營養液中添加不同鹽類對水培番茄果實糖組分和相關酶活性的影響

錢武兵，李建設，高艷明，周文波

（寧夏大學 農學院 寧夏現代設施園藝工程技術中心，寧夏 銀川750021）

番茄Lycopersicon esculentum發育過程中果實積累的糖分組成和含量高低是評價果實品質的重要指標。光合作用產生的部分蔗糖經韌皮部卸載到果實，在蔗糖代謝相關酶的作用下形成糖組分結構。楊玉梅［1］報道：蔗糖合成酶（SS）能夠調控蔗糖在韌皮部的卸載，當庫器官與韌皮部達到一定的蔗糖濃度梯度后，蔗糖會被轉運入細胞，且SS活性與庫器官中蔗糖輸入呈正相關。齊紅巖等［2］以番茄 ‘遼園多麗’Lycopersicon esculentum‘Liaoyuan Duoli’為研究對象，發現有一小部分蔗糖在組織內運輸轉移時被分解，到達果實內部后，進一步分解為葡萄糖和果糖。宋曼曼等［3］發現：不同時期番茄果實中各種糖的質量分數不同且不斷變化，一般綠熟期果糖與葡萄糖質量分數相對較低，到成熟期達到峰值；綠熟期至轉色期，蔗糖質量分數先增加后下降。劉以前等［4］的研究表明，在產量形成期，酸性轉化酶（AI）和中性轉化酶（NI）的活性較低，SS和蔗糖磷酸合成酶（SPS）的活性較高；在品質形成期，番茄果實以積累果糖為主，AI和NI的活性急劇升高，SS和SPS的活性很低。提高番茄果實的甜度是改善番茄品質的重要環節，而番茄果實的甜度取決于糖分積累中的蔗糖含量［5］。目前，對番茄生長發育過程中糖分的積累與蔗糖代謝相關酶活性變化的研究已較多，但關于營養液中添加不同鹽類提高電導率（EC），對水培番茄果實成熟過程中糖組分變化與蔗糖代謝相關酶活性的影響研究較少。本研究探究了不同處理下番茄果實4種糖（蔗糖、葡萄糖、果糖和淀粉）的積累規律，目的在于為今后高品質高風味番茄栽培提供理論依據，也對營養液中添加不同鹽類對水培番茄果實糖組分與蔗糖代謝相關酶活性的影響做了初步探索。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2017年3月在寧夏賀蘭園藝產業園科研開發區玻璃溫室進行。供試番茄品種為 ‘粉太郎2號’Lycopersicon esculentum‘Fentailang 2’；使用不銹鋼栽培槽（20.0 m×35.5 cm×10.0 cm）作為水培試驗裝置，底部鋪設20.0 m×35.0 cm的無紡布；使用巖棉塊（8.5 cm×8.5 cm×6.5 cm）作為固定基質。定植后以泡沫板覆蓋栽培槽，以減少營養液蒸發損失。

1.2 試驗設計

試驗基礎營養液配方： 四水硝酸鈣 945.00 mg·L－1， 硝酸鉀 809.00 mg·L－1， 磷酸二氫銨 153.00 mg·L－1，七水硫酸鎂 493.00 mg·L－1， 其中微量元素鐵 3.00 mg·L－1， 硼 0.50 mg·L－1， 錳 0.50 mg·L－1， 鋅 0.05 mg mg·L－1， 銅 0.02 mg·L－1， 鉬 0.01 mg·L－1。 電導率為 0.24 S·m－1。 試驗共設計 5 個處理， 對照組為基礎營養液（ck）， 4個試驗組分別在基礎營養液中添加氯化鈉（TA）， 氯化鉀（TB）， 氯化鈣（TC）和石膏（TD）。 調節營養液電導率值為 0.40 S·m－1。

試驗為完全隨機區組設計，設置小區3個·處理-1，定植番茄38株·小區-1。3月9日定植，7月13日拉秧，行距為158.0 cm，平均株距為17.4 cm。定植后4 d清水緩苗，再用試驗基礎營養液使幼苗適應2 d，之后用鹽處理液澆灌。

