氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)糖積累、蔗糖代謝關(guān)鍵酶及相關(guān)基因表達(dá)的影響

陳麗華 楊喜盟 賈 昊 宋麗華

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

全球氣候變暖已成為近百年來(lái)全球氣候變化的主要特征[1]。據(jù)預(yù)測(cè)，21世紀(jì)末氣溫還將升高1.5 ～4.5℃[2-4]。有專(zhuān)家認(rèn)為，隨著氣候的變暖，土壤水分蒸發(fā)量相應(yīng)增加，西北地區(qū)的氣候?qū)⑾蚋蔁岱较蜓莼?，干旱程度將?huì)加重[5]。在此局勢(shì)下，近50 多年來(lái)，寧夏氣溫也逐年升高，降水量總體呈下降趨勢(shì)[6-8]，氣溫升高與干旱加劇現(xiàn)象十分明顯[9]。

靈武長(zhǎng)棗(Ziziphus jujubaMill cv. Lingwu changzao)又名馬牙棗，屬鼠李科棗屬，是寧夏特色經(jīng)濟(jì)林優(yōu)良鮮食棗品種，果實(shí)富含維生素C 和多種氨基酸，兼具藥食同源的特性，有顯著的生態(tài)、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益[10-12]。靈武長(zhǎng)棗果實(shí)中糖的種類(lèi)和含量直接影響果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、風(fēng)味口感、色澤等品質(zhì)性狀，而溫度、水分、光照等環(huán)境因子又影響果實(shí)的糖代謝[13-15]。目前，對(duì)于蘋(píng)果[16]、獼猴桃[17]、葡萄[18]等果實(shí)糖積累、蔗糖代謝關(guān)鍵酶及相關(guān)基因表達(dá)已有研究，但鮮見(jiàn)有關(guān)對(duì)棗的研究報(bào)道。對(duì)靈武長(zhǎng)棗的研究主要集中于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和鮮果保鮮、生物學(xué)特性、種質(zhì)資源調(diào)查和品種選優(yōu)等方面[18-19]，對(duì)果實(shí)品質(zhì)形成的原因仍缺少深入而系統(tǒng)的研究，在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中糖的積累規(guī)律及其酶學(xué)機(jī)理方面的研究也相對(duì)較少。本試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定大氣升溫與土壤干旱交互處理下不同發(fā)育時(shí)期靈武長(zhǎng)棗果實(shí)的糖積累、蔗糖代謝關(guān)鍵酶及相關(guān)基因表達(dá)水平，揭示氣溫升高與干旱交互作用下靈武長(zhǎng)棗果實(shí)糖分積累、蔗糖代謝關(guān)鍵酶及基因表達(dá)水平的變化規(guī)律，闡明三者之間的關(guān)系，并從分子水平探究其影響機(jī)制，旨在為寧夏靈武長(zhǎng)棗生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)對(duì)全球氣候變化提供理論指導(dǎo)與科技支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地概況

以6年生靈武長(zhǎng)棗嫁接苗為試驗(yàn)對(duì)象，試驗(yàn)于2018年4月底至10月初在寧夏大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)地位于寧夏永寧縣(38°47′07″N，106°04′00″E，海拔1 116.8 m)，屬中溫帶干旱氣候區(qū)，年均氣溫8.5℃，年均日照時(shí)數(shù)3 000 h，日溫差13℃，年均≥10℃積溫3 300℃，無(wú)霜期140～160 d，年降水量180 ～200 mm，土壤為灌淤土[20]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用大氣溫度和土壤含水量雙因素完全區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)。大氣溫度設(shè)置2 個(gè)水平:自然環(huán)境大氣溫度(T1)，升高大氣溫度(T2)，T2 溫度為T(mén)1 ＋(2.0±0.5℃)；土壤含水量設(shè)置3 個(gè)梯度:正常土壤供水(D1，田間最大持水量的70%～75%)，中度干旱(D2，田間最大持水量的50%～55%)，重度干旱(D3，田間最大持水量的30%～35%)。共6 個(gè)處理，以D1T1 為對(duì)照(CK)。每處理3 次重復(fù)，共18 棵樣株。于棗樹(shù)萌芽期開(kāi)始同時(shí)進(jìn)行氣溫升高與干旱處理，至棗果成熟后結(jié)束。

