 相）和含0.2%TEA的乙腈（B相），流速為 1.0 mL/min，柱溫為35℃，進樣量1 μL，ELSD參數(shù)中霧化管溫度為40℃，漂移管溫度為50℃，氮氣做載氣，流速為1.6 L/min。

1.2.2 蔗糖代謝相關(guān)酶的活性測定

試驗全過程在冰浴條件下提取酶液，稱取5 g棗果實，將其放在經(jīng)冷凍后的研缽中，再加入液氮快速研磨2 min，參考蒲小秋[12]等的試驗方法進行酶活性測定。

式中，C：從標準曲線查得的蔗糖量（mg/mL）；V1：提取酶液總體積（mL）；M：樣品鮮重（g）；V2：測定時取用酶液體積（mL）；t：酶反應(yīng)時間（h）。

轉(zhuǎn)化酶的活性為單位酶蛋白中的酶在單位時間內(nèi)還原糖產(chǎn)生的速率；SS和SPS的酶活力為單位酶蛋白中的酶在單位時間內(nèi)催化底物合成蔗糖的速率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行統(tǒng)計處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 駿棗果實發(fā)育過程中各時期糖組分含量的變化

圖1 駿棗果實發(fā)育過程中可溶性糖組分含量變化

由圖1可知，果糖、葡萄糖、蔗糖3種可溶性糖的積累變化趨勢不一致。其中，果糖和葡萄糖含量的變化一致，呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢。在幼果發(fā)育初期，果糖和葡萄糖含量基本維持穩(wěn)定，8月17日至9月8日即硬核期至白熟期，駿棗果實的果糖和葡萄糖含量變化表現(xiàn)為降低至含量最低，分別為2.43%和2.17%，之后隨著果實的逐漸成熟，其含量持續(xù)積累，果實紅熟時果糖和葡萄糖含量分別為3.80%和3.38%。果實中蔗糖含量在發(fā)育前期積累緩慢，在第一次采果后的50 d（果實發(fā)育達到白熟期）時，其含量均高于果糖和葡萄糖。駿棗果實蔗糖含量自8月26日至10月2日快速增加，從3.46%增加至20.44%，增加了近7倍。由此可見，駿棗紅熟期果實蔗糖含量為20.44%，遠高于果糖（3.80%）和葡萄糖（3.38%）的含量，蔗糖與還原糖的比例為2.8∶1，說明駿棗果實主要以積累蔗糖為主，屬于蔗糖積累型果實。

2.2 駿棗果實發(fā)育過程中蔗糖合成酶活性的變化

圖2 駿棗果實發(fā)育過程中蔗糖合成酶活性的變化

蔗糖合成酶（SS）具有合成和分解的雙重作用。圖2顯示了駿棗果實發(fā)育過程中SS活性的變化，SS合成方向酶活性大于分解方向酶活性。在駿棗果實發(fā)育前期SS合成方向酶活性表現(xiàn)為緩慢上升，并于9月20日迅速升高，至10月2日達到最大（7.28 mg·g-1FW·h-1），此時果糖和葡萄糖含量也同步增加；而蔗糖合成酶分解方向的活性則呈現(xiàn)先下降后上升之后又下降的變化趨勢。從7月4～24日（即幼果期至果實膨大期），SS分解方向酶活性急速下降，從 5.04 mg·g-1FW·h-1降至 1.92 mg·g-1FW·h-1，降低了2倍。自果實膨大期之后，駿棗果實SS分解方向的活性變化比較緩慢，在9月20日降至最低值0.95 mg·g-1FW·h-1。

2.3 駿棗果實發(fā)育過程中蔗糖磷酸合成酶活性的變化

圖3 駿棗果實發(fā)育過程中蔗糖磷酸合成酶活性的變化

由圖3可知，蔗糖磷酸合成酶的活性在果實發(fā)育呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。7月初至9月初，駿棗果實的SPS活性逐漸升高，于9月8日達到活性最高值6.18 mg·g-1FW·h-1。說明駿棗果實在發(fā)育后期主要以積累蔗糖為主。在幼果期SPS活性最低，蔗糖含量處于最低水平，而在駿棗果實發(fā)育初期，葡萄糖和果糖含量相對較高，說明蔗糖磷酸合成酶和蔗糖變化趨勢一致且SPS活性越高，蔗糖含量積累的越多。在白熟期后SPS活性緩慢下降且維持在較低水平。

