不同砧木對無核葡萄果實糖分積累的影響

鐘海霞，張付春，周曉明，潘明啟，張 雯，謝 輝，韓守安，艾爾買克·才卡斯木，伍新宇

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所/農(nóng)業(yè)部新疆地區(qū)果樹科學(xué)觀測試驗站，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】葡萄漿果中糖分既決定著果實的甜度和風(fēng)味，也廣泛影響果實的風(fēng)味物質(zhì)、呈色物質(zhì)、特殊芳香物質(zhì)的形成[1]。葡萄果實的成熟過程伴隨著大量可溶性糖的積累。蔗糖代謝是果實中糖積累和轉(zhuǎn)化的重要環(huán)節(jié)，研究蔗糖代謝相關(guān)酶則是探究果實糖分積累與代謝的重要內(nèi)容[2]。隨著葡萄種植面積和產(chǎn)量的迅速增加，對生產(chǎn)、管理、栽培技術(shù)提出了更高的要求，因此，提高葡萄果實糖含量成為了葡萄生產(chǎn)和研究的重點。砧木不但能提高接穗抗性，對調(diào)節(jié)其生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)等均有一定影響[3-4]。應(yīng)用砧木嫁接栽培前景廣闊，對新疆葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要作用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】劉翔宇等[5]研究發(fā)現(xiàn)不同砧木對砂糖橘果實糖積累產(chǎn)生顯著的影響，果實成熟期枳殼砧的果皮和果肉可溶性總糖及蔗糖含量均顯著高于紅黎檬砧果實。柑橘砧木主要通過影響砂糖橘果實蔗糖代謝酶的活性，調(diào)節(jié)糖的代謝來調(diào)控果實糖的積累；孟文慧等[6]研究認(rèn)為砧木不同，西瓜果實的糖分積累量也不同，其中野生西瓜2號對早佳西瓜品質(zhì)影響最小。劉慧英等[7]研究了砧木對小型早熟西瓜果實糖代謝及相關(guān)酶活性的影響，得出超豐F1、杭州長瓠砧木嫁接的小蘭西瓜糖含量明顯高于黑籽南瓜和勇士砧木，嫁接西瓜及自根苗果實糖分積累的差異是Inv、SPS、SS幾種酶共同作用的結(jié)果；劉朋[8]研究了南瓜砧木對嫁接西瓜果實糖分積累的調(diào)控作用分析，得出L29 作為砧木的嫁接西瓜果實中葡萄糖和果糖含量顯著升高，蔗糖顯著降低，總糖顯著升高。【本研究切入點】新疆傳統(tǒng)葡萄繁殖都是采用扦插育苗，利用砧木進(jìn)行嫁接繁殖是今后的發(fā)展方向，目前有關(guān)砧木對接穗果實糖積累的影響在葡萄上尚未見報道。試驗通過比較7種砧木嫁接的克瑞森無核葡萄及其自根苗果實內(nèi)可溶性糖分含量和蔗糖代謝相關(guān)酶活性的動態(tài)變化規(guī)律，分析糖積累與酶活性相關(guān)性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究砧木嫁接對果實品質(zhì)的影響，篩選適宜克瑞森無核葡萄的優(yōu)良砧木，為新疆葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

以新疆農(nóng)科院安寧渠試驗場園藝所葡萄基地的7個砧木(5BB、5C、110R、101-14MG、SO4、188-08、貝達(dá))嫁接的4a生克瑞森無核葡萄和自根苗為試材。株行距為1×3.5 m，順溝傾斜龍干樹形，正常土肥水管理。

1.2 方 法

試驗于2017年8月1日～12月10日進(jìn)行，從8月1日(花后45 d)開始采樣，每隔10 d采樣1次，至采收期10月10日(花后115 d)結(jié)束，共采樣8次。各選擇樹勢均一、無病蟲害的15株，5株為1小區(qū)，重復(fù)3次?；ㄆ趻炫茦?biāo)注生長勢相同的花穗。每次取樣時，選擇上、中、下結(jié)果部位隨機(jī)采集60粒果實，取果肉部分，液氮速凍，-80℃低溫冰箱保存待測。