采用自制開(kāi)頂氣室模擬大氣升溫環(huán)境。開(kāi)頂氣室由口徑為4 cm×4 cm 的鍍鋅方管框架和無(wú)色透明棚膜組成，氣室高2.3 m，底部邊長(zhǎng)2 m×2 m，四周?chē)@無(wú)色透明棚膜，形成四棱柱形開(kāi)頂氣室。對(duì)升溫處理樣株套蓋開(kāi)頂氣室，常溫處理樣株套蓋通透型開(kāi)頂氣室，確?？諝鈱?duì)流及氣室內(nèi)外大氣溫度一致。氣室內(nèi)大氣溫度采用ZWSN-C-A 紫藤科技系列農(nóng)用溫室型多路無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備(天津紫藤科技股份有限公司)完成自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。每處理樣株的土壤含水量控制采用塑料地膜進(jìn)行水分隔離，沿著植株樹(shù)干四周直徑1.5 m 處，開(kāi)溝深度為80 cm，用塑料地膜進(jìn)行水分隔離，以保持各處理土壤含水量。采用GG-001B 單頭有線(xiàn)太陽(yáng)能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)(上海艾美克電子有限公司)進(jìn)行土壤含水量監(jiān)測(cè)與控制。

試驗(yàn)期間，T2 環(huán)境的溫度變化曲線(xiàn)與T1 具有相似的趨勢(shì)(圖1)，總體均呈先上升后下降的趨勢(shì)。

圖1 不同溫度控制下氣溫變化Fig.1 Temperature changes under different temperature control

試驗(yàn)期間，不同干旱程度下土壤含水量變化如圖2所示，各干旱處理(D1、D2、D3)土壤含水量在果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育不同時(shí)期存在一定波動(dòng)，但范圍較小。D1 的土壤水分含量為19.00%～20.50%，其預(yù)值設(shè)為19%～20%；D2 的土壤水分含量為13.80%～15.00%，其預(yù)設(shè)值為14% ～15%；D3 的土壤水分含量為8.00% ～10.00%，其預(yù)設(shè)值為8%～9%。

圖2 不同干旱程度下土壤含水量變化Fig.2 Changes of soil water content under different drought levels

分別于果實(shí)發(fā)育不同時(shí)期采集樣株樹(shù)冠東、西、南、北及上、中、下、里、外9 個(gè)方向的棗吊基部第二節(jié)處同一批開(kāi)花結(jié)果無(wú)病蟲(chóng)害果實(shí)(約20 個(gè))。將每處理重復(fù)樣株果實(shí)混合均勻后分成兩份，一份迅速放入液氮罐中帶回，保存于-80℃冰箱用于蔗糖代謝關(guān)鍵酶活性及相關(guān)基因表達(dá)量的測(cè)定；另一份保存于4℃冰箱用于糖含量的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 可溶性糖、淀粉含量的測(cè)定 用蒽酮比色法測(cè)定靈武長(zhǎng)棗果實(shí)的葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉含量[21-22]。

1.3.2 蔗糖代謝關(guān)鍵酶活性的測(cè)定 酸性轉(zhuǎn)化酶(acid invertase，AI)、中性轉(zhuǎn)化酶(neutral invertase，NI)、蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthetase，SPS)、蔗糖合成酶合成方向(synthesis direction of sucrose synthetase，SS-s) 和蔗糖合成酶分解方向(direction activity of sucrose synthetase，SS-c)活性的測(cè)定參考文獻(xiàn)[23-27]的方法。

