不同變種甜瓜糖分積累及蔗糖代謝酶活性動(dòng)態(tài)變化

葉紅霞 呂 律 王同林 海 睿 汪炳良

(浙江大學(xué)蔬菜研究所/浙江省園藝植物整合生物學(xué)研究與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310029)

甜瓜(CucumismeloL.)為葫蘆科黃瓜屬一年生蔓性草本植物，也是一種水果型蔬菜，享有“甜于諸瓜，獨(dú)得甘甜”的美譽(yù)[1]，被視為果品中的珍品。世界各地均有甜瓜栽培，目前我國(guó)的甜瓜栽培面積與總產(chǎn)量均居世界首位[2]。甜瓜類型豐富、品種繁多，不同類型(種群、變種)的甜瓜品種不僅在形態(tài)特征、生長(zhǎng)發(fā)育上具有較大差異，且在品質(zhì)特性上也具有多樣性，表現(xiàn)為口感、風(fēng)味和甜度均不相同[3]。隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，甜瓜種植面積日益加大，消費(fèi)者對(duì)甜瓜產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的要求亦日益提高，且對(duì)品質(zhì)的要求更趨向于個(gè)性化，因此提高甜瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義[4]。

在果實(shí)外觀、可溶性固形物含量、果肉質(zhì)地等影響甜瓜品質(zhì)的諸多因素中，糖類物質(zhì)的組成及其含量是最重要的一類品質(zhì)指標(biāo)[5]。果糖、葡萄糖和蔗糖是甜瓜果實(shí)中主要的可溶性糖，其中果糖的甜度最高，但葡萄糖風(fēng)味最好[6]。諸多研究者對(duì)甜瓜果實(shí)發(fā)育過(guò)程中糖類物質(zhì)的積累進(jìn)行了研究[7-11]。不同類型(基因型)甜瓜的糖分積累規(guī)律存在較大差異，即多數(shù)甜瓜品種(甜型)果實(shí)在發(fā)育過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)蔗糖快速積累的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，但也有部分甜瓜品種(非甜型)果實(shí)在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中蔗糖積累始終維持在較低水平[12-17]。

研究表明，蔗糖合成酶(sucrose synthase，EC2.4.1.13，SS)、蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase，EC2.4.1.14，SPS)和轉(zhuǎn)化酶(invertase，EC3.2.1.26, Ivr)是蔗糖代謝的關(guān)鍵酶，其中轉(zhuǎn)化酶包括酸性轉(zhuǎn)化酶(acid invertase，AI)和中性轉(zhuǎn)化酶(neutral invertase，NI)[18]。甜瓜果實(shí)在這些酶的共同作用下實(shí)現(xiàn)了葡萄糖、果糖，特別是蔗糖的積累[19-21]。通常不同甜瓜品種含糖量的高低主要取決于果實(shí)發(fā)育后期SPS活性的提高程度和AI活性的下降幅度；SS對(duì)于甜瓜糖的積累作用不顯著，其原因是甜瓜果實(shí)整個(gè)發(fā)育過(guò)程中SS無(wú)論是合成方向還是分解方向均無(wú)明顯變化；SPS在成熟和完熟甜瓜果實(shí)中活性顯著提高，與果實(shí)發(fā)育時(shí)期蔗糖濃度的提高一致，AI在果實(shí)發(fā)育前期活性較高，但隨著果實(shí)成熟迅速下降，在成熟果實(shí)中幾乎檢測(cè)不到其活性[12-13,17]。但也有研究認(rèn)為SS的合成活性升高也是甜瓜果實(shí)蔗糖積累的主要原因, 表現(xiàn)為甜瓜果實(shí)進(jìn)入成熟期后，SS合成活性驟然升高，約是成熟期前的10倍，進(jìn)入成熟期的果實(shí)中蔗糖含量與SS合成方向活性和AI活性均呈極顯著相關(guān)[15,22]。研究蔗糖積累能力不同的甜瓜發(fā)現(xiàn)，AI活性具有相似性，但SPS活性各不相同，果實(shí)組織中蔗糖含量與合成活性(SPS +SS合成方向)-分解活性(AI活性+NI活性+SS分解方向活性)的最后凈活性相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.85，推測(cè)甜瓜中蔗糖的積累由蔗糖的合成活性(SPS活性+SS合成方向活性)和分解活性(AI活性+NI活性+SS分解方向活性)之間的平衡決定[23]。造成這種差異的原因可能與甜瓜不同品種之間果實(shí)糖分積累水平和蔗糖代謝參與酶活性變化存在基因型差異相關(guān)[12-13]。綜觀相關(guān)報(bào)道，多數(shù)研究者采用單一材料[2-3,6,10]或同類材料[5,7,9]進(jìn)行研究，且在甜瓜果實(shí)糖分積累與相關(guān)酶關(guān)系的研究方面仍存在疑問，如越瓜果實(shí)發(fā)育期間幾乎無(wú)蔗糖積累[14]，這種低蔗糖現(xiàn)象是參與蔗糖合成的酶活性低，還是參與蔗糖分解轉(zhuǎn)化的酶活性高，亦或者這些糖代謝酶活性均處于低水平，目前尚無(wú)定論。

