新疆厚皮甜瓜果實(shí)可溶性糖積累規(guī)律及其差異分析

楊 永，翟文強(qiáng)，張學(xué)軍，李寐華，張永兵，馬新力，伊鴻平

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈密瓜研究中心，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】厚皮甜瓜是新疆重要的特色作物之一。糖是果實(shí)其它風(fēng)味物質(zhì)的基礎(chǔ)，是決定果實(shí)品質(zhì)和消費(fèi)者認(rèn)可度最關(guān)鍵的影響因素[1]。不同厚皮甜瓜材料間糖分積累差異明顯，厚皮甜瓜果肉較厚，一般近種腔端(心部)果肉甜度高于近果皮端(邊部)果肉，若糖梯度過(guò)大，將影響口感。研究厚皮甜瓜及其不同部位糖分積累規(guī)律，對(duì)于進(jìn)一步挖掘其分子生物學(xué)基礎(chǔ)，培育高糖低梯度新品種及指導(dǎo)栽培管理具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】厚皮甜瓜屬葫蘆科園藝作物，葉源光合產(chǎn)物主要以水蘇糖和棉子糖形式運(yùn)輸至果實(shí)庫(kù)中[2]，也有研究認(rèn)為成熟期果實(shí)可能也以蔗糖形式由葉源光合產(chǎn)物直接進(jìn)入果實(shí)[3]。甜瓜果實(shí)中糖分主要由葡萄糖、果糖和蔗糖組成[4]，3種糖分含量在果實(shí)不同部位及不同發(fā)育時(shí)期均呈現(xiàn)一定差異。在厚皮甜瓜果實(shí)縱向分布上，含糖量由高至低依次為臍部果肉、中部果肉和蒂部果肉[4, 5]；在橫向分布上，從外果皮至中心胎座也呈現(xiàn)明顯差異，胎座總糖含量最高，邊部最低[6, 7]。無(wú)論是臍部果肉、中部果肉還是蒂部果肉果糖、葡萄糖均含量相當(dāng)，且變化趨勢(shì)一致，呈先增加后積累平緩或降低的趨勢(shì)，而蔗糖呈持續(xù)增加的變化趨勢(shì)[3, 4, 7]。【本研究切入點(diǎn)】在收集的厚皮甜瓜種質(zhì)資源中，糖積累類型按總糖含量及橫向糖梯度可分為三類：心部邊部均高、心部邊部均低和心部高邊部低3種類型，前人尚未對(duì)心部高邊部低即橫向高糖梯度材料的可溶性糖積累差異及規(guī)律進(jìn)行研究，厚皮甜瓜邊部果肉可溶性糖積累規(guī)律也鮮見(jiàn)報(bào)道。研究新疆厚皮甜瓜果實(shí)可溶性糖積累規(guī)律及其差異。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】選擇3份代表性的厚皮甜瓜材料，利用液相色譜儀測(cè)定其果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期可溶性糖含量，分析不同類型材料、不同果實(shí)部位可溶性糖組分差異及其積累規(guī)律，為解析內(nèi)在的分子生物學(xué)機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

k9-2(HH)、k9-3(LL)和K9-6(HL)共3份材料均由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈密瓜研究中心提供。2020年3月28日種植于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈密瓜研究中心吐魯番基地，每個(gè)材料種植50株，吊蔓生長(zhǎng)，單蔓整枝，坐果節(jié)位7～9節(jié)，留一果，種植模式及水肥管理均一致。圖1

分別于授粉后10、20、30、35、40和45 d，每個(gè)材料選擇授粉日期、坐果節(jié)位、果實(shí)大小及植株長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致的3個(gè)果實(shí)，利用取樣器(直徑約1 cm)于果實(shí)赤道位置采集6個(gè)圓柱狀樣品，去除果皮和粘連的瓜瓤，將剩余果肉兩端(近果皮端為邊部果肉，另一端為心部果肉)各1/3置于提前做好標(biāo)記的2個(gè)離心管中，將2個(gè)取樣點(diǎn)相同部位果肉混為1管，置于液氮中備用。

