薄皮甜瓜品系糖、酸、淀粉含量差異性研究

靳亞忠，任金立，齊 娟，蘭 慧，李宗佑，吳興彪，張?zhí)煲?，王雪嬌，?佳，何化強(qiáng)，張 鵬

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)園藝園林學(xué)院,黑龍江 大慶 163319）

甜瓜（Cucumis melo L.）是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，全世界每年的產(chǎn)量超過(guò)3.2億t的產(chǎn)量（http://faostat3.fao.org），且以其獨(dú)特的風(fēng)味品質(zhì)吸引消費(fèi)者的青睞。甜瓜品種不同展現(xiàn)出不同的果實(shí)品質(zhì)特性，包括可溶性糖、有機(jī)酸和香味物質(zhì)、果皮和果肉顏色、果實(shí)硬度、果實(shí)形狀和大小等差異[1-2]，而且甜瓜果實(shí)糖含量、酸含量、糖酸比、糖酸組分比例以及揮發(fā)性物質(zhì)決定了果實(shí)風(fēng)味，使得甜瓜成為了學(xué)者研究果實(shí)品質(zhì)遺傳特性的一種重要模式植物[3]。薄皮甜瓜（Cucumis melo var.makuwa Makino），甜瓜的一種變異類型，主要分布于中國(guó)的中東部、日本和朝鮮半島[4]。在黑龍江省，近年來(lái)薄皮甜瓜已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要經(jīng)濟(jì)作物，其種植面積達(dá)到3.3萬(wàn)畝（來(lái)自黑龍江農(nóng)委2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)），且薄皮甜瓜品種類型豐富，品質(zhì)優(yōu)良，能為甜瓜育種提供廣泛的育種材料。甜瓜中糖、酸組分及其含量對(duì)果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)有著重要的影響[5-8]，受到甜瓜育種者的密切關(guān)注，且甜瓜甜酸類“風(fēng)味”品種的品質(zhì)研究主要集中于厚皮甜瓜[9-12]，育成了“風(fēng)味”系列厚皮甜瓜[6，9，12-13]，而針對(duì)薄皮甜瓜中甜酸“風(fēng)味”品種研究較少。在我國(guó)的東北具有豐富的薄皮甜瓜種質(zhì)資源[14-15]，包括越瓜變種（var.conomon）、香瓜變種（var.makuwa）、梨瓜變種（var.chinensis）、泡瓜變種（var.momordica）和酸瓜變種（var.acidulus），為薄皮、甜酸類型的“風(fēng)味”甜瓜品種選育提供了豐富的材料。

研究表明厚皮甜瓜與薄皮甜瓜成熟果實(shí)中糖、酸含量以及糖酸比差異顯著，厚皮甜瓜成熟果實(shí)糖組分以蔗糖為主，酸組分以檸檬酸為主[5，9，16]，而薄皮甜瓜成熟果實(shí)中主要積累何種糖分[5，8，17]，還存在爭(zhēng)議。但是前人依據(jù)甜瓜成熟果實(shí)中蔗糖積累量的多少，將甜瓜分成高蔗糖積累型和低蔗糖積累型兩類[5]，同時(shí)也存在還原糖積累型果實(shí)[17]。關(guān)于薄皮甜瓜成熟果實(shí)中酸品質(zhì)，高美玲等[8]研究表明薄皮甜瓜種質(zhì)資源果實(shí)間存在檸檬酸、蘋(píng)果酸含量的明顯差異，且糖酸比及糖酸含量與可溶性固形物含量相關(guān)聯(lián)，關(guān)于果實(shí)有機(jī)酸代謝的研究較少。許多研究已經(jīng)表明不同品種甜瓜果實(shí)中糖代謝及成熟果實(shí)糖的積累與果實(shí)中蔗糖代謝酶活性相關(guān)，尤其是蔗糖磷酸合成酶（SPS）及酸性轉(zhuǎn)化酶（AI），但是還存在有爭(zhēng)議[5，18-20]；而關(guān)于甜瓜果實(shí)中酸的代謝，在“風(fēng)味”系列甜瓜中的研究結(jié)果表明成熟果實(shí)主要積累檸檬酸，其含量與順烏頭酸酶和蘋(píng)果酸酶[12]以及檸檬酸合成酶、丙酮酸羧化酶、異檸檬酸合酶、蘋(píng)果酸脫氫酶活性變化顯著相關(guān)[10]；但是“風(fēng)味”甜瓜品種不同，參與其成熟果實(shí)中檸檬酸積累的酸代謝酶種類不同[21]。