栽培槽營養液pH值控制在pH 5.5～7.3，溫度維持在18～25℃，24 h連續供液。循環使用1個月后徹底更新一次，深度根據外界環境與植株生長狀況進行調整。

1.3 試驗測定項目及方法

1.3.1 材料處理 各處理標記生長良好的番茄植株12株，生長至綠熟期、轉色期、成熟期時各摘取第2穗果中大小、發育程度基本一致的番茄果實1個，放入已裝有大量冰袋的苯板箱中，運回實驗室。解剖取樣，每有4個果實解剖完畢，就將其各個部位分裝至攪拌機中，攪拌成勻漿。以上操作均在4℃環境下進行。取樣部位：果皮、果肉、心室隔壁及膠質胎座。

1.3.2 指標測定 參照文獻［3］，用比色法測定蔗糖、葡萄糖、果糖及淀粉的質量分數。參照文獻［2］和［6］， 測定蔗糖合成酶（sucrose synthase， SS）， 蔗糖磷酸合成酶（sucrose phosphate synthase， SPS）， 酸性轉化酶（acid invertase， AI）和中性轉化酶（neutral invertase， NI）的活性。

1.4 數據處理

利用SAS 8.2統計軟件和Excel 2010進行數據分析，采用最小顯著差法（LSD）進行顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 營養液中添加不同鹽類對水培番茄果實糖組分的影響

2.1.1 不同鹽類對水培番茄果皮糖組分的影響 由圖1可知：綠熟期果皮幾乎不含淀粉，成熟期果皮淀粉質量分數明顯上升，說明果皮在成熟過程中不斷積累淀粉。相比于轉色期與成熟期，綠熟期各個處理均有極高的葡萄糖質量分數（質量分數為14.5～39.4 g·kg-1）和較低的果糖質量分數；到轉色期，果皮中的葡萄糖質量分數明顯下降，果糖質量分數明顯上升（P＜0.05）；而對照中果糖質量分數增加相對較少，僅增加6.1 g·kg-1。可以推測，果皮從綠熟期到轉色期積累了大量的果糖。營養液中添加鹽類有利于轉色期果皮果糖的積累。成熟果實的果皮蔗糖質量分數極低，添加鹽類的處理均低于5.0 g·kg-1，其中TA，TB和TD處理成熟期果皮蔗糖質量分數明顯低于對照（P＜0.05），說明營養液中添加氯化鈉、氯化鉀或石膏會明顯降低成熟期果皮的蔗糖質量分數；相比于成熟期，綠熟期與轉色期果皮均有較高的蔗糖質量分數；對照果皮在綠熟期時蔗糖質量分數最低，各處理蔗糖質量分數明顯高于對照（P＜0.05），其中TA處理蔗糖質量分數為對照的8.7倍，表明營養液中添加不同鹽類會明顯提高綠熟期果皮的蔗糖質量分數，且添加氯化鈉效果最為明顯。所有處理的果皮在成熟期的4種糖的總質量分數均低于轉色期，果實成熟時，TD處理下果皮4種糖（蔗糖、果糖、葡萄糖、淀粉）的總質量分數最高（41.5 g·kg-1）。TA處理成熟期果皮有較高的果糖質量分數，達20.7 g·kg-1，占4種糖總質量分數的64.09%。

圖1 營養液中添加不同鹽類對水培番茄果皮糖組分的影響Figure 1 Effect of adding different salts to nutrient solution on carbohydrate component of hydroponic tomato fruit peel

