不同施鉀水平對無花果糖積累及相關酶活性的影響

郭傲 林緒堅 高歡歡 鄭雪蓮 陳默 鄭國華

摘要：[目的]通過研究不同施鉀水平對無花果果實糖代謝的內(nèi)在調(diào)控機制，為無花果合理施肥，提高無花果果實品質(zhì)和產(chǎn)量提供理論依據(jù)。[方法]以2年生的‘波姬紅’無花果為試材，在常規(guī)栽培管理前提下，增施4個水平的KSO，施鉀量分別為：CK（0g·株）、K1（125g·株）、K2（250g·株）、K3（375g·株），進行對照試驗。測定各個施鉀水平下無花果果實的可溶性糖、淀粉含量及糖代謝相關酶活性等各項指標，并分析不同指標之間的相關性。[結(jié)果]（1）果糖與葡萄糖是無花果中主要的可溶性糖，其含量隨著果實的發(fā)育逐漸上升。淀粉含量與可溶性糖含量的變化趨勢相反，整體呈下降趨勢;（2）與對照相比，增施鉀肥能顯著提高無花果果實中可溶性糖及各糖組分含量，降低果實發(fā)育中后期淀粉含量。施鉀量在250g·株（K2）時可溶性糖含量增幅最大，為最適用量;（3）適量施鉀顯著提高了無花果果實發(fā)育早期和末期AI和SS（分解方向）的活性，對NI影響較小，但極顯著地提高了NI在果實發(fā)育成熟期的活性，促進了果實中果糖和葡萄糖含量的積累。適量施鉀使α-淀粉酶和β-淀粉酶活性逐漸上升，且一直保持在較高水平，促進了淀粉向可溶性糖的轉(zhuǎn)化。適量施鉀提高了無花果發(fā)育各個時期的SPS活性，但對SS（合成方向）的影響較小，促進了蔗糖的積累。[結(jié)論]適量施鉀可以提高糖代謝相關酶活性，促進果實中淀粉的分解和可溶性糖的積累。

關鍵詞：無花果;鉀;可溶性糖;糖代謝;酶活性

中圖分類號：S663.3文獻標志碼：A 文章編號：1008-0384（2019）12-1388-09

0 引言

[研究意義]無花果Ficus carica L是?？崎艑僦参?，栽培簡易、適應性強，在光照充足，冬無嚴寒，又常有海風海霧吹拂滋潤的海洋性氣候地區(qū)種植尤為適宜，富含多種維生素、氨基酸和礦質(zhì)元素。果實中的糖含量是影響果實品質(zhì)和果實風味最主要的因素之一，無花果的品質(zhì)形成多依賴于無花果果實中的糖的積累?！Ъt’為福建地區(qū)主栽無花果品種，但在福建引種時間短，果實品質(zhì)易受多種因素影響，且栽培技術落后，果實品質(zhì)良莠不齊。鉀是無花果果實生長發(fā)育中基礎元素之一，對無花果的生理生長和生理代謝有著重要的作用。因此，研究無花果果實糖積累規(guī)律，揭示鉀元素對無花果糖代謝調(diào)控機制，對提高無花果果實品質(zhì)和產(chǎn)量都具有重要意義。[前人研究進展]鉀元素在土中易流失，果實發(fā)育期間鉀肥補施十分重要。大量研究表明，增施鉀肥可以提高果實中的可溶性糖含量，促進果實色澤的形成。迄今為止，關于果實糖代謝的研究已經(jīng)在李、柑橘、香蕉、芒果等果樹上有了大量研究，關于鉀肥對果實糖代謝影響的研究，已經(jīng)在蘋果、草莓、番茄等園藝作物上有了相關報道。[本研究切入點]關于增施鉀肥對無花果果實糖含量及糖代謝相關酶活性影響的研究鮮見報道。[擬解決的關鍵問題]本試驗以2年生的‘波姬紅’無花果為試材，研究不同施鉀水平對無花果果實糖積累的調(diào)控機制，以期為合理施肥，提高無花果果實品質(zhì)和產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗以2年生的大棚‘波姬紅’無花果苗為試驗材料，在福建省莆田市天蘭種植基地進行。試驗土壤為砂質(zhì)壤土，施肥前土壤營養(yǎng)狀況為：土壤pH6.07，堿解氮118.3mg·kg，速效磷211.0mg-kg，速效鉀139.3mg·kg，有機質(zhì)21.75g·kg。