目前，薄皮甜瓜生產(chǎn)中多以高糖類型品種為主，而類似于“風(fēng)味”厚皮甜瓜類型的薄皮甜瓜以及低糖積累類型品種較少。為了選育適宜肥胖癥及糖尿病患者食用的“風(fēng)味”類型和低糖積累型薄皮甜瓜品種，本研究以5種甜度和酸度差異類型的薄皮甜瓜自交系為試材，測(cè)定甜瓜果實(shí)發(fā)育期間糖含量、酸含量、淀粉含量以及與其相關(guān)的代謝酶活性變化，分析薄皮甜瓜自交系間糖、酸、淀粉含量積累差異的酶學(xué)機(jī)制，為選育“風(fēng)味”系列和低糖積累的薄皮甜瓜品種提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)以薄皮甜瓜自交系“DX3-5”（成熟期為花后 28～30 d）、“DX108”（成熟期為花后 28～30 d）、“DX-103”（成熟期花后為 25～28 d）、“JYZ-01”（成熟期為花后 28～30 d）以及、“SH-01”（成熟期為 28～30 d）為試驗(yàn)材料，這些自交系均由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)甜瓜栽培與育種課題組從收集的地方品種以及商品品種分離獲得。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用薄皮甜瓜采用草炭土復(fù)配基質(zhì)進(jìn)行穴盤(pán)育苗，苗齡30 d。采用基質(zhì)培的方法，利用桶栽的方式進(jìn)行栽培，栽培基質(zhì)為草炭土:蛭石:珍珠巖=3:1:1，每桶基質(zhì)用量為10 kg，采用的肥料為純N 300 g/kg（尿素供應(yīng)氮肥，用量為10.5 g尿素/桶），P2O5為 150 g/kg（磷酸二銨用量為 6.5 g/桶），K2O 為150 g/kg（硫酸鉀用量為5 g硫酸鉀/桶），中微量元素為15 g/桶。在栽培過(guò)程中，進(jìn)行正常的病蟲(chóng)害管理，植株采用單蔓整枝，子蔓結(jié)瓜的方式進(jìn)行，在第9、10、11節(jié)位留瓜；“DX3-5”無(wú)側(cè)枝，采用主蔓結(jié)瓜。在果實(shí)生長(zhǎng)的21、28和35 d取樣，每個(gè)品種每次取6個(gè)瓜，用于測(cè)定各種指標(biāo)，測(cè)定時(shí)采用的樣品為鮮樣。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

果實(shí)糖分含量測(cè)定參考徐曉飛的方法進(jìn)行[16]；酸性轉(zhuǎn)化酶活性、中性轉(zhuǎn)化酶活性、蔗糖合成酶活性（分解和合成方向）和蔗糖磷酸合成酶活性測(cè)定參考劉穎的方法進(jìn)行[17]；檸檬酸和蘋(píng)果酸測(cè)定采用NaOH滴定法進(jìn)行；磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、檸檬酸合成酶以及蘋(píng)果酸脫氫酶活性測(cè)定參考湯謐[21]的方法進(jìn)行；果實(shí)淀粉含量及淀粉酶活性和淀粉合成酶活性測(cè)定參考李合生的方法進(jìn)行[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS.19軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性分析；利用Origin 8.0軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)中糖含量變化