糖組分和含量測定利用FL2200Ⅱ型高效液相色譜儀，自帶紫外檢測器。SK7200H 型超聲波清洗器。高效液相色譜檢測。糖測定條件：色譜柱為Inertsil NH2柱(4.6 mm × 250 mm，3 μm)，流動相為乙睛∶水=75%∶25%，流速0.8 mL/min，柱溫40℃，進(jìn)樣量10 μL。

酶液制備:參照盧彩玉等[9]的方法加以改進(jìn)；稱取1.0 g果肉于冰浴的研缽中，分3次共加5 mL提取液將樣品研磨成勻漿。提取液成分：50 mmol/L HEPES-NaOH(pH 7.5)，10 mmol/L MgCl2，1.0 mmol/L EDTA，2.5 mmol/L DTT，0.05%(體積比V/V)TritonX-100和0.1%(質(zhì)量體積比W/V)BSA，0.1% β-巰基乙醇，2% PVP。勻漿后用低溫高速離心機(jī)于2℃條件下13 000 r/min離心15 min。取上清液在2℃條件(將透析物及磁力攪拌器置于冰箱中進(jìn)行)下用稀釋10倍的提取緩沖液(去除 TritonX-100)透析 20 h，中間換透析液1次。透析后的酶提取液于-80℃保存用于酶活性分析。

酸性轉(zhuǎn)化酶(AI)、中性轉(zhuǎn)化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)的分解方向活性的測定參照閆梅玲等[10]的方法，蔗糖合成酶(SS)的合成方向活性與蔗糖磷酸酶(SPS)活性的測定參照宋瑾[11]的方法略有改動，3次重復(fù)，在0～4℃條件下測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析用Excel 2012和SPSS 17.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同砧木對果實可溶性糖含量的影響

研究表明，克瑞森無核葡萄不同砧木嫁接苗及其自根苗果實中蔗糖、葡萄糖、果糖和總糖含量均隨著果實的發(fā)育進(jìn)程而呈逐漸上升的趨勢變化。但不同砧木對果實蔗糖含量的影響有所不同。在果實發(fā)育早期(花后45～55 d)，砧木嫁接苗和自根苗果實中蔗糖含量增加幅度較??；在果實發(fā)育中后期(花后55～115 d)其增加速度較快，其中砧木5C和101-14MG嫁接苗蔗糖含量積累速度顯著高于自根苗，砧木貝達(dá)和188-08嫁接苗在果實發(fā)育后期(花后85～115 d)蔗糖含量均較低，略低于自根苗，在果實成熟后(花后115 d)5C嫁接苗蔗糖含量比自根苗高了12.75%；貝達(dá)嫁接苗蔗糖含量比自根苗低了18.99%。

葡萄糖和果糖含量在整個果實發(fā)育過程中變化趨勢相類似。其中不同砧木的嫁接苗果實發(fā)育前期(45～65 d)，其葡萄糖和果糖含量積累速率較慢，中期(花后75～85 d)時其變化幅度增大，呈急劇升高趨勢。果實成熟時(花后105 d)，7個砧木中101-14MG嫁接的果糖含量最高，達(dá)108.86 mg/g，比自根苗高了25.82%；5BB嫁接的果實葡萄糖含量最高，達(dá)99.56 mg/g，比自根苗高了13.55%。果實完成熟時(花后115 d)，砧木101-14MG和5BB嫁接的果實果糖和葡萄糖含量均顯著大于自根苗。但貝達(dá)和188-08嫁接的果實葡萄糖和果糖含量呈下降的趨勢，其葡萄糖含量分別比自根苗低2%和5.6%，果糖含量均比自根苗低了4%。