2019年4月，選擇大棚中生長狀況一致、健康無病害的植株，進行掛牌標記。試驗共設4個處理，施鉀量分別為：CK（0g·株）、K1（125g·株）、K2（250g·株）、K3（375g·株）。每個處理的每個重復選10棵果樹，重復3次。鉀肥分3個時期施用，分別于5月13日（果實快速膨大期I前，施總鉀肥量的40%）、6月16日（果實快速膨大期Ⅱ前，施總鉀肥量的30%）、7月13日（果實采收前，施總鉀肥量的30%）各施肥1次。施肥方式采用澆施，取相應量的肥料兌水施人，對照施人等量的清水，并進行常規(guī)管理。

樣品采集于晴朗天氣的上午進行，采樣從5月23日開始，每次采樣間隔15d，每個試驗處理的每個重復取果20個，直至果實成熟。

1.2試驗方法

1.2.1可溶性糖提取可溶性糖的提取參考李春麗的方法。

1.2.2可溶性總糖與淀粉含量的測定可溶性總糖含量采用王學奎等的方法測定。淀粉含量采用北京索萊寶科技有限公司淀粉含量測定試劑盒測定。

1.2.3 高效液相色譜（HPLC）測定可溶性糖組分

測定糖含量的色譜條件參考龔江美的方法，并略有改動。測定儀器為ACQUITY UPLC（美國WATERS公司）超高效液相色譜儀，檢測器為AUtech 3300型蒸發(fā)光散射檢測器（美國奧泰公司），配置配有自動進樣器、四元溶劑管理器，進樣量2uL。色譜柱采用Waters ACQUITY UPLC BEH Amide氨基柱，2.1X100mm，1.7um，柱溫35℃，流動相為A：乙腈，B：含0.2%（體積分數(shù)）的氨水，A：B=79%：21%，流速：0.2mL·min，所測蔗糖、果糖、葡萄糖的標準樣品均為色譜純級標準品，購自北京索萊寶科技有限公司。

1.2.4無花果果實糖代謝相關酶活性的測定 酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）、中性轉(zhuǎn)化酶（NI）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合酶（SS）的提取參考Keller andLudlowt方法。酸性和中性轉(zhuǎn)化酶的活性測定參考Rui Zhou的方法。蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性測定參考趙智中的方法。α-淀粉酶和β-淀粉酶活性采用酶聯(lián)免疫吸附法測定，ELISA試劑盒購置于上海通蔚生物科技有限公司。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2016和DPS v14.10進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和差異性分析，用SPSS 20.0進行相關性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施鉀水平對無花果不同生長期可溶性總糖含量的影響

由圖1可以看出，無花果果實可溶性糖含量隨生長發(fā)育逐漸上升，增加速率整體呈“快-慢-快-慢”的趨勢。與對照相比，增施鉀肥可以有效提高各個時期無花果果實中的可溶性糖含量，以K2整體表現(xiàn)最好。在成熟期時，K1、K2、K3處理的無花果果實中的可溶性糖含量分別達到14.74%、15.56%、14.97%，比CK組高1.2%、6.4%、2.7%。其中K2、K3與CK之間的差異均達顯著水平。