2.1.2 不同鹽類對水培番茄果肉糖組分的影響 由圖2可知：果肉在3個時期都幾乎不含淀粉，淀粉質量分數均小于2.5 g·kg-1。所有處理綠熟期果肉的糖以葡萄糖為主，TD處理在此時期葡萄糖質量分數極高，達37.6 g·kg-1，明顯高于另外4個處理（P＜0.05），說明營養液中添加石膏會提高此時期果肉的葡萄糖質量分數。所有處理果肉在轉色期與成熟期主要含果糖。營養液中添加不同鹽類會提高轉色期果肉的果糖與蔗糖質量分數。對照果肉蔗糖質量分數在3個時期基本相當，而營養液中添加鹽類的處理有一定程度的變化，TA與TB處理果肉蔗糖質量分數的變化較其他處理明顯，且這2個處理成熟期果肉蔗糖質量分數極低，表明營養液中添加不同鹽類或許會促進果肉在轉色期積累蔗糖，而添加氯化鈉或氯化鉀會明顯降低成熟期果肉的蔗糖質量分數。成熟期果實TD處理果肉4種糖的總質量分數最高（38.5 g·kg-1）。TA處理成熟期果肉的果糖質量分數極高，達30.0 g·kg-1，占4種糖總質量分數的83.10%。

圖2 營養液中添加不同鹽類對水培番茄果肉糖組分的影響Figure 2 Effect of adding different salts to nutrient solution on carbohydrate component of hydroponic tomato fruit pulp

2.1.3 不同鹽類對水培番茄果實心室隔壁糖組分的影響 果實心室隔壁中4種糖的總質量分數在成熟過程中有明顯的先上升后下降的趨勢。由圖3可知：綠熟期果實心室隔壁主要含葡萄糖（14.2～19.7 g·kg-1），到轉色期與成熟期則以果糖為主。果實心室隔壁在轉色期有較高的蔗糖質量分數，相比于對照，所有處理在綠熟期果糖和淀粉質量分數均較高，蔗糖則較低，說明鹽類會明顯提高綠熟期果實心室隔壁的果糖與淀粉質量分數，顯著降低蔗糖質量分數（P＜0.05）。TA與TB處理下，成熟期果實心室隔壁蔗糖質量分數極低，表明氯化鈉或氯化鉀顯著降低成熟果實心室隔壁的蔗糖質量分數。TA處理成熟期果實心室隔壁亦有極高的果糖質量分數，達24.1 g·kg-1，占4種糖總質量分數的60.86%。TB處理成熟期果實心室隔壁的4種糖的總質量分數（23.4 g·kg-1）明顯低于其他處理（P＜0.05），可以推測，氯化鉀會降低成熟果實心室隔壁4種糖的總質量分數。

2.1.4 不同鹽類對水培番茄果實膠質胎座糖組分的影響 與對照相比，營養液中添加鹽類的處理綠熟期果實膠質胎座葡萄糖質量分數占極高的比例（圖4），TA與TB處理下這一現象更為明顯，說明營養液中添加不同鹽類會改變綠熟期果實膠質胎座糖組分的占比結構，明顯提高葡萄糖質量分數，降低果糖質量分數。TC與TD處理綠熟期果實膠質胎座4種糖的總質量分數明顯低于其他3個處理，表明氯化鈣或石膏會降低綠熟期果實膠質胎座的含糖量。轉色期與成熟期的果實膠質胎座糖組分變化情況與果實果皮、果肉和心室隔壁相似。成熟期果實膠質胎座的4種糖總質量分數為TC處理最高（44.2 g·kg-1），說明營養液中添加氯化鈣會在一定程度上提高成熟果實心室隔壁的糖總質量分數。

圖4 營養液中添加不同鹽類對水培番茄果實膠質胎座糖組分的影響Figure 4 Effect of adding different salts to nutrient solution on carbohydrate component of hydroponic tomato fruit pectinic