1.3.3 蔗糖代謝關(guān)鍵酶基因相對(duì)表達(dá)量的測(cè)定 取試驗(yàn)樣品500 mg，采用改良CTAB 法[28]提取總RNA，用瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)RNA 質(zhì)量(A260/A280)，利用cDNA Synthesis Kit Probegene MM061 試劑盒(江蘇溥博生物科技有限公司)反轉(zhuǎn)錄cDNA。以ZjActin作為內(nèi)參基因，內(nèi)參及目的基因引物設(shè)計(jì)均交由Probegene公司(北京)完成，然后由上海生工合成。以合成的cDNA 為模板進(jìn)行PCR 反應(yīng)，反應(yīng)體系:10 μL 模板cDNA，0.1 μL 上、下游引物，5 μL 2× SYBR Green qPCR Master Mix。反應(yīng)程序:95℃預(yù)變性10 min，95℃變性15 s，60℃退火30 s，運(yùn)行40 個(gè)循環(huán)后72℃延伸7 min，最后4℃終止反應(yīng)。采用2-ΔΔCt法計(jì)算基因相對(duì)表達(dá)量，采用Heat map illustrator 對(duì)基因相對(duì)表達(dá)量進(jìn)行制圖。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016 對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。果實(shí)糖含量數(shù)據(jù)在進(jìn)行方差分析前進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換。采用SPSS 25.0 進(jìn)行雙因素方差分析與各處理間差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan 新復(fù)極差法)，采用Origin 2018 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)糖含量的影響

2.1.1 對(duì)果實(shí)葡萄糖含量的影響 由表1可知，相同土壤含水量水平下，T2 果實(shí)成熟期葡萄糖含量均高于T1，表明氣溫升高增加了果實(shí)葡萄糖含量。同一大氣溫度環(huán)境中，不同土壤含水量水平下果實(shí)成熟期葡萄糖含量均表現(xiàn)為D2>D1>D3，表明中度干旱增加了果實(shí)葡萄糖含量，重度干旱減少了果實(shí)葡萄糖含量；與D1 相比，D2 果實(shí)葡萄糖含量在成熟期分別增加了0.71(T1)和0.83(T2)個(gè)百分點(diǎn)，D3 分別降低了1.90(T1)和2.73(T2)個(gè)百分點(diǎn)。表明氣溫升高增強(qiáng)了中度干旱對(duì)果實(shí)葡萄糖積累的促進(jìn)作用，加劇了重度干旱對(duì)果實(shí)葡萄糖積累的抑制作用。

表1 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)葡萄糖含量的影響Table1 Effect of elevated temperature and drought on glucose content in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzao /%

2.1.2 對(duì)果實(shí)果糖含量的影響 由表2可知，在土壤含水量水平為D1 和D2 時(shí)，T2 果實(shí)果糖含量整體較T1 升高，而在土壤含水量水平為D3 時(shí)降低，表明氣溫升高增加了正常土壤供水和中度干旱條件下果實(shí)果糖含量，但減少了重度干旱下果實(shí)果糖含量。T1 中，不同土壤含水量水平下果實(shí)果糖含量除著色后期均表現(xiàn)為D3>D2>D1，表明干旱增加了果實(shí)果糖含量；2 種大氣溫度環(huán)境中，與D1 相比，D2 和D3 在著色中期果實(shí)果糖含量分別增加0.66 和1.62(T1)、0.67 和0.69(T2)個(gè)百分點(diǎn)。表明氣溫升高增強(qiáng)了干旱對(duì)果實(shí)果糖積累的促進(jìn)作用。

2.1.3 對(duì)果實(shí)蔗糖含量的影響 由表3可知，相同土壤含水量水平下，除幼果期外，T2 果實(shí)蔗糖含量均高于T1，表明氣溫升高增加了果實(shí)蔗糖含量。同一大氣溫度環(huán)境中，不同土壤含水量水平下成熟期果實(shí)蔗糖含量均表現(xiàn)為D2>D1>D3，表明中度干旱條件下更有利于果實(shí)蔗糖的積累；與D1 相比，D2 和D3 果實(shí)著色中期蔗糖含量分別增加了4.51 和4.62(T1)、2.20 和1.19(T2)個(gè)百分點(diǎn)。表明氣溫升高減緩了干旱對(duì)果實(shí)蔗糖積累的促進(jìn)作用。

表2 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)果糖含量的影響Table2 Effect of elevated temperature and drought on fructose content in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzo /%

表3 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)蔗糖含量的影響Table3 Effect of elevated temperature and drought on sucrose content in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzo /%