2.2 不同施鉀水平對無花果不同生長期可溶性糖組分及淀粉含量的影響

由圖2可知，果糖（圖2-A）與葡萄糖（圖2-B）是果實中主要的可溶性糖，其含量在果實發(fā)育前期增長幅度較小，后期迅速升高。蔗糖（圖2-C）含量相對較低，整體呈先下降后上升的趨勢。施鉀處理對3種可溶性糖含量的影響在果實發(fā)育前期不明顯，中后期差異較大，其中以K2表現(xiàn)最好。至果實成熟期，K1、K2、K3的果糖和葡萄糖含量分別達到31.4mg·g、31.7mg·g;37.3mg·g、40.2mg·g;34.3mg·g、35.3mg·g，比對照提高了2.8%、4.1%;22.2%、40.3%;12.2%、32.0%，其中K2、K3與處理組之間的差異均達極顯著水平。蔗糖含量分別達0.11mg·g、0.13mg·g、0.11mg·g，比對照提高了11.6%、28.6%、14.5%，其中K1、K3與對照組之間的差異達顯著水平，K2與對照組之間的差異達極顯著水平。

淀粉（圖2-D）含量與可溶性糖含量的變化趨勢相反，除了在果實發(fā)育前期，淀粉含量有短暫的升高，整體呈下降趨勢。在坐果后30d（5月23日），3個處理組的淀粉含量均大于對照組，其中以K3最高，達11.1mg·g，對照組與處理組之間的差異均達極顯著水平。至坐果后45d（6月8日）時，CK與K1的淀粉含量有明顯上升，而K2與K3的淀粉含量明顯下降，這表明增施鉀肥可以加速淀粉的合成和降解速率。至果實成熟期，K2、K3的淀粉含量與CK之間的差異達極顯著，K1與CK之間的差異不顯著。

2.3 不同施鉀水平對無花果蔗糖代謝相關酶活性的影響

2.3.1 不同施鉀水平對無花果果實轉(zhuǎn)化酶活性的影響

圖3-A顯示，隨著果實的發(fā)育，AI的活性整體呈逐漸上升的趨勢，變化較小。3個處理組的AI活性整體大于對照組。在果實發(fā)育前期，處理之間的差異并不明顯，從坐果后45d（6月8日）起，K2的AI活性開始顯著高于其他幾組處理，其中坐果后75d（7月8日）、坐果后90d（7月23日）K2與其他處理的AI活性差異達極顯著。

圖3-B顯示，NI隨著果實的成熟活性先降低至坐果后75d（7月8日）迅速回升。在果實發(fā)育前期（坐果后30-60d），對照與處理之間的差異較小，至坐果后75d（7月8日），3個處理組的NI活性均顯著大于對照組。3個處理中，K2的NI活性在坐果后30d（5月23日）和坐果后75d（7月8日）都顯著大于其他2個處理組，在坐果后90d（7月23日）顯著大于K1和CK，整體表現(xiàn)最好。K1和K3之間的差異并不顯著。

2.3.2不同施鉀水平對無花果果實蔗糖合酶分解方向活性的影響

如圖4所示，SS（分解方向）的活性隨果實的生長發(fā)育總體呈先下降后上升的趨勢。3個處理組的SS活性在果實發(fā)育前期（坐果后30d和坐果后45d）大于對照組，后期處理和對照間的差異沒有明顯的規(guī)律。3個處理間以K2的SS分解方向活性最高，坐果后75d（7月8日）K2與其他處理組間的差異達到顯著水平，其中坐果后45d（6月8日）、坐果后90d（7月23日）差異均極顯著。

2.3.3不同施鉀水平對無花果蔗糖合酶合成方向活性的影響

由圖5可知，SS（合成方向）的活性隨果實生長發(fā)育呈先下降后上升的趨勢，至果實成熟期，又有略微下降。在整個果實發(fā)育期間，處理組的SS活性普遍高于對照組，其中在坐果后45d（6月8日）和坐果后90d（7月23日）差異最大，但整體上處理和對照之間的差異不顯著。3個處理之間以K2活性最高，在坐果后45d（6月8日）和坐果后75d（7月8日），K2與其他2組處理之間的差異都達到顯著水平。

