甜和不甜西瓜果實中糖積累及相關酶活性初析

劉景安 郭紹貴 何洪巨 張海英 宮國義 任毅 許勇

目的與意義：棉子糖半乳糖苷系列寡糖（RFO）的水解對于西瓜果實中糖的積累至關重要，然而大眾對于α-半乳糖苷酶在西瓜果實發育過程中的作用知之甚少。之前并沒有關于高糖西瓜和低糖西瓜中糖積累及酶活性進行過系統的報道。研究了高糖西瓜和低糖西瓜兩個亞種中果實糖代謝機制的差異，及2種西瓜中心果肉和中果皮的糖代謝相關酶的動態特征，包括轉化酶，α-半乳糖苷酶，SuSy（蔗糖合成酶）和SPS（蔗糖磷酸合酶）。

材料與方法：使用高糖栽培種西瓜‘97103（C. lanatus subsp. vulgaris）和低糖野生種西瓜‘PI 296341-FR（C. lanatus subsp. lanatus）作為試驗材料。在高糖西瓜‘97103果實發育的4個關鍵階段收集中心果肉、中果皮和整個果實組織樣品，這4個階段分為授粉后10、18、26、34 d收集，對于低糖西瓜‘PI 296341-FR，在授粉后10、18、26、34、42和50 d處收集果肉、中果皮和整個果實組織樣品用于測試糖和干物質含量以及測定酶活性。使用化學儀器和統計方法等手段分離西瓜樣品中的各種糖，測定α-半乳糖苷酶活性，提取轉化酶活性并進行分析，提取SuSy和SPS。

結果與分析：在西瓜果實發育過程中栽培種‘97103果肉的總含糖量遠高于栽培種‘97103中果皮，同樣高于野生種‘PI 296341-FR的果肉和中果皮。在野生種‘PI 296341-FR果實的不同發育階段，果肉中的總含糖量高于中果皮，葡萄糖和果糖是栽培種‘97103果肉發育早期（18 DAP之前）積累的主要糖類，果糖含量幾乎恒定，葡萄糖含量略有下降。栽培種‘97103中果皮，果糖和葡萄糖含量在果實發育過程中恒定，并且低于栽培種果肉中果糖和葡萄糖含量。對于野生種‘PI 296341-FR果實，果糖和葡萄糖含量逐漸下降，略低于栽培種‘97103中果皮糖含量，蔗糖含量從18 DAP（授粉后的天數） 到26 DAP大幅增加，并在栽培種‘97103的成熟果肉中達到最高水平，這可能是因為栽培種‘97103是早熟品種，所以栽培種‘97103果肉中的糖含量在授粉后2～3周左右急劇增加。在栽培種‘97103成熟果實的中果皮和野生種‘PI 296341-FR的果肉及中果皮幾乎沒有蔗糖，而蔗糖是成熟栽培種‘97103果實中3種糖積累中最多的。栽培種和野生種的果肉和中果皮干物質含量的變化與果實發育過程中總糖含量的變化相似。研究結果表明，蔗糖是高糖西瓜‘97103中總糖含量最多的糖，蔗糖積累不僅決定了高糖西瓜‘97103中糖分的組成和總含量，而且還可以反映高糖西瓜和低糖西瓜之間的差異。在栽培種‘97103中，果肉中含有更多的光合產物，因為在栽培種西瓜‘97103果肉中的干物質含量高于中果皮和整個果實組織（整個果實組織包括什么？）。在野生種中，因為果肉和中果皮累積的干物質比整個果實組織少，所以大部分未裝載的光合同化物被分配到種子中。總的來說，栽培西瓜的成熟果實比野生西瓜積累更多的光合同化物，因為栽培品種的整個果實組織中的干物質含量高于野生西瓜。糖和干物質積累的完全不同的動態意味著在西瓜進化過程中馴化了糖卸載和分配的機制。

高糖栽培西瓜‘97103和低糖野生西瓜‘PI 296341-FR中堿性α-半乳糖苷酶活性在整個果實發育過程中呈下降趨勢，栽培種‘97103果肉和中果皮，野生種‘PI 296341-FR果肉和中果皮中該酶活性沒有明顯差異。可以得出結論，堿性α-半乳糖苷酶在決定西瓜果實中糖積累的水平中不起作用。栽培種‘97103果肉中可溶性糖含量顯著高于栽培種‘97103中果皮，而堿性α-半乳糖苷酶水平相似。因此，堿性α-半乳糖苷酶在西瓜果實中的作用可能只涉及光合同化物的卸載。

確定了栽培型‘97103果肉中不溶性酸轉化酶活性隨著蔗糖含量增加而增加，其活性在果實發育后期（26～34 DAP）下降。果實發育過程中不溶性酸轉化酶活性在栽培種‘97103中果皮中保持恒定水平，遠低于栽培種‘97103果肉水平，但遠高于野生種‘PI 296341-FR的果肉和中果皮。在野生種‘PI 296341-FR果實發育的所有階段，酸性緩沖液測量結果顯示不溶性轉化酶活性保持恒定低水平。野生種‘PI 296341-FR果肉和中果皮中的不溶性酸轉化酶活性比栽培種‘97103果肉低得多。栽培種‘97103果實中果皮的SAI（可溶性酸轉化酶）活性高于果肉，野生種‘PI 296341-FR果實中SAI活性也較高。在栽培種‘97103的果肉中糖含量較高，但中性轉化酶（NI）活性低于中果皮，但中果皮糖含量非常低，野生種‘PI 296341-FR果肉和中果皮的NI活性和糖含量都很低。

在目前的研究中，蔗糖合成方向的SuSy活性在果實成熟初期略有下降，在果實發育的成熟階段急劇增加（26～

34 DAP）。在栽培種‘97103果實發育各個階段中果肉的SPS活性隨著蔗糖含量的增加而增加，表明SPS在蔗糖合成中起作用。SPS活性和蔗糖含量正相關也說明了其在栽培種‘97103果肉中蔗糖合成中起作用。在栽培種‘97103果肉中，SuSy活性與蔗糖含量之間沒有明顯相關性，但SuSy活性在其最低點仍然相當高（26 DAP）。因此，SuSy在果實發育過程中有效地合成蔗糖。栽培種‘97103中果皮，野生種‘PI 296341-FR果肉和中果皮的SPS和SuSy活性均低于栽培種‘97103果肉，蔗糖含量也較低。這些結果進一步證實，較高的SPS和SuSy活性是增加栽培西瓜果實中蔗糖積累所必需的。

結? ? 論：對高糖西瓜和低糖