2.2 營養液中添加不同鹽類對水培番茄果實蔗糖代謝相關酶活性的影響

2.2.1 不同鹽類對水培番茄果實蔗糖合成酶活性的影響 蔗糖合成酶（SS）是一種既能催化合成蔗糖，又能分解蔗糖的可逆酶。對SS合成活性的測定（圖5）可知：對照、TC和TD處理下番茄果實4個部位的SS活性從綠熟期至成熟期先上升后下降，在轉色期達到最高，其次為成熟期。TC和TD處理果皮內的SS在各時期的活性均小于對照組，說明營養液中添加氯化鈣或石膏會降低果皮SS的活性。TA處理與TB處理的果實果皮和心室隔壁內的SS活性變化類似，總體呈下降趨勢，與另外3個處理不同，且綠熟期果實這2個部位的SS活性高于另外3個處理，說明營養液中添加氯化鈉或氯化鉀可能會改變這2個部位SS活性原有的變化趨勢，并且會明顯提高綠熟期果皮與心室隔壁內SS的活性。除TA外，其他處理果實果肉與膠質胎座內的SS活性的變化趨勢一致，均先上升后下降，而TA處理果實4個部位的SS活性變化情況相似，均為綠熟期最高，轉色期最低。由SS在轉色期的表現可以推測，營養液中添加氯化鈉會嚴重抑制轉色期果實4個部位的SS活性。轉色期果實4個部位的SS活性均為對照最高，說明營養液中添加不同鹽類會在一定程度上抑制此時期SS活性。

圖5 不同處理下番茄果實不同部位蔗糖合成酶活性的變化Figure 5 Variation of SS activity in tomato fruit peel， pulp， dissepiment and pectinic under different treatments

2.2.2 不同鹽類對水培番茄果實蔗糖磷酸合成酶活性的影響 從圖6可知：除TA外，另4個處理果實4個部位的SPS活性變化趨勢一致，自綠熟期至成熟期均先上升后下降。TB，TC和TD處理下，果實各部位SPS活性在轉色期高于對照組，說明營養中添加氯化鉀、氯化鈣或石膏會提高轉色期SPS活性；TA處理果實各部位的SPS活性變化趨勢不一致，但活性變化不大，較穩定，且轉色期心室隔壁SPS的活性低于其他處理，表明營養液中添加氯化鈉會抑制心室隔壁在轉色期的SPS活性。綠熟期果實果皮與果肉的SPS活性均表現為對照最低，可以推測營養液中添加鹽類會提高綠熟期果皮與果肉的SPS活性。從成熟期果實SPS活性來看，營養液中添加石膏會提高成熟果實各部位的SPS活性。

2.2.3 不同鹽類對水培番茄果實酸性轉化酶活性的影響 轉化酶能夠催化蔗糖分解成葡萄糖和果糖。轉化酶有許多種類，一類為可溶性酸性轉化酶（AI），等電點為酸性；另一類為中性轉化酶（NI），等電點為中性［7］。由圖7可知：各個處理成熟期果實各部位的AI活性均高于綠熟期，且TA，TB，TC與TD處理成熟期果實各個部位的AI活性總體上高于對照，TD處理成熟期果實各部位的AI活性均高于其他處理，說明果實成熟時AI活性變大，營養液中添加鹽類會提高成熟期果實AI的活性，且以石膏效果最為明顯。而轉色期時各個處理各部位的AI活性或變大或降低，僅對照處理果實4個部位AI活性呈現了一致的變化趨勢。TD處理轉色期果皮與心室隔壁AI活性低于其他處理，說明營養液中添加石膏會降低此時期這2個部位的AI活性。此外，營養液中添加氯化鈣或石膏對AI活性變化影響較為一致。

圖6 不同處理下番茄果實不同部位蔗糖磷酸合成酶活性的變化Figure 6 Variation of SPS activity in tomato fruit peel,pulp,dissepiment and pectinic under different treatments

圖7 不同處理下番茄果實不同部位酸性轉化酶活性的變化Figure 7 Variation of AI activity in tomato fruit peel,pulp,dissepiment and pectinic under different treatments

2.2.4 不同鹽類對水培番茄果實中性轉化酶活性的影響 由圖8可知：所有處理果實各部位中性轉化酶活性轉色期高于綠熟期，到成熟期時活性或繼續變大或略有降低，而成熟期果實各部位的NI活性高于綠熟期。除TD處理外，不同處理果實各部位NI活性變化趨勢較為一致，為倒V型。成熟期，各處理組果實各部位的NI活性總體上高于對照，而TD處理高于其他處理，表明營養液中添加不同鹽類會提高成熟果實NI的活性，且以石膏效果最為明顯。

