不同需冷量棗品種休眠期間糖組分含量及相關(guān)酶活性變化規(guī)律

王超 張川疆 王振磊 吳翠云 林敏娟 于軍

關(guān)鍵詞：棗；需冷量；休眠；碳水化合物；代謝酶活性

棗樹（Zizyphus jujuba Mill.）是鼠李科棗屬植物，為我國特色果樹品種之一，具有較高的營養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。休眠期是果樹重要的物候期，體內(nèi)儲(chǔ)藏的碳水化合物是抵御冬季逆境脅迫、維持最基本生理代謝的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。其中休眠期間碳水化合物的積累和糖代謝酶活性的變化對(duì)進(jìn)入休眠及解除休眠后的果樹營養(yǎng)狀況起著至關(guān)重要的作用。近年來，關(guān)于植物休眠期間碳水化合物和相關(guān)代謝酶活性變化的研究已成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，主要研究方向在于休眠結(jié)束后碳水化合物間的運(yùn)輸與轉(zhuǎn)換、休眠前后碳代謝的轉(zhuǎn)化與利用、休眠期碳水化合物代謝及相關(guān)基因表達(dá)、休眠期碳水化合物的變化與坐果之間的關(guān)系等方面。但目前關(guān)于棗樹休眠期間碳水化合物代謝相關(guān)研究鮮有報(bào)道，對(duì)其生理機(jī)制的研究還不夠深入。

果樹休眠過程中糖類是保障其正常生命活動(dòng)的重要能源物質(zhì)，其含量變化會(huì)影響植物的生長、發(fā)育和代謝。有研究表明，蔗糖在果樹生長代謝過程中起著較為重要的作用。為進(jìn)一步探究碳水化合物代謝與棗樹休眠之間的關(guān)系，本試驗(yàn)選取3個(gè)不同需冷量棗樹品種當(dāng)年生棗頭枝條為材料，研究分析其休眠過程中不同糖分的積累特性及糖代謝相關(guān)酶活性的變化規(guī)律，以期找出與棗樹休眠關(guān)系較為密切的生理生化指標(biāo)，為棗樹休眠生理機(jī)制研究提供理論參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)取材于塔里木大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站棗種質(zhì)資源圃。供試棗品種共3個(gè)，分別為高需冷量品種‘胎里紅（816h）、中需冷量品種‘伏脆蜜（528h）和低需冷量品種‘京棗39（360h）。選取其休眠期間長勢(shì)相同的當(dāng)年生棗頭中部枝條為試材，自然條件下試材從2020年10月15日開始采樣，每隔14d采樣1次，每次采集10根同一部位、粗細(xì)一致的當(dāng)年生枝條，共計(jì)采樣7次：人工低溫處理試材與自然條件下試材同一時(shí)間開始采樣，每個(gè)棗品種一次性選取150根當(dāng)年生棗頭枝條。

1.2樣品處理

枝條采集后立即帶回實(shí)驗(yàn)室分組進(jìn)行樣品處理。自然條件組樣品用蒸餾水刷洗3次后剪成圓片，于液氮條件下將枝條均勻打成粉末，放入-80℃超低溫冰箱中保存?zhèn)溆茫喝斯さ蜏靥幚斫M樣品刷洗后用蠟將枝條傷口處封住，一組10根用報(bào)紙包住放入4℃冰箱中保存。以每個(gè)棗品種自然需冷量為中心前后設(shè)置15個(gè)低溫時(shí)數(shù)梯度，京棗39、伏脆蜜、胎里紅分別在低溫處理時(shí)數(shù)達(dá)96、240、528h時(shí)取出，各時(shí)間點(diǎn)之后每隔24h取出一組，在液氮條件下將枝條均勻打成粉末，用于糖含量及糖代謝相關(guān)酶活性的測(cè)定。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量，采用高效液相色譜法（HPLC）測(cè)定鼠李糖、果糖、葡萄糖含量，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

酶液提取：稱取枝條粉末1.0g，放人15mL離心管內(nèi)，加入磷酸緩沖液（50mmol．L-1，pH值7.4）10mL，冰上研磨20min，4℃下、5000r/min離心20min，收集上清液4℃下保存，用于酶活性測(cè)定。

蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）、酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）、中性轉(zhuǎn)化酶（NI）、淀粉酶（AMS）活性測(cè)定均使用試劑盒（酶聯(lián)生物，mLbio）分光光度法測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel進(jìn)行整理．Ori-gin 2022軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析與作圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同需冷量棗品種休眠期間枝條糖組分含量的變化