2.1.4 對(duì)果實(shí)淀粉含量的影響 由表4可知，相同土壤含水量水平下，T2 果實(shí)淀粉含量均高于T1，表明氣溫升高增加了果實(shí)淀粉含量。同一大氣溫度環(huán)境中，不同土壤含水量水平下果實(shí)淀粉含量在膨大期、著色初期和著色后期均表現(xiàn)為D3>D1>D2，表明重度干旱增加了果實(shí)淀粉含量，而中度干旱降低了果實(shí)淀粉含量；與D1 相比，D2 果實(shí)淀粉含量在成熟期分別降低了0.05 和0.05(T1 和T2)個(gè)百分點(diǎn)，而D3 分別增加了0.08 和0.10(T1 和T2)個(gè)百分點(diǎn)。表明氣溫升高增強(qiáng)了重度干旱對(duì)果實(shí)淀粉積累的促進(jìn)作用。

表4 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)淀粉含量的影響Table4 Effect of elevated temperature and drought on starch content in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzo /%

2.2 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)蔗糖代謝關(guān)鍵酶活性的影響

2.2.1 對(duì)AI 活性的影響 由表5可知，相同土壤含水量水平下，T1 果實(shí)AI 活性均高于T2，表明氣溫升高降低了果實(shí)的AI 活性。同一大氣溫度環(huán)境中，不同土壤含水量水平下果實(shí)AI 活性在幼果期、著色初期和著色后期均表現(xiàn)為D2>D1>D3，表明中度干旱提高了果實(shí)AI活性，而重度干旱降低了果實(shí)AI 活性；與D1 相比，D2果實(shí)AI 活性在成熟期分別增加了8.62%和9.82%(T1和T2)，而D3 則分別降低了13.36%和12.05%(T1 和T2)。表明氣溫升高減緩了中度干旱對(duì)果實(shí)AI 活性的提升作用，增強(qiáng)了重度干旱對(duì)果實(shí)AI 活性的提升作用。

表5 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)AI 活性的影響Table5 Effect of elevated temperature and drought on AI activity in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzo/(mg·g－1FW·h－1)

2.2.2 對(duì)NI 活性的影響 由表6可知，3 種土壤含水量水平下，與T1 相比，除成熟期外，T2 中D1 和D2果實(shí)NI 活性均升高，而D3 降低，表明氣溫升高在正常土壤供水與中度干旱條件下提升了NI 活性，而在重度干旱條件下降低了NI 活性。與D1 相比，D2 和D3果實(shí)NI 活性在著色中期分別增加了7.94% 和56.08%(T1)、14.98%和3.38%(T2)。表明氣溫升高增強(qiáng)了中度干旱對(duì)果實(shí)NI 活性的提升作用，減緩了重度干旱對(duì)果實(shí)NI 活性的提升作用。

表6 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)NI 活性的影響Table6 Effect of elevated temperature and drought on NI activity in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzo/(mg·g－1FW·h－1)

2.2.3 對(duì)SPS 活性的影響 由表7可知，3 種土壤含水量水平下，與T1 相比，T2 中D1 和D2 果實(shí)SPS 活性在著色后期和成熟期均升高，而D3 降低，表明氣溫升高在正常土壤供水與中度干旱條件下提升了SPS活性，而在重度干旱條件下降低了SPS 活性。同一大氣溫度環(huán)境中，除幼果期和成熟期外，果實(shí)SPS 活性均表現(xiàn)為D2>D1>D3，表明中度干旱提高了果實(shí)SPS活性，而重度干旱降低了果實(shí)SPS 活性；與D1 相比，D3 果實(shí)SPS 活性在成熟期分別降低了11.04%(T1)和45.34%(T2)，表明氣溫升高加劇了重度干旱對(duì)果實(shí)SPS 活性的抑制作用。