圖8 不同處理下番茄果實不同部位中性轉化酶活性的變化Figure 8 Variation of NI activity in tomato fruit peel,pulp,dissepiment and pectinic under different treatments

3 結論與討論

果實各種糖分的積累是糖代謝相關酶共同作用的結果［1］，果實中積累的糖分不僅決定果實的甜度，也是合成其他營養物質的原料［8］，是果實品質形成的關鍵，因此可認為糖組分情況對果實風味和品質具有重要影響［2，9-10］。營養液中添加不同鹽類后，溶液電導率值變化，不同程度上影響番茄果實糖分的積累量與蔗糖代謝相關酶活性。本研究中，5個處理果實各部位4種糖的總質量分數為15.3～58.2 g·kg-1，轉色期4種糖的總質量分數較高，成熟期總質量分數略有下降，糖組分的這一變化在心室隔壁尤為明顯。果實由綠熟期至轉色期積累大量的果糖；綠熟期果實各部位的糖以葡萄糖為主，而轉色期與成熟期則以果糖為主；自綠熟期至成熟期，SS與SPS活性總體上表現為在轉色期上升，成熟期下降的倒V型趨勢，且轉色期活性遠高于或略高于綠熟期，成熟期活性與綠熟期活性基本相當，甚至低于綠熟期；所有處理的成熟期果實各部位AI和NI活性均大于綠熟期，說明番茄果實各部位在轉色期蔗糖合成較為活躍，在成熟期分解大量的蔗糖。基本解釋了果實各部位在轉色期含有較高的蔗糖質量分數，而到成熟期時又幾乎不含蔗糖。在番茄果實分解蔗糖積累其他糖類的過程中，轉化酶發揮著重要作用［9］。ISLAM等［11］報道表明，轉化酶的活性在番茄果實成熟過程中不斷增強，果實成熟時活性達到最高，所以成熟果實蔗糖分解最為強烈。另有研究表明，番茄發育至成熟階段，果實AI與NI活性大幅上升，參與催化分解之前所積累的淀粉與蔗糖，產生葡萄糖與果糖［4，12］。除個例外，本研究所進行的處理基本上不會改變果實原來的糖分變化趨勢及蔗糖代謝相關酶活性的變化趨勢，且研究所得結果與前人的研究結果基本相符。

有學者［1，4，9，13－14］研究了糖與蔗糖代謝相關酶的相關性， 發現番茄果實中可溶性總糖、 果糖的質量分數與蔗糖降解酶的活性間存在很好相關性，而蔗糖質量分數卻與SS和SPS的相關性很低，與AI和NI有相對較高的負相關性；果糖質量分數與SS和AI，NI的活性均為顯著正相關；番茄果實中的可溶性總糖與SS的活性呈顯著正相關［4］。羅海玲等［13］研究發現：厚皮甜瓜品種 ‘豐蜜二號’Cucumis melo‘Fengmi 2’和 ‘好運52’Cucumis melo‘Haoyun 52’的還原糖質量分數與果肉NI活性呈顯著負相關。此類結論定性地解釋某類糖質量分數的上升或下降與某個酶的關聯性，但不能明確說明某類糖在某段時間可能會積累或分解多少。本研究沒有使用與樣品實際糖質量分數相接近的糖液，僅能定性研究糖與酶的關系，不能對相關酶活性作出定量判斷，因此在今后的研究中，需要對測定方法作進一步的改進，首先測定樣品自身的糖組分質量分數，再根據組織的糖質量分數配制出相近濃度的糖液進行酶活性測定，以測得相對更可靠的蔗糖代謝相關酶活性，為能測算出糖凈積累量或糖分解量奠定基礎。這樣則更有利于探究果實糖組分的變化規律，以期開發出新的高風味番茄栽培管理方法。