可溶性總糖含量也隨果實的發(fā)育逐漸增大，在花后65 d增幅最大。砧木5BB和101-14MG在整個果實發(fā)育期間總糖含量均高于其余幾個砧木品種及自根苗，在花后115 d時達(dá)最大，分別為215.47和228.70 mg/g，與自根苗比提高了8.04%和14.67%，這表明砧木101-14MG對果實可溶性總糖積累的促進(jìn)作用更優(yōu)于5BB。110R嫁接苗在果實發(fā)育45～95 d時，果實內(nèi)總糖含量高于自根苗，到果實成熟時總糖含量低于自根苗。SO4嫁接苗除對花后85 d果實內(nèi)總糖含量影響較低外，其它時期均促進(jìn)果實內(nèi)總糖含量積累。與自根苗相比，砧木貝達(dá)、5C和188-08嫁接苗在果實整個發(fā)育期間對總糖含量影響不大。

在果實整個發(fā)育過程中以葡萄糖和果糖積累為主，蔗糖為輔?？扇苄蕴呛恳蛘枘痉N類的不同而有所不同，其中砧木5BB和101-14MG可明顯提高果實內(nèi)可溶性糖分的積累，101-14MG作用優(yōu)于5BB，其可溶性總糖比自根苗最大提高了14.67%。圖1

圖1 不同砧木嫁接下克瑞森無核葡萄果實發(fā)育中糖分積累變化

Fig.1 Effect of different rootstocks on the sugar accumulation of Crimson seedless grape

2.2 不同砧木對果實糖代謝相關(guān)酶活性的影響

2.2.1 不同砧木對果實蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的影響

研究表明，嫁接苗和自根苗果實在發(fā)育過程中，酸性轉(zhuǎn)化酶(AI活性)整體呈現(xiàn)先升后降的趨勢，在花后75 d時達(dá)到峰值，此時5C和101-14MG的AI活性相對較高，分別達(dá)84.2和83.53 mg/(g·h)，比自根苗提高了30%以上。188-08嫁接苗果實整個發(fā)育中AI活性一直處于較低水平，略低于自根苗，貝達(dá)、5C、101-14MG、5B和110R在花后65～105 d期間AI活性均高于自根苗。

在果實發(fā)育過程中NI活性在花后75 d時出現(xiàn)峰值，且101-14MG高于其它砧木嫁接苗和自根苗。在果實成熟后期(花后105～115 d)，砧木果實中NI活性均高于自根苗，且此時自根苗NI活性呈下降趨勢。圖2

圖2 不同砧木嫁接下克瑞森無核葡萄果實發(fā)育中蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性變化

Fig.2 Effect of different rootstocks on the sucrase activity of Crimson seedless grape

2.2.2 不同砧木對果實發(fā)育中蔗糖合成酶酶活性的影響

研究表明，從整個果實發(fā)育過程來看，花后45～95 d時SS-c活性呈穩(wěn)步增加的趨勢，在果實發(fā)育95～115 d時SS-c活性急劇增加。與自根苗相比，砧木嫁接苗在果實發(fā)育前期(花后45～65 d) SS-c活性較高，在果實發(fā)育中后期(花后75～95 d) SS-c活性不同程度的降低，在果實成熟期(花后105～115 d) SS-c活性不同程度的升高。其中101-14MG和SO4在果實成熟后(花后115 d) SS-c活性與自根苗比提高了21%和26%。

與自根苗相比，嫁接苗果實內(nèi)SS-s活性在果實整個發(fā)育期間內(nèi)呈先降低后升高的趨勢。其中110R和SO4在花后75 d至果實完全成熟，果實內(nèi)的SS-s活性均高于自根苗。101-14MG從花后95 d到果實完全成熟，果實內(nèi)SS-s活性達(dá)到最大值，分別為6.52、6.9、7.9 mg/(g·h)。砧木188-08對果實內(nèi)SS-s活性除在果實完全成熟時(花后115 d) SS-s活性略高，其它時期均低于自根苗果實內(nèi)的SS-s活性。