本研究以高糖、中糖及低糖甜瓜品種為試驗(yàn)材料，研究不同變種甜瓜果實(shí)成熟過(guò)程中糖分積累及相關(guān)酶活性的變化，從而探究糖分積累與蔗糖代謝相關(guān)酶的關(guān)系，以期為探索甜瓜果實(shí)發(fā)育期間的糖代謝積累機(jī)制、調(diào)控果實(shí)糖組分及其含量奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為哈密瓜(厚皮甜瓜亞種)自交系X228(C.melovar.saccharinusNaud. cv. X228)、普通甜瓜(薄皮甜瓜亞種)自交系B154(C.melovar.makuwaMakino cv. B154)和越瓜(薄皮甜瓜亞種)自交系H227(C.melovar.conmmonMakino cv. H227)。其中X228為高糖型，果實(shí)發(fā)育期45 d左右，成熟果實(shí)可溶性固形物含量達(dá)14%～18%；B154為中糖型，果實(shí)發(fā)育期30 d左右，成熟果實(shí)可溶性固形物含量為10%～12%；H227為低糖型，果實(shí)發(fā)育期30 d左右，成熟果實(shí)可溶性固形物含量為4.0%～6.0%。

1.2 試驗(yàn)方法

3個(gè)甜瓜自交系種子于2017年2月13日播種，3月15日定植于跨度為8 m的單體大棚中，采用立架栽培，坐果及田間管理同常規(guī)甜瓜栽培。3個(gè)甜瓜品種選擇同期開花的兩性花授粉，授粉當(dāng)天進(jìn)行標(biāo)記，分別于X228授粉后15、20、25、30、35、40、45 d取樣，分別于B154和H227授粉后15、20、25、30、35 d取樣。其中，可溶性固形物含量測(cè)定每次選取5個(gè)發(fā)育正常果實(shí)的中心果肉；糖和酶活性的測(cè)定每次選擇3個(gè)發(fā)育正常果實(shí)，采收后切取果實(shí)赤道部位厚度約 2 cm的果肉，將果肉樣品混合，用液氮速凍，-80℃保存?zhèn)溆茫?次生物學(xué)重復(fù)。

1.2.1 可溶性固形物含量測(cè)定 用紗布擠出甜瓜汁液，采用PAL-1便攜式糖度儀(ATAGO，日本)測(cè)定果實(shí)可溶性固形物含量(total soluble solid，TSS)。具體測(cè)定方法：待糖度儀校正后，在玻璃面上滴2滴果肉汁液進(jìn)行測(cè)試，讀取數(shù)顯儀上的數(shù)據(jù)。