2.3.4不同施鉀水平對無花果蔗糖磷酸合酶活性的影響

由圖6可知，隨著果實的生長發(fā)育，SPS的活性總體呈先上升后下降的趨勢。處理組的酶活性在各個時期均大于對照組，且差異顯著。3個處理組之間的差異也體現(xiàn)在果實發(fā)育的各個時期。處理組中K2的活性最高，在果實發(fā)育的整個過程中都顯著高于其他2個處理組，可以看出增施鉀肥對SPS的活性有顯著影響。

2.3.5 不同施鉀水平對無花果淀粉酶活性的影響由圖7-A可知，處理組α-淀粉酶的活性整體上隨果實發(fā)育逐漸升高，在坐果后75d（7月8日）達到峰值，至果實成熟期，酶活又有輕微下降。而對照組的酶活性雖有上下波動，但變化不大。處理組和對照組之間酶活性在各個時期都表現(xiàn)出顯著差異。3個處理組之間以K2的酶活性最高，在坐果后45d（6月8日），75d（7月8日）和90d（7月23日），都顯著高于其他2個處理組。

由圖7-B可知，β-淀粉酶在處理組中的酶活性變化與α-淀粉酶相同，活性整體上逐漸升高，在坐果后75d達到峰值，至果實成熟期，酶活又有輕微下降。對照組的活性在果實發(fā)育早期上升，至坐果后60d下降，之后開始緩慢上升。處理組與對照組之間酶活性的差異除在坐果后45d差異不明顯外，在其他各個時期都差異顯著。3個處理之間以K2的酶活性最高，在坐果后30d、60d和75d都顯著高于其他2個個處理組。

2.4相關性分析

2.4.1 不同發(fā)育時期施鉀水平與無花果果實糖代謝酶的相關性分析

如表l所示，不同施鉀水平與無花果中AI（r=0.791**，r=0.583*，r=0.611*），NI（r=0.954**），SS分解方向（r=0.897**，r=0.788**，r=0.876）**，SPS（r=-0.599*，r=0.581*，r=0.768**，r=0.815**，r=0.754**），α-淀粉酶（r=0.738**，r=0.842**，r=0.622*，r=0.707*），β-淀粉酶（r=0.865**，r=0.825**，r=0.922**）活性具有極顯著正相關。這表明，增施鉀肥對提高無花果中AI、NI、SS分解方向、SPS、α-淀粉酶、β-淀粉酶的活性有顯著的影響。

2.4.2無花果果實中糖含量與糖代謝相關酶的相關性分析

如表2所示，果糖和葡萄糖在各個施鉀水平下與NI活性之間都呈極顯著正相關，與AI活性在K1和K3處理中呈顯著正相關，在K2處理中呈極顯著正相關，而在CK處理中沒有表現(xiàn)出明顯的相關性;在CK和K1處理中與SS分解方向酶活性之間存在顯著或極顯著正相關性，在K2處理中與SS分解方向酶活性之間存在顯著正相關性，而在K3處理中與SS分解方向酶活性之間相關性并不明顯;在CK中與α-淀粉酶與β-淀粉酶活性之間的相關性并不明顯，在K1處理中與α-淀粉酶與β-淀粉酶活性之間存在顯著或極顯著正相關性，在K2和K3處理中與α-淀粉酶與β-淀粉酶活性之間存在極顯著正相關性。

如表2所示，蔗糖含量在K1處理中與SS合成方向活性之間呈極顯著正相關，而在其他水平下沒有明顯相關性;與SPS之間在CK和K1條件下呈正相關，而在K2和K3處理中呈負相關，相關性均不明顯。這說明SPS在蔗糖積累中的作用并不明顯，少量施鉀（K1）可以提高SS合成方向酶對無花果果實中蔗糖積累的作用。

