杧果不同生育时期果实糖分积累特征及相关代谢酶活性分析

林 怡

(广东生态工程职业学院，广州，510520)

杧果MangiferaindicaLinn为漆树科(Anacardiaceae)杧果属(Mangifera)常绿果树，素有“热带果王”之美誉[1]。台农一号杧果是中国台湾省凤山园艺所选育的优良品种，具有早熟、花期长、适应性广、丰产稳产和品质优等特点，是广东杧果主栽品种之一[2]。

糖分是果实的主要组成部分，其种类及含量是决定果实品质的重要因素之一，糖类物质及其中间代谢产物是果实次生代谢的底物，广泛影响果实的风味、色泽、甜度和营养成分[3]。蔗糖代谢是糖积累的重要环节，研究蔗糖代谢相关酶是探讨果实糖分积累的重要手段，这类酶主要包括蔗糖合成酶(Sucrose synthase，SS)、蔗糖磷酸合成酶(Sucrose phosphate synthase，SPS)和转化酶(Invertase，Ivr)，其中转化酶包括酸性转化酶(Acid invertase，AI)和中性转化酶(Neutral invertase，NI)[4-5]。赵章中等[6]对温州蜜柑的研究表明，在果实发育过程中，不同的酶对糖积累影响不同，幼果期和膨大期Ivr对蔗糖积累影响明显，着色期SPS活性与蔗糖含量升高趋势一致。此外，国外有学者发现[7]，杧果在成熟过程中，淀粉含量降低，还原糖含量增加，SPS活性增加，AI活性先增加后降低，SS和NI活性较稳定。现在我国对杧果糖分积累及品质改善方面的研究甚少，深入了解杧果不同生育时期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。本研究通过测定台农一号杧不同生育时期糖积累和相关代谢酶活性，旨在为杧果栽培措施改进和品质提升提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验于2017年在广州市河源市紫市镇杧果种植基地进行，选用10年生台农一号杧嫁接苗为材料，株行距4 m×5 m，生长结果正常，选择长势和树冠大小基本一致的健壮植株，果园常规管理。

1.2 测定指标与方法

以花序花朵开放量为盛花期时(2月8日)记为果实生育期0 d，之后每间隔15 d随机取样果实15个，直至果实完熟，共取样8次。

果实形态：每次取样称量果实质量，以平均值作单果质量；用尺子分别测量每份样品果实长度和宽度，以平均值作为纵横经。

可溶性糖含量：每次取样分别测定葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉含量，方法参照张友杰等[8]。

蔗糖代谢酶及淀粉酶活性：每次取样用液氮进行转移，置于-80 ℃冰箱中保存备用，测定方法参照赵章中等[6]和魏长宾等[9]，所有操作在-4 ℃条件下进行。

1.3 数据分析

运用Microsoft Excel进行数据处理，用SPSS 25系统软件进行方差及相关性分析，用LSD进行样本平均数的差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 果实形态变化

杧果果实在生长发育过程中，横径、纵径和单果质量生长均呈单“S”形曲线变化。图1显示，果实横径在生育期0～60 d时匀速增长，60 d后生长速度减缓，完熟时横径净增长量为5.46 cm；果实纵径变化较明显，0～60 d时增长速度较快，由4.10 cm增至14.23 cm，60 d至完熟变化趋势变缓，仅增加1.32 cm，完熟时纵径净增长量为11.45 cm。在生育期0 ～75 d单果质量涨势较快，由45.18 g增至260.39 g，在90 d时单果质量最高，达265.36 g，完熟时略有降低，最终净增长量为212.95 g。可见，杧果果实形态和单果质量的变化趋势均为先快速增加后趋于平稳，这与武红霞等[10]的研究结果基本一致。