1.2.2 糖組分含量測(cè)定 糖組分的提取：參考管學(xué)玉[24]的方法并稍作改進(jìn)。取5.0 g果肉混合樣品，加入5 mL 80%乙醇并將樣品研碎，于75℃下浸提10 min，4 000 × g離心15 min，收集上清液，重復(fù)3次，合并上清液，定容至25 mL，搖勻后取1 mL溶液于1.5 mL離心管中，并將離心管置于Concentrator plus真空離心濃縮儀(Eppendorf公司，德國(guó))中進(jìn)行濃縮(30℃)，殘?jiān)? mL重蒸水溶解后經(jīng)0.22 μm濾膜過(guò)濾，用于液相色譜，重復(fù)3次。

糖組分含量測(cè)定：參考朱勇等[25]的方法并稍作改進(jìn)。Waters2695高效液相色譜儀(配Waters2414型示差折光檢測(cè)器，Waters公司)，色譜條件為流動(dòng)相(乙腈/重蒸水=80∶20，v∶v)，流速1.0 mL·min-1，柱溫40℃，檢測(cè)器溫度35℃，進(jìn)樣量10 μL。色譜柱為Spherisorb-5NH2柱(Waters公司，美國(guó))。以色譜級(jí)的果糖、葡萄糖和蔗糖標(biāo)準(zhǔn)品等比例混合配制標(biāo)準(zhǔn)工作液，進(jìn)行液相色譜分析，以濃度為X軸，峰面積為Y軸進(jìn)行線性回歸，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.3 酶活性測(cè)定 參考管學(xué)玉[24]的方法。取1.0 g混合樣品，用3 mL HEPES緩沖液(50 mmol·L-1pH值 7.5 HEPES-NaOH，1 mmol·L-1EDTA，10 mmol·L-1MgCl2，2.5 mmol·L-1DTT，10 mol·L-1抗壞血酸)溶解，然后加入60 mg不溶性的交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮(crosslinking polyvinylpolypyrrolidone，PVPP)粉末，在冰浴中研磨成勻漿，11 000 × g(4℃)離心20 min，取上清液逐漸加硫酸銨至80%飽和度，放置30 min后11 000 × g(4℃)離心1 h，棄上清液，用2 mL脫鹽緩沖液(稀釋10倍的提取緩沖液)溶解沉淀，再用D25 mm透析袋在脫鹽緩沖液中透析20 h左右。以上酶的提取操作均在0～4℃條件下進(jìn)行，重復(fù)3次。

1)AI活性測(cè)定：參照張明方等[26]的方法。采用490 μL反應(yīng)體系：含80 mmol·L-1pH值4.5醋酸-磷酸鉀緩沖液、100 mmol·L-1蔗糖、210 μL脫鹽后的酶液。37℃反應(yīng)30 min，加入490 μL 3, 5-二硝基水楊酸(3, 5-Dinitrosalicylic acid，DNS)試劑終止反應(yīng)，沸水浴5 min，冷卻后在Multiskan ascent臺(tái)式酶標(biāo)儀(Thermo Electron Co.，芬蘭)中測(cè)定520 nm波長(zhǎng)處的吸光度。以殺死酶液的上述反應(yīng)混合液作為對(duì)照。酶活性單位用Glu μmol·h-1·g-1FW表示。

2)NI活性測(cè)定：與酸性轉(zhuǎn)化酶類似，僅將醋酸-磷酸鉀緩沖液的pH值調(diào)整為7.5。

3)SS合成方向測(cè)定：參考管學(xué)玉[24]的方法。采用70 μL反應(yīng)體系：含80 mmol·L-1pH 值7.5 HEPES-NaOH緩沖液、100 mmol·L-1果糖、15 mmol·L-1UDPG、1 mmol·L-1EDTA、10 mmol·L-1MgCl2、20 μL脫鹽后的酶液。30℃反應(yīng)30 min，加入70 μL 5 mol·L-1NaOH終止反應(yīng)，沸水浴10 min，冷卻后加入1 mL 0.14%蒽酮(溶解于13.8 mol·L-1H2SO4中)，40℃反應(yīng)20 min，冷卻后測(cè)定620 nm波長(zhǎng)處的吸光度值。對(duì)照組反應(yīng)體系中不含果糖。

