早熟靈武長棗果實(shí)糖代謝酶與早熟的相關(guān)性

李百云， 李 慧

(寧夏農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所，寧夏銀川 750002)

靈武長棗是寧夏地區(qū)3個主栽紅棗品種之一[1]，是中國國家地理標(biāo)志產(chǎn)品。2003年以來，靈武長棗的相關(guān)研究主要包括樹形、水肥管理[2-6]、選育技術(shù)與種質(zhì)資源引進(jìn)[7]、果實(shí)采后保鮮[8-11]和果實(shí)中糖的轉(zhuǎn)化運(yùn)轉(zhuǎn)[12-13]等方面。靈武長棗的群體資源(普通型、大果型、針刺退化型、早熟型)豐富，為了從中找到特早熟型優(yōu)系，筆者所在團(tuán)隊(duì)曾在靈武長棗成熟期前2周進(jìn)行跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了提前 15～20 d成熟的靈武長棗單株。隨后利用嫁接技術(shù)，在不同地方嫁接早熟靈武長棗枝條，通過多年和多代觀察比較發(fā)現(xiàn)，靈武長棗果實(shí)均表現(xiàn)出早熟特性。本研究利用棗樹物候期的觀測資料[14]，跟蹤果實(shí)著色[15]、果實(shí)不同發(fā)育時期糖酸含量及相關(guān)酶活性[16-17]，試圖闡明靈武長棗的早熟優(yōu)系形成機(jī)制，并促進(jìn)靈武長棗的新品種審定工作，對寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品提升、農(nóng)村增效和農(nóng)戶增收、低碳綠色高質(zhì)量生產(chǎn)都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為靈武長棗(CK)、早熟靈武長棗(TZ)。試驗(yàn)地位于靈武園藝場，于2007年定植靈武長棗自根苗，株行距2 m×4 m，株干高180～200 cm，樹形采用自由紡錘形。早熟靈武長棗2018年嫁接于靈武長棗，每株樹設(shè)6個主枝條進(jìn)行高接，管理水平與生產(chǎn)園一致。試驗(yàn)于2021年5月3日開始觀察物候期，每隔5～7 d調(diào)查1次，直至棗樹落葉；8月6日開始采集棗果實(shí)，間隔7 d采集1次直至棗果全紅。

1.2 測定指標(biāo)及方法

1.2.1 靈武長棗和早熟果實(shí)的發(fā)育進(jìn)程 從2021年7月12日開始，各選用5株長勢一致的靈武長棗、早熟型優(yōu)系，并用2齡以上的棗股棗吊中部果實(shí)進(jìn)行標(biāo)記，在棗樹上每隔7 d用游標(biāo)卡尺測定1次棗果縱橫徑。

1.2.2 靈武長棗和早熟果實(shí)品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)的測定 從2021年8月6日開始，每隔7 d進(jìn)行棗果采樣。在東、南、西、北方位采集2齡以上棗股棗吊的正常果實(shí)，將棗果裝入采樣箱中，帶回實(shí)驗(yàn)室待測。測定果實(shí)中維生素C、可溶性糖(TSS)、可滴定酸(TA)含量[18-19]。

1.2.2.1 果實(shí)橫縱徑、果形指數(shù)和果實(shí)著色情況的測定。取30個果粒，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測定果粒橫縱徑，計算果形指數(shù)：果形指數(shù)=果?？v徑/橫徑；果實(shí)著色情況采用CR-10色度計測定。

1.2.2.2 TSS、TA和可溶性糖含量分別用手持糖量計、蒽酮法和酸堿滴定法測定。

1.2.2.3 果糖、葡萄糖和蔗糖含量參照關(guān)軍鋒的方法[20]測定。

1.2.2.4 用紫外分光光度法測定總酚含量[21]，原花青素[22]、總類黃酮含量采用Peinado等的方法[23]測定。

1.2.3 棗果蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、酸性轉(zhuǎn)化酶(AI)和中性轉(zhuǎn)化酶(NI)活性的測定 SS、SPS、AI、NI活性采用北京盒子生工科技有限公司的活性檢測試劑盒測定。合成酶(SS、SPS)活性單位(U/g)定義：1 g組織1 min內(nèi)催化產(chǎn)生1 μg蔗糖定義為1個酶活性單位。轉(zhuǎn)化酶(AI、NI)活性單位(U/g)定義：37 ℃條件下，1 g組織在 1 min 內(nèi)催化產(chǎn)生1 μg還原糖定義為1個酶活力單位。