嫁接苗和自根苗果實內(nèi)SPS活性在果實發(fā)育期間呈兩個峰值，分別在花后75 d和花后115 d?；ê?15 d各砧木嫁接苗和自根苗果實SPS活性均達(dá)到最大，其中SO4和5C嫁接苗SPS活性分別為12.04和11.25 mg/(g·h)，均比其余幾個砧木嫁接苗和自根苗要高。砧木101-14MG嫁接苗果實內(nèi)SPS活性在整個果實發(fā)育期間均高于自根苗；而砧木188-08除在花后65 d外SPS活性較低，其它時期表現(xiàn)的較高；砧木5C在果實發(fā)育前期(45～65 d)SPS活性較低，在花后75～115 d內(nèi)SPS活性高于自根苗。圖3

圖3 不同砧木嫁接下克瑞森無核葡萄果實發(fā)育中蔗糖合成酶活性變化

Fig.3 Effect of different rootstocks on the sucrose synthase activity of Crimson seedless grape

2.3 果實中糖代謝相關(guān)酶活性與糖含量組分相關(guān)性

研究表明，在果實發(fā)育過程中不同砧木和自根苗果實中葡萄糖與酸性轉(zhuǎn)化酶(AI)、蔗糖合成酶(SS-s)活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，其中砧木110R和188-08果實中葡萄糖的積累與AI相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.868和0.925；砧木5BB、貝達(dá)、101-14MG、110R、SO4、自根苗果實中葡萄糖的積累與SS-s也呈極顯著正相關(guān)；砧木貝達(dá)、5C、110R、188-08中葡萄糖的積累與蔗糖合成酶(SS-c)活性呈顯著相關(guān)，自根苗果實中葡萄糖積累與SS-c相關(guān)性達(dá)到極顯著水平。不同砧木和自根苗果實中葡萄糖積累與中性轉(zhuǎn)化酶(NI)活性無顯著相關(guān)性?？梢?，在果實發(fā)育過程中AI和SS-s活性對果實內(nèi)葡萄糖的合成起主要的作用。

相關(guān)性分析可知，砧木188-08和自根苗果實發(fā)育過程中果糖的積累與SS-s活性呈顯著正相關(guān)，其余砧木果實中果糖合成與SS-s活性相關(guān)性達(dá)極顯著水平；除110R嫁接苗果實中果糖積累與AI活性無顯著相關(guān)性外，其余砧木嫁接苗和自根苗果實中果糖積累均與AI活性呈顯著相關(guān)性。砧木嫁接苗和自根苗果實中NI活性與果糖的含量均無顯著相關(guān)性?？梢姡琒S-s是果實內(nèi)果糖積累的主要合成酶。

從蔗糖積累與糖代謝相關(guān)酶活性的相關(guān)性分析可知，除188-08嫁接苗和自根苗果實內(nèi)蔗糖的積累與SS-s活性呈顯著相關(guān)性外，其余砧木果實內(nèi)蔗糖均與SS-s活性相關(guān)性達(dá)到極顯著水平；除自根苗蔗糖的積累與蔗糖合成酶(SPS)無顯著相關(guān)性外，砧木果實內(nèi)蔗糖與SPS活性相關(guān)性均達(dá)到顯著性水平。砧木和自根苗果實內(nèi)蔗糖的合成與NI活性均無顯著相關(guān)關(guān)系?？梢姡琒S-s和SPS是果實內(nèi)蔗糖積累的主要酶。

對果實內(nèi)總糖與糖代謝相關(guān)酶進(jìn)行相關(guān)性分析可知，砧木和自根苗果實內(nèi)總糖的合成與SS-s和AI活性均有顯著相關(guān)性，且SS-s對總糖的合成關(guān)系更顯著。除砧木188-08和自根苗果實內(nèi)總糖與SPS活性相關(guān)性不顯著外，其余砧木果實內(nèi)總糖和SPS均呈顯著相關(guān)，而NI對砧木和自根苗果實內(nèi)總糖的積累均無顯著相關(guān)關(guān)系。以上研究表明，砧木嫁接苗和自根苗果實內(nèi)可溶性總糖的積累是AI、SS-s、SS-c和SPS綜合作用的結(jié)果，其中AI和SS-s是可溶性總糖合成的主要酶。表1