由圖1可以看出，隨著果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育，薄皮甜瓜果實(shí)葡萄糖、果糖、蔗糖以及可溶性糖含量變化不同。在果實(shí)發(fā)育的各個(gè)時(shí)期，不同品系的薄皮甜瓜果實(shí)葡萄糖、果糖、蔗糖和可溶性糖含量存在明顯差異（P＜0.05），花后 21～35 d 期間，DX3-5和SH-01果實(shí)中葡萄糖、果糖、蔗糖和可溶性糖含量明顯低于其他品系（除了花后21 d），而在花后28 d和35 d的果實(shí)中，DX3-5果實(shí)葡萄糖含量也顯著低于SH-01（P＜0.05）；在 5個(gè)品系之間，DX-103 成熟（花后28 d）和完熟果實(shí)中（花后35 d）葡萄糖的含量顯著高于其他品系（圖1-A）。薄皮甜瓜果實(shí)中果糖含量變化與葡萄糖含量變化相類似，DX-103成熟和完熟果實(shí)中果糖含量明顯高于其他品系，DX3-5和SH-01果實(shí)果糖含量顯著低于其他品系，而DX3-5果實(shí)果糖含量也明顯低于SH-01（花后35 d）或無(wú)差異（花后 28 d）（圖 1-B；P＜0.05）。對(duì)于果實(shí)蔗糖含量而言，在花后21～35 d期間，DX-108果實(shí)蔗糖含量始終顯著高于其他品系，而DX3-5和SH-01的果實(shí)蔗糖含量則明顯低于其他品系，且在花后35 d，DX3-5 果實(shí)蔗糖含量明顯低于 SH-01（P＜0.05）（圖1-C）。果實(shí)中可溶性糖的含量變化與果實(shí)中葡萄糖和果糖相類似，DX3-5和SH-01果實(shí)中可溶性糖則顯著低于其他品系（P＜0.05），但在花后 35 d，DX3-5果實(shí)中可溶性糖含量顯著低于SH-01（P＜0.05）（圖1-D）。

2.2 果實(shí)中轉(zhuǎn)化酶活性變化

不同品系的薄皮甜瓜果實(shí)中酸性轉(zhuǎn)化酶活性（AI）變化規(guī)律存在差異（圖2A），且花后不同時(shí)期果實(shí)中AI活性也存在品系之間的差異。花后21～35 d期間，SH-01果實(shí)中AI活性隨著果實(shí)發(fā)育呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，在花后35 d時(shí)，顯著低于其他品系（P＜0.05），而DX3-5果實(shí)中AI活性則呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì)，在花后35d時(shí)，顯著高于其他品系（P＜0.05）。在花后21 d和28 d時(shí)，SH-01果實(shí)中AI活性最高，其次是DX3-5，其他品系果實(shí)中AI活性都較低，顯著低于DX3-5和SH-01（P＜0.05）。在花后35d時(shí)，DX3-5果實(shí)中的AI活性最高，而SH-01果實(shí)AI活性最低，且變化幅度較大。由圖2-B可知，在花后21～35 d期間，隨著果實(shí)發(fā)育，DX3-5果實(shí)中性轉(zhuǎn)化酶活性（NI）活性呈現(xiàn)先降低后升高趨勢(shì)，在花后35 d時(shí)，其NI活性最大，顯著高于其他品系（P＜0.05）；SH-01果實(shí)中NI則呈現(xiàn)先升高而后降低現(xiàn)象，且在花后35 d時(shí)，其NI活性最低，明顯低于其他品系（P＜0.05）；而其他品系果實(shí)中NI的活性則隨著果實(shí)發(fā)育逐漸升高，且品系之間也存在差異或差異不顯著（P＜0.05）。