圖4 駿棗果實發(fā)育過程中蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的變化

2.4 駿棗果實發(fā)育過程中蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的變化

轉(zhuǎn)化酶可以將蔗糖分解為果糖和葡萄糖，分為酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）和中性轉(zhuǎn)化酶（NI）。圖4顯示駿棗果實發(fā)育過程中，酸性轉(zhuǎn)化酶活性變化表現(xiàn)為持續(xù)下降趨勢，而中性轉(zhuǎn)化酶NI活性總體變化趨勢為先下降后升高。由圖4-A可知，AI活性在果實發(fā)育初期較高，自果實膨大期之后AI活性迅速下降并維持在較低活性，直至果實成熟。與酸性轉(zhuǎn)化酶不同，中性轉(zhuǎn)化酶（NI）在果實發(fā)育初期活性水平較高，之后快速下降至2.57 mg·g-1FW·h-1。8月17日駿棗果實的NI活性緩慢下降，隨后在白熟期又逐漸升高（見圖4-B）。在果實發(fā)育初期，AI和NI活性較高，果糖和葡萄糖含量也較高，隨著果實發(fā)育，還原糖的含量逐漸降低，此時轉(zhuǎn)化酶活性也緩慢下降，說明轉(zhuǎn)化酶活性的高低直接影響到果實中果糖和葡萄糖含量的多少。

3 討論與小結(jié)

3.1 討論

大多數(shù)果實在成熟時以糖為主要貯藏物，不同種類植物的果實、同種植物果實在不同的發(fā)育時期或不同品種果實之間糖的積累都有可能存在差異[4-8，13]。本試驗結(jié)果表明，在駿棗果實發(fā)育過程中，發(fā)育前期果實中葡萄糖和果糖的比例較高，后期果實蔗糖含量迅速升高，而2種還原糖含量均下降。成熟果實的蔗糖和還原糖之比為2.8∶1。由此可見，駿棗果實在發(fā)育早期以積累葡萄糖和果糖為主，而發(fā)育成熟的果實主要積累蔗糖，是蔗糖積累型果實。

果實中糖的積累與糖代謝酶密切相關(guān)，果實獲得同化產(chǎn)物的能力很大程度上由庫強決定，而蔗糖代謝相關(guān)酶的活性強弱影響庫強和糖卸載能力[14]，從而影響果實糖分的積累、糖的組成和含量。本研究結(jié)果表明，在駿棗果實發(fā)育初期，轉(zhuǎn)化酶的活性對糖分積累影響較大，轉(zhuǎn)化酶分解蔗糖為單糖，其活性越高，果糖和葡萄糖含量越高。酸性轉(zhuǎn)化酶和SS分解方向酶活性促進駿棗果實發(fā)育前期果糖和葡萄糖的積累，可能是果實快速膨大期果糖和葡萄糖含量升高的主要原因。SS合成方向酶與SPS活性的升高促進了果實蔗糖含量高于果糖和葡萄糖，是果實膨大期至果實成熟期蔗糖含量升高的原因；AI是果實膨大期及之前階段果糖和葡萄糖含量略微升高的主要原因之一。白熟期到完熟期駿棗果實NI活性的緩慢升高可能是由于成熟期果糖和葡萄糖含量增加導(dǎo)致的。由此可見，AI、NI和SS-s共同參與了駿棗果糖和葡萄糖的積累，且果實糖分積累主要受AI和NI這2種酶的調(diào)控。AI活性的下降是駿棗果實大量積累蔗糖的前提條件，當(dāng)駿棗果實發(fā)育至中后期時，AI活性和SS-c活性大幅度降低，而SS-s活性高于SS-c活性，SPS活性也有一定程度升高，此時駿棗果實中的蔗糖含量迅速升高，是果實發(fā)育后期蔗糖含量快速增高的主要原因。因此，駿棗果實的糖分積累與其蔗糖代謝相關(guān)酶的活性有著密切的聯(lián)系，也充分說明了糖分積累是轉(zhuǎn)化酶和合成酶共同作用的結(jié)果。