表1 不同砧木對克瑞森無核葡萄果實中蔗糖代謝相關(guān)酶活性與糖含量組分相關(guān)性

Table 1 Relationship between sucrose metabolism-related enzymes activity and sugar component content in the fruit of crimson seedless grape by rootstock grafting

關(guān)系Correlativity5BB貝達(dá)5C101-14MG110RS04188-08自根酸性轉(zhuǎn)化酶-葡萄糖AI-glucose0.782?0.763?0.784?0.780?0.868??0.783?0.925??0.792?中性轉(zhuǎn)化酶-葡萄糖NI- glucose0.6090.4840.1730.3760.6890.3210.3520.138蔗糖合成酶(分解方向)-葡萄糖SS(cleavage direction)- glucose0.5440.799?0.758?0.6180.742?0.6560.798?0.879??蔗糖合成酶(合成方向)-葡萄糖SS(synthetic direction)- glucose0.946??0.886??0.830?0.990??0.937??0.992??0.764?0.870??蔗糖磷酸合成酶-葡萄糖SPS- glucose0.828?0.726?0.805?0.831?0.799?0.770?0.745?0.677酸性轉(zhuǎn)化酶-果糖AI- fructose0.791?0.823?0.738?0.714?0.7040.756?0.865??0.726?中性轉(zhuǎn)化酶—果糖NI- fructose0.5830.5040.1950.3520.4150.2920.2870.051蔗糖合成酶(分解方向)-果糖SS(cleavage direction)- fructose0.5070.779?0.752?0.5350.6680.6490.710?0.887??蔗糖合成酶(合成方向)-果糖SS(synthetic direction)- fructose0.957??0.894??0.854??0.983??0.882??0.996??0.708?0.824?蔗糖磷酸合成酶-果糖SPS- fructose0.808?0.752?0.776?0.807?0.5770.738?0.6380.633酸性轉(zhuǎn)化酶-蔗糖AI- Sucrose0.6490.753?0.765?0.6030.819?0.6170.857??0.713?中性轉(zhuǎn)化酶—蔗糖NI- Sucrose0.4350.4950.2170.2540.4970.1230.2590.010蔗糖合成酶(分解方向)-蔗糖SS(cleavage direction)- Sucrose0.6480.866??0.765?0.6150.786?0.720?0.793?0.894??蔗糖合成酶(合成方向)-蔗糖SS(synthetic direction)- Sucrose0.969??0.971??0.855??0.981??0.982??0.983??0.762?0.794?蔗糖磷酸合成酶-蔗糖SPS- Sucrose0.815?0.887??0.823?0.768?0.815?0.753?0.739?0.637酸性轉(zhuǎn)化酶-總糖AI- total sugar0.786?0.796?0.749?0.709?0.846??0.766?0.902??0.761?中性轉(zhuǎn)化酶-總糖NI- total sugar0.5930.4980.1880.3670.5700.3020.3210.094蔗糖合成酶(分解方向)-總糖SS(cleavage direction)- total sugar0.5280.786?0.760?0.5790.735?0.6580.765?0.885??蔗糖合成酶(合成方向)-總糖SS(synthetic direction)- total suga0.955??0.897??0.848??0.991??0.941??0.998??0.737?0.852??蔗糖磷酸合成酶-總糖SPS- Sucrose0.820?0.748?0.795?0.822?0.712?0.758?0.7040.656

注：同一列中無*表示無顯著差異，一個*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)

Note： No*indicates to no significance in the same column, one*indicates to significance at 0.05 level separately,**indicates to significance at 0. 01 level separately