圖1 薄皮甜瓜果實(shí)中糖含量Figure 1 Sugar content in orient melon fruit

圖2 薄皮甜瓜果實(shí)中轉(zhuǎn)化酶活性Figure 2 Invertase activity in orient melon fruit

2.3 果實(shí)中蔗糖合成酶活性（正向和反向）變化

由圖3A可以看出，5個(gè)薄皮甜瓜品系果實(shí)中蔗糖合成酶-分解方向（SS-Cleavage）酶活性隨著果實(shí)的發(fā)育呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。在各個(gè)時(shí)期，不同品系甜瓜果實(shí)中SS-分解方向酶活性存在明顯差異（P＜0.05），且在花后21～35 d期間，果實(shí)中蔗糖合成酶-分解方向酶活性變化幅度較大，其中DX3-5和DX-108果實(shí)中該酶的活性變化幅度大于其他品系；花后21 d，DX-108果實(shí)中蔗糖合成酶-分解方向酶活性顯著大于其他品系，其次是DX3-5；而在花后35d，DX3-5果實(shí)中蔗糖合成酶-分解方向酶活性最高，顯著高于其他品系（P＜0.05）。此外，5個(gè)品系薄皮甜瓜果實(shí)中蔗糖合成酶-合成方向（SS-Synthesis）活性變化趨勢(shì)存在差異（圖3B）。隨著果實(shí)的發(fā)育，DX3-5、DX-108和DX-103果實(shí)中蔗糖合成酶-合成方向活性呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，JYZ-01果實(shí)中蔗糖合成酶-合成方向活性則呈現(xiàn)先升高后降低，而SH-01果實(shí)中該酶合成方向酶活性呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)。在花后21 d時(shí)，JYZ-01中蔗糖合成酶-合成方向活性最高，其次為DX108和DX-103，而SH-01果實(shí)中該酶合成方向酶活性最低，品系間差異顯著（P＜0.05）；花后28時(shí)，JYZ-01果實(shí)中蔗糖合成酶-合成方向酶活性最大，而DX3-5果實(shí)該酶合成方向活性最低；在花后35 d時(shí)，JYZ-01果實(shí)該酶合成方向酶活性最大，其次是SH-01，DX3-5果實(shí)中該酶活性最低，且顯著低于其他品系（P＜0.05）。

圖3 薄皮甜瓜果實(shí)中蔗糖合成酶活性Figure 3 Sucrose synthase Activity in orient melon fruit

2.4 果實(shí)中蔗糖磷酸酶活性變化

圖4表明，在花后21～35 d期間，5個(gè)品系的薄皮甜瓜果實(shí)中蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性變化趨勢(shì)不同。隨著果實(shí)發(fā)育，DX3-5果實(shí)中SPS活性逐漸降低，而SH-01果實(shí)中該酶活性則逐漸增大，其他品系果實(shí)中該酶活性呈現(xiàn)先升高而后降低趨勢(shì)。在發(fā)育的各個(gè)時(shí)期，果實(shí)SPS活性存在顯著差異（P＜0.05），在花后 21 d時(shí)，SH-01果實(shí)SPS活性最低，顯著低于其他品系，而 DX-108、DX-103、JYZ-01果實(shí)中該酶活性最高，在花后28 d時(shí)，這3個(gè)品系中該酶活性明顯升高，顯著高于DX3-5和SH-01（P＜0.05）。在花后35 d時(shí)DX-108果實(shí)中該酶活性最大，而DX3-5果實(shí)該酶活性最低，顯著低于其他品系（P＜0.05）。

2.5 酸含量及酸代謝相關(guān)酶活性變化

圖5A，圖5B表明，不同品系薄皮甜瓜果實(shí)中可滴定酸含量變化不同。在果實(shí)發(fā)育的21～35 d期間，DX3-5、DX-108、DX-103、JYZ-01 果實(shí)蘋(píng)果酸和檸檬酸含量都明顯低于SH-01，尤其是在花后35 d的果實(shí)中，SH-01果實(shí)中蘋(píng)果酸和檸檬酸含量極顯著高于其他品系（P＜0.05）。此外，其他4個(gè)品系之間相比較，果實(shí)蘋(píng)果酸和檸檬酸含量也存在明顯差異（P＜0.05），其中DX3-5果實(shí)中蘋(píng)果酸和檸檬酸含量最低，但都呈現(xiàn)出升高-降低變化，且DX3-5果實(shí)中酸的含量變化平緩。

