甜和不甜西瓜果實(shí)中糖積累及相關(guān)酶活性初析

劉景安 郭紹貴 何洪巨 張海英 宮國(guó)義 任毅 許勇

目的與意義：棉子糖半乳糖苷系列寡糖（RFO）的水解對(duì)于西瓜果實(shí)中糖的積累至關(guān)重要，然而大眾對(duì)于α-半乳糖苷酶在西瓜果實(shí)發(fā)育過(guò)程中的作用知之甚少。之前并沒(méi)有關(guān)于高糖西瓜和低糖西瓜中糖積累及酶活性進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的報(bào)道。研究了高糖西瓜和低糖西瓜兩個(gè)亞種中果實(shí)糖代謝機(jī)制的差異，及2種西瓜中心果肉和中果皮的糖代謝相關(guān)酶的動(dòng)態(tài)特征，包括轉(zhuǎn)化酶，α-半乳糖苷酶，SuSy（蔗糖合成酶）和SPS（蔗糖磷酸合酶）。

材料與方法：使用高糖栽培種西瓜‘97103（C. lanatus subsp. vulgaris）和低糖野生種西瓜‘PI 296341-FR（C. lanatus subsp. lanatus）作為試驗(yàn)材料。在高糖西瓜‘97103果實(shí)發(fā)育的4個(gè)關(guān)鍵階段收集中心果肉、中果皮和整個(gè)果實(shí)組織樣品，這4個(gè)階段分為授粉后10、18、26、34 d收集，對(duì)于低糖西瓜‘PI 296341-FR，在授粉后10、18、26、34、42和50 d處收集果肉、中果皮和整個(gè)果實(shí)組織樣品用于測(cè)試糖和干物質(zhì)含量以及測(cè)定酶活性。使用化學(xué)儀器和統(tǒng)計(jì)方法等手段分離西瓜樣品中的各種糖，測(cè)定α-半乳糖苷酶活性，提取轉(zhuǎn)化酶活性并進(jìn)行分析，提取SuSy和SPS。

結(jié)果與分析：在西瓜果實(shí)發(fā)育過(guò)程中栽培種‘97103果肉的總含糖量遠(yuǎn)高于栽培種‘97103中果皮，同樣高于野生種‘PI 296341-FR的果肉和中果皮。在野生種‘PI 296341-FR果實(shí)的不同發(fā)育階段，果肉中的總含糖量高于中果皮，葡萄糖和果糖是栽培種‘97103果肉發(fā)育早期（18 DAP之前）積累的主要糖類，果糖含量幾乎恒定，葡萄糖含量略有下降。栽培種‘97103中果皮，果糖和葡萄糖含量在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中恒定，并且低于栽培種果肉中果糖和葡萄糖含量。對(duì)于野生種‘PI 296341-FR果實(shí)，果糖和葡萄糖含量逐漸下降，略低于栽培種‘97103中果皮糖含量，蔗糖含量從18 DAP（授粉后的天數(shù)） 到26 DAP大幅增加，并在栽培種‘97103的成熟果肉中達(dá)到最高水平，這可能是因?yàn)樵耘喾N‘97103是早熟品種，所以栽培種‘97103果肉中的糖含量在授粉后2～3周左右急劇增加。在栽培種‘97103成熟果實(shí)的中果皮和野生種‘PI 296341-FR的果肉及中果皮幾乎沒(méi)有蔗糖，而蔗糖是成熟栽培種‘97103果實(shí)中3種糖積累中最多的。栽培種和野生種的果肉和中果皮干物質(zhì)含量的變化與果實(shí)發(fā)育過(guò)程中總糖含量的變化相似。研究結(jié)果表明，蔗糖是高糖西瓜‘97103中總糖含量最多的糖，蔗糖積累不僅決定了高糖西瓜‘97103中糖分的組成和總含量，而且還可以反映高糖西瓜和低糖西瓜之間的差異。在栽培種‘97103中，果肉中含有更多的光合產(chǎn)物，因?yàn)樵谠耘喾N西瓜‘97103果肉中的干物質(zhì)含量高于中果皮和整個(gè)果實(shí)組織（整個(gè)果實(shí)組織包括什么？）。在野生種中，因?yàn)楣夂椭泄だ鄯e的干物質(zhì)比整個(gè)果實(shí)組織少，所以大部分未裝載的光合同化物被分配到種子中。總的來(lái)說(shuō)，栽培西瓜的成熟果實(shí)比野生西瓜積累更多的光合同化物，因?yàn)樵耘嗥贩N的整個(gè)果實(shí)組織中的干物質(zhì)含量高于野生西瓜。糖和干物質(zhì)積累的完全不同的動(dòng)態(tài)意味著在西瓜進(jìn)化過(guò)程中馴化了糖卸載和分配的機(jī)制。