2 結(jié)果與分析

2.1 靈武長棗和早熟優(yōu)系的生物學(xué)特性

由表1可以看出，早熟靈武長棗和靈武長棗的萌芽期、展葉期分別在5月3日、5月12日，沒有差異，但是早熟靈武長棗的現(xiàn)蕾期、盛花期比靈武長棗提早1～2 d；早熟靈武長棗和靈武長棗的物候期逐漸拉開差距是從坐果期開始的，前者的坐果期提早了7 d左右，著色期提早了15 d左右，二者的半紅期、全紅期相差20 d左右，并且差距延續(xù)到落葉期。早熟靈武長棗在8月底至9月上旬完成果實(shí)著色發(fā)育，而靈武長棗在9月中旬至10月上旬完成果實(shí)著色發(fā)育，時間推后且跨度較長，可能是早熟靈武長棗提早成熟的原因之一。

表1 靈武長棗和早熟優(yōu)系的物候期

2.2 靈武長棗及早熟優(yōu)系果實(shí)的著色進(jìn)程

由圖1-a可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗的L值(亮度)在8月26日前均有小幅上升，分別比8月9日的L值提高了12.5%、6.8%；之后，靈武長棗的L值一直維持小幅上升趨勢，9月12日的L值比開始測定時提高了16.2%，表明靈武長棗的亮度略有增加。

由圖1-b可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗的b值(藍(lán)變黃)在8月21日前小幅上升，之后靈武長棗的b值出現(xiàn)波動式小范圍上升，至9月12日到達(dá)39.5，早熟靈武長棗成熟時呈紅色，成熟過程中有由黃變藍(lán)過程。

由圖1-c可以看出，靈武長棗與早熟靈武長棗在全部采樣期的a值(由綠變紅)均不斷提高，靈武長棗的a值在整個調(diào)查期(8月9日至9月12日)小幅上升，由-8.63升高至0.01，果實(shí)處于綠果期；早熟靈武長棗的a值在8月21日增速加快，在8月26日果實(shí)開始出現(xiàn)紅色，在9月12日變成全紅。

2.3 靈武長棗及早熟優(yōu)系果實(shí)的形態(tài)發(fā)育

由圖2可以看出，靈武長棗和早熟優(yōu)系的果實(shí)縱徑在7月23日前增長得較快，之后略緩慢增長，但總體變化趨勢一致；靈武長棗和早熟優(yōu)系橫徑的總體變化趨勢一致，但增速不同。6月29日測得的靈武長棗、早熟優(yōu)系的橫徑一致，但是隨著時間的推移，早熟靈武長棗橫徑的增速明顯加快，特別是在7月底到8月底的1個月間拉開的差距最大，果實(shí)發(fā)育進(jìn)程明顯快于普通靈武長棗。靈武長棗、早熟優(yōu)系果型指數(shù)的變化趨勢一致，初期(6月29日到7月4日)增加，隨后至8月26日迅速下降，后期趨于平緩。但在整個果實(shí)指數(shù)變化過程中，早熟靈武長棗始終低于靈武長棗，二者的果實(shí)縱徑一致，早熟靈武長棗的橫徑整體上大于靈武長棗。

2.4 果實(shí)糖、酸含量的動態(tài)變化

由圖3-a可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實(shí)的蔗糖含量在白熟期之前相近。白熟期之后，早熟芽變果實(shí)的蔗糖含量會呈直線型增長，而靈武長棗的果實(shí)蔗糖含量先出現(xiàn)緩慢增長，隨后經(jīng)歷短暫快速增長，在9月12日后進(jìn)入一段平穩(wěn)期，到全熟前會再次增長。

由圖3-b可以看出，靈武長棗的葡萄糖含量在整個時期呈多變趨勢，在整個8月呈較平穩(wěn)的增長趨勢，9月初期暴增，9月中旬含量降低，成熟前會繼續(xù)增長，而早熟靈武長棗果實(shí)的葡萄糖含量在各個時期均呈增長趨勢，且含量均高于常規(guī)靈武長棗。

由圖3-c可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實(shí)的果糖含量也會進(jìn)入增長期，但早熟靈武長棗果實(shí)的果糖含量呈持續(xù)增長趨勢，而靈武長棗的果糖積累量多變，在白熟期先增后平穩(wěn)，直到全熟前呈激增的趨勢。

由圖3-d可以看出，從白熟期至全熟期，早熟靈武長棗果實(shí)的總糖含量均高于靈武長棗。

由圖4-a可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實(shí)的TSS含量隨果實(shí)的成熟呈上升趨勢，其中靈武長棗的TSS含量全程均在上升，但在10月1日后變化平緩，早熟靈武長棗果實(shí)的TSS含量在8月21日趨于平緩，從8月下旬直到成熟均表現(xiàn)為較快的上升趨勢。綜合比較可知，早熟靈武長棗果實(shí)的可溶性固形物含量高于靈武長棗，果實(shí)甜度更高，口感更優(yōu)越。

