花生子仁糖含量與相關(guān)酶活性關(guān)系的研究

王秀貞，吳琪，王志偉，宋國(guó)生，唐月異，崔鳳高，謝宏峰，穆書(shū)旗，李平濤，王傳堂，3

（1.山東省花生研究所，山東 青島 266100；2.煙臺(tái)市大成食品有限責(zé)任公司，山東 煙臺(tái) 264118；3.山東魯花集團(tuán)有限公司，山東 萊陽(yáng) 265200）

花生（Arachis hypogaea L.）是少有的營(yíng)養(yǎng)豐富、油食兼用、經(jīng)濟(jì)效益高的作物，廣受世界各國(guó)消費(fèi)者喜愛(ài)。一直以來(lái)，受?chē)?guó)內(nèi)食用植物油短缺的影響，我國(guó)花生主要用于榨油和加工食品，近年來(lái)，隨著消費(fèi)需求的變化，鮮食花生也越來(lái)越受歡迎，消費(fèi)量逐年提升［1］。甜味是影響鮮食花生口感的主要指標(biāo)，也是影響烤花生風(fēng)味的重要指標(biāo)?；ㄉ尤手械挠坞x糖主要為蔗糖、氨基葡糖、水蘇糖、棉白糖，蔗糖是最主要的糖分［2］。游離糖和氨基酸是烤花生香味成分的母體，蔗糖和總糖含量與烘烤評(píng)分呈顯著正相關(guān)［3］。目前普遍認(rèn)為，花生含糖量尤其蔗糖含量是影響花生及其制品口感的重要因素之一，花生風(fēng)味研究多將含糖量作為風(fēng)味和偏好評(píng)價(jià)的重要參考指標(biāo)［4，5］。

除品種因素外，花生含糖量還與子仁成熟度、土壤、栽培措施和海拔高度等因素有關(guān)［6-8］，這些因素可能通過(guò)影響相關(guān)酶活性來(lái)促進(jìn)或減少蔗糖等糖分的積累。其他作物的研究表明，蔗糖合酶和蔗糖磷酸合酶是催化蔗糖合成的主要酶類(lèi)，其中蔗糖合酶是植物中廣泛存在的一種糖基轉(zhuǎn)移酶，既能催化蔗糖合成也能催化蔗糖分解，是葉片光合作用產(chǎn)物蔗糖進(jìn)入各種代謝途徑所必需的關(guān)鍵酶之一，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用；轉(zhuǎn)化酶包括酸性轉(zhuǎn)化酶和中性轉(zhuǎn)化酶，其不可逆地催化蔗糖水解成葡萄糖和果糖。但這些酶類(lèi)與花生子仁含糖量之間的關(guān)系尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究的主要目的在于通過(guò)典型相關(guān)分析揭示花生子仁糖含量與相關(guān)酶活性間的關(guān)系，為優(yōu)質(zhì)花生品種培育和花生生化品質(zhì)調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

參試花生基因型包括WS2、粉紅、花育664、泉花12、泰花5號(hào)、珍珠紅1號(hào)?；ㄉN植模式：小區(qū)長(zhǎng)5 m，壟寬85 cm，一壟雙行，每行30穴，每穴2粒，覆膜栽培，管理措施同常規(guī)。2018年5月7日在山東省花生研究所萊西試驗(yàn)基地種植，9月12日收獲。收獲時(shí)各參試品種依刮殼法觀(guān)察花生殼馬鞍部中果皮顏色來(lái)確定莢果成熟度［9］。各參試花生基因型分別選取6～7個(gè)不同成熟度的鮮莢果，脫殼后取子仁進(jìn)行含糖量和相關(guān)酶活性測(cè)定。

1.2 花生含糖量和酶活性測(cè)定

花生蔗糖、可溶性總糖、果糖、蔗糖磷酸合酶、蔗糖合酶、轉(zhuǎn)化酶使用臺(tái)灣生工（MDBio，Taipei，China）ELISA檢測(cè)試劑盒進(jìn)行檢測(cè)，具體步驟參照試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。蔗糖合酶可逆地合成與分解蔗糖，本研究中檢測(cè)的是其合成方向。轉(zhuǎn)化酶包括酸性和中性轉(zhuǎn)化酶，本研究中檢測(cè)的是轉(zhuǎn)化酶的總活性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

簡(jiǎn)單相關(guān)分析和典型相關(guān)分析采用DPS 14.50進(jìn)行。為消除量綱和數(shù)值差異的影響，在典型相關(guān)分析前對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。典型相關(guān)分析結(jié)果解釋參考文獻(xiàn)［10］。

2 結(jié)果與分析

2.1 糖含量與酶活性間的簡(jiǎn)單相關(guān)分析

由表1可見(jiàn)，三種酶活性與糖含量之間以及三種酶活性之間、三種糖含量之間除蔗糖磷酸合酶活性與可溶性總糖含量外都有顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系。蔗糖合酶活性與蔗糖磷酸合酶活性極顯著正相關(guān)，與轉(zhuǎn)化酶活性極顯著負(fù)相關(guān)；轉(zhuǎn)化酶活性與蔗糖磷酸合酶活性顯著負(fù)相關(guān)。蔗糖含量與可溶性總糖含量極顯著正相關(guān)，與果糖含量極顯著負(fù)相關(guān)；果糖含量與可溶性總糖含量顯著負(fù)相關(guān)。蔗糖含量與蔗糖磷酸合酶、蔗糖合酶活性均極顯著正相關(guān)，與轉(zhuǎn)化酶活性極顯著負(fù)相關(guān)；可溶性總糖含量與蔗糖合酶活性極顯著正相關(guān)，與轉(zhuǎn)化酶活性極顯著負(fù)相關(guān)；果糖含量與蔗糖磷酸合酶活性、蔗糖合酶活性均極顯著負(fù)相關(guān)，與轉(zhuǎn)化酶活性極顯著正相關(guān)。由于多個(gè)因素之間互相關(guān)聯(lián)，簡(jiǎn)單相關(guān)分析結(jié)果未必可靠，仍需進(jìn)行進(jìn)一步的多元統(tǒng)計(jì)分析。