1.2 方 法

1.2.1 可溶性糖萃取

將樣品從液氮取出后，稍放置約2 min，擦去離心管表面水汽，稱重。將50個(gè)空離心管稱重和樣品重，即樣品=裝有樣品離心管-空離心管。

將裝有樣品的離心管中放入1粒5 mm鋼珠，利用羅氏MagNA Lyser組織勻漿儀以4 500 r/min震蕩30 s，瞬時(shí)離心5 s，倒入15 mL離心管中，利用5 mL去離子水分3次清洗樣品管，每個(gè)15 mL離心管中再加入5 mL去離子水，分別加入1.93 mol/L的乙酸鋅和0.26 mol/L的亞鐵氰化鉀各500 μL，400 r/min震蕩30 min，4 000 r/min離心10 min，將上清液轉(zhuǎn)至15 mL容量瓶中，然后用去離子水定容至15 mL，上下顛倒混勻后，取1.5 mL利用0.22 μm微孔濾膜過(guò)濾，置于色譜瓶中，待利用液相色譜儀檢測(cè)。

1.2.2 儀器及相關(guān)參數(shù)

高效液相色譜儀(美國(guó)安捷倫1260)，色譜柱：氨基柱(PlatisilNH25IXmx250rnmx4.6 mm)，檢測(cè)器為示差檢測(cè)器 (G1362A RID)；利用色譜級(jí)乙腈(品牌：oceanpak)配置流動(dòng)相，乙腈∶去離子水=75∶25，流動(dòng)相需要超聲波脫氣30 min，脫氣過(guò)程中，上下顛倒3次；流速設(shè)置為1.0 mL/min，進(jìn)樣量20 μL，柱溫和檢測(cè)器溫度均為35℃。

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

將果糖、葡萄糖、蔗糖的標(biāo)準(zhǔn)使用液10 299.99、10 200和11 049.99 μg/mL配制混標(biāo)，逐級(jí)稀釋，利用高效液相色譜測(cè)定峰面積，以樣品濃度為橫坐標(biāo)，樣品峰面積為縱坐標(biāo)，進(jìn)行一元線性回歸分析，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用外標(biāo)法進(jìn)行定量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用WPS office Excel整理數(shù)據(jù)，并利用R語(yǔ)言進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

研究表明，果糖、葡萄糖和蔗糖標(biāo)準(zhǔn)曲線R2均大于0.99，接近1，且對(duì)應(yīng)P值均遠(yuǎn)小于0.01，樣品中果糖、葡萄糖、蔗糖濃度與其峰面積極顯著相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程可用于樣品的準(zhǔn)確定量。圖2

2.2 3份材料成熟期果實(shí)可溶性糖含量差異

研究表明，HH心部果肉總糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均顯著高于邊部果肉，其中心部果肉總糖約為邊部果肉的1.3倍；HL心部果肉的總糖和蔗糖含量均顯著高于邊部果肉，心部果肉與邊部果肉間的果糖、葡萄糖含量均無(wú)顯著性差異，心部果肉總糖約為邊部果肉的2.4倍。LL心部和邊部果肉可溶性糖含量間的顯著性差異與HL完全一致，心部果肉總糖約為邊部果肉的2.7倍。HL和LL邊部果肉積累較少的蔗糖，尤其是HL邊部果肉蔗糖含量極低，僅占總糖含量的5%，蔗糖含量是造成HL、LL心部果肉和邊部果肉間總糖含量差異的主要因子。

無(wú)論是心部果肉還是邊部果肉，HH總糖、蔗糖、果糖、葡萄糖含量均顯著高于LL；HH心部和邊部果肉的總糖、蔗糖均顯著高于HL，心部果肉果糖略低于HL，葡萄糖含量顯著低于HL，邊部果肉果糖、葡萄糖均顯著低于HL。HL心部和邊部總糖含量均高于LL，心部差異顯著，而邊部無(wú)顯著差異；HL心部和邊部蔗糖含量均低于LL，但均無(wú)顯著差異；HL心部和邊部果肉的葡萄糖和果糖含量均顯著高于LL。心部和邊部總糖含量均最高的HH得益于蔗糖的大量積累；LL心部和邊部果肉果糖、葡萄糖和蔗糖含量均積累較少，導(dǎo)致其總糖最低；而HL相較于LL，心部果肉具有較高的總糖含量，得益于果糖、葡萄糖的積累，而邊部果肉總糖較低，主要是由于蔗糖積累缺失。圖3