高糖栽培西瓜‘97103和低糖野生西瓜‘PI 296341-FR中堿性α-半乳糖苷酶活性在整個(gè)果實(shí)發(fā)育過(guò)程中呈下降趨勢(shì)，栽培種‘97103果肉和中果皮，野生種‘PI 296341-FR果肉和中果皮中該酶活性沒(méi)有明顯差異?？梢缘贸鼋Y(jié)論，堿性α-半乳糖苷酶在決定西瓜果實(shí)中糖積累的水平中不起作用。栽培種‘97103果肉中可溶性糖含量顯著高于栽培種‘97103中果皮，而堿性α-半乳糖苷酶水平相似。因此，堿性α-半乳糖苷酶在西瓜果實(shí)中的作用可能只涉及光合同化物的卸載。

確定了栽培型‘97103果肉中不溶性酸轉(zhuǎn)化酶活性隨著蔗糖含量增加而增加，其活性在果實(shí)發(fā)育后期（26～34 DAP）下降。果實(shí)發(fā)育過(guò)程中不溶性酸轉(zhuǎn)化酶活性在栽培種‘97103中果皮中保持恒定水平，遠(yuǎn)低于栽培種‘97103果肉水平，但遠(yuǎn)高于野生種‘PI 296341-FR的果肉和中果皮。在野生種‘PI 296341-FR果實(shí)發(fā)育的所有階段，酸性緩沖液測(cè)量結(jié)果顯示不溶性轉(zhuǎn)化酶活性保持恒定低水平。野生種‘PI 296341-FR果肉和中果皮中的不溶性酸轉(zhuǎn)化酶活性比栽培種‘97103果肉低得多。栽培種‘97103果實(shí)中果皮的SAI（可溶性酸轉(zhuǎn)化酶）活性高于果肉，野生種‘PI 296341-FR果實(shí)中SAI活性也較高。在栽培種‘97103的果肉中糖含量較高，但中性轉(zhuǎn)化酶（NI）活性低于中果皮，但中果皮糖含量非常低，野生種‘PI 296341-FR果肉和中果皮的NI活性和糖含量都很低。

在目前的研究中，蔗糖合成方向的SuSy活性在果實(shí)成熟初期略有下降，在果實(shí)發(fā)育的成熟階段急劇增加（26～

34 DAP）。在栽培種‘97103果實(shí)發(fā)育各個(gè)階段中果肉的SPS活性隨著蔗糖含量的增加而增加，表明SPS在蔗糖合成中起作用。SPS活性和蔗糖含量正相關(guān)也說(shuō)明了其在栽培種‘97103果肉中蔗糖合成中起作用。在栽培種‘97103果肉中，SuSy活性與蔗糖含量之間沒(méi)有明顯相關(guān)性，但SuSy活性在其最低點(diǎn)仍然相當(dāng)高（26 DAP）。因此，SuSy在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中有效地合成蔗糖。栽培種‘97103中果皮，野生種‘PI 296341-FR果肉和中果皮的SPS和SuSy活性均低于栽培種‘97103果肉，蔗糖含量也較低。這些結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，較高的SPS和SuSy活性是增加栽培西瓜果實(shí)中蔗糖積累所必需的。

結(jié)? ? 論：對(duì)高糖西瓜和低糖西瓜果肉與中果皮糖相關(guān)酶活性動(dòng)態(tài)進(jìn)行了比較，為西瓜果實(shí)糖代謝研究提供了新的方向。高水平糖的積累可能來(lái)自幾個(gè)因素，包括酸性α-半乳糖苷酶、不溶性酸轉(zhuǎn)化酶、SuSy和SPS的活性增加。目前正在對(duì)果實(shí)發(fā)育過(guò)程中‘97103和‘PI 296341-FR果實(shí)的果肉和中果皮進(jìn)行全球轉(zhuǎn)錄組分析，轉(zhuǎn)錄組結(jié)果將提供更詳細(xì)的信息，以闡明西瓜果實(shí)品質(zhì)發(fā)展的分子機(jī)制。