3 討 論

糖是大多數(shù)果實成熟時的主要貯藏物，其含量是衡量果實品質(zhì)的重要指標(biāo)，果實中可溶性糖主要以果糖、葡萄糖和蔗糖為主[12-13]。試驗結(jié)果表明，克瑞森無核葡萄砧木嫁接苗和自根苗果實內(nèi)蔗糖、葡萄糖和果糖的含量均隨著果實的發(fā)育進(jìn)程而逐漸積累、增多，果實完全成熟時其含量積累達(dá)最大。這與章英才等[14]的研究結(jié)果相一致。與糖代謝相關(guān)的酶主要由轉(zhuǎn)化酶(AI、NI)和合成酶(SS、SPS)組成。轉(zhuǎn)化酶催化蔗糖分解為葡萄糖和果糖，合成酶可以催化蔗糖的合成和分解，通過保持蔗糖的濃度梯度來調(diào)控果實中糖分的積累[15]。試驗結(jié)果顯示，在葡萄成熟過程中AI、NI活性變化較大，總體呈先升后降的趨勢，并在果實發(fā)育中期(花后75 d)酶活性出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，與潘秋紅等[16]研究相一致。

蔗糖合成酶(SS-s、SS-c、SPS)在果實成熟過程中變化幅度也較大，其中SS-s活性在砧木嫁接苗和自根苗果實發(fā)育過程中整體呈持續(xù)上升的趨勢；SS-c和SPS活性在果實發(fā)育過程中呈先升后降再升的趨勢，其中在花后95 d時，SS-c和SPS活性上升幅度較迅速。結(jié)果表明，在果實發(fā)育前期，高活性的AI、NI和SS-c分解酶促進(jìn)了果實中葡萄糖和果糖含量的迅速增加，既增大了庫強(qiáng)，同時為快速生長的組織提供己糖作為碳源，隨著果實的成熟和蔗糖的積累，轉(zhuǎn)化酶活性逐漸下降，降低了蔗糖的分解，這與陳建偉等[17]研究結(jié)果相一致。果實發(fā)育中、后期蔗糖的積累與SPS和SS合成活性的升高、SS的分解活性和轉(zhuǎn)化酶活性降低有關(guān)，進(jìn)而促進(jìn)果實中可溶性總糖含量的升高。同時從相關(guān)性分析得知，SS-s活性對促進(jìn)蔗糖的積累效果比SPS活性效果更顯著，這與謝小波等[18]在楊梅上的研究結(jié)果相一致。

果實內(nèi)的可溶性糖的積累與蔗糖、葡萄糖、果糖的合成與分解緊密聯(lián)系，首先蔗糖經(jīng)轉(zhuǎn)化酶分解為葡萄糖和果糖，葡萄糖又在6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶的作用下轉(zhuǎn)化為果糖，葡萄糖和果糖在蔗糖磷酸合成酶催化下合成蔗糖[19]。試驗通過對果實內(nèi)糖組分含量與酶活性的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，部分砧木嫁接苗果實內(nèi)蔗糖、葡萄糖、果糖和總糖的積累與AI、SPS活性呈顯著相關(guān)性，與SS-s活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；與NI活性均無顯著相關(guān)性。自根苗果實內(nèi)糖組分的合成僅與SS-c活性相關(guān)性達(dá)到極顯著水平?？巳鹕瓱o核砧木嫁接苗果實內(nèi)糖分的合成是AI、SPS、SS-s活性綜合作用的結(jié)果，其中SS-s活性是糖分合成最關(guān)鍵的酶。

4 結(jié) 論

克瑞森無核葡萄砧木嫁接苗和自根苗果實在果實整個發(fā)育過程中以己糖積累為主，蔗糖為輔。7種砧木嫁接的克瑞森無核葡萄中，砧木5BB和101-14MG能明顯提高克瑞森無核葡萄果實內(nèi)葡萄糖、果糖和可溶性總糖含量。其中101-14MG嫁接苗可溶性總糖比自根苗最大提高了14.67%，促進(jìn)作用優(yōu)于5BB?？巳鹕瓱o核砧木嫁接苗和自根苗果實內(nèi)AI和NI活性呈先升后降的趨勢，在果實發(fā)育中期(花后75 d)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點；而SS-s和SS-c整體呈上升趨勢，SPS呈先升高后降低再升高的趨勢。相關(guān)性分析得出克瑞森無核嫁接苗果實內(nèi)可溶性糖的積累是AI、SPS和SS-s活性共同調(diào)控的結(jié)果，其中SS-s是克瑞森無核葡萄果實糖積累中最重要的調(diào)控因子。