由圖4-b可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實(shí)的TA含量隨著果實(shí)的生長同樣呈上升的趨勢。其中靈武長棗果實(shí)的TA含量在8月初至9月上旬緩慢上升，后期上升較快，成熟期達(dá)到0.32%；早熟靈武長棗果實(shí)的TA含量在果實(shí)發(fā)育時期的8月初至成熟的9月中旬緩慢上升，由0.185%上升至0.219%。早熟靈武長棗全熟后果實(shí)中的TA含量比靈武長棗果實(shí)低，但糖酸比更高。

2.5 果實(shí)中維生素C和酚類物質(zhì)含量的動態(tài)變化

由圖5-a可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實(shí)的維生素C含量均呈下降趨勢，其中靈武長棗的維生素C含量在8月6日到8月13日無明顯變化，之后至9月2日持續(xù)降低，在9月2日至9月6日略有增加后緩慢下降，至全熟時維生素C含量最低。早熟靈武長棗果實(shí)發(fā)育時期縮短，在相同采樣時間內(nèi)均低于靈武長棗，但在完熟期，早熟靈武長棗果實(shí)的維生素C含量卻高于靈武長棗。

由圖5-b、圖5-c、圖5-d可以看出，靈武長棗和早熟靈武長棗果實(shí)的總酚、類黃酮、原花青素含量均呈下降趨勢，且變化趨勢總體一致。靈武長棗果實(shí)類黃酮在8月6日到8月13日下降較快，之后至9月2日呈緩慢下降趨勢，9月2日至9月6日略有增加后快速下降至成熟期最低，原花青素含量在8月6日至8月21日呈緩慢下降趨勢，之后至9月12日變化較平穩(wěn)，9月12日后出現(xiàn)快速下降。早熟靈武長棗果實(shí)的類黃酮、原花青素含量在8月初至8月中旬緩慢下降，至成熟期(9月中旬)下降得較快，成熟期早熟靈武長棗果實(shí)中總酚、類黃酮、原花青素含量略高于靈武長棗。

2.6 果實(shí)中糖代謝酶活性的動態(tài)變化

由圖6-a可以看出，靈武長棗的SS活性有2個峰值，表現(xiàn)為經(jīng)過2個高峰后呈下降趨勢，第1峰值出現(xiàn)在8月21日，達(dá)55.7 U/g，第2個峰值出現(xiàn)在9月6日，達(dá)110.0 U/g；早熟靈武長棗的SS活性變化與靈武長棗一致，均出現(xiàn)2次峰值，分別在8月13日、8月26日，分別達(dá)89.8、127.3 U/g，早熟靈武長棗SS的活性峰值較靈武長棗提早8～10 d，且第1、第2峰值對應(yīng)的SS活性分別比靈武長棗高61.2%、15.7%。

由圖6-b可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實(shí)蔗糖磷酸合成酶活性先升高到達(dá)1個峰值，然后下降。靈武長棗果實(shí)生長至8月26日時的SPS活性最高，為129.0 U/g；早熟靈武長棗在8月13日的SPS活性達(dá)到峰值，為192.1 U/g，到達(dá)峰值所需時間早于靈武長棗13 d，且SPS活性比靈武長棗高48.9%。由此可以看出，早熟靈武長棗提早成熟，與SS、SPS活性的提前有密切關(guān)系。

由圖6-c、圖6-d可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實(shí)的酸性轉(zhuǎn)化酶、中性轉(zhuǎn)化酶活性從8月初至果實(shí)成熟時均呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，并且變化趨勢基本一致。

2.7 果實(shí)中糖含量與代謝酶活性的相關(guān)性分析

由表2可以看出，在整個發(fā)育時期，早熟靈武長棗幼果期果實(shí)中的果糖含量SS、SPS活性呈極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.946、0.955)，與AI活性呈顯著負(fù)相關(guān)(-0.863)；在果實(shí)白熟期，蔗糖、葡萄糖和總糖含量與SS、SPS活性呈極顯著正相關(guān)，與NI活性呈極顯著或顯著正相關(guān)；在轉(zhuǎn)色期，果實(shí)總糖含量與SS、SPS活性呈極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.978、0.997)，與AI活性呈極顯著負(fù)相關(guān)(-0.993)；在全紅期，果實(shí)葡萄糖含量與SS、SPS活性呈極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.993、0.978)，與AI活性呈極顯著負(fù)相關(guān)(-0.991)。