圖5 薄皮甜瓜果實(shí)中可滴定酸含量Figure 5 Titratable acid content in orient melon fruit

果實(shí)有機(jī)酸代謝途徑中關(guān)鍵的酶包括磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）、檸檬酸合成酶（CS）和蘋(píng)果酸脫氫酶（MDH）。從圖6A可以得知，薄皮甜瓜果實(shí)中PEPC活性呈現(xiàn)出先升高后降低趨勢(shì)，且SH-01果實(shí)中PEPC活性顯著高于其他品系（P＜0.05）；其他品系之間相比，果實(shí)中PEPC活性之間差異顯著（P＜0.05）。薄皮甜瓜果實(shí)中檸檬酸合成酶活性（CS）變化與PEPC活性變化相類似（圖6B），SH-01果實(shí)中CS活性明顯高于其他品系（P＜0.05），但是DX-103和JYZ-01果實(shí)中該酶的活性變化程度較小。另外，由圖6C可知，在花后21 d和28 d期間，DX3-5和SH-01果實(shí)蘋(píng)果酸脫氫酶（MDH）活性顯著高于其他品系，且SH-01果實(shí)MDH活性最高，在花后35 d時(shí)，SH-01果實(shí)中MDH顯著高于其他品系（P＜0.05），而其他品系果實(shí)中該酶活性降低明顯。

2.6 果實(shí)淀粉含量及淀粉酶活性變化

圖7可以得知，隨著果實(shí)的發(fā)育，不同品系的薄皮甜瓜果實(shí)中淀粉含量變化不同，DX3-5和DX-108的果實(shí)中淀粉含量逐漸降低，且變化緩慢；DX-103和JYZ-01的果實(shí)中淀粉含量呈現(xiàn)升高-降低的趨勢(shì)，而SH-01果實(shí)中淀粉含量則呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)。果實(shí)發(fā)育的各時(shí)期，不同品系果實(shí)淀粉含量差異明顯（P＜0.05）,在花后 21 d和 28 d時(shí)，JYZ-01和X-103果實(shí)淀粉含量明顯高于DX3-5、DX-108以及SH-01，而在花后35 d時(shí)，SH-01果實(shí)中淀粉含量顯著高于其他品系（P＜0.05）。

圖6 薄皮甜瓜果實(shí)中酸代謝酶活性Figure 6 Activity of acid metabolizing enzymes in orient melon fruit

薄皮甜瓜果實(shí)中淀粉酶活性以及淀粉合成酶活性變化存在差異。隨著果實(shí)發(fā)育，DX3-5、DX-103、JYZ-01果實(shí)中淀粉酶活性呈現(xiàn)降低-升高趨勢(shì)，而DX-108和SH-01果實(shí)中該酶活性呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。在花后21 d，SH-01果實(shí)中淀粉酶活性顯著高于其他品系（P＜0.05），其次為DX3-5和DX-108，而DX-103果實(shí)中淀粉酶活性最低。在花后28 d時(shí)，DX-108果實(shí)中淀粉酶活性最高，其次為SH-01，而DX3-5果實(shí)淀粉酶活性最低，明顯低于其他品系（P＜0.05）。在花后 35 d時(shí)，SH-01、JYZ-01的果實(shí)淀粉酶活性最高，而DX-108果實(shí)中該酶活性最低（P＜0.05）。圖 8B 表明，DX3-5、DX-108果實(shí)中淀粉合成酶活性逐漸降低，而SH-01果實(shí)中該酶活性則逐漸升高，其他品系中該酶活性呈現(xiàn)升高-降低變化。在花后21 d時(shí)，DX-108果實(shí)中淀粉合成酶活性最高，而在花后28 d和35 d時(shí)，SH-01果實(shí)中該酶活性則最大，顯著高于其他品系（P＜0.05），DX3-5果實(shí)中該酶活性則明顯低于其他品系（P＜0.05）。