2.2.4 對(duì)SS-s 活性的影響 由表8可知，3 種土壤含水量水平下，與T1 相比，T2 中D1 和D2 的果實(shí)SS-s活性在幼果期、膨大期和著色后期均升高，而D3 降低，表明氣溫升高在正常土壤供水與中度干旱條件下提高了SS-s 活性，而在重度干旱條件下降低了SS-s 活性。同一大氣溫度環(huán)境中，除著色初期外，果實(shí)SS-s活性均表現(xiàn)為D2>D1>D3，表明中度干旱提高了果實(shí)SS-s 活性，而重度干旱降低了果實(shí)SS-s 活性；與D1 相比，D2 果實(shí)SS-s 活性在成熟期分別增加了18.90%和18.56%(T1 和T2)，而D3 分別降低了22.87%和43.21%(T1 和T2)，表明氣溫升高減緩了中度干旱對(duì)果實(shí)SS-s 活性的提升作用，加劇了重度干旱對(duì)果實(shí)SS-s 活性的抑制作用。

表7 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)SPS 活性的影響Table7 Effect of elevated temperature and drought on SPS activity in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzo/(mg·g－1FW·h－1)

表8 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)SS-s 活性的影響Table8 Effect of elevated temperature and drought on SS-s activity in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzo/(mg·g－1FW·h－1)

2.2.5 對(duì)SS-c 活性的影響 由表9可知，3 種土壤含水量水平下，總體來(lái)看，與T1 相比，T2 中D1 和D2 的果實(shí)SS-c 活性降低，而D3 升高，表明在正常土壤供水與中度干旱條件下氣溫升高降低了SS-c 活性，而在重度干旱條件下提升了SS-c 活性。T1 中，除著色后期和成熟期外，各土壤含水量水平下，果實(shí)SS-c 活性整體表現(xiàn)為D3>D2>D1，而T2 中表現(xiàn)為D3>D1>D2，表明重度干旱更有利于提升果實(shí)SS-c 活性。同一大氣溫度環(huán)境中，與D1 相比，D2 果實(shí)SS-c 活性在成熟期分別降低了16.18%(T1)、12.45%(T2)，而D3 分別增加了40.09%(T1)和45.49%(T2)。表明氣溫升高減緩了中度干旱對(duì)果實(shí)SS-c 活性的提升作用，增強(qiáng)了重度干旱對(duì)果實(shí)SS-c 活性的提升作用。

2.3 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)蔗糖代謝關(guān)鍵酶基因表達(dá)的影響

2.3.1 對(duì)ZjAI基因相對(duì)表達(dá)量的影響 由圖3可知，相同土壤含水量水平下，T2 中果實(shí)成熟期的ZjAI基因相對(duì)表達(dá)量較T1 均上調(diào)；表明氣溫升高促了ZjAI基因的相對(duì)表達(dá)。在果實(shí)成熟期，T1 中，D2 和D3 果實(shí)的ZjAI基因相對(duì)表達(dá)量較D1 分別上調(diào)8. 69 和4. 39 倍；而T2 中，D2 果實(shí)的ZjAI基因相對(duì)表達(dá)量較D1 上調(diào)0. 57 倍，而D3 下調(diào)1. 15倍。表明氣溫升高加劇了重度干旱對(duì)ZjAI基因相對(duì)表達(dá)的抑制作用。

表9 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)SS-c 活性的影響Table9 Effect of elevated temperature and drought on SS-c activity in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzo/(mg·g－1FW·h－1)

圖3 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)ZjAI基因相對(duì)表達(dá)量的影響Fig.3 Effect of elevated temperature and drought on ZjAI gene expression in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzao

2.3.2 對(duì)ZjNI基因相對(duì)表達(dá)量的影響 由圖4可知，氣溫升高與干旱交互處理主要在果實(shí)發(fā)育前中期促使ZjNI1 和ZjNI2 基因表達(dá)上調(diào)，在果實(shí)發(fā)育后期促使ZjNI3、ZjNI4、ZjNI5 基因表達(dá)上調(diào)，且ZjNI5 在著色后期和成熟期上調(diào)水平較高，而ZjNI2 在幼果期上調(diào)水平較高，ZjNI3 和ZjNI4 表達(dá)水平整體相對(duì)較低。各處理在靈武長(zhǎng)棗果實(shí)發(fā)育過(guò)程中，D3T2 的各基因上調(diào)幅度均最大。表明氣溫升高促使ZjNI基因表達(dá)上調(diào)，氣溫升高伴隨干旱增強(qiáng)了ZjSPS基因的上調(diào)表達(dá)。

