杧果不同生育時(shí)期果實(shí)糖分積累特征及相關(guān)代謝酶活性分析

林 怡

(廣東生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院，廣州，510520)

杧果MangiferaindicaLinn為漆樹科(Anacardiaceae)杧果屬(Mangifera)常綠果樹，素有“熱帶果王”之美譽(yù)[1]。臺(tái)農(nóng)一號杧果是中國臺(tái)灣省鳳山園藝所選育的優(yōu)良品種，具有早熟、花期長、適應(yīng)性廣、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和品質(zhì)優(yōu)等特點(diǎn)，是廣東杧果主栽品種之一[2]。

糖分是果實(shí)的主要組成部分，其種類及含量是決定果實(shí)品質(zhì)的重要因素之一，糖類物質(zhì)及其中間代謝產(chǎn)物是果實(shí)次生代謝的底物，廣泛影響果實(shí)的風(fēng)味、色澤、甜度和營養(yǎng)成分[3]。蔗糖代謝是糖積累的重要環(huán)節(jié)，研究蔗糖代謝相關(guān)酶是探討果實(shí)糖分積累的重要手段，這類酶主要包括蔗糖合成酶(Sucrose synthase，SS)、蔗糖磷酸合成酶(Sucrose phosphate synthase，SPS)和轉(zhuǎn)化酶(Invertase，Ivr)，其中轉(zhuǎn)化酶包括酸性轉(zhuǎn)化酶(Acid invertase，AI)和中性轉(zhuǎn)化酶(Neutral invertase，NI)[4-5]。趙章中等[6]對溫州蜜柑的研究表明，在果實(shí)發(fā)育過程中，不同的酶對糖積累影響不同，幼果期和膨大期Ivr對蔗糖積累影響明顯，著色期SPS活性與蔗糖含量升高趨勢一致。此外，國外有學(xué)者發(fā)現(xiàn)[7]，杧果在成熟過程中，淀粉含量降低，還原糖含量增加，SPS活性增加，AI活性先增加后降低，SS和NI活性較穩(wěn)定?，F(xiàn)在我國對杧果糖分積累及品質(zhì)改善方面的研究甚少，深入了解杧果不同生育時(shí)期糖分積累的代謝機(jī)制對促進(jìn)果實(shí)發(fā)育和提高果實(shí)品質(zhì)具有重要意義。本研究通過測定臺(tái)農(nóng)一號杧不同生育時(shí)期糖積累和相關(guān)代謝酶活性，旨在為杧果栽培措施改進(jìn)和品質(zhì)提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)于2017年在廣州市河源市紫市鎮(zhèn)杧果種植基地進(jìn)行，選用10年生臺(tái)農(nóng)一號杧嫁接苗為材料，株行距4 m×5 m，生長結(jié)果正常，選擇長勢和樹冠大小基本一致的健壯植株，果園常規(guī)管理。

1.2 測定指標(biāo)與方法

以花序花朵開放量為盛花期時(shí)(2月8日)記為果實(shí)生育期0 d，之后每間隔15 d隨機(jī)取樣果實(shí)15個(gè)，直至果實(shí)完熟，共取樣8次。

果實(shí)形態(tài)：每次取樣稱量果實(shí)質(zhì)量，以平均值作單果質(zhì)量；用尺子分別測量每份樣品果實(shí)長度和寬度，以平均值作為縱橫經(jīng)。

可溶性糖含量：每次取樣分別測定葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉含量，方法參照張友杰等[8]。

蔗糖代謝酶及淀粉酶活性：每次取樣用液氮進(jìn)行轉(zhuǎn)移，置于-80 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?，測定方法參照趙章中等[6]和魏長賓等[9]，所有操作在-4 ℃條件下進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 25系統(tǒng)軟件進(jìn)行方差及相關(guān)性分析，用LSD進(jìn)行樣本平均數(shù)的差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)形態(tài)變化