3 討論

已有研究表明，甜瓜果實(shí)中糖酸含量以及糖酸比是影響甜瓜果實(shí)口感和風(fēng)味的重要構(gòu)成因素[11，21]，并育成了具有特殊風(fēng)味的“風(fēng)味”系列厚皮甜瓜品種[21-22]。果實(shí)甜味或酸味程度及給予消費(fèi)者愉悅口感的形成取決于總糖含量以及可溶性糖組分或總酸含量以及有機(jī)酸的種類及比例[5，21，23-24]。本研究中發(fā)現(xiàn)不同品系薄皮甜瓜果實(shí)中糖、酸含量的差異影響了其果實(shí)口感。黃松等[25]和高美玲等[8]在薄皮甜瓜的研究中也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，但是關(guān)于成熟果實(shí)中檸檬酸和蘋(píng)果酸的含量結(jié)果不一致，而本研究所得結(jié)果與高美玲等[5]在薄皮甜瓜上的研究結(jié)果相一致，可能與薄皮甜瓜品種、種植地域等因素有關(guān)。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，5個(gè)薄皮甜瓜品系中，僅SH-01果實(shí)中糖含量與淀粉、酸含量之間顯示出明顯的正相關(guān)。因此可知，這5種薄皮甜瓜成熟果實(shí)的口感與果實(shí)中糖、酸含量相關(guān)，尤其是DX3-5低甜度、低酸口感以及SH-01髙酸、低糖的口感主要由其糖、酸含量主導(dǎo)。由此認(rèn)為，DX3-5屬于低酸低糖類型果實(shí)，SH-01屬于低糖、高檸檬酸和蘋(píng)果酸積累類型果實(shí)，其與“風(fēng)味”系列厚皮甜瓜中以積累檸檬酸的結(jié)果不同[9，11-12]，而其他3個(gè)品系屬于高糖積累類型。因此，DX3-5可以作為低糖、低酸薄皮甜瓜品種育種的良好材料（適宜于糖尿病患者食用薄皮甜瓜），SH-01是低糖、高酸性狀的良好供體，其育種的作用強(qiáng)于野生的、高酸馬泡瓜類型種質(zhì)資源[8]，而其他他3個(gè)品系可以作為高糖性狀的育種材料。葉紅霞等[5]研究表明，厚皮甜瓜和薄皮甜瓜中高糖積累類型是以積累蔗糖為主，低糖積累類型以積累葡萄糖和果糖為主，而本研究中高糖積累類型品種成熟果實(shí)中葡萄糖、果糖含量高于蔗糖積累量，這個(gè)結(jié)果與劉穎[17]的研究結(jié)果一致。

圖7 薄皮甜瓜果實(shí)中淀粉含量Figure 7 Starch content in orient melon fruit

圖8 薄皮甜瓜果實(shí)中淀粉代謝酶活性Figure 8 Activity of starch metabolizing enzymes in orient melon fruit

