蔗糖代謝相關酶在赤霞珠葡萄果實糖積累中的作用

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

關鍵詞：赤霞珠葡萄；糖代謝；關鍵酶；果實；糖積累

中圖分類號：S663.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-9980(2010)05-703-05

葡萄糖、果糖和蔗糖是葡萄果實中主要的可溶性糖，其含量對果實品質起重要作用。果實積累糖分的過程受諸多因子的調節，果實作為一個強大的代謝庫，在成熟過程中從源組織獲得大量的同化物，果實獲得同化物的能力在很大程度上決定于其庫強，而庫強大小是由果實中蔗糖的濃度決定的。因此與蔗糖代謝相關酶的活性就成為決定庫強大小的關鍵因子，進而影響果實的糖積累。10a來人們對蘋果目、梨、柑橘、獼猴桃、荔枝、桃口等的研究表明：與蔗糖代謝相關的酶主要包括可溶性酸性轉化酶(solu-ble acidinvertase，SAI)、可溶性中性轉化酶(solubleneutral invertase，SNI)、細胞壁結合酸性轉化酶(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，對果實發育過程中，糖含量和蔗糖代謝相關酶活性變化進行了系統的研究，旨在探索糖積累與蔗糖代謝相關酶活性間的關系。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

選用定植于寧夏大學葡萄與葡萄酒工程研究中心實驗基地的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、長勢一致的植株進行掛牌標記。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為轉色期，花后67-105d為成熟期。從標記植株的東、西、南、北四個方向各選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4-5粒，每次共計采果200粒左右，液氮速凍后帶回實驗室-80℃冰箱儲存備用。

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3次。

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

1.3 數據處理

數據用SAS軟件(8.2)進行分析。

2 結果與分析

2.1 赤霞珠葡萄果實發育過程中糖含量的變化

圖1、圖2表明，在果實生長過程中，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)時均略有下降，這可能與果實迅速膨大導致的稀釋有關。進入轉色期后這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％；這段時間，這3種糖的凈增長量占成熟果實3種糖總量的78.8％。就各組分而言，在果實發育的每個時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，到果實成熟其含量只占到成熟果實這3種糖總量的4.01％。葡萄糖、果糖含量在果實發育前期基本持平，轉熟時葡萄糖的含量略高于果糖，之后2者大體1:1，采收時果糖略高于葡萄糖。

2.2 赤霞珠葡萄果實發育過程中酶活。眭的變化

2.2.1 轉化酶活性的變化 圖3表明，果實發育的整個過程中，SAI和CBAI活性的變化趨勢基本一致。在果實發育初期(花后20-34d)，SAI和CBAI就表現出相對較高活性，而圖1表明，這段時間葡萄糖和果糖的含量還維持在很低的水平，這可能是因為幼果中旺盛的新陳代謝和細胞分裂消耗的物質和能量較多，光合產物進入果實后被酶分解并被進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3種糖總量的44.1％(圖1)，同時SAI與SNI活性也在此期間保持在最大值。轉色前，SAI、SNI、CBAI呈上升趨勢，1在花后48d達最大值，然后至花后67d均回落。花后67d至采收，SAI活性迅速下降，同時這段時間葡萄糖和果糖的增加速率也在減慢(圖1)。整個發育過程中，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發育的整個過程中一直比較低。花后20-34d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，發育過程中，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中蔗糖主要是由高活性的轉化酶進行分解的。SSⅡ隨著果實的發育緩慢上升，至花后55d達到第1個活性高峰(0.25mmol·h^-1)，之后，有所下降，然后到花后80d達到最大值(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 果實可溶性糖積累與蔗糖代謝相關酶活性的關系

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

3 討論

果實是果樹中主要的庫器官，蔗糖作為光合產物經韌皮部運輸，進入果實后被迅速代謝，轉化為己糖、有機酸、淀粉等，以保持韌皮部運輸及卸載的蔗糖濃度梯度，使蔗糖源源不斷的向果實運轉并積累。不同樹種、品種的果實糖類組成不同。根據果實成熟時所積累的主要糖的含量，可將果實分為淀粉轉化型、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。

葡萄果實中糖分、有機酸、單寧、多酚、花青素和風味物質是評價葡萄品質的重要指標，糖分是諸因素的基礎，最終決定葡萄酒的酒度。糖積累是果實品質形成的關鍵，而蔗糖代謝又是糖積累的重要環節。故許多學者試圖從蔗糖代謝相關酶的活性變化來探討果實糖積累的機理。大量的研究表明蔗糖代謝相關酶與果實糖積累之間存在密切聯系，這無疑為進一步了解果實糖積累機理奠定了基礎。劉永忠等在臍橙上研究發現果實中酸性轉化酶活性隨汁胞中糖分積累持續下降，至采收期幾乎完全消失，而SPS、中性轉化酶和SS活性表現起伏變化，至采收時保持了較高的活性，說明臍橙汁胞中糖分的積累與酸性轉化酶活性下降有很大關系。在蔗糖積累型“糯米磁”荔枝中與糖分積累密切相關的酶被證實為SS。Lwoell等㈣在柑橘中研究發現：在汁胞生長最快階段，SPS和堿性轉化酶活力在汁胞中最活躍，可溶性酸性轉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。我們研究發現：葡萄果實中不同的酶對糖積累的影響不完全一致。在葡萄整個發育期，轉化酶活性一直保持相對較高水平，這可能與葡萄果實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。因為，葡萄果實中蔗糖含量極微，從葉片輸送到果實的過程中，絕大部分已被水解，轉化成了還原糖。由此看來在葡萄果實糖積累過程中，轉化酶起主要作用。同樣對枸杞的研究表明，對枸杞果實糖積累起主要作用的是轉化酶，而SS和SPS對枸杞果實糖積累的作用不大。呂英民等舊研究認為，轉化酶是衡量果實庫強的一個重要生化標志。因此，葡萄果實內轉化酶是影響果實庫強的一個主要原因，使庫細胞與韌皮部保持一定的濃度梯度，促進了糖分由“源”向“庫”不斷轉移。在本研究中，果實發育前期，蔗糖積累時，轉化酶活性也升高；SSⅡ的主要作用是分解果糖合成蔗糖，但是果實發育前期它與果糖呈顯著正相關；也有研究表明，草莓果實中蔗糖濃度升高時，SPS、NI和SS的活性都上升：桃舊果實蔗糖積累過程中，SPS活性保持穩定，轉化酶活性呈下降趨勢。這些結果說明幾種蔗糖代謝相關酶可能同時對果實糖積累產生影響，因此也可以認為赤霞珠葡萄果實糖積累是蔗糖代謝相關酶綜合作用的結果。

4 結論

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