新疆厚皮甜瓜果实可溶性糖积累规律及其差异分析

杨 永，翟文强，张学军，李寐华，张永兵，马新力，伊鸿平

(新疆农业科学院哈密瓜研究中心，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】厚皮甜瓜是新疆重要的特色作物之一。糖是果实其它风味物质的基础，是决定果实品质和消费者认可度最关键的影响因素[1]。不同厚皮甜瓜材料间糖分积累差异明显，厚皮甜瓜果肉较厚，一般近种腔端(心部)果肉甜度高于近果皮端(边部)果肉，若糖梯度过大，将影响口感。研究厚皮甜瓜及其不同部位糖分积累规律，对于进一步挖掘其分子生物学基础，培育高糖低梯度新品种及指导栽培管理具有重要意义。【前人研究进展】厚皮甜瓜属葫芦科园艺作物，叶源光合产物主要以水苏糖和棉子糖形式运输至果实库中[2]，也有研究认为成熟期果实可能也以蔗糖形式由叶源光合产物直接进入果实[3]。甜瓜果实中糖分主要由葡萄糖、果糖和蔗糖组成[4]，3种糖分含量在果实不同部位及不同发育时期均呈现一定差异。在厚皮甜瓜果实纵向分布上，含糖量由高至低依次为脐部果肉、中部果肉和蒂部果肉[4, 5]；在横向分布上，从外果皮至中心胎座也呈现明显差异，胎座总糖含量最高，边部最低[6, 7]。无论是脐部果肉、中部果肉还是蒂部果肉果糖、葡萄糖均含量相当，且变化趋势一致，呈先增加后积累平缓或降低的趋势，而蔗糖呈持续增加的变化趋势[3, 4, 7]。【本研究切入点】在收集的厚皮甜瓜种质资源中，糖积累类型按总糖含量及横向糖梯度可分为三类：心部边部均高、心部边部均低和心部高边部低3种类型，前人尚未对心部高边部低即横向高糖梯度材料的可溶性糖积累差异及规律进行研究，厚皮甜瓜边部果肉可溶性糖积累规律也鲜见报道。研究新疆厚皮甜瓜果实可溶性糖积累规律及其差异。【拟解决的关键问题】选择3份代表性的厚皮甜瓜材料，利用液相色谱仪测定其果实不同发育时期可溶性糖含量，分析不同类型材料、不同果实部位可溶性糖组分差异及其积累规律，为解析内在的分子生物学机制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

k9-2(HH)、k9-3(LL)和K9-6(HL)共3份材料均由新疆农业科学院哈密瓜研究中心提供。2020年3月28日种植于新疆农业科学院哈密瓜研究中心吐鲁番基地，每个材料种植50株，吊蔓生长，单蔓整枝，坐果节位7～9节，留一果，种植模式及水肥管理均一致。图1

分别于授粉后10、20、30、35、40和45 d，每个材料选择授粉日期、坐果节位、果实大小及植株长势相对一致的3个果实，利用取样器(直径约1 cm)于果实赤道位置采集6个圆柱状样品，去除果皮和粘连的瓜瓤，将剩余果肉两端(近果皮端为边部果肉，另一端为心部果肉)各1/3置于提前做好标记的2个离心管中，将2个取样点相同部位果肉混为1管，置于液氮中备用。

1.2 方 法

1.2.1 可溶性糖萃取

将样品从液氮取出后，稍放置约2 min，擦去离心管表面水汽，称重。将50个空离心管称重和样品重，即样品=装有样品离心管-空离心管。

将装有样品的离心管中放入1粒5 mm钢珠，利用罗氏MagNA Lyser组织匀浆仪以4 500 r/min震荡30 s，瞬时离心5 s，倒入15 mL离心管中，利用5 mL去离子水分3次清洗样品管，每个15 mL离心管中再加入5 mL去离子水，分别加入1.93 mol/L的乙酸锌和0.26 mol/L的亚铁氰化钾各500 μL，400 r/min震荡30 min，4 000 r/min离心10 min，将上清液转至15 mL容量瓶中，然后用去离子水定容至15 mL，上下颠倒混匀后，取1.5 mL利用0.22 μm微孔滤膜过滤，置于色谱瓶中，待利用液相色谱仪检测。

1.2.2 仪器及相关参数

高效液相色谱仪(美国安捷伦1260)，色谱柱：氨基柱(PlatisilNH25IXmx250rnmx4.6 mm)，检测器为示差检测器 (G1362A RID)；利用色谱级乙腈(品牌：oceanpak)配置流动相，乙腈∶去离子水=75∶25，流动相需要超声波脱气30 min，脱气过程中，上下颠倒3次；流速设置为1.0 mL/min，进样量20 μL，柱温和检测器温度均为35℃。