表2 早熟靈武長棗果實(shí)不同發(fā)育時期糖含量與糖代謝酶活性的相關(guān)性分析

由表3可以看出，在整個發(fā)育時期，白熟期靈武長棗果實(shí)蔗糖、果糖和葡萄糖含量與SS、SPS活性呈極顯著正相關(guān)，與NI活性呈極顯著負(fù)相關(guān)；在轉(zhuǎn)色期，靈武長棗果實(shí)果糖、葡萄糖和總糖含量與SS、SPS活性呈極顯著正相關(guān)。

表3 靈武長棗果實(shí)不同發(fā)育時期糖含量與糖代謝酶活性的相關(guān)性分析

3 討論

水果成熟是一個復(fù)雜且協(xié)調(diào)的不可逆過程，在這個過程中受到植物激素的調(diào)節(jié)，同時伴隨著一系列生理生化的改變，涉及果實(shí)品質(zhì)性狀的改變，也包括果實(shí)顏色的轉(zhuǎn)變、香氣的釋放、果實(shí)體積的明顯增大等外觀品質(zhì)變化，也有果實(shí)內(nèi)部物質(zhì)的變化如果肉硬度、糖類物質(zhì)、有機(jī)酸組分、酚類物質(zhì)含量的變化等[24-25]。

果實(shí)的發(fā)育機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，在果樹生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，果實(shí)成熟期的芽變材料是研究果實(shí)成熟機(jī)制的最佳材料。早熟靈武長棗是靈武長棗的早熟芽變，除成熟期外，其他特性與靈武長棗基本一致。早熟靈武長棗整個果實(shí)發(fā)育進(jìn)程明顯縮短，棗樹果實(shí)的生長曲線屬于雙“S”形曲線，根據(jù)生長狀態(tài)，可將其分為3個階段(第I階段為快速生長期，第Ⅱ階段為緩慢生長期，第Ⅲ階段為快速生長期)，生長呈快—慢—快的動態(tài)曲線[26]。靈武長棗及其早熟芽變果實(shí)的生長曲線屬于這個變化規(guī)律，但早熟芽變橫徑的增長一直快于靈武長棗，靈武長棗早熟芽變果型指數(shù)明顯低于靈武長棗?？扇苄蕴呛陀袡C(jī)酸是影響水果味道的重要組成部分，它們與香氣一同對水果的整體感官品質(zhì)有很大影響[27]。但是糖的種類和比例也是影響果實(shí)品質(zhì)的重要因素，因此筆者所在課題組對早熟靈武長棗的果糖、葡萄糖和蔗糖含量持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測，從白熟期至全熟期每個時期糖含量均高于常規(guī)靈武長棗的含量，表明在相同時期內(nèi)早熟靈武長棗明顯積累快于普通靈武長棗，但最終早熟靈武長和普通靈武長棗均達(dá)到全紅時相差不大。早熟芽變果實(shí)的TA含量在全熟前均高于常規(guī)靈武長棗的含量，但全熟后早熟TA含量低于普通靈武長棗。在監(jiān)測過程中，早熟靈武長棗的維生素C、類黃酮、原花青素、總酚含量整體低于普通靈武長棗，但果實(shí)成熟時的含量基本一致。

早熟靈武長棗、靈武長棗果實(shí)的蔗糖合成酶活性均顯現(xiàn)雙峰型變化規(guī)律，蔗糖磷酸合成酶活性呈現(xiàn)單峰變化規(guī)律，這與章英才等研究得出的靈武長棗果實(shí)糖積累規(guī)律相近[28]。但是，早熟靈武長棗果實(shí)蔗糖合成酶峰值提早了8～10 d，蔗糖磷酸合成酶峰值提早了13 d，且兩者的高峰明顯高于普通靈武長棗。崔紀(jì)芳研究西瓜果實(shí)發(fā)育期間糖分積累及糖代謝相關(guān)酶活性發(fā)現(xiàn)，中晚熟品種果糖、葡萄糖含量出現(xiàn)的高峰比早熟品種晚4～8 d，SS、SPS活性升高與果實(shí)成熟階段蔗糖含量的增加一致[29]。許傳強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)，嫁接網(wǎng)紋甜瓜中果肉內(nèi)蔗糖積累時間較自根提前了7 d左右，主要由于提高了蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性[30]。上述研究結(jié)果與本研究結(jié)果有類似之處。在早熟靈武長棗幼果期，其果實(shí)果糖含量與蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.946、0.955)，與酸性轉(zhuǎn)化酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)(-0.863)，而在靈武長棗白熟期，其果實(shí)果糖積累量與蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，相對早熟靈武長棗延后。

4 結(jié)論

果糖、蔗糖是靈武長棗所含主要糖類。在棗果實(shí)發(fā)育過程中，果實(shí)內(nèi)蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶提早調(diào)控且活性顯著提高，從而加速果實(shí)糖積累，促進(jìn)早熟靈武長棗提早成熟。