如表2所示，淀粉含量在K2和K3處理中與α-淀粉酶與β-淀粉酶活性之間存在極顯著負相關性，在K1處理中與α-淀粉酶之間存在極顯著負相關性，而在CK中與α-淀粉酶與β-淀粉酶活性之間的相關性并不明顯。這說明增施鉀肥增強了α-淀粉酶與β-淀粉酶對淀粉降解的影響。

3 討論

3.1 不同施鉀水平對無花果糖積累的影響

鉀是植物的基本礦質(zhì)元素之一，對果實的生長發(fā)育和果實品質(zhì)的形成起著至關重要的作用。前人大量的研究發(fā)現(xiàn)，適量施鉀可以有效地提高果實品質(zhì)和可溶性糖含量。本研究中，增施鉀肥顯著提高了果實發(fā)育中后期果糖、蔗糖和葡萄糖的含量和果實發(fā)育前期淀粉含量，顯著降低了果實發(fā)育中后期淀粉的含量，促進了果實發(fā)育中淀粉向可溶性糖的轉(zhuǎn)化，這與前人在蘋果、草莓、番茄、葡萄上的研究一致。果糖和葡萄糖是無花果果實中主要的可溶性糖，其含量在果實發(fā)育前期增加緩慢，后期迅速增加。蔗糖含量呈先升高再降低又升高的趨勢，這與ErsoyN等的研究一致。淀粉含量呈先升高后迅速降低的趨勢，這與李春麗的研究略有出入，可能是因為不同的品種之間淀粉的積累規(guī)律不同。

3.2 糖代謝相關酶在糖積累中的作用

蔗糖代謝是無花果果實中糖積累的一個重要途徑。AI、NI、SS分解方向的等關鍵酶在無花果果實中起分解蔗糖，生成果糖和葡萄糖或尿苷二磷酸葡萄糖，促進蔗糖卸載的作用。在本研究中，3種酶在大多施鉀水平下，都與果糖和葡萄糖含量顯著或極顯著相關性，在無花果發(fā)育中果糖和葡萄糖的積累中起到了重要的作用。在果實發(fā)育中期，NI和SS分解方向活性略有降低，而AI活性一直保持在較高水平，且呈上升的趨勢，這說明AI在這一時期對果實中果糖和葡萄糖的積累具有更重要的影響。在果實發(fā)育末期，AI活性、SS分解方向活性略微降低，而NI活性在這一時期迅速升高，維持了無花果在成熟期果實中葡萄糖和果糖的積累。蔗糖含量與SS合成方向、SPS在大多施鉀水平下都呈正相關，其中與SS合成方向的相關系數(shù)更為顯著，這與在梨、甘蔗和桃等果實上的研究一致，SS合成方向?qū)φ崽欠e累的貢獻更大。相對于轉(zhuǎn)化酶和SS分解方向，SS合成方向、SPS的活性一直保持較低水平，且雖然蔗糖含量與SS合成方向、SPS在大多施鉀水平下都呈正相關，但顯著性并不明顯。這可能與蔗糖在果實發(fā)育過程中卸載途徑的變化有關。α-淀粉酶和β-淀粉酶活性在增施鉀肥的條件下，均呈逐漸上升的趨勢，且與葡萄糖、果糖含量均呈顯著或極顯著正相關，與淀粉含量呈顯著或極顯著負相關。這說明淀粉酶在無花果果實發(fā)育過程中，對淀粉的分解起著重要的作用，促進了淀粉向可溶性糖的轉(zhuǎn)化。這與前人在龍眼、蘋果和獼猴桃上的研究結(jié)果一致。