1.2.3 标准曲线制作

将果糖、葡萄糖、蔗糖的标准使用液10 299.99、10 200和11 049.99 μg/mL配制混标，逐级稀释，利用高效液相色谱测定峰面积，以样品浓度为横坐标，样品峰面积为纵坐标，进行一元线性回归分析，制作标准曲线，采用外标法进行定量。

1.3 数据处理

利用WPS office Excel整理数据，并利用R语言进行统计分析并作图。

2 结果与分析

2.1 标准曲线

研究表明，果糖、葡萄糖和蔗糖标准曲线R2均大于0.99，接近1，且对应P值均远小于0.01，样品中果糖、葡萄糖、蔗糖浓度与其峰面积极显著相关，标准曲线回归方程可用于样品的准确定量。图2

2.2 3份材料成熟期果实可溶性糖含量差异

研究表明，HH心部果肉总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均显著高于边部果肉，其中心部果肉总糖约为边部果肉的1.3倍；HL心部果肉的总糖和蔗糖含量均显著高于边部果肉，心部果肉与边部果肉间的果糖、葡萄糖含量均无显著性差异，心部果肉总糖约为边部果肉的2.4倍。LL心部和边部果肉可溶性糖含量间的显著性差异与HL完全一致，心部果肉总糖约为边部果肉的2.7倍。HL和LL边部果肉积累较少的蔗糖，尤其是HL边部果肉蔗糖含量极低，仅占总糖含量的5%，蔗糖含量是造成HL、LL心部果肉和边部果肉间总糖含量差异的主要因子。

无论是心部果肉还是边部果肉，HH总糖、蔗糖、果糖、葡萄糖含量均显著高于LL；HH心部和边部果肉的总糖、蔗糖均显著高于HL，心部果肉果糖略低于HL，葡萄糖含量显著低于HL，边部果肉果糖、葡萄糖均显著低于HL。HL心部和边部总糖含量均高于LL，心部差异显著，而边部无显著差异；HL心部和边部蔗糖含量均低于LL，但均无显著差异；HL心部和边部果肉的葡萄糖和果糖含量均显著高于LL。心部和边部总糖含量均最高的HH得益于蔗糖的大量积累；LL心部和边部果肉果糖、葡萄糖和蔗糖含量均积累较少，导致其总糖最低；而HL相较于LL，心部果肉具有较高的总糖含量，得益于果糖、葡萄糖的积累，而边部果肉总糖较低，主要是由于蔗糖积累缺失。图3

2.3 果肉可溶性糖积累规律及其动态积累差异

研究表明，3份材料从授粉后10～45 d，葡萄糖和果糖含量整体波动相对较小，除HL边部果肉呈持续增加趋势外，其它均呈先增加后降低的趋势；HH、HL和LL的心部果肉和边部果肉蔗糖含量均呈持续增加的趋势；HH、LL总糖含量均呈先增加后降低趋势，而材料HL总糖含量呈持续增加趋势。

HH在授粉后20 d，心部和边部果肉总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均开始积累，尤其心部果肉总糖、蔗糖含量增加幅度较大；而边部果肉总糖、葡萄糖和果糖增加幅度较大，蔗糖含量在授粉后30 d快速增加。HL在授粉后20 d，心部果肉总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖均开始缓慢积累，尤其总糖、葡萄糖、果糖增加幅度相对较大，而蔗糖在授粉后30 d呈现急剧增加；边部果肉总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量在授粉后20 d后呈缓慢增加。LL在授粉后20 d，心部果肉和边部果肉的总糖、葡萄糖、果糖含量均开始积累，而心部果肉蔗糖含量在授粉后30 d呈大幅度升高，而边部果肉蔗糖含量在35 d后呈较大幅度增加。不同材料间蔗糖积累的起始时间具有明显差异，积累的起始时间越早，成熟期总糖含量越高。图4

HH心部果肉在授粉后30 d时，蔗糖含量已接近总糖的50%，在45 d时，达到72%；边部果肉蔗糖在30 d时约占总糖8%，35 d时达42%，45 d时达到70%。LL心部果肉30 d时尚无蔗糖，在35 d时达到53%，45 d时达到77%；边部果肉分别于40和45 d到25%和45%。HL心部果肉30 d时蔗糖约占总糖10%，35 d时达到39%，45 d时达到59%；边部果肉在35 d后才积累少量的蔗糖，45 d时仅占总糖5%。厚皮甜瓜心部和边部果肉前期可溶性糖组分以果糖和葡萄糖为主，后期以积累蔗糖为主，在成熟期，除HL边部果肉外，蔗糖占总糖比例均接近或超过50%。图5