2.1.1可溶性糖含量的變化由圖1可知，自然越冬條件下，3個(gè)棗品種枝條可溶性糖含量整體呈上升一下降一上升的變化趨勢(shì)。其中，休眠前可溶性糖含量呈上升趨勢(shì)，京棗39、伏脆蜜均于11月12日達(dá)到峰值，分別為1.28%、1.01%，胎里紅于11月19日達(dá)到峰值，為1.10%：進(jìn)入休眠后可溶性糖含量呈下降趨勢(shì)，伏脆蜜、胎里紅可溶性糖含量比京棗39提前到達(dá)谷值，休眠結(jié)束后可溶性糖含量隨之升高，且伏脆蜜可溶性糖含量在進(jìn)入休眠前高于其他2個(gè)品種，休眠解除后，伏脆蜜可溶性糖含量低于其他兩個(gè)品種。

人工低溫處理?xiàng)l件下，京棗39、伏脆蜜、胎里紅枝條可溶性糖含量的變化趨勢(shì)差異較大：京棗39隨低溫時(shí)數(shù)的增加，可溶性糖含量呈下降趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到一定低溫時(shí)數(shù)時(shí)休眠解除，可溶性糖含量又緩慢上升；伏脆蜜可溶性糖含量整體呈上升趨勢(shì)；胎里紅可溶性糖含量整體變化不大，基本維持在0.6%～0.8%之間。

2.1.2鼠李糖含量的變化由圖2可知，自然越冬條件下，3個(gè)棗品種枝條鼠李糖含量隨休眠進(jìn)程推進(jìn)呈現(xiàn)上升一下降的變化趨勢(shì)。其中京棗39于12月31日上升至最大值，含量為0.117%：伏脆蜜、胎里紅鼠李糖含量均于12月24日升至最大值，分別為0.079%、0.072%，且3個(gè)棗品種枝條鼠李糖含量隨著休眠的解除呈下降趨勢(shì)。

人工低溫處理?xiàng)l件下，京棗39枝條鼠李糖含量的變化幅度比其他兩個(gè)品種大，隨著低溫處理時(shí)數(shù)增加，其含量呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)：伏脆蜜鼠李糖含量在408h之前呈穩(wěn)定性變化，至432h時(shí)急劇升至峰值，之后呈持續(xù)下降趨勢(shì)：胎里紅鼠李糖含量一直呈較穩(wěn)定性變化趨勢(shì)，含量范圍在0.01%～0.03070之間。

2.1.3果糖含量的變化由圖3可知，自然越冬條件下，3個(gè)不同需冷量棗品種枝條的果糖含量呈上升一下降的變化趨勢(shì)。休眠前，3個(gè)棗品種枝條果糖含量持續(xù)增加，京棗39于12月31日上升至峰值，含量為0.34%，是10月15日采樣時(shí)的3.4倍：伏脆蜜、胎里紅均在12月24日上升至峰值，含量分別為0.31%、0.33%，較初始采樣時(shí)增加1.0、1.8倍。

人工低溫處理?xiàng)l件下，京棗39枝條果糖含量呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)：伏脆蜜果糖含量在整個(gè)低溫處理期間呈穩(wěn)定性趨勢(shì)變化，在0.1%～0.3%之間；胎里紅果糖含量整體變化不大，但在需冷量達(dá)到624h時(shí)急劇增加至峰值，之后又快速下降。

2.1.4葡萄糖含量的變化由圖4可知，自然越冬條件下，3個(gè)棗品種枝條葡萄糖含量呈下降一上升一下降的變化趨勢(shì)，表現(xiàn)為進(jìn)入深度休眠前葡萄糖含量總體提高，休眠解除后葡萄糖含量隨之下降。其中，京棗39葡萄糖含量于12月31日到達(dá)峰值，為0.44%；伏脆蜜、胎里紅均在12月24日到達(dá)峰值，含量分別為0.41%、0.44%。

人工低溫處理?xiàng)l件下，3個(gè)棗品種枝條葡萄糖含量變化幅度差異較大：隨著低溫處理時(shí)數(shù)增加，京棗39葡萄糖含量總體呈下降趨勢(shì)，伏脆蜜葡萄糖含量相對(duì)來說比較穩(wěn)定，沒有明顯變化，胎里紅葡萄糖含量總體呈上升趨勢(shì)。