4)SPS活性測(cè)定：參考趙智中等[27]的方法。采用70 μL反應(yīng)體系：含50 mmol·L-1pH值7.5 HEPES-NaOH緩沖液、15 mmol·L-1MgCl2、1 mmol·L-1EDTA、5 mmol·L-1NaF、16 mmol·L-1UDPG、4 mmol·L-1F-6-P和20 mmol·L-1G-6-P、20 μL脫鹽后的酶液。30℃反應(yīng)30 min，加入70 μL 5 mol·L-1NaOH終止反應(yīng)，沸水浴10 min，冷卻后加入1 mL 0.14%蒽酮(溶解于13.8 mol·L-1H2SO4中)，40℃反應(yīng)20 min，冷卻后測(cè)定620 nm波長(zhǎng)處的吸光度值。對(duì)照反應(yīng)體系中不含6磷酸果糖(Fructose-6-phosphate，F(xiàn)-6-P)和6-磷酸葡萄糖(Glucose-6-phosphate，G-6-P)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Office Excel 2016對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；采用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜瓜果實(shí)可溶性固形物含量的變化

隨著甜瓜果實(shí)的生長(zhǎng)，3個(gè)品系的可溶性固形物含量均呈增加的趨勢(shì)，其中B154和X228的增加幅度明顯高于H227，而B154和H227的可溶性固形物含量快速積累期較短(授粉后25～30 d)；X228的可溶性固形物含量快速積累期較長(zhǎng)(授粉后25～40 d)(圖1)。

圖1 甜瓜果實(shí)發(fā)育過(guò)程中可溶性固形物含量的變化Fig.1 Changes of total soluble solid content during developing of melon fruits

2.2 甜瓜糖含量的變化

由表1可知，3個(gè)甜瓜品系果實(shí)發(fā)育過(guò)程中葡萄糖、果糖和蔗糖的變化趨勢(shì)具有一致性，但也存在明顯的差異。授粉后3個(gè)甜瓜品系果實(shí)葡萄糖、果糖含量略有起伏，其中H227在授粉后15～30 d果實(shí)中葡萄糖含量為10.62～11.77 mg·g-1FW，果糖含量為10.17～10. 76 mg·g-1FW，果實(shí)達(dá)到成熟期后，葡萄糖和果糖含量略有增加，且果實(shí)發(fā)育成熟過(guò)程中，葡萄糖/果糖比值(G/F)均在1～1.1之間；B154果實(shí)中葡萄糖和果糖含量分別在9.48～15.18 mg·g-1FW和9.71～15.83 mg·g-1FW范圍內(nèi)波動(dòng)，而X228果實(shí)中葡萄糖和果糖含量分別在12.72～18.83 mg·g-1FW和14.23～20.63 mg·g-1FW范圍內(nèi)變動(dòng)，在果實(shí)接近成熟時(shí)B154和X228的葡萄糖和果糖含量均降低，其中B154顯著降低，B154和×228兩個(gè)品系果實(shí)內(nèi)葡萄糖/果糖比值(G/F)由未成熟期的1.1左右降低到1以下。此外，果實(shí)蔗糖含量在授粉15 d后除H227維持較低的含量(0.11～0.85 mg·g-1FW)外，B154和X228的蔗糖含量存在明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其中，B154果實(shí)蔗糖含量在授粉后15 ～30 d呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，蔗糖含量快速積累，之后趨于穩(wěn)定，并在授粉后30 d時(shí)果實(shí)蔗糖含量開始高于葡萄糖、果糖含量；X228果實(shí)蔗糖含量在授粉后15～25 d緩慢增長(zhǎng)，之后呈現(xiàn)快速增加的趨勢(shì)，授粉后35 d果實(shí)蔗糖含量超過(guò)了葡萄糖、果糖含量，并在授粉后45 d達(dá)到45.8 mg·g-1FW，顯著高于其他發(fā)育時(shí)間。同時(shí)， H227在果實(shí)發(fā)育期間，果實(shí)蔗糖與葡萄糖+果糖的比值[S/(G+F)]均在0.04以下，但B154和X228的S/(G+F)隨著發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn)快速增大，且B154的 S/(G+F)增大速度快于X228，但在果實(shí)成熟時(shí)X228的S/(G+F)大于B154。