果實(shí)中糖、酸、淀粉的積累與其代謝途徑的關(guān)鍵酶相關(guān)，且3個(gè)代謝途徑之間存在關(guān)聯(lián)[26-27]。許多研究已表明，甜瓜成熟果實(shí)中以蔗糖為主，但是蔗糖含量的積累與SPS、AI相關(guān)，還是與SPS+SS（合成方向）與轉(zhuǎn)化酶（酸型和中性）+SS（分解方向）之間的平衡相關(guān)，一致存在爭(zhēng)論[5，17-19，28]。在本研究中發(fā)現(xiàn)，5個(gè)品系的薄皮甜瓜果實(shí)中蔗糖含量與SPS活性正相關(guān)，與AI呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，而果實(shí)中葡萄糖和果糖含量與蔗糖代謝酶之間的相關(guān)也存在類似現(xiàn)象；但是DX3-5果實(shí)中低糖含量可能與其果實(shí)中低的SPS和SS合成方向活性和高的AI、NI活性有關(guān)；SH-01果實(shí)糖含量的增加與逐漸升高的SPS和SS-合成方向酶活性以及花后35 d果實(shí)中較低的AI、NI以及SS-分解方向酶活性有關(guān)（表1）。因此可知，薄皮甜瓜果實(shí)中糖分的積累差異與其基因型有關(guān)，且顯示出不同酶調(diào)特性，與葉紅霞等所得結(jié)果相似[5]；但轉(zhuǎn)正義SPS基因的甜瓜植株葉片蔗糖含量增加，而反義SPS基因的甜瓜植株葉片中蔗糖含量降低[26]，說(shuō)明SPS在蔗糖合成代謝中發(fā)揮著重要作用，然而還需進(jìn)一步從分子生物學(xué)方面進(jìn)行明確其在果實(shí)糖積累中的分子調(diào)控機(jī)理。

甜瓜果實(shí)中有機(jī)酸主要為檸檬酸和蘋(píng)果酸，尤其是以檸檬酸為主，其含量與順烏頭酸酶和蘋(píng)果酸酶[12]以及檸檬酸合成酶、丙酮酸羧化酶、異檸檬酸合酶、蘋(píng)果酸脫氫酶相關(guān)[10]，但這些研究主要集中于厚皮“風(fēng)味”系列甜瓜。本研究發(fā)現(xiàn)，SH-01 髙果實(shí) 酸含量與檸檬酸合成酶活性顯著正相關(guān)，而DX3-5果實(shí)低酸含量與磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、檸檬酸合成酶、蘋(píng)果酸脫氫酶活性顯著正相關(guān)；DX-103和DX108果實(shí)酸含量與磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和蘋(píng)果酸脫氫酶活性正相關(guān)，而JYZ-01果實(shí)酸含量則與檸檬酸合成酶活性顯著正相關(guān)（表2）。

表1 果實(shí)糖分與代謝酶之間的相關(guān)性Table 1 Correlation between fruit sugar and metabolic enzymes