图1 台农一号杧果实发育中纵横径和单果质量的变化

2.2 糖分积累的变化

2.2.1 可溶性糖含量 葡萄糖、果糖、蔗糖是杧果果实可溶性糖的主要组成部分。图2可以看出，杧果果实发育前期各糖分含量均较低，随后缓慢积累，自60～75 d左右积累速度加快，最终至完熟阶段各糖分含量变化规律不同。生育期0 d时葡萄糖含量最低，为10.31 mg/g，前期变化幅度小，生育期60～90 d逐渐增加，90 d时含量最高，为18.50 mg/g，至完熟时含量有所降低，为16.89 mg/g，在果实可溶性糖中积累量最少。果糖含量在生育前期一直缓慢增加，60～90 d时积累速度加快，日增长量达0.49 mg/g，后逐渐降低，完熟时达到33.28 mg/g。蔗糖在0 ～75 d积累量均最少，日增长量仅为0.08 mg/g，但75 d开始迅速积累，至完熟时含量最高，为82.81 mg/g，为可溶性糖中主要糖分，极显著高于葡萄糖与果糖含量(p<0.01)。

2.2.2 淀粉含量 由图2可知，在果实发育过程中淀粉含量表现为先升高后降低的趋势，在生育期0～30 d增长缓慢，日增长量为0.33 mg/g；30～90 d积累速度增快，含量逐渐增加，日增长量为1.22 mg/g；90 d时含量最高，达到230.01 mg/g，但完熟时含量迅速降低，仅为4.20 mg/g。可见，杧果果实发育前期以积累淀粉为主，果实完熟后淀粉迅速分解，蔗糖积累量增加。已有研究认为，菠萝蜜、香蕉等淀粉转化型果实在发育过程中，淀粉含量逐渐积累，完熟时迅速降低，同时蔗糖含量增加[11]。爱文杧果实成熟时淀粉含量几乎为零[7]，与本试验结果一致。

图2 台农一号杧果实发育中可溶性糖和淀粉含量的变化

2.3 果实形态和糖含量的相关性

由表1可知，在发育过程中果实形态与糖含量具有不同的相关性。果实横径与可溶性糖含量均呈正相关，其中果糖达到极显著(r=0.937)相关，但与淀粉含量相关性较低；果实纵径与葡萄糖、果糖和蔗糖均为显著正相关关系，与淀粉含量相关性较弱且无显著性；果实单果质量与葡萄糖和果糖相关性较强，且达到极显著相关，与淀粉含量低度相关。可见，果实形态与葡萄糖和果糖含量相关性较紧密。

表1 台农一号杧果实形态与糖含量间相关性分析

2.4 糖代谢相关酶活性的变化

2.4.1 蔗糖代谢酶 蔗糖转化酶(Ivr)又称蔗糖酶，可将蔗糖水解为果糖和葡萄糖，分为酸性转化酶(AI)和中性(或称碱性)转化酶(NI)两种，由图3可知，其活性随果实发育变化不同。AI活性在生育期0～15 d时由7.57 mg/g快速增加至23.44 mg/g，但在15～60 d变化幅度趋于平缓，后急速增加，至90 d活性最高，为45.53 mg/g，完熟时活性略有降低；NI活性在杧果整个生育期间变化较小，0 d时为4.05 mg/g，完熟时活性仅为8.70 mg/g。开始时AI和NI活性相近，但两者后期变化趋势完全不同，AI活性明显超过NI活性，说明杧果生育期间蔗糖转化酶以酸性转化酶为主。

蔗糖磷酸合成酶(SPS)广泛存在于植物光合和非光合组织中，是催化合成蔗糖的酶，该过程不可逆；蔗糖合成酶(SS)主要存在于细胞质内，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积累[12-13]。由图3可知，SPS活性在生育期0 ～60 d增长速度较慢，60～90 d时活性迅速增加，90 d时活性最高，为28.63 mg/g，完熟时略有降低；SS除0 ～15 d时活性稍降低，其余期间都缓慢增加，完熟时活性最高，为13.2 mg/g。有研究发现，哈登杧果在蔗糖的快速积累阶段SPS活性增加数倍，SS活性较稳定，AI活性在完熟时降低，本试验与其变化趋势一致[14]。