表1 甜瓜果實(shí)成熟期間葡萄糖、果糖蔗糖含量的變化Table 1 Changes of sucrose content, fructose content, and glucose contentduring developing of melon fruits

注：每個(gè)品種同列中不同字母表示在0.05水平差異顯著。G/F表示葡萄糖/果糖比值；S/(G+F)表示蔗糖/(葡萄糖+果糖)比值。

Note:Different small letters in the same column of each variety indicate significant difference at 0.05 level. G/F represents the ratio of glucose/fructose, and S/(G+F) represents the ratio of sucrose/(glucose+ fructose).

2.3 甜瓜相關(guān)酶活性變化

由圖2可知，甜瓜果實(shí)發(fā)育過(guò)程中與蔗糖代謝相關(guān)的SPS、SS、AI、NI活性變化具有一定的規(guī)律性。授粉15 d后，3個(gè)甜瓜品系果實(shí)SPS活性均呈上升趨勢(shì)，其中H227各發(fā)育期果實(shí)SPS活性遠(yuǎn)低于B154和X228，即使在授粉后35 d(果實(shí)達(dá)到商品成熟度時(shí))H277果實(shí)SPS活性仍處于極低水平；B154果實(shí)SPS活性在授粉后30 d達(dá)到高峰，之后隨著生育期的推進(jìn)有所下降；而X228果實(shí)SPS活性在授粉25 d后持續(xù)快速上升(圖2-A)。3個(gè)品系的SPS活性變化與果實(shí)蔗糖含量及其變化趨勢(shì)均基本一致。SS活性在授粉15 d后有所起伏，與SPS活性相比，3個(gè)品系果實(shí)的SS活性始終處于較低水平，其中H227果實(shí)SS活性低于B154和X228，且授粉后15～30 d，B154果實(shí)SS活性略高于X228(圖2-C)。甜瓜果實(shí)發(fā)育期間AI活性的變化趨勢(shì)與SPS活性相反，其中H227果實(shí)發(fā)育期間AI活性變化較小，一直處于較低水平；隨著果實(shí)發(fā)育期的推進(jìn)，B154果實(shí)AI活性持續(xù)降低，尤其在授粉后25～30 d果實(shí)蔗糖快速積累期間AI活性降低幅度較大；在授粉后15 d，X228果實(shí)AI活性處于較高水平，遠(yuǎn)高于B154，隨著發(fā)育期的推進(jìn)， X228果實(shí)的AI活性幾乎呈直線下降，至授粉后25 d，X228果實(shí)AI活性下降趨勢(shì)變緩(圖2-B)。H227果實(shí)NI活性變化與AI活性相似，即在授粉后15～35 d均在低水平起伏；B154果實(shí)NI活性變化與AI活性相似，但隨著果實(shí)發(fā)育期的推進(jìn)NI活性的降幅低于AI活性；X228果實(shí)NI活性的變化既不同于其他2個(gè)品種，也與AI活性變化不同，授粉后15 ～20 d，X228果實(shí)NI活性快速上升，并在授粉后20 ～25 d快速下降，之后基本穩(wěn)定(圖2-D)。

圖2 甜瓜果實(shí)發(fā)育過(guò)程中蔗糖代謝相關(guān)酶活性的變化Fig.2 Changes of enzymes activities related to sucrose metabolism during developing of melon fruits