3.2 小結(jié)

3.2.1 駿棗果實發(fā)育過程中可溶性糖組分及含量的變化

駿棗果實在發(fā)育前期主要積累果糖和葡萄糖，在果實膨大期和成熟期大量積累蔗糖。蔗糖含量在駿棗幼果期處于較低水平，隨著果實的發(fā)育和成熟，其含量逐漸升高。由此可見，駿棗果實主要以積累蔗糖為主，屬于蔗糖積累型果實。

3.2.2 駿棗果實發(fā)育過程中蔗糖代謝酶活性的變化

糖積累是駿棗果實品質(zhì)形成的關(guān)鍵，而蔗糖代謝又是糖積累的重要環(huán)節(jié)。果實發(fā)育前期，轉(zhuǎn)化酶活性的變化影響了果糖和葡萄糖含量的變化，SPS和SS合成方向活性的增大對駿棗蔗糖的積累具有重要作用。其中轉(zhuǎn)化酶活性越高，果糖和葡萄糖含量越高；SPS活性在前期呈現(xiàn)上升趨勢，此時蔗糖含量較低；AI和NI活性在駿棗果實發(fā)育后期逐漸較低，且維持在較低水平，而蔗糖含量從駿棗果實發(fā)育至紅熟期逐漸升高達到最大值（20.44%）。說明AI、NI和SS合成方向酶共同參與駿棗果糖和葡萄糖的積累，AI和NI是駿棗果實糖分積累的2種主要調(diào)控酶。

參考文獻

[1]章英才，陳亞萍，景紅霞，等.“靈武長棗”果實糖積累與蔗糖代謝相關(guān)酶的關(guān)系[J].果樹學(xué)報，2014（2）：250-257.

[2]呂英民，張大鵬.果實發(fā)育過程中糖的積累[J].植物生理學(xué)通訊，2000，27（4）：258-265.

[3]王永章，張大鵬.乙烯對成熟期新紅星蘋果果實碳水化合物代謝的調(diào)控[J].園藝學(xué)報，2000，27（6）：391-395.

[4]魏建梅，齊秀東，朱向秋，等.蘋果果實糖積累特性與品質(zhì)形成的關(guān)系[J].西北植物學(xué)報，2009，29（6）：1193-1199.

[5]張秀梅，杜麗清，孫光明，等.菠蘿果實發(fā)育過程中糖積累與其代謝酶的關(guān)系[J].熱帶作物學(xué)報，2008，29（1）：10-13.

[6]陳美霞，趙從凱，陳學(xué)森，等.杏果實發(fā)育過程中糖積累與蔗糖代謝相關(guān)酶的關(guān)系[J].果樹學(xué)報，2009，26（3）：320-324.

[7]鄭國琦，羅霄，鄭紫燕，等.寧夏枸杞果實糖積累和蔗糖代謝相關(guān)酶活性的關(guān)系 [J].西北植物學(xué)報，2008，28 （6）：1172-1178.

[8]王德孚，楊志軍，孫江妹，等.梨不同品種果實可溶性糖積累差異及代謝相關(guān)酶活性 [J].果樹學(xué)報，2014，31（1）：30-38.

[9]趙智中，張上隆，徐昌杰，等.蔗糖代謝相關(guān)酶在溫州蜜柑果實糖積累中的作用[J].園藝學(xué)報，2001，28（2）：112-118.

[10]陳杰忠.果樹栽培學(xué)各論（第3版）[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003，495-496.

[11]劉堅主.南方優(yōu)稀果樹栽培技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000，116-117.

[12]蒲小秋.棗果實糖積累和代謝酶活性變化及其基因表達的研究[D].塔里木大學(xué)，2017.

[13]陳俊偉，張上隆，張良誠.果實中糖的運輸、代謝與積累及其調(diào)控 [J].植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報，2004，30（1）：1-10.

[14]鄭國琦，羅霄，鄭紫燕，等.寧夏枸杞果實糖積累和蔗糖代謝相關(guān)酶活性的關(guān)系[J].西北植物學(xué)報，2008，28（6）：1172-1178.