2.3.3 對(duì)ZjSPS基因相對(duì)表達(dá)量的影響 由圖5可知，氣溫升高與干旱交互處理主要在果實(shí)發(fā)育后期促使ZjSPS基因表達(dá)上調(diào)，其中ZjSPS1 和ZjSPS4 上調(diào)水平較高，而ZjSPS2 和ZjSPS3 上調(diào)水平較低，各處理在靈武長(zhǎng)棗果實(shí)發(fā)育過(guò)程中，D3T2 的各基因上調(diào)水平均最大。表明氣溫升高促使ZjSPS基因上調(diào)表達(dá)，氣溫升高伴隨干旱增強(qiáng)了ZjSPS基因的上調(diào)表達(dá)。

2.3.4 對(duì)ZjSS基因相對(duì)表達(dá)量的影響 由圖6可知，氣溫升高與干旱交互處理主要在果實(shí)發(fā)育后期促使ZjSS基因表達(dá)上調(diào)，其中ZjSS1 和ZjSS3 上調(diào)水平較高，而ZjSS2 上調(diào)水平最低。各處理在靈武長(zhǎng)棗旱實(shí)發(fā)育過(guò)程中，D3T2 的各基因上調(diào)水平均最大。表明氣溫升高促使ZjSS基因上調(diào)表達(dá)，氣溫升高伴隨干旱增強(qiáng)了ZjSS基因的上調(diào)表達(dá)。

3 討論

糖積累是果實(shí)品質(zhì)形成的關(guān)鍵，果實(shí)品質(zhì)直接受糖含量和組成的影響。糖是大多數(shù)果實(shí)成熟時(shí)的主要儲(chǔ)存物質(zhì)，不同品種果實(shí)之間以及同一品種果實(shí)在不同的發(fā)育時(shí)期，糖的積累均存在差異[29-33]。王元基[16]在蘋(píng)果果實(shí)糖代謝研究中發(fā)現(xiàn)，從幼果期開(kāi)始適度干旱脅迫可以提高果實(shí)蔗糖、果糖含量。本研究發(fā)現(xiàn)，在氣溫升高與重度干旱處理后，靈武長(zhǎng)棗果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，淀粉含量始終維持在較低水平，且僅在幼果期出現(xiàn)最高含量，為1.04%。各處理在幼果至膨大期，果糖含量均存在一個(gè)小的上升階段，而蔗糖含量卻降至最低水平；在果實(shí)發(fā)育后期，葡萄糖和蔗糖含量均呈增加趨勢(shì)，其中蔗糖含量上升較快，且在成熟期的最終含量約為葡萄糖的2～3 倍。由此可見(jiàn)，靈武長(zhǎng)棗果實(shí)屬于糖直接積累型。

圖4 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)ZjNI 基因相對(duì)表達(dá)量的影響Fig.4 Effect of elevated temperature and drought on ZjNI gene expression in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzao

果實(shí)中糖的積累與其相關(guān)代謝酶密切相關(guān)，果實(shí)獲得同化產(chǎn)物的能力主要由庫(kù)強(qiáng)決定，而蔗糖代謝相關(guān)酶的活性對(duì)庫(kù)強(qiáng)和糖卸載能力具有一定影響[22，34-35]，進(jìn)而影響果實(shí)糖分的積累以及糖的組成。王文麗[18]對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄的研究表明，在葡萄著色成熟期輕度水分脅迫可以有效促進(jìn)果實(shí)中各類(lèi)糖分的積累，重度水分脅迫在各生育期均會(huì)降低果實(shí)內(nèi)葡萄糖以及總糖的含量，果實(shí)膨大期進(jìn)行重度水分脅迫，會(huì)對(duì)后期果實(shí)SPS 活性有一定的抑制作用。在本研究中，中度干旱提高了靈武長(zhǎng)棗果實(shí)AI、SPS、SS-s 活性，降低了果實(shí)中SS-c 活性，致使蔗糖的合成方向大于其分解方向，因而中度干旱脅迫有利于果實(shí)可溶性糖的積累，減少了果實(shí)淀粉含量；重度干旱下，蔗糖代謝酶活性恰好相反，致使蔗糖的分解方向大于其合成方向，催化蔗糖分解，因而重度干旱減少了果實(shí)蔗糖含量，增加了果實(shí)淀粉含量。由此表明，靈武長(zhǎng)棗果實(shí)糖積累對(duì)干旱的響應(yīng)可能取決于SPS 活性的高低及SS發(fā)揮活性的主要方向。