2.4 蔗糖積累與蔗糖代謝相關(guān)酶活性的關(guān)系

由表2可知，H227果實(shí)發(fā)育期間蔗糖含量與SPS、SS、AI、NI活性均呈正相關(guān)，但除了與SPS活性的相關(guān)性達(dá)到顯著水平外，與SS、AI和NI活性的相關(guān)性均不顯著；B154果實(shí)的蔗糖含量與SPS活性呈正相關(guān)，但未達(dá)顯著水平，與SS、AI、NI活性呈負(fù)相關(guān)，其中與NI、AI的相關(guān)性分別達(dá)顯著和極顯著水平；X228果實(shí)蔗糖含量與SPS活性呈極顯著正相關(guān)，與SS、AI、NI活性呈負(fù)相關(guān)，且均未達(dá)到顯著水平。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，(SPS+SS)與不同變種甜瓜品種的蔗糖含量均呈正相關(guān)，在H227與B154中差異顯著，但僅與X228蔗糖含量達(dá)到極顯著相關(guān)水平；(AI+NI)與H227果實(shí)蔗糖含量呈正相關(guān)，但差異不顯著，與B154、X228果實(shí)蔗糖含量呈負(fù)相關(guān)，其中與B154達(dá)到極顯著水平。此外，3個(gè)品系甜瓜果實(shí)蔗糖含量與蔗糖代謝相關(guān)酶的凈活性(SPS+SS-AI-NI)均具有較高的正相關(guān)性，其中與X228和B154果實(shí)蔗糖含量的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到顯著和極顯著水平。

3 討論

甜瓜種類(亞種、變種)和品種間果實(shí)含糖量的差異主要表現(xiàn)在蔗糖含量方面，可以分為蔗糖積累型和低蔗糖積累型2種。越瓜(C.melovar.conmmon)屬于低蔗糖積累型品種，本研究中的越瓜品種H227在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中蔗糖含量極低，這與前人報(bào)道一致[14,19]；浙江大學(xué)甜瓜育種課題組研究發(fā)現(xiàn)，普通甜瓜(C.melovar.makuwa)特別是厚皮甜瓜(C. var.cantalupensis)屬于蔗糖積累型，蔗糖是成熟果實(shí)中的主要糖分，品種間含糖量的差異主要表現(xiàn)為蔗糖含量的不同。雖然葡萄糖和果糖也是甜瓜果實(shí)的主要糖組分，但成熟果實(shí)中葡萄糖和果糖含量在種類(變種)、品種間的差異遠(yuǎn)小于蔗糖，這與前人研究結(jié)果一致[3,13,19]。

表2 甜瓜果實(shí)蔗糖含量與蔗糖代謝相關(guān)酶活性的相關(guān)性分析Table 2 Correlation coefficients between sucrose content and related enzyme activities of melon fruits

注：*、**分別表示在0.05和0.01水平差異顯著。

Note:*,**indicate significant difference at 0.05 and 0.01 level，respectively.

在甜瓜果實(shí)發(fā)育過(guò)程中，葡萄糖和果糖含量變化不大且非常接近，研究結(jié)果表明，授粉后15 d開始，甜瓜果實(shí)內(nèi)葡萄糖/果糖比值在1左右，其中2個(gè)蔗糖積累型甜瓜品種葡萄糖/果糖比值隨著果實(shí)的成熟略有下降趨勢(shì)，但越瓜品種H227果實(shí)發(fā)育過(guò)程中比值基本無(wú)變化。在蔗糖積累型甜瓜品種中，蔗糖積累存在一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此轉(zhuǎn)折點(diǎn)不僅表現(xiàn)在蔗糖含量的顯著增加，而且也體現(xiàn)在蔗糖/單糖(葡萄糖+果糖)比值的變化。果實(shí)發(fā)育期較短的B154的蔗糖積累轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在授粉后20～25 d，而果實(shí)發(fā)育期較長(zhǎng)的X228的轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在授粉后30 d左右。類似的結(jié)果在不同品種的研究中也有報(bào)道[5,28-30]，如Villanueva等[30]發(fā)現(xiàn)厚皮甜瓜品種Piel de Sapo和Rochet果實(shí)蔗糖積累的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在授粉后26～35 d。

