蔗糖代謝相關(guān)酶在赤霞珠葡萄果實(shí)糖積累中的作用

摘 要：為了探索葡萄果實(shí)糖積累與蔗糖代謝相關(guān)酶活性問的關(guān)系，測定了赤霞珠葡萄果實(shí)中葡萄糖、果糖和蔗糖含量以及蔗糖代謝相關(guān)酶一可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶(SAI)、可溶性中性轉(zhuǎn)化酶(sNI)、細(xì)胞壁結(jié)合的酸性轉(zhuǎn)化酶(cBAI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性。結(jié)果表明，赤霞珠葡萄果實(shí)糖分的積累以葡萄糖和果糖為主：果實(shí)發(fā)育過程中，調(diào)控糖分積累的關(guān)鍵酶是轉(zhuǎn)化酶；葡萄糖、果糖的積累主要受到轉(zhuǎn)化酶的調(diào)控，蔗糖的積累主要受到蔗糖合成酶的調(diào)控；糖分的積累由各種酶共同作用。

關(guān)鍵詞：赤霞珠葡萄；糖代謝；關(guān)鍵酶；果實(shí)；糖積累

中圖分類號：S663.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-9980(2010)05-703-05

葡萄糖、果糖和蔗糖是葡萄果實(shí)中主要的可溶性糖，其含量對果實(shí)品質(zhì)起重要作用。果實(shí)積累糖分的過程受諸多因子的調(diào)節(jié)，果實(shí)作為一個(gè)強(qiáng)大的代謝庫，在成熟過程中從源組織獲得大量的同化物，果實(shí)獲得同化物的能力在很大程度上決定于其庫強(qiáng)，而庫強(qiáng)大小是由果實(shí)中蔗糖的濃度決定的。因此與蔗糖代謝相關(guān)酶的活性就成為決定庫強(qiáng)大小的關(guān)鍵因子，進(jìn)而影響果實(shí)的糖積累。10a來人們對蘋果目、梨、柑橘、獼猴桃、荔枝、桃口等的研究表明：與蔗糖代謝相關(guān)的酶主要包括可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶(solu-ble acidinvertase，SAI)、可溶性中性轉(zhuǎn)化酶(solubleneutral invertase，SNI)、細(xì)胞壁結(jié)合酸性轉(zhuǎn)化酶(cellwall-bound acld invertase，CBAI)、蔗糖合成酶(su-core sysnhtase，SS)、蔗糖磷酸合成酶(sueorsephoshate synthase，SPS)。我們以赤霞珠葡萄為試材，對果實(shí)發(fā)育過程中，糖含量和蔗糖代謝相關(guān)酶活性變化進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，旨在探索糖積累與蔗糖代謝相關(guān)酶活性間的關(guān)系。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用定植于寧夏大學(xué)葡萄與葡萄酒工程研究中心實(shí)驗(yàn)基地的5a生赤霞珠葡萄為試材(單臂籬架整形方式，株行距為0.5m×2.5m)。于盛花期選取10株花期一致、長勢一致的植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記。分別于6月29日，7月8日，7月14日，7月27日，8月5日，8月17日，9月1日，9月15日(即花后20、27、34、48、55、67、80、95、105 d)進(jìn)行采樣。其中花后20-27d為幼果期，花后34-48d為膨大期，花后55d為轉(zhuǎn)色期，花后67-105d為成熟期。從標(biāo)記植株的東、西、南、北四個(gè)方向各選1～2穗果，從每穗果的上、中、下、里、外各方位采取大小一致的果實(shí)4-5粒，每次共計(jì)采果200粒左右，液氮速凍后帶回實(shí)驗(yàn)室-80℃冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 測定方法

1.2.1 葡萄糖、果糖、蔗糖測定 參照張友杰的方法，取樣重復(fù)3次。

1.2.2 蔗糖代謝相關(guān)酶活性測定 可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶、可溶性中性轉(zhuǎn)化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶的測定參照趙智中的方法；細(xì)胞壁結(jié)合的酸性轉(zhuǎn)化酶測定參照王永章等的方法。取樣重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用SAS軟件(8.2)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 赤霞珠葡萄果實(shí)發(fā)育過程中糖含量的變化

圖1、圖2表明，在果實(shí)生長過程中，葡萄糖、果糖、蔗糖含量基本呈增長趨勢，花后48d前增長緩慢，且處于較低水平，而且葡萄糖和果糖含量在花后34d(膨大期)時(shí)均略有下降，這可能與果實(shí)迅速膨大導(dǎo)致的稀釋有關(guān)。進(jìn)入轉(zhuǎn)色期后這3種糖的積累總量迅速升高，花后48d-80d其總含量由2.28％升高至18.59％；這段時(shí)間，這3種糖的凈增長量占成熟果實(shí)3種糖總量的78.8％。就各組分而言，在果實(shí)發(fā)育的每個(gè)時(shí)期己糖的含量均占到蔗糖、果糖和葡萄糖總含量的85％以上，蔗糖含量則一直維持在低水平，到果實(shí)成熟其含量只占到成熟果實(shí)這3種糖總量的4.01％。葡萄糖、果糖含量在果實(shí)發(fā)育前期基本持平，轉(zhuǎn)熟時(shí)葡萄糖的含量略高于果糖，之后2者大體1:1，采收時(shí)果糖略高于葡萄糖。