2.1.5蔗糖含量的變化由圖5可知，自然越冬條件下，休眠前3個(gè)棗品種枝條蔗糖含量呈持續(xù)上升趨勢(shì)，隨著休眠進(jìn)程的推進(jìn)蔗糖含量開始緩慢下降，休眠解除后蔗糖含量呈持續(xù)上升趨勢(shì)。11月12日，京棗39蔗糖含量上升到最大值，為0.63%：11月19日伏脆蜜、胎里紅蔗糖含量均上升到最大值，分別為0.45%、0.36%。12月24日，京棗39蔗糖含量下降到最小值，為0.11%：12月31日伏脆蜜蔗糖含量下降到最小值，為0.05%;1月7日，胎里紅蔗糖含量下降到最小值，為0.08%。

人工低溫處理?xiàng)l件下，3個(gè)棗品種枝條蔗糖含量的整體變化趨勢(shì)一致，但變幅有著明顯差異且峰值、谷值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間也不同。其中，京棗39蔗糖含量在低溫處理216h時(shí)達(dá)到峰值，低溫處理360h時(shí)下降至谷值：伏脆蜜蔗糖含量在低溫處理336h時(shí)達(dá)到峰值，低溫處理達(dá)528h時(shí)降至谷值：胎里紅蔗糖含量在低溫處理600h時(shí)達(dá)峰值，低溫處理816h時(shí)下降至谷值。分析得出，峰值和谷值對(duì)應(yīng)著進(jìn)入休眠和解除休眠的時(shí)間點(diǎn)，因此可以反映出蔗糖含量隨著休眠進(jìn)程而變化。

2.2不同需冷量棗品種休眠期間糖代謝相關(guān)酶活性的變化

2.2.1蔗糖合成酶活性的變化由圖6可知，自然越冬條件下，3個(gè)不同需冷量棗品種枝條蔗糖合成酶（SS）活性的變化差異不大。其中，休眠前京棗39、伏脆蜜SS活性均呈上升趨勢(shì)，胎里紅SS活性呈下降趨勢(shì)；進(jìn)入休眠后，3個(gè)棗品種SS活性呈下降一上升一下降的變化趨勢(shì)；休眠解除后，3個(gè)棗品種SS活性均呈緩慢下降趨勢(shì)。

人工低溫處理?xiàng)l件下，京棗39的枝條SS活性整體呈上升一下降一上升的變化趨勢(shì)；伏脆蜜SS活性在整個(gè)休眠過程中波動(dòng)不大；胎里紅在休眠初期SS活性呈上升一下降趨勢(shì)，進(jìn)入深度休眠以后SS活性變化較顯著并呈“M”型，休眠解除后SS活性迅速下降。

2.2.2蔗糖磷酸合成酶活性的變化由圖7可知，自然越冬條件下，3個(gè)棗品種枝條蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性變化也均不相同，京棗39的SPS活性變化幅度較大，明顯高于胎里紅、伏脆蜜。其中，未進(jìn)入休眠時(shí)，胎里紅、伏脆蜜的SPS活性均呈緩慢下降趨勢(shì)，京棗39的SPS活性呈緩慢升高趨勢(shì)；進(jìn)入休眠后，京棗39的SPS活性迅速下降，進(jìn)入深度休眠期和解除休眠前又呈現(xiàn)迅速上升后迅速下降的趨勢(shì)，胎里紅和伏脆蜜2個(gè)品種休眠期間該酶活性變化差異不大：休眠解除后，伏脆蜜、胎里紅的SPS活性均呈緩慢上升趨勢(shì)。

人工低溫處理?xiàng)l件下，京棗39的枝條SPS活性最高，伏脆蜜的最低：隨著休眠的解除京棗39的枝條SPS活性呈上升趨勢(shì)，胎里紅、伏脆蜜的SPS活性均呈下降趨勢(shì)。

2.2.3酸性轉(zhuǎn)化酶活性的變化由圖8可知，自然越冬條件下，伏脆蜜和胎里紅的枝條酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）活性整體變化趨勢(shì)一致，呈現(xiàn)下降一上升一下降一上升的變化趨勢(shì)：京棗39的AI活性變化在休眠前期與其他兩個(gè)品種一致，之后變化幅度較大。

