骏枣果实糖分积累及相关代谢酶活性变化的研究

（塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

枣（Ziziphus jujuba Mill.）为鼠李科枣属植物，有3 000多年的栽培历史[1]。红枣是新疆南疆地域农业产业结构优化和枣农增收的主要树种。在枣果实品质的众多指标中，甜味是最主要的指标，而果实甜味在很大程度上取决于果实内所含糖分的种类和数量[2-3]。因而果实糖分积累就成为果实品质形成的关键。果实中的糖主要是葡萄糖、果糖和蔗糖，糖的种类和含量在很大程度上影响果实的品质，是决定果实品质的重要因素。有关果实中糖的代谢积累及其与蔗糖代谢相关酶的关系在苹果[4]、菠萝[5]、杏[6]、枸杞[7]、梨[8]等植物中已有大量的研究，这些研究揭示了不同植物调节糖代谢的关键酶不同，果实糖积累的类型不同，果实积累糖的种类和含量也存在着较大的差异。蔗糖代谢也是果实糖分积累的重要过程[1]，现有研究表明，果实发育过程中糖的积累是多种糖代谢酶共同发挥作用的结果，糖代谢相关酶的综合作用是明确果实糖积累机理的关键[9]，糖代谢相关酶主要有蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）、酸性转化酶（AI）和中性转化酶（NI）。酶的活性是体现各种糖代谢酶综合作用的指标。前人对矿质营养特性和生长调节剂及其它物质对果实产量、品质的影响等方面进行过相关研究[10-11]，但有关骏枣果实发育过程中糖分积累规律的相关报道较少。

深入了解糖分积累的代谢机制对促进果实发育和提高果实品质具有重要意义。据此，以骏枣品种为试验对象，研究骏枣果实发育过程中可溶性糖分的组成及其变化，以期全面从生理水平上阐明骏枣果实发育过程中糖含量、糖代谢相关酶活性与果实糖积累间的关系，明确枣果发育过程中糖积累的内在机理，为深入研究骏枣果实糖积累机制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在塔里木大学园艺试验站选择生长发育良好，树势和花期一致的3株树龄为5年的骏枣试验树，于幼果期开始采样，每次采果时分别从标记植株的不同方向选择大小一致且无病害的果实10个，直至全红期，果样采下后立即放进低温盒中，及时带回实验室，去皮去核后切碎，液氮速冻，-80℃超低温冰箱中保存待用。选取果肉部分分别进行糖含量和酶活力的测定。

1.2 试验方法

1.2.1 糖类测定

样品制备：称取1 g鲜枣样，低温充分研磨后加入10 mL80%乙醇混匀后盖上盖并置于80℃水浴30 min，4 000 r/min离心10 min取上清液，重复3次，合并滤液，旋转蒸干除去乙醇，用超纯水定容至25 mL，滤液用于测定枣果实中的可溶性糖。

液相色谱条件色谱柱为XBridge Amide（4.6 mm×250 mm，5 μm），流动相为 0.2%TEA 水溶液（A 相）和含0.2%TEA的乙腈（B相），流速为 1.0 mL/min，柱温为35℃，进样量1 μL，ELSD参数中雾化管温度为40℃，漂移管温度为50℃，氮气做载气，流速为1.6 L/min。