2.2 赤霞珠葡萄果實(shí)發(fā)育過程中酶活。眭的變化

2.2.1 轉(zhuǎn)化酶活性的變化 圖3表明，果實(shí)發(fā)育的整個(gè)過程中，SAI和CBAI活性的變化趨勢基本一致。在果實(shí)發(fā)育初期(花后20-34d)，SAI和CBAI就表現(xiàn)出相對較高活性，而圖1表明，這段時(shí)間葡萄糖和果糖的含量還維持在很低的水平，這可能是因?yàn)橛坠型⒌男玛惔x和細(xì)胞分裂消耗的物質(zhì)和能量較多，光合產(chǎn)物進(jìn)入果實(shí)后被酶分解并被進(jìn)一步利用和消耗的比例較大。花后48～55d，葡萄糖和果糖的增加量占成熟果實(shí)3種糖總量的44.1％(圖1)，同時(shí)SAI與SNI活性也在此期間保持在最大值。轉(zhuǎn)色前，SAI、SNI、CBAI呈上升趨勢，1在花后48d達(dá)最大值，然后至花后67d均回落。花后67d至采收，SAI活性迅速下降，同時(shí)這段時(shí)間葡萄糖和果糖的增加速率也在減慢(圖1)。整個(gè)發(fā)育過程中，SAI活性相對于SNI和CBAI一直保持在較高水平，SAI的最大值分別是SNI和CBAI的1.73倍和7.6倍。

2.2.2 蔗糖磷酸合成酶活性的變化 圖4表明，蔗糖磷酸合成酶的活性在果實(shí)發(fā)育的整個(gè)過程中一直比較低?；ê?0-34d基本維持在同一較低水平，花后34～48d迅速上升后至花后80d維持在相對較高的水平，然后迅速回落。

2.2.3 蔗糖合成酶活性的變化圖5表明，在果實(shí)，發(fā)育過程中，蔗糖合成酶活性也一直很低。ss的合成(SSⅡ)活性一直明顯大于分解活性(SSⅠ)，這可能是由于葡萄果實(shí)中蔗糖主要是由高活性的轉(zhuǎn)化酶進(jìn)行分解的。SSⅡ隨著果實(shí)的發(fā)育緩慢上升，至花后55d達(dá)到第1個(gè)活性高峰(0.25mmol·h^-1)，之后，有所下降，然后到花后80d達(dá)到最大值(0.28 mmol，h^-1·g^-1)，之后迅速降低。ssⅠ則一直較平緩，無太大變化。

2.2.4 果實(shí)可溶性糖積累與蔗糖代謝相關(guān)酶活性的關(guān)系

圖1、圖2表明，葡萄果實(shí)發(fā)育過程中，糖的含量呈上升趨勢，只是不同時(shí)期的增加速率不同。對葡萄果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期糖積累量與蔗糖代謝相關(guān)酶活性進(jìn)行了相關(guān)性分析，從表1可以看出，3種轉(zhuǎn)化酶與葡萄糖和果糖的關(guān)系均為顯著或極顯著正相關(guān)，圖1，2也表明果實(shí)以積累葡萄糖和果糖為主，所以赤霞珠葡萄果實(shí)糖分積累主要受轉(zhuǎn)化酶活性的調(diào)控；此外SAI與葡萄糖和果糖均呈極顯著正相關(guān)。圖3也表明SAI活性在整個(gè)發(fā)育期一直明顯高于SNI和CBAI，所以轉(zhuǎn)化酶的調(diào)控又以SAI為主。經(jīng)相關(guān)性分析，蔗糖在整個(gè)發(fā)育期與SSⅡ呈顯著正相關(guān)，在果實(shí)發(fā)育前期相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平，而與其他代謝相關(guān)酶(SS I、SPS、SAI、SNI及CBAI)均不存在顯著的相關(guān)性，所以蔗糖的積累主要與SSⅡ有關(guān)。表1還表明，果糖與SSⅡ也存在顯著相關(guān)性；除此之外，在果實(shí)發(fā)育早期，蔗糖與SNI也表現(xiàn)出了相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.468的正相關(guān)；雖然SPS在整個(gè)發(fā)育過程中活性很低，但是在發(fā)育前期與蔗糖的相關(guān)系數(shù)也高達(dá)0.609。由此可見，除了轉(zhuǎn)化酶的主要調(diào)控，其他幾種酶可能起到了微調(diào)的作用。