2.3 果肉可溶性糖積累規(guī)律及其動(dòng)態(tài)積累差異

研究表明，3份材料從授粉后10～45 d，葡萄糖和果糖含量整體波動(dòng)相對(duì)較小，除HL邊部果肉呈持續(xù)增加趨勢(shì)外，其它均呈先增加后降低的趨勢(shì)；HH、HL和LL的心部果肉和邊部果肉蔗糖含量均呈持續(xù)增加的趨勢(shì)；HH、LL總糖含量均呈先增加后降低趨勢(shì)，而材料HL總糖含量呈持續(xù)增加趨勢(shì)。

HH在授粉后20 d，心部和邊部果肉總糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均開(kāi)始積累，尤其心部果肉總糖、蔗糖含量增加幅度較大；而邊部果肉總糖、葡萄糖和果糖增加幅度較大，蔗糖含量在授粉后30 d快速增加。HL在授粉后20 d，心部果肉總糖、蔗糖、葡萄糖和果糖均開(kāi)始緩慢積累，尤其總糖、葡萄糖、果糖增加幅度相對(duì)較大，而蔗糖在授粉后30 d呈現(xiàn)急劇增加；邊部果肉總糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量在授粉后20 d后呈緩慢增加。LL在授粉后20 d，心部果肉和邊部果肉的總糖、葡萄糖、果糖含量均開(kāi)始積累，而心部果肉蔗糖含量在授粉后30 d呈大幅度升高，而邊部果肉蔗糖含量在35 d后呈較大幅度增加。不同材料間蔗糖積累的起始時(shí)間具有明顯差異，積累的起始時(shí)間越早，成熟期總糖含量越高。圖4

HH心部果肉在授粉后30 d時(shí)，蔗糖含量已接近總糖的50%，在45 d時(shí)，達(dá)到72%；邊部果肉蔗糖在30 d時(shí)約占總糖8%，35 d時(shí)達(dá)42%，45 d時(shí)達(dá)到70%。LL心部果肉30 d時(shí)尚無(wú)蔗糖，在35 d時(shí)達(dá)到53%，45 d時(shí)達(dá)到77%；邊部果肉分別于40和45 d到25%和45%。HL心部果肉30 d時(shí)蔗糖約占總糖10%，35 d時(shí)達(dá)到39%，45 d時(shí)達(dá)到59%；邊部果肉在35 d后才積累少量的蔗糖，45 d時(shí)僅占總糖5%。厚皮甜瓜心部和邊部果肉前期可溶性糖組分以果糖和葡萄糖為主，后期以積累蔗糖為主，在成熟期，除HL邊部果肉外，蔗糖占總糖比例均接近或超過(guò)50%。圖5

2.4 厚皮甜瓜果實(shí)中可溶性糖含量相關(guān)性

研究表明，果糖、葡萄糖隨果實(shí)發(fā)育呈先增加后降低趨勢(shì)，蔗糖和總糖含量均隨果實(shí)發(fā)育呈逐漸增加趨勢(shì)，尤其30 d后快速增加；果糖和葡萄糖之間呈極顯著線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.94；蔗糖和果糖之間顯著線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.43，相對(duì)較低；蔗糖與葡萄糖之間呈線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.41，相對(duì)較低；總糖與蔗糖、果糖、葡萄糖和果實(shí)發(fā)育期均呈極顯著線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)依次為0.96、0.67、0.65和0.63，與蔗糖相關(guān)系數(shù)最高。蔗糖含量是決定總糖積累量的最重要的因子。圖6