人工低溫處理?xiàng)l件下，京棗39的枝條AI活性整體呈上升趨勢(shì)，但在低溫處理時(shí)數(shù)達(dá)216h和336h時(shí)AI活性隨之下降并且這兩個(gè)低溫處理時(shí)數(shù)與該品種進(jìn)入深度休眠和解除休眠的低溫時(shí)數(shù)一致，由此可說明當(dāng)京棗39進(jìn)入休眠關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時(shí)，AI活性會(huì)隨之下降：伏脆蜜的AI活性變化幅度最小，在12～15umol·g-1 .min-1之間；胎里紅的AI活性整體呈上升一下降趨勢(shì)，低溫處理816h前后AI活性呈迅速上升一迅速下降趨勢(shì)。

2.2.4中性轉(zhuǎn)化酶活性的變化由圖9可知，自然越冬條件下，3個(gè)棗品種枝條的中性轉(zhuǎn)化酶（NI）活性均呈現(xiàn)上升一下降一上升的變化趨勢(shì)。其中，休眠前3個(gè)棗品種NI活性逐漸上升，進(jìn)入休眠后活性下降，休眠解除后NI活性又上升。11月19日京棗39、伏脆蜜、胎里紅NI活性均上升到峰值，分別為20.02、15.60、16.73um01·g-1·min-1；12月24日，京棗39的NI活性下降到最小值（12.60umol·g-1．min-1），12月31日伏脆蜜的下降到最小值（12.34um01·g-1·min-1），1月7日胎里紅的下降到最小值（11.36umol·g-1．min-1）。整個(gè)休眠進(jìn)程中，京棗39的NI活性大于其他兩個(gè)棗品種，并且最高點(diǎn)和最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)著進(jìn)入休眠和解除休眠的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)，因此NI活性是影響棗樹休眠進(jìn)程的重要指標(biāo)。

人工低溫處理?xiàng)l件下，3個(gè)棗品種枝條NI活性的變化與自然休眠進(jìn)程一致均呈現(xiàn)上升一下降一上升的變化趨勢(shì)。京棗39、伏脆蜜、胎里紅低溫處理時(shí)數(shù)分別達(dá)360、528、816h時(shí)這3個(gè)品種解除休眠，這與自然休眠的需冷量一致。

2.2.5淀粉酶活性的變化由圖10可知，自然越冬條件下，胎里紅的枝條淀粉酶（AMS）活性休眠前期降幅大于其他兩個(gè)棗品種：京棗39的AMS活性變化幅度較其他兩個(gè)品種相對(duì)較大并在11月19日降到最低值后又迅速升高。

人工低溫處理?xiàng)l件下，休眠初期京棗39的枝條AMS活性在15～18umol·g-1·min-1之間波動(dòng)，休眠解除后AMS活性逐漸升高：胎里紅的AMS活性在整個(gè)休眠期呈下降一上升一下降的變化趨勢(shì)：伏脆蜜整個(gè)休眠期AMS活性變化幅度很小，休眠解除時(shí)AMS活性逐漸升高。

3討論

3.1棗枝條中糖含量變化與休眠的關(guān)系

碳水化合物是果樹在休眠及生長萌芽過程中物質(zhì)代謝的主要能量來源。果樹休眠期間糖類物質(zhì)的代謝與果樹的休眠進(jìn)程緊密相關(guān)，但不同樹種其碳水化合物的種類和含量也有差異。例如：秋季蘋果樹韌皮部的糖分主要以山梨醇的形式存在，其次為葡萄糖、蔗糖和果糖；落葉前桃樹韌皮部的糖分主要是山梨醇和果糖，蔗糖含量較少；葡萄在休眠期間樹體內(nèi)主要是由淀粉來提供能量。本試驗(yàn)得出，棗樹休眠期間枝條可溶性糖含量最高。一些研究結(jié)果表明，可溶性糖含量高會(huì)提高樹體的抗性能力，可能是歐李抗性能力強(qiáng)的原因。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，棗樹進(jìn)入休眠后，其可溶性總糖含量整體呈下降趨勢(shì)，當(dāng)?shù)竭_(dá)深度休眠后其含量持續(xù)在一個(gè)相對(duì)較低的水平，這可能是由于棗樹休眠過程中代謝能量的損失主要是由可溶性糖提供。高、中、低3個(gè)不同需冷量棗品種在自然越冬和人工低溫處理?xiàng)l件下，其果糖、葡萄糖、鼠李糖含量變化并不一致，因此與棗樹休眠關(guān)系并不緊密：但其蔗糖含量隨著休眠進(jìn)程的推進(jìn)呈階段性變化，即休眠前蔗糖含量上升，隨著休眠進(jìn)程的推進(jìn)緩慢下降，休眠解除后又呈持續(xù)上升趨勢(shì)，且自然越冬與人工低溫處理?xiàng)l件下蔗糖含量的變化趨勢(shì)相同。這與王慧等對(duì)油桃的研究結(jié)果基本一致。張麗麗等研究發(fā)現(xiàn)，蔗糖代謝途徑通路被阻斷后會(huì)對(duì)果樹生長、發(fā)育進(jìn)程產(chǎn)生影響。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高、中、低需冷量棗品種進(jìn)入和解除休眠關(guān)鍵時(shí)期時(shí)，枝條蔗糖含量也會(huì)產(chǎn)生很大的波動(dòng)。因此認(rèn)為蔗糖是棗樹休眠進(jìn)程中較為關(guān)鍵的物質(zhì)，其含量影響著棗樹休眠，可以作為判斷棗樹休眠進(jìn)程的重要指標(biāo)。