2.4 厚皮甜瓜果实中可溶性糖含量相关性

研究表明，果糖、葡萄糖随果实发育呈先增加后降低趋势，蔗糖和总糖含量均随果实发育呈逐渐增加趋势，尤其30 d后快速增加；果糖和葡萄糖之间呈极显著线性正相关，相关系数高达0.94；蔗糖和果糖之间显著线性正相关，相关系数为0.43，相对较低；蔗糖与葡萄糖之间呈线性正相关，相关系数为0.41，相对较低；总糖与蔗糖、果糖、葡萄糖和果实发育期均呈极显著线性正相关，相关系数依次为0.96、0.67、0.65和0.63，与蔗糖相关系数最高。蔗糖含量是决定总糖积累量的最重要的因子。图6

3 讨 论

3.1 厚皮甜瓜果肉糖梯度现象

厚皮甜瓜果实糖含量既存在纵向的差异，也存在横向的不同。在纵向上，张明方等[4]和郑贺云等[5]将果实分为蒂部、中部和脐部，3个部位主要呈现蔗糖含量梯度，由高至低依次为脐部>中部>蒂部。在利用手持折光糖测定仪鉴定果实实践中，也有类似发现，脐部、中部及蒂部果肉折光糖含量具有一定差异，但在果实赤道位置，心部和边部折光糖含量的差异更为明显。研究选取了果实赤道位置取样，以去除纵向糖含量差异的影响。王兰菊等[7]研究发现，厚皮甜瓜自交系HN-004中心胎座与中部果肉相比，蔗糖含量升高，而葡萄糖、果糖含量降低。Benolt Biais等将厚皮甜瓜赤道位置从边部至心部平分成5等份，研究采集的边部和心部果肉相对应于其2号和5号位置，HL、LL同其测定结果一致，心部和边部的葡萄糖含量无显著差异，心部蔗糖含量显著高于边部。研究中HH、LL的葡萄糖、果糖含量均低于HL，但蔗糖含量均高于HL，与克利斯托和娜依托品种中部果肉糖含量差异[4]表现一致，推测可能在成熟期果糖和葡萄糖在相关酶的作用下转化为了蔗糖，进而促进了蔗糖在果实中的积累，导致葡萄糖和果糖含量降低。索滨华等[8]利用14C同位素示踪技术证实厚皮甜瓜成熟期果实中蔗糖的积累，主要依赖于光合作用同化产物的输入，其次为同化物的再分配和转化。前人研究表明，厚皮甜瓜果实中可溶性糖以蔗糖为主[4, 8, 9]，研究中HH和LL成熟果实中心部和边部果肉均积累了大量的蔗糖，蔗糖占总糖的比例均在45%以上，心部果肉最高达77%；而HL材料较为特别，成熟期心部果肉蔗糖占总糖比例为59%，但边部果肉积累了极少量的蔗糖，占总糖比例仅5%。马梦婕等[10]报道的厚皮甜瓜品系HN-004中部果肉也以果糖和葡萄糖为主，蔗糖含量极少，不足5 mg/g，而郑贺云等[5]对西周密25号的测定结果显示，果肉中葡萄糖、果糖和蔗糖含量较均衡，差异较小。可见厚皮甜瓜不同材料积累的可溶性糖含量及其组成具有一定的特殊性。

3.2 厚皮甜瓜果实可溶性糖积累规律

甜瓜果实中主要存在果糖、葡萄糖和蔗糖3种可溶性糖，其中果糖、葡萄糖可相互转化，并分别直接参与糖酵解和三羧酸循环途径，为果实细胞建成和其它风味物质的合成提供能量和碳骨架，而蔗糖作为最主要的光合终产物贮藏在成熟果肉细胞中[11]。研究显示，葡萄糖和果糖含量相近，在不同材料中，除HL边部果肉外，均呈先增加后降低的变化趋势，蔗糖含量在所有样品中均呈持续增加的变化趋势，与前人[3, 4, 10, 11]研究结果一致。

不同厚皮甜瓜蔗糖积累的起始时间不同。研究中HH心部、边部果肉及HL心部果肉蔗糖积累均起始于授粉后20 d，与中密1号表现一致[12]，西州密25号果实蒂部、中部和脐部蔗糖积累的起始时间略有差异，在授粉后21～24 d[5]；而LL的心部和边部果肉积累蔗糖起始于授粉后30 d或更晚，与伊丽莎白[3]、克利斯托[4]和Dulce[11]等表现一致。除了受遗传因素影响外，许传强等[13]发现，与自根相比，通过嫁接将厚皮甜瓜蔗糖积累的起始时间提前了7 d左右，但并没有提高果实总糖含量。同一材料不同部位及不同材料同一部位间可溶性糖积累的显著差异，还有待于进一步从分子生物学层面进行解析。

4 结 论

厚皮甜瓜赤道位置果肉可溶性糖积累量及积累规律在不同材料间和不同部位均具有明显差异，3份材料总糖、葡萄糖和果糖均呈先增加后降低趋势，蔗糖呈持续增加趋势。蔗糖含量、蔗糖积累起始时间是造成不同材料间及同一材料心部、边部总糖含量差异的主要因子。