3 討 論

3.1 厚皮甜瓜果肉糖梯度現(xiàn)象

厚皮甜瓜果實(shí)糖含量既存在縱向的差異，也存在橫向的不同。在縱向上，張明方等[4]和鄭賀云等[5]將果實(shí)分為蒂部、中部和臍部，3個(gè)部位主要呈現(xiàn)蔗糖含量梯度，由高至低依次為臍部>中部>蒂部。在利用手持折光糖測(cè)定儀鑒定果實(shí)實(shí)踐中，也有類似發(fā)現(xiàn)，臍部、中部及蒂部果肉折光糖含量具有一定差異，但在果實(shí)赤道位置，心部和邊部折光糖含量的差異更為明顯。研究選取了果實(shí)赤道位置取樣，以去除縱向糖含量差異的影響。王蘭菊等[7]研究發(fā)現(xiàn)，厚皮甜瓜自交系HN-004中心胎座與中部果肉相比，蔗糖含量升高，而葡萄糖、果糖含量降低。Benolt Biais等將厚皮甜瓜赤道位置從邊部至心部平分成5等份，研究采集的邊部和心部果肉相對(duì)應(yīng)于其2號(hào)和5號(hào)位置，HL、LL同其測(cè)定結(jié)果一致，心部和邊部的葡萄糖含量無(wú)顯著差異，心部蔗糖含量顯著高于邊部。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，與克利斯托和娜依托品種中部果肉糖含量差異[4]表現(xiàn)一致，推測(cè)可能在成熟期果糖和葡萄糖在相關(guān)酶的作用下轉(zhuǎn)化為了蔗糖，進(jìn)而促進(jìn)了蔗糖在果實(shí)中的積累，導(dǎo)致葡萄糖和果糖含量降低。索濱華等[8]利用14C同位素示蹤技術(shù)證實(shí)厚皮甜瓜成熟期果實(shí)中蔗糖的積累，主要依賴于光合作用同化產(chǎn)物的輸入，其次為同化物的再分配和轉(zhuǎn)化。前人研究表明，厚皮甜瓜果實(shí)中可溶性糖以蔗糖為主[4, 8, 9]，研究中HH和LL成熟果實(shí)中心部和邊部果肉均積累了大量的蔗糖，蔗糖占總糖的比例均在45%以上，心部果肉最高達(dá)77%；而HL材料較為特別，成熟期心部果肉蔗糖占總糖比例為59%，但邊部果肉積累了極少量的蔗糖，占總糖比例僅5%。馬夢(mèng)婕等[10]報(bào)道的厚皮甜瓜品系HN-004中部果肉也以果糖和葡萄糖為主，蔗糖含量極少，不足5 mg/g，而鄭賀云等[5]對(duì)西周密25號(hào)的測(cè)定結(jié)果顯示，果肉中葡萄糖、果糖和蔗糖含量較均衡，差異較小。可見(jiàn)厚皮甜瓜不同材料積累的可溶性糖含量及其組成具有一定的特殊性。

3.2 厚皮甜瓜果實(shí)可溶性糖積累規(guī)律

甜瓜果實(shí)中主要存在果糖、葡萄糖和蔗糖3種可溶性糖，其中果糖、葡萄糖可相互轉(zhuǎn)化，并分別直接參與糖酵解和三羧酸循環(huán)途徑，為果實(shí)細(xì)胞建成和其它風(fēng)味物質(zhì)的合成提供能量和碳骨架，而蔗糖作為最主要的光合終產(chǎn)物貯藏在成熟果肉細(xì)胞中[11]。研究顯示，葡萄糖和果糖含量相近，在不同材料中，除HL邊部果肉外，均呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，蔗糖含量在所有樣品中均呈持續(xù)增加的變化趨勢(shì)，與前人[3, 4, 10, 11]研究結(jié)果一致。

不同厚皮甜瓜蔗糖積累的起始時(shí)間不同。研究中HH心部、邊部果肉及HL心部果肉蔗糖積累均起始于授粉后20 d，與中密1號(hào)表現(xiàn)一致[12]，西州密25號(hào)果實(shí)蒂部、中部和臍部蔗糖積累的起始時(shí)間略有差異，在授粉后21～24 d[5]；而LL的心部和邊部果肉積累蔗糖起始于授粉后30 d或更晚，與伊麗莎白[3]、克利斯托[4]和Dulce[11]等表現(xiàn)一致。除了受遺傳因素影響外，許傳強(qiáng)等[13]發(fā)現(xiàn)，與自根相比，通過(guò)嫁接將厚皮甜瓜蔗糖積累的起始時(shí)間提前了7 d左右，但并沒(méi)有提高果實(shí)總糖含量。同一材料不同部位及不同材料同一部位間可溶性糖積累的顯著差異，還有待于進(jìn)一步從分子生物學(xué)層面進(jìn)行解析。

4 結(jié) 論

厚皮甜瓜赤道位置果肉可溶性糖積累量及積累規(guī)律在不同材料間和不同部位均具有明顯差異，3份材料總糖、葡萄糖和果糖均呈先增加后降低趨勢(shì)，蔗糖呈持續(xù)增加趨勢(shì)。蔗糖含量、蔗糖積累起始時(shí)間是造成不同材料間及同一材料心部、邊部總糖含量差異的主要因子。