1.2.2 蔗糖代谢相关酶的活性测定

试验全过程在冰浴条件下提取酶液，称取5 g枣果实，将其放在经冷冻后的研钵中，再加入液氮快速研磨2 min，参考蒲小秋[12]等的试验方法进行酶活性测定。

式中，C：从标准曲线查得的蔗糖量（mg/mL）；V1：提取酶液总体积（mL）；M：样品鲜重（g）；V2：测定时取用酶液体积（mL）；t：酶反应时间（h）。

转化酶的活性为单位酶蛋白中的酶在单位时间内还原糖产生的速率；SS和SPS的酶活力为单位酶蛋白中的酶在单位时间内催化底物合成蔗糖的速率。

1.3 数据处理

数据采用Excel软件进行统计处理。

2 结果与分析

2.1 骏枣果实发育过程中各时期糖组分含量的变化

图1 骏枣果实发育过程中可溶性糖组分含量变化

由图1可知，果糖、葡萄糖、蔗糖3种可溶性糖的积累变化趋势不一致。其中，果糖和葡萄糖含量的变化一致，呈现先上升后下降再上升的趋势。在幼果发育初期，果糖和葡萄糖含量基本维持稳定，8月17日至9月8日即硬核期至白熟期，骏枣果实的果糖和葡萄糖含量变化表现为降低至含量最低，分别为2.43%和2.17%，之后随着果实的逐渐成熟，其含量持续积累，果实红熟时果糖和葡萄糖含量分别为3.80%和3.38%。果实中蔗糖含量在发育前期积累缓慢，在第一次采果后的50 d（果实发育达到白熟期）时，其含量均高于果糖和葡萄糖。骏枣果实蔗糖含量自8月26日至10月2日快速增加，从3.46%增加至20.44%，增加了近7倍。由此可见，骏枣红熟期果实蔗糖含量为20.44%，远高于果糖（3.80%）和葡萄糖（3.38%）的含量，蔗糖与还原糖的比例为2.8∶1，说明骏枣果实主要以积累蔗糖为主，属于蔗糖积累型果实。

2.2 骏枣果实发育过程中蔗糖合成酶活性的变化

图2 骏枣果实发育过程中蔗糖合成酶活性的变化

蔗糖合成酶（SS）具有合成和分解的双重作用。图2显示了骏枣果实发育过程中SS活性的变化，SS合成方向酶活性大于分解方向酶活性。在骏枣果实发育前期SS合成方向酶活性表现为缓慢上升，并于9月20日迅速升高，至10月2日达到最大（7.28 mg·g-1FW·h-1），此时果糖和葡萄糖含量也同步增加；而蔗糖合成酶分解方向的活性则呈现先下降后上升之后又下降的变化趋势。从7月4～24日（即幼果期至果实膨大期），SS分解方向酶活性急速下降，从 5.04 mg·g-1FW·h-1降至 1.92 mg·g-1FW·h-1，降低了2倍。自果实膨大期之后，骏枣果实SS分解方向的活性变化比较缓慢，在9月20日降至最低值0.95 mg·g-1FW·h-1。

2.3 骏枣果实发育过程中蔗糖磷酸合成酶活性的变化

图3 骏枣果实发育过程中蔗糖磷酸合成酶活性的变化

由图3可知，蔗糖磷酸合成酶的活性在果实发育呈现先升高后下降的趋势。7月初至9月初，骏枣果实的SPS活性逐渐升高，于9月8日达到活性最高值6.18 mg·g-1FW·h-1。说明骏枣果实在发育后期主要以积累蔗糖为主。在幼果期SPS活性最低，蔗糖含量处于最低水平，而在骏枣果实发育初期，葡萄糖和果糖含量相对较高，说明蔗糖磷酸合成酶和蔗糖变化趋势一致且SPS活性越高，蔗糖含量积累的越多。在白熟期后SPS活性缓慢下降且维持在较低水平。

图4 骏枣果实发育过程中蔗糖转化酶活性的变化

2.4 骏枣果实发育过程中蔗糖转化酶活性的变化

转化酶可以将蔗糖分解为果糖和葡萄糖，分为酸性转化酶（AI）和中性转化酶（NI）。图4显示骏枣果实发育过程中，酸性转化酶活性变化表现为持续下降趋势，而中性转化酶NI活性总体变化趋势为先下降后升高。由图4-A可知，AI活性在果实发育初期较高，自果实膨大期之后AI活性迅速下降并维持在较低活性，直至果实成熟。与酸性转化酶不同，中性转化酶（NI）在果实发育初期活性水平较高，之后快速下降至2.57 mg·g-1FW·h-1。8月17日骏枣果实的NI活性缓慢下降，随后在白熟期又逐渐升高（见图4-B）。在果实发育初期，AI和NI活性较高，果糖和葡萄糖含量也较高，随着果实发育，还原糖的含量逐渐降低，此时转化酶活性也缓慢下降，说明转化酶活性的高低直接影响到果实中果糖和葡萄糖含量的多少。