杧果果實(shí)在生長發(fā)育過程中，橫徑、縱徑和單果質(zhì)量生長均呈單“S”形曲線變化。圖1顯示，果實(shí)橫徑在生育期0～60 d時(shí)勻速增長，60 d后生長速度減緩，完熟時(shí)橫徑凈增長量為5.46 cm；果實(shí)縱徑變化較明顯，0～60 d時(shí)增長速度較快，由4.10 cm增至14.23 cm，60 d至完熟變化趨勢變緩，僅增加1.32 cm，完熟時(shí)縱徑凈增長量為11.45 cm。在生育期0 ～75 d單果質(zhì)量漲勢較快，由45.18 g增至260.39 g，在90 d時(shí)單果質(zhì)量最高，達(dá)265.36 g，完熟時(shí)略有降低，最終凈增長量為212.95 g。可見，杧果果實(shí)形態(tài)和單果質(zhì)量的變化趨勢均為先快速增加后趨于平穩(wěn)，這與武紅霞等[10]的研究結(jié)果基本一致。

圖1 臺(tái)農(nóng)一號杧果實(shí)發(fā)育中縱橫徑和單果質(zhì)量的變化

2.2 糖分積累的變化

2.2.1 可溶性糖含量 葡萄糖、果糖、蔗糖是杧果果實(shí)可溶性糖的主要組成部分。圖2可以看出，杧果果實(shí)發(fā)育前期各糖分含量均較低，隨后緩慢積累，自60～75 d左右積累速度加快，最終至完熟階段各糖分含量變化規(guī)律不同。生育期0 d時(shí)葡萄糖含量最低，為10.31 mg/g，前期變化幅度小，生育期60～90 d逐漸增加，90 d時(shí)含量最高，為18.50 mg/g，至完熟時(shí)含量有所降低，為16.89 mg/g，在果實(shí)可溶性糖中積累量最少。果糖含量在生育前期一直緩慢增加，60～90 d時(shí)積累速度加快，日增長量達(dá)0.49 mg/g，后逐漸降低，完熟時(shí)達(dá)到33.28 mg/g。蔗糖在0 ～75 d積累量均最少，日增長量僅為0.08 mg/g，但75 d開始迅速積累，至完熟時(shí)含量最高，為82.81 mg/g，為可溶性糖中主要糖分，極顯著高于葡萄糖與果糖含量(p<0.01)。

2.2.2 淀粉含量 由圖2可知，在果實(shí)發(fā)育過程中淀粉含量表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，在生育期0～30 d增長緩慢，日增長量為0.33 mg/g；30～90 d積累速度增快，含量逐漸增加，日增長量為1.22 mg/g；90 d時(shí)含量最高，達(dá)到230.01 mg/g，但完熟時(shí)含量迅速降低，僅為4.20 mg/g。可見，杧果果實(shí)發(fā)育前期以積累淀粉為主，果實(shí)完熟后淀粉迅速分解，蔗糖積累量增加。已有研究認(rèn)為，菠蘿蜜、香蕉等淀粉轉(zhuǎn)化型果實(shí)在發(fā)育過程中，淀粉含量逐漸積累，完熟時(shí)迅速降低，同時(shí)蔗糖含量增加[11]。愛文杧果實(shí)成熟時(shí)淀粉含量幾乎為零[7]，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

圖2 臺(tái)農(nóng)一號杧果實(shí)發(fā)育中可溶性糖和淀粉含量的變化

2.3 果實(shí)形態(tài)和糖含量的相關(guān)性

由表1可知，在發(fā)育過程中果實(shí)形態(tài)與糖含量具有不同的相關(guān)性。果實(shí)橫徑與可溶性糖含量均呈正相關(guān)，其中果糖達(dá)到極顯著(r=0.937)相關(guān)，但與淀粉含量相關(guān)性較低；果實(shí)縱徑與葡萄糖、果糖和蔗糖均為顯著正相關(guān)關(guān)系，與淀粉含量相關(guān)性較弱且無顯著性；果實(shí)單果質(zhì)量與葡萄糖和果糖相關(guān)性較強(qiáng)，且達(dá)到極顯著相關(guān)，與淀粉含量低度相關(guān)?？梢?，果實(shí)形態(tài)與葡萄糖和果糖含量相關(guān)性較緊密。