圖5 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)ZjSPS 基因相對(duì)表達(dá)量的影響Fig.5 Effect of elevated temperature and drought on ZjSPS gene expression in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzao

果實(shí)中糖代謝關(guān)鍵酶與其相關(guān)基因表達(dá)密切相關(guān)，果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育不同階段，酶活性具有較大差異，這可能與酶基因在時(shí)空上的表達(dá)存在差異有關(guān)[36]。本研究發(fā)現(xiàn)氣溫升高與干旱脅迫處理下，ZjNI基因在果實(shí)發(fā)育前期上調(diào)表達(dá)明顯，這與Davies 等[37]關(guān)于葡萄漿果中GIN1 和GIN2 基因在果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育早期表達(dá)，在己糖積累開(kāi)始之前急劇下降的結(jié)論一致。ZjAI、ZjSPS和ZjSS基因主要在果實(shí)發(fā)育后期上調(diào)表達(dá)，其中ZjNI1、ZjNI2、ZjSPS1、ZjSPS4、ZjSS1 和ZjSS3 基因的上調(diào)表達(dá)量較大，且均在氣溫升高伴隨重度干旱處理下上調(diào)幅度較大。由此推測(cè)，ZjNI1 和ZjNI2 為ZjNI基因的主要表達(dá)基因，ZjSPS1 和ZjSPS4 為ZjSPS基因的主要表達(dá)基因，ZjSS1 和ZjSS3 為ZjSS基因的主要表達(dá)基因，氣溫升高促使蔗糖代謝相關(guān)酶主要表達(dá)基因表達(dá)量上調(diào)，且隨著干旱的加劇，上調(diào)表達(dá)越明顯。由此可知，果實(shí)糖代謝對(duì)干旱的響應(yīng)較氣溫升高2.0℃更為敏感，這可能是由于升溫的幅度較小，因而所產(chǎn)生的影響差異不明顯。

4 結(jié)論

研究表明，在靈武長(zhǎng)棗果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育階段，氣溫升高2.0℃與干旱處理未改變靈武長(zhǎng)棗屬于糖直接積累型和蔗糖積累型的基本模式，中度干旱脅迫有利于靈武長(zhǎng)棗果實(shí)葡萄糖、果糖和蔗糖的積累，重度干旱脅迫減少了葡萄糖含量，增加了淀粉含量，氣溫升高增加了葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉含量。干旱在靈武長(zhǎng)棗果實(shí)發(fā)育前期提高了NI 活性，后期降低了NI 活性；中度干旱提高了果實(shí)AI、SPS 和SS-s 活性，而重度干旱恰好相反，且提升了果實(shí)SS-c 活性，大氣升溫2.0℃時(shí)減緩了中度干旱的影響作用，加劇了重度干旱的影響作用；SPS 和SS-s 為促進(jìn)蔗糖、葡萄糖積累的關(guān)鍵酶，NI 為促進(jìn)果糖積累的關(guān)鍵酶。氣溫升高與干旱處理在靈武長(zhǎng)棗果實(shí)發(fā)育前期主要促進(jìn)NI(ZjNI1、ZjNI2)和SPS(ZjSPS3)相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，后期主要促進(jìn)AI、SPS(ZjSPS1 和ZjSPS4)、SS(ZjSS1 和ZjSS3)相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，氣溫升高2.0℃促使蔗糖代謝相關(guān)酶基因表達(dá)上調(diào)，且隨著干旱的加劇上調(diào)水平越明顯。

圖6 氣溫升高與干旱對(duì)靈武長(zhǎng)棗果實(shí)ZjSS 基因相對(duì)表達(dá)量的影響Fig.6 Effect of elevated temperature and drought on ZjSS gene expression in fruit of jujube cultivar Lingwuchangzao