SPS活性是植物中光合產(chǎn)物分配去向的重要決定因素，影響著碳源在淀粉與蔗糖之間的分配[26]。研究發(fā)現(xiàn)遮光降低了甜瓜植株葉片中蔗糖含量，促進(jìn)了淀粉的積累，與降低的SPS、NI、AI活性有關(guān)，且耐弱光性品種不同，葉片蔗糖、淀粉含量以及這3種酶活性也存在差異[29]。此外，在玉米籽粒中，一個(gè)玉米蔗糖合成酶（SS）基因-Sh1，促進(jìn)其SS酶活性升高，調(diào)控了玉米籽粒中蔗糖代謝，促進(jìn)了籽粒中淀粉和蛋白的合成積累，且在蔗糖代謝的另一途徑中，玉米的細(xì)胞酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）基因-CWI2通過(guò)催化蔗糖的分解，為籽粒中淀粉的合成提供了前體物質(zhì)[30]。在本試驗(yàn)中，DX-108、DX-103、JYZ-01果實(shí)中蔗糖、SPS活性和淀粉積累之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，但AI活性變化與淀粉積累呈現(xiàn)正相關(guān)，而SH-01和DX3-5果實(shí)AI活性變化卻與淀粉之間存在顯著正相關(guān)；此外，還發(fā)現(xiàn)薄皮甜瓜果實(shí)中淀粉的積累主要與淀粉合成酶正相關(guān)，而DX-103、JYZ-01和SH-01果實(shí)淀粉含量與淀粉酶呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)（表3）。因此，可以得知薄皮甜瓜果實(shí)中糖代謝、淀粉合成以及酸的積累之間形成了一個(gè)復(fù)雜的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，且代謝途徑中關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶為多基因家族，其各成員的調(diào)控作用存在差異[10，27，30]，也有可能在果實(shí)糖-酸-淀粉相互轉(zhuǎn)化及積累的同時(shí)，還存在著蔗糖從葉片向著果實(shí)中運(yùn)輸?shù)牧硗庖粭l途徑；在玉米中存在蔗糖從另外一條途徑被運(yùn)輸?shù)阶蚜Ｖ?，且AI和SS基因參與了調(diào)節(jié)籽粒淀粉的積累，同時(shí)蔗糖也未呈現(xiàn)大幅度降低現(xiàn)象[30]。在甜瓜中，超表達(dá)液泡糖轉(zhuǎn)運(yùn)子CmTST2能促進(jìn)果實(shí)中蔗糖、葡萄糖和果糖積累[31]；蘋(píng)果己糖轉(zhuǎn)運(yùn)子在番茄中的超表達(dá)，提高了成熟葉片中蔗糖和幼果中的含量[32]；因此，在薄皮甜瓜中是否也存在多種類型的蔗糖、棉子糖、水蘇糖的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，且由于家族成員的功能作用不同而導(dǎo)致果實(shí)中糖含量而存在差異，目前還不清楚。此外，在番茄[33]、甘蔗[34]、煙草[35]中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化酶抑制子能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化酶的活性，影響了果實(shí)中糖的積累。甜瓜果實(shí)中糖-淀粉-酸之間的相互轉(zhuǎn)化的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜[5，10，26]，是否存在轉(zhuǎn)化酶抑制子參與調(diào)控，還需通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

表2 果實(shí)酸與代謝酶之間的相關(guān)性Table 2 Correlation between fruit acid and metabolic enzymes

表3 果實(shí)淀粉與蔗糖、淀粉代謝酶之間的相關(guān)性Table 3 Correlation between fruit starch and metabolic enzymes and sucrose

4 結(jié)論

隨著果實(shí)發(fā)育，5個(gè)品系薄皮甜瓜果實(shí)中蔗糖、葡萄糖、果糖、淀粉、檸檬酸和蘋(píng)果酸含量變化存在差異，且在成熟果實(shí)和完熟果實(shí)中可溶性糖主要為葡萄糖，其次為蔗糖，第三為果糖，且存在明顯的基因型差異，由此依據(jù)總糖分和總酸含量，5個(gè)品系薄皮甜瓜歸類為高糖類型（包括DX-108、DX-103、JYZ-01）、高酸低糖類型（SH-01）和低糖低酸類型（DX3-5）；薄皮甜瓜果實(shí)中糖、酸、淀粉的積累差異與其基因型有關(guān)，顯示出不同的酶調(diào)特性，且DX3-5果實(shí)低糖含量與低SPS和SS合成方向活性和高的AI、NI活性有關(guān)，低酸含量與磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和蘋(píng)果酸脫氫酶活性正相關(guān)，而SH-01果實(shí)糖積累與果實(shí)SPS和SS-合成方向酶活性以及花后35 d果實(shí)中較低的AI、SS-分解方向酶活性相關(guān)，酸的積累與果實(shí)檸檬酸合成酶活性顯著正相關(guān)；此外，還發(fā)現(xiàn)薄皮甜瓜果實(shí)中SPS、AI與淀粉積累相關(guān)，同時(shí)淀粉酶和淀粉合成酶活性影響了淀粉的積累，但是品系不同，參與的糖-淀粉代謝的酶發(fā)揮作用有異。由此可知，薄皮甜瓜果實(shí)中糖-淀粉-酸的轉(zhuǎn)化積累存在一個(gè)復(fù)雜的酶調(diào)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致品系間果實(shí)糖、酸、淀粉積累差異的調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)因子以及發(fā)揮主要作用的代謝酶基因家族成員功能還需進(jìn)一步研究。