本研究結(jié)果表明，蔗糖積累型品種在授粉后15～20 d(X228)、15～25 d(B154)果實(shí)AI活性較高，之后下降，與前人的報(bào)道一致[5,12,30]。AI通過(guò)水解蔗糖為葡萄糖和果糖，以保持細(xì)胞的滲透壓[5]，并為果實(shí)的快速生長(zhǎng)提供作為碳源的己糖[12, 30]，所以在果實(shí)發(fā)育初期，AI活性較高；此外，研究表明AI活性降低是蔗糖積累的必備條件[16]。本研究結(jié)果表明，甜瓜果實(shí)蔗糖含量的上升與SPS活力的上升相伴隨，類似的結(jié)果前人也有報(bào)道[9, 21-22, 29]。SPS催化F-6-P成為6-磷酸蔗糖(sucrose-6-phosphate，S-6-P)，這是一個(gè)可逆反應(yīng)，但S-6-P通常會(huì)被與SPS以復(fù)合體形式存在于植物體內(nèi)的磷酸蔗糖磷酸化酶(phosphoric acid sucrose phosphatase，SPP)迅速降解成蔗糖和磷酸根離子，因此催化產(chǎn)生蔗糖的反應(yīng)實(shí)際上是一個(gè)不可逆過(guò)程[31]。

本研究所涉及的3個(gè)不同類型的甜瓜品系中，對(duì)果實(shí)蔗糖積累起決定作用的酶存在明顯差異，越瓜品系H227的SS、AI、NI活性與普通甜瓜品系B154、哈密瓜品系X228無(wú)明顯差異，蔗糖較低主要是由極低的SPS活性所致；而同為蔗糖積累型的B154與X228在果實(shí)成熟期蔗糖含量存在較大的差異，與SPS、AI活性差異關(guān)系密切，果實(shí)發(fā)育后期SPS活性的下降及仍維持相對(duì)較高的AI活性是B154果實(shí)蔗糖含量相對(duì)較低的主要原因，持續(xù)增加的SPS活性及較低的AI活性導(dǎo)致X228果實(shí)具有較高的蔗糖含量。但蔗糖積累能力不同的甜瓜品種具有相似的AI活性，而SPS活性存在明顯差異[23]，這與本研究結(jié)果不完全一致，其原因可能是本研究采用了不同蔗糖積累型(不同變種)的甜瓜，而Hubbard等[23]采用的均為厚皮甜瓜。

越瓜品種H227在商品成熟時(shí)果實(shí)的主要糖組分是葡萄糖和果糖，幾乎無(wú)蔗糖積累，其爽口清甜的口味深受我國(guó)東南沿海地區(qū)消費(fèi)者的喜愛。隨著生活水平及健康意識(shí)的提高，人們對(duì)甜瓜需求也更加趨向于多樣化，消費(fèi)者不再追求單一高甜型的甜瓜品質(zhì)，松脆、清甜的低糖型甜瓜品種(越瓜)在市場(chǎng)也有較大的發(fā)展?jié)摿?。通過(guò)分析不同甜瓜變種果實(shí)發(fā)育期間糖代謝的差異，了解不同類型甜瓜在品質(zhì)育種上的利用價(jià)值，為甜瓜果實(shí)品質(zhì)調(diào)控和品質(zhì)育種提供了理論依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，甜瓜果實(shí)中SPS、AI活性是決定甜瓜果實(shí)蔗糖含量的關(guān)鍵酶，低糖型越瓜H227果實(shí)中非常低的蔗糖含量與果實(shí)中極低的SPS活性有關(guān)；普通甜瓜B154果實(shí)中相對(duì)較高的蔗糖含量取決于相對(duì)較高的SPS活性及相對(duì)較高的AI活性；高糖型哈密瓜X228積累的高蔗糖含量與較高的SPS活性及相對(duì)較低的AI活性有關(guān)。本研究結(jié)果進(jìn)一步明確了不同蔗糖積累型甜瓜果實(shí)的糖代謝機(jī)理。為了更好地指導(dǎo)甜瓜生產(chǎn)及不同糖含量甜瓜品種選育，有必要從糖代謝酶的分子調(diào)控及遺傳機(jī)理方面做進(jìn)一步深入研究。