表1 臺(tái)農(nóng)一號杧果實(shí)形態(tài)與糖含量間相關(guān)性分析

2.4 糖代謝相關(guān)酶活性的變化

2.4.1 蔗糖代謝酶 蔗糖轉(zhuǎn)化酶(Ivr)又稱蔗糖酶，可將蔗糖水解為果糖和葡萄糖，分為酸性轉(zhuǎn)化酶(AI)和中性(或稱堿性)轉(zhuǎn)化酶(NI)兩種，由圖3可知，其活性隨果實(shí)發(fā)育變化不同。AI活性在生育期0～15 d時(shí)由7.57 mg/g快速增加至23.44 mg/g，但在15～60 d變化幅度趨于平緩，后急速增加，至90 d活性最高，為45.53 mg/g，完熟時(shí)活性略有降低；NI活性在杧果整個(gè)生育期間變化較小，0 d時(shí)為4.05 mg/g，完熟時(shí)活性僅為8.70 mg/g。開始時(shí)AI和NI活性相近，但兩者后期變化趨勢完全不同，AI活性明顯超過NI活性，說明杧果生育期間蔗糖轉(zhuǎn)化酶以酸性轉(zhuǎn)化酶為主。

蔗糖磷酸合成酶(SPS)廣泛存在于植物光合和非光合組織中，是催化合成蔗糖的酶，該過程不可逆；蔗糖合成酶(SS)主要存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，它既可催化蔗糖合成，也可催化蔗糖分解，其活性的提高有利于蔗糖積累[12-13]。由圖3可知，SPS活性在生育期0 ～60 d增長速度較慢，60～90 d時(shí)活性迅速增加，90 d時(shí)活性最高，為28.63 mg/g，完熟時(shí)略有降低；SS除0 ～15 d時(shí)活性稍降低，其余期間都緩慢增加，完熟時(shí)活性最高，為13.2 mg/g。有研究發(fā)現(xiàn)，哈登杧果在蔗糖的快速積累階段SPS活性增加數(shù)倍，SS活性較穩(wěn)定，AI活性在完熟時(shí)降低，本試驗(yàn)與其變化趨勢一致[14]。

圖3 臺(tái)農(nóng)一號杧果實(shí)發(fā)育中蔗糖代謝酶活性的變化

2.4.2 淀粉酶 淀粉酶屬于某一類酶的總稱，此類酶普遍具有催化水解淀粉分子內(nèi)糖苷鍵的能力。由圖4可知，淀粉酶活性變化呈倒“U”形曲線，在15 ～30 d時(shí)由151.26 mg/g迅速增至425.04 mg/g，從45 d開始活性逐漸下降，90 d后降低速度最快，完熟時(shí)淀粉酶活性已低于生育期0 d，僅為95.23 mg/g。

圖4 臺(tái)農(nóng)一號杧果實(shí)發(fā)育中淀粉酶活性的變化

2.5 果實(shí)糖含量與酶活性相關(guān)性分析

通過對杧果果實(shí)生長發(fā)育過程中可溶性糖、淀粉含量和酶活性的相關(guān)性分析可知，葡萄糖含量與淀粉酶負(fù)相關(guān)(r=-0.078)，與蔗糖代謝相關(guān)酶呈正相關(guān)，其中與SPS和SS達(dá)到顯著和極顯著相關(guān)。果糖含量與AI和SS呈顯著正相關(guān)，與NI和SPS正相關(guān)，但不顯著，與淀粉酶為負(fù)相關(guān)。蔗糖含量與轉(zhuǎn)化酶呈正相關(guān)，其中與AI達(dá)到顯著相關(guān)，與SS和SPS達(dá)到極顯著正相關(guān)，與淀粉酶仍為負(fù)相關(guān)關(guān)系。淀粉含量與轉(zhuǎn)化酶呈正相關(guān)，與SPS和SS呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性均較低，與淀粉酶達(dá)到顯著正相關(guān)(見表2)。