图3 台农一号杧果实发育中蔗糖代谢酶活性的变化

2.4.2 淀粉酶 淀粉酶属于某一类酶的总称，此类酶普遍具有催化水解淀粉分子内糖苷键的能力。由图4可知，淀粉酶活性变化呈倒“U”形曲线，在15 ～30 d时由151.26 mg/g迅速增至425.04 mg/g，从45 d开始活性逐渐下降，90 d后降低速度最快，完熟时淀粉酶活性已低于生育期0 d，仅为95.23 mg/g。

图4 台农一号杧果实发育中淀粉酶活性的变化

2.5 果实糖含量与酶活性相关性分析

通过对杧果果实生长发育过程中可溶性糖、淀粉含量和酶活性的相关性分析可知，葡萄糖含量与淀粉酶负相关(r=-0.078)，与蔗糖代谢相关酶呈正相关，其中与SPS和SS达到显著和极显著相关。果糖含量与AI和SS呈显著正相关，与NI和SPS正相关，但不显著，与淀粉酶为负相关。蔗糖含量与转化酶呈正相关，其中与AI达到显著相关，与SS和SPS达到极显著正相关，与淀粉酶仍为负相关关系。淀粉含量与转化酶呈正相关，与SPS和SS呈负相关，但相关性均较低，与淀粉酶达到显著正相关(见表2)。

表2 台农一号杧果实糖含量与酶活性间相关性分析

3 结论与讨论

糖是果实品质成分和风味物质的基础原料，也是植物生命活动的基础物质，还可为果实细胞膨大提供渗透推动力。近年研究也表明，糖可作为信号分子通过信号转导途径调控植物生长发育和基因表达[15]。果实中积累的糖主要是葡萄糖、果糖和蔗糖，根据糖分积累的类型和特点可分为淀粉转化、糖直接积累和中间积累3种类型。杧果是淀粉转化型果实，光合产物输入后除用于生长发育及呼吸外，多余部分主要以淀粉形式积累于果实中直至果实成熟，采后再经果实后熟将淀粉转化为可溶性糖[15-16]。本试验结果表明，杧果果实糖积累随生长发育的进行而增加，发育前期以淀粉积累为主，其含量缓慢增加，在采收时含量最高，随后因淀粉水解含量迅速降低，蔗糖积累量增加；此外，葡萄糖和果糖含量呈先升高后降低趋势，这与武红霞等[10]研究结果基本一致。同时，研究发现杧果果实发育过程中形态变化与糖含量也存在一定相关性，果实的纵横经和单果质量呈单“S”形曲线变化，与葡萄糖和果糖含量相关性最强，与蔗糖含量相关性次之，与淀粉含量相关性较弱，这说明杧果果实外观品质可间接反应果实含糖量的多少，在采收时糖含量最高，品质较好。

糖卸载到果实中在很大程度上取决于果实的库强，蔗糖代谢相关酶活性高低正是库强大小的重要生理标志，大量研究证明，蔗糖代谢相关酶与糖积累之间存在紧密联系[17-18]。有研究认为，在哈登杧果成熟过程中，果实SPS活性在蔗糖的快速积累阶段增加了10倍，NI活性较低[14]。本研究发现，杧果果实在发育过程中NI和SS活性低，增加幅度较缓，而AI和SPS活性较高，呈先增加后降低的趋势，且在采收时活性最强，这与葡萄糖和果糖含量变化趋势一致，也可说明蔗糖含量为何在采收时含量骤增，通过分析也证实了果实中可溶性糖含量与AI和SPS相关性较强。产生这种变化的原因可能是杧果作为呼吸跃变型果实，采收前以积累淀粉为主，随着酸性转化酶活性增强，大量蔗糖转化为果糖、葡萄糖和中间产物，以提供能量；进入后熟阶段时，淀粉水解，蔗糖代谢相关酶活性增加，蔗糖、果糖、葡萄糖含量增加[19-20]。试验结果表明，杧果生育前期以积累淀粉为主，成熟时淀粉逐渐分解，可溶性糖含量增加，酸性转化酶和蔗糖磷酸合成酶是糖积累的关键酶。