3.3 不同施鉀水平對糖代謝相關酶活性的影響

不同水平的鉀顯著提高了無花果果實發(fā)育早期和末期AI和SS分解方向的活性，對NI影響較小，但極顯著地提高了NI在果實發(fā)育成熟期的活性。這與張弦在蘋果中的研究結(jié)果一致。在甘薯中，適量施鉀提高了SS與Ivr（轉(zhuǎn)化酶）的活性，有利于甘薯中蔗糖與淀粉的積累。在果實成熟期，CK、K1和K3處理組的AI和SS（分解方向）活性均有降低趨勢，而K2處理組的AI和SS（分解方向）活性繼續(xù)上升。這說明適量施鉀顯著提高了無花果果實成熟期AI和SS（分解方向）活性，對果實成熟期還原糖的積累有著重要的作用。果糖和葡萄糖與AI在K1和K3處理中呈顯著正相關，在K2中呈極顯著正相關，而在CK處理中沒有表現(xiàn)出明顯的相關性，這說明，適量施鉀對提高AI在無花果果實發(fā)育過程中果糖和葡萄糖的積累中的作用有明顯促進作用。對照組的α-淀粉酶和β-淀粉酶活性在整個發(fā)育過程中，整體變化不明顯或者略有下降的趨勢。而施鉀處理組使α-淀粉酶和β-淀粉酶活性逐漸上升，且一直保持在較高水平。果糖和葡萄糖在CK中與α-淀粉酶與β-淀粉酶活性之間的相關性并不明顯，在K1中與α-淀粉酶與β-淀粉酶活性之間存在顯著或極顯著正相關性，在K2和K3施鉀水平下與α-淀粉酶與β-淀粉酶活性之間存在極顯著正相關性。這些結(jié)果均表明了，適量施鉀對淀粉酶在果實中還原糖積累作用的增益。在甘薯中，適量供鉀既能提高塊根中淀粉水解酶的活性還能提高SS的活性，是提高塊根中可溶性糖的主要原因，這與本研究的結(jié)果一致。增施鉀肥對SPS活性的影響體現(xiàn)在無花果果實發(fā)育的各個時期，施鉀水平與SPS活性在無花果發(fā)育的各個時期均呈顯著或極顯著正相關，而對SS合成方向則無顯著影響。這與溫志靜的研究結(jié)果一致。Kaack研究表明，鉀可以促進乙烯代謝相關酶活性，促進蛋白質(zhì)的合成而調(diào)節(jié)乙烯的合成，鉀含量與乙烯含量呈正相關。而Choudhur研究表明乙烯對SPS基因起正向調(diào)控的作用，為本試驗的結(jié)果提供了理論支撐。在番茄中，噴施磷酸二氫鉀和土施鉀肥處理均可以提高AI、NI、SS及SPS活性，且促進了光合產(chǎn)物合成和運輸，提高了果實中葡萄糖、果糖和蔗糖的含量，這與本研究的結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本試驗通過增施4個水平的KSO，研究不同施鉀水平對無花果果實糖代謝的內(nèi)在調(diào)控機制，結(jié)論如下：

（1）適量施鉀可以提高無花果果實中的葡萄糖、果糖和蔗糖含量，加速淀粉的合成和降解速率，促進淀粉向可溶性糖的轉(zhuǎn)化。到果實成熟期，適量施鉀（K2）的果糖、葡萄糖和蔗糖含量分別比對照組提高了25.5%、32.0%、28.6%。

（2）無花果果實發(fā)育過程中，AI、NI、SS（分解方向）這3種酶均起到分解蔗糖生成還原糖的作用，α-淀粉酶和β-淀粉酶起到分解淀粉，生成還原糖的作用，促進了果實中果糖、葡萄糖的積累。SS（合成方向）相對于SPS對蔗糖積累的貢獻更大。

（3）增施鉀肥顯著提高無花果果實發(fā)育早期和末期AI和SS（分解方向）的活性，極顯著地提高NI在果實發(fā)育成熟期的活性，促進果實中果糖和葡萄糖含量的積累;提高α-淀粉酶和β-淀粉酶活性，且使其一直保持在較高水平，促進淀粉向可溶性糖的轉(zhuǎn)化;提高無花果各個發(fā)育時期的SPS活性，對SS（合成方向）的影響較小，促進了果實中蔗糖的積累。