表2 臺(tái)農(nóng)一號杧果實(shí)糖含量與酶活性間相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

糖是果實(shí)品質(zhì)成分和風(fēng)味物質(zhì)的基礎(chǔ)原料，也是植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)物質(zhì)，還可為果實(shí)細(xì)胞膨大提供滲透推動(dòng)力。近年研究也表明，糖可作為信號分子通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控植物生長發(fā)育和基因表達(dá)[15]。果實(shí)中積累的糖主要是葡萄糖、果糖和蔗糖，根據(jù)糖分積累的類型和特點(diǎn)可分為淀粉轉(zhuǎn)化、糖直接積累和中間積累3種類型。杧果是淀粉轉(zhuǎn)化型果實(shí)，光合產(chǎn)物輸入后除用于生長發(fā)育及呼吸外，多余部分主要以淀粉形式積累于果實(shí)中直至果實(shí)成熟，采后再經(jīng)果實(shí)后熟將淀粉轉(zhuǎn)化為可溶性糖[15-16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，杧果果實(shí)糖積累隨生長發(fā)育的進(jìn)行而增加，發(fā)育前期以淀粉積累為主，其含量緩慢增加，在采收時(shí)含量最高，隨后因淀粉水解含量迅速降低，蔗糖積累量增加；此外，葡萄糖和果糖含量呈先升高后降低趨勢，這與武紅霞等[10]研究結(jié)果基本一致。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)杧果果實(shí)發(fā)育過程中形態(tài)變化與糖含量也存在一定相關(guān)性，果實(shí)的縱橫經(jīng)和單果質(zhì)量呈單“S”形曲線變化，與葡萄糖和果糖含量相關(guān)性最強(qiáng)，與蔗糖含量相關(guān)性次之，與淀粉含量相關(guān)性較弱，這說明杧果果實(shí)外觀品質(zhì)可間接反應(yīng)果實(shí)含糖量的多少，在采收時(shí)糖含量最高，品質(zhì)較好。

糖卸載到果實(shí)中在很大程度上取決于果實(shí)的庫強(qiáng)，蔗糖代謝相關(guān)酶活性高低正是庫強(qiáng)大小的重要生理標(biāo)志，大量研究證明，蔗糖代謝相關(guān)酶與糖積累之間存在緊密聯(lián)系[17-18]。有研究認(rèn)為，在哈登杧果成熟過程中，果實(shí)SPS活性在蔗糖的快速積累階段增加了10倍，NI活性較低[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，杧果果實(shí)在發(fā)育過程中NI和SS活性低，增加幅度較緩，而AI和SPS活性較高，呈先增加后降低的趨勢，且在采收時(shí)活性最強(qiáng)，這與葡萄糖和果糖含量變化趨勢一致，也可說明蔗糖含量為何在采收時(shí)含量驟增，通過分析也證實(shí)了果實(shí)中可溶性糖含量與AI和SPS相關(guān)性較強(qiáng)。產(chǎn)生這種變化的原因可能是杧果作為呼吸躍變型果實(shí)，采收前以積累淀粉為主，隨著酸性轉(zhuǎn)化酶活性增強(qiáng)，大量蔗糖轉(zhuǎn)化為果糖、葡萄糖和中間產(chǎn)物，以提供能量；進(jìn)入后熟階段時(shí)，淀粉水解，蔗糖代謝相關(guān)酶活性增加，蔗糖、果糖、葡萄糖含量增加[19-20]。試驗(yàn)結(jié)果表明，杧果生育前期以積累淀粉為主，成熟時(shí)淀粉逐漸分解，可溶性糖含量增加，酸性轉(zhuǎn)化酶和蔗糖磷酸合成酶是糖積累的關(guān)鍵酶。