3 讨论与小结

3.1 讨论

大多数果实在成熟时以糖为主要贮藏物，不同种类植物的果实、同种植物果实在不同的发育时期或不同品种果实之间糖的积累都有可能存在差异[4-8，13]。本试验结果表明，在骏枣果实发育过程中，发育前期果实中葡萄糖和果糖的比例较高，后期果实蔗糖含量迅速升高，而2种还原糖含量均下降。成熟果实的蔗糖和还原糖之比为2.8∶1。由此可见，骏枣果实在发育早期以积累葡萄糖和果糖为主，而发育成熟的果实主要积累蔗糖，是蔗糖积累型果实。

果实中糖的积累与糖代谢酶密切相关，果实获得同化产物的能力很大程度上由库强决定，而蔗糖代谢相关酶的活性强弱影响库强和糖卸载能力[14]，从而影响果实糖分的积累、糖的组成和含量。本研究结果表明，在骏枣果实发育初期，转化酶的活性对糖分积累影响较大，转化酶分解蔗糖为单糖，其活性越高，果糖和葡萄糖含量越高。酸性转化酶和SS分解方向酶活性促进骏枣果实发育前期果糖和葡萄糖的积累，可能是果实快速膨大期果糖和葡萄糖含量升高的主要原因。SS合成方向酶与SPS活性的升高促进了果实蔗糖含量高于果糖和葡萄糖，是果实膨大期至果实成熟期蔗糖含量升高的原因；AI是果实膨大期及之前阶段果糖和葡萄糖含量略微升高的主要原因之一。白熟期到完熟期骏枣果实NI活性的缓慢升高可能是由于成熟期果糖和葡萄糖含量增加导致的。由此可见，AI、NI和SS-s共同参与了骏枣果糖和葡萄糖的积累，且果实糖分积累主要受AI和NI这2种酶的调控。AI活性的下降是骏枣果实大量积累蔗糖的前提条件，当骏枣果实发育至中后期时，AI活性和SS-c活性大幅度降低，而SS-s活性高于SS-c活性，SPS活性也有一定程度升高，此时骏枣果实中的蔗糖含量迅速升高，是果实发育后期蔗糖含量快速增高的主要原因。因此，骏枣果实的糖分积累与其蔗糖代谢相关酶的活性有着密切的联系，也充分说明了糖分积累是转化酶和合成酶共同作用的结果。

3.2 小结

3.2.1 骏枣果实发育过程中可溶性糖组分及含量的变化

骏枣果实在发育前期主要积累果糖和葡萄糖，在果实膨大期和成熟期大量积累蔗糖。蔗糖含量在骏枣幼果期处于较低水平，随着果实的发育和成熟，其含量逐渐升高。由此可见，骏枣果实主要以积累蔗糖为主，属于蔗糖积累型果实。

3.2.2 骏枣果实发育过程中蔗糖代谢酶活性的变化

糖积累是骏枣果实品质形成的关键，而蔗糖代谢又是糖积累的重要环节。果实发育前期，转化酶活性的变化影响了果糖和葡萄糖含量的变化，SPS和SS合成方向活性的增大对骏枣蔗糖的积累具有重要作用。其中转化酶活性越高，果糖和葡萄糖含量越高；SPS活性在前期呈现上升趋势，此时蔗糖含量较低；AI和NI活性在骏枣果实发育后期逐渐较低，且维持在较低水平，而蔗糖含量从骏枣果实发育至红熟期逐渐升高达到最大值（20.44%）。说明AI、NI和SS合成方向酶共同参与骏枣果糖和葡萄糖的积累，AI和NI是骏枣果实糖分积累的2种主要调控酶。

参考文献

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