3.2棗枝條糖代謝酶活性變化與休眠的關(guān)系

糖代謝在落葉果樹休眠期生理生化活動(dòng)中占主導(dǎo)地位，而糖類物質(zhì)的代謝離不開相關(guān)酶的作用。蔗糖代謝是糖積累與代謝的重要環(huán)節(jié)，與蔗糖代謝關(guān)系較為密切的酶有蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合成酶（SS）、蔗糖轉(zhuǎn)化酶（Inv）等。本試驗(yàn)中，休眠期間高、中、低需冷量棗品種的糖代謝酶活性變化有著明顯差別，且參與糖代謝的酶活性各不相同。其中高需冷量棗品種較中、低需冷量棗品種較為活躍的糖代謝酶種類多，酶活性變化幅度也較大，且同一種酶的活性變化也不同，由此說明糖代謝相關(guān)酶活性變化調(diào)控過程并不一致。

隨著休眠進(jìn)程推進(jìn)，3個(gè)棗品種的中性轉(zhuǎn)化酶（NI）活性均呈現(xiàn)上升一下降一上升的變化趨勢(shì)，且人工低溫處理?xiàng)l件下的酶活性變化和自然越冬條件下得出的結(jié)論一致，故可以判斷NI是影響棗樹休眠進(jìn)程的關(guān)鍵酶之一。常尚連等對(duì)西瓜、袁野等對(duì)番茄的研究結(jié)果與本試驗(yàn)一致。另外，Lombardo等研究指出，桃果實(shí)的糖代謝過程中，SPS、SS起著至關(guān)重要的作用：王永章等對(duì)蘋果果實(shí)的研究表明，蔗糖代謝主要是由AI和SS調(diào)控：胡麗松等對(duì)菠蘿蜜、盧彩玉等對(duì)葡萄果實(shí)的研究也皆與本研究結(jié)論不一致。這可能是由于研究的果樹品種及生長的氣候條件等不同所致，具體原因還有待進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)?zāi)壳爸谎芯苛诵菝咂陂g不同需冷量棗樹品種各類糖代謝酶活性的變化，未對(duì)糖代謝酶分工進(jìn)行研究，因而仍需深入探究糖代謝的機(jī)制，以進(jìn)一步優(yōu)化棗樹的設(shè)施栽培。

4結(jié)論

棗樹休眠期間棗枝條中的碳水化合物主要以可溶性糖為主，蔗糖含量的變化會(huì)影響棗樹休眠進(jìn)程．中性轉(zhuǎn)化酶活性的變化與3個(gè)不同需冷量棗品種休眠進(jìn)程有著緊密聯(lián)系。高需冷量棗品種較中、低需冷量棗品種參與糖代謝較為活躍的酶種類多，說明相關(guān)代謝酶在低溫達(dá)到一定時(shí)數(shù)時(shí)才能被激活，且中性轉(zhuǎn)化酶是棗樹休眠過程中糖分積累的關(guān)鍵酶。因此蔗糖和中性轉(zhuǎn)化酶對(duì)棗休眠進(jìn)程有重要的調(diào)控作用，可以作為判斷棗樹休眠進(jìn)程的關(guān)鍵指標(biāo)。