表1 三種糖含量與三種酶活性間的相關(guān)系數(shù)

2.2 糖含量與酶活性之間的典型相關(guān)分析

2.2.1 典型相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn) 酶活性與糖含量的第一對(duì)典型變量（U1、V1）相關(guān)系數(shù)為0.7356，第二對(duì)典型變量（U2、V2）相關(guān)系數(shù)為0.4484，分別達(dá)到了極顯著和顯著水平（表2）。因此花生糖分含量與酶活性間關(guān)系的研究可轉(zhuǎn)化為研究第一對(duì)、第二對(duì)典型相關(guān)變量間的相關(guān)性。

表2 典型相關(guān)系數(shù)及其顯著性檢驗(yàn)

2.2.2 典型相關(guān)變量組成 由各組典型變量的組成（表3）可以看出：第一對(duì)典型變量中，酶活性U1中蔗糖合酶活性（x2）、蔗糖磷酸合酶活性（x1）權(quán)重絕對(duì)值較大，糖含量V1中蔗糖含量（y1）權(quán)重絕對(duì)值最大；第二對(duì)典型變量中，酶活性U2中蔗糖合酶活性（x2）、轉(zhuǎn)化酶活性（x3）權(quán)重絕對(duì)值較大，糖含量V2中可溶性總糖（y2）權(quán)重絕對(duì)值最大。說(shuō)明第一對(duì)和第二對(duì)典型變量主要解釋上述指標(biāo)間的關(guān)系。

表3 糖含量與酶活性之間典型相關(guān)變量的組成

2.2.3 典型載荷分析結(jié)果 由表4、表5得出，典型變量U1主要與原始變量中的蔗糖合酶和蔗糖磷酸合酶活性相關(guān)，且均為負(fù)相關(guān)；U2則主要與原始變量中的轉(zhuǎn)化酶活性相關(guān)，且為正相關(guān)。典型變量V1與原始變量中的蔗糖和可溶性總糖含量負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.9148和-0.7264，而與果糖含量正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.7580；V2則主要與可溶性總糖含量正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.6872。

2.2.4 典型冗余分析結(jié)果 典型冗余分析結(jié)果（表6、表7）表明，2對(duì)典型變量一共解釋了酶活性總變異的77.48%、糖含量總變異的84.39%；酶活性的2個(gè)典型變量能解釋糖含量總變異的38.95%，糖含量的2個(gè)典型變量能解釋酶活性總變異的33.85%（表8、表9）。

表4 酶活性觀(guān)察值與其典型變量間的相關(guān)系數(shù)

表5 糖含量觀(guān)察值與其典型變量間的相關(guān)系數(shù)

表6 酶活性觀(guān)察值的變異能被典型變量解釋的比例

表7 糖含量觀(guān)察值的變異能被典型變量解釋的比例

表8 酶活性觀(guān)察值的變異能被其相對(duì)的典型變量解釋的比例

表9 糖含量觀(guān)察值的變異能被其相對(duì)的典型變量解釋的比例

3 討論與結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，與花生糖代謝相關(guān)的三種酶活性間有一定關(guān)聯(lián)性，蔗糖合酶、蔗糖磷酸合酶活性均與轉(zhuǎn)化酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)，意味著蔗糖合成和分解高峰可能是錯(cuò)開(kāi)的。蔗糖是可溶性總糖的主要組分，隨著蔗糖含量的提高可溶性總糖含量迅速提升，而果糖作為蔗糖的分解產(chǎn)物與這兩種糖的含量呈極顯著負(fù)相關(guān)是合乎邏輯的。

糖和酶活性之間關(guān)系密切，但不同的糖含量受不同酶活性的影響不同。蔗糖作為一個(gè)重要的代謝中間產(chǎn)物，與蔗糖磷酸合酶、蔗糖合酶及轉(zhuǎn)化酶活性都有著密切關(guān)系，其含量主要與蔗糖磷酸合酶和蔗糖合酶活性密切相關(guān)；以蔗糖為主要成分的可溶性總糖則主要受蔗糖合酶和轉(zhuǎn)化酶活性的影響；果糖作為蔗糖降解產(chǎn)物，與轉(zhuǎn)化酶活性呈極顯著正相關(guān)，但是與兩種蔗糖合成酶活性極顯著負(fù)相關(guān)，蔗糖合成與分解直接決定果糖含量的高低。在甘蔗研究中也獲得了類(lèi)似的結(jié)論［11］。蔗糖積累型甜瓜中果實(shí)蔗糖含量的上升就是蔗糖磷酸合酶活性上升與轉(zhuǎn)化酶活性下降共同作用的結(jié)果［12］。

在小麥（Triticum aestivum L.）灌漿過(guò)程中，可以通過(guò)控制水量來(lái)調(diào)節(jié)與果糖和蔗糖代謝有關(guān)酶的活性，從而促進(jìn)莖中碳儲(chǔ)備的轉(zhuǎn)移，加速灌漿［13，14］。本研究發(fā)現(xiàn)蔗糖合酶、蔗糖磷酸合酶和轉(zhuǎn)化酶活性均與花生子仁糖含量密切相關(guān)，提示也可以通過(guò)調(diào)節(jié)這三種酶的活性改善花生子仁的糖含量，并可以通過(guò)提高蔗糖合酶、蔗糖磷酸合酶活性提高花生子仁的蔗糖含量，以滿(mǎn)足加工需要。