3 討論

果實(shí)是果樹中主要的庫器官，蔗糖作為光合產(chǎn)物經(jīng)韌皮部運(yùn)輸，進(jìn)入果實(shí)后被迅速代謝，轉(zhuǎn)化為己糖、有機(jī)酸、淀粉等，以保持韌皮部運(yùn)輸及卸載的蔗糖濃度梯度，使蔗糖源源不斷的向果實(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)并積累。不同樹種、品種的果實(shí)糖類組成不同。根據(jù)果實(shí)成熟時(shí)所積累的主要糖的含量，可將果實(shí)分為淀粉轉(zhuǎn)化型、蔗糖積累型、己糖積累型。獼猴桃、香蕉和杧果等為淀粉轉(zhuǎn)化型，溫州蜜柑、荔枝、紅肉臍橙以積累蔗糖為主，而葡萄、蘋果、枸杞㈣以積累己糖為主。

葡萄果實(shí)中糖分、有機(jī)酸、單寧、多酚、花青素和風(fēng)味物質(zhì)是評價(jià)葡萄品質(zhì)的重要指標(biāo)，糖分是諸因素的基礎(chǔ)，最終決定葡萄酒的酒度。糖積累是果實(shí)品質(zhì)形成的關(guān)鍵，而蔗糖代謝又是糖積累的重要環(huán)節(jié)。故許多學(xué)者試圖從蔗糖代謝相關(guān)酶的活性變化來探討果實(shí)糖積累的機(jī)理。大量的研究表明蔗糖代謝相關(guān)酶與果實(shí)糖積累之間存在密切聯(lián)系，這無疑為進(jìn)一步了解果實(shí)糖積累機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。劉永忠等在臍橙上研究發(fā)現(xiàn)果實(shí)中酸性轉(zhuǎn)化酶活性隨汁胞中糖分積累持續(xù)下降，至采收期幾乎完全消失，而SPS、中性轉(zhuǎn)化酶和SS活性表現(xiàn)起伏變化，至采收時(shí)保持了較高的活性，說明臍橙汁胞中糖分的積累與酸性轉(zhuǎn)化酶活性下降有很大關(guān)系。在蔗糖積累型“糯米磁”荔枝中與糖分積累密切相關(guān)的酶被證實(shí)為SS。Lwoell等㈣在柑橘中研究發(fā)現(xiàn)：在汁胞生長最快階段，SPS和堿性轉(zhuǎn)化酶活力在汁胞中最活躍，可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶活力在幼果期較活躍，但隨著糖的積累開始幾乎消失，SPS成為成熟期汁胞中活力最高的酶。我們研究發(fā)現(xiàn)：葡萄果實(shí)中不同的酶對糖積累的影響不完全一致。在葡萄整個(gè)發(fā)育期，轉(zhuǎn)化酶活性一直保持相對較高水平，這可能與葡萄果實(shí)中的糖主要以果糖和葡萄糖的形式存在。而蔗糖合成酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性則相對低很多。因?yàn)?，葡萄果?shí)中蔗糖含量極微，從葉片輸送到果實(shí)的過程中，絕大部分已被水解，轉(zhuǎn)化成了還原糖。由此看來在葡萄果實(shí)糖積累過程中，轉(zhuǎn)化酶起主要作用。同樣對枸杞的研究表明，對枸杞果實(shí)糖積累起主要作用的是轉(zhuǎn)化酶，而SS和SPS對枸杞果實(shí)糖積累的作用不大。呂英民等舊研究認(rèn)為，轉(zhuǎn)化酶是衡量果實(shí)庫強(qiáng)的一個(gè)重要生化標(biāo)志。因此，葡萄果實(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)化酶是影響果實(shí)庫強(qiáng)的一個(gè)主要原因，使庫細(xì)胞與韌皮部保持一定的濃度梯度，促進(jìn)了糖分由“源”向“庫”不斷轉(zhuǎn)移。在本研究中，果實(shí)發(fā)育前期，蔗糖積累時(shí)，轉(zhuǎn)化酶活性也升高；SSⅡ的主要作用是分解果糖合成蔗糖，但是果實(shí)發(fā)育前期它與果糖呈顯著正相關(guān)；也有研究表明，草莓果實(shí)中蔗糖濃度升高時(shí)，SPS、NI和SS的活性都上升：桃舊果實(shí)蔗糖積累過程中，SPS活性保持穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化酶活性呈下降趨勢。這些結(jié)果說明幾種蔗糖代謝相關(guān)酶可能同時(shí)對果實(shí)糖積累產(chǎn)生影響，因此也可以認(rèn)為赤霞珠葡萄果實(shí)糖積累是蔗糖代謝相關(guān)酶綜合作用的結(jié)果。

4 結(jié)論

赤霞珠葡萄果實(shí)糖分的積累主要以葡萄糖和果糖為主；果實(shí)發(fā)育過程中，調(diào)控葡萄果實(shí)糖分積累的關(guān)鍵酶是轉(zhuǎn)化酶：葡萄糖、果糖的積累主要受到轉(zhuǎn)化酶的調(diào)控，蔗糖的積累主要受到蔗糖合成酶(SSⅡ)的調(diào)控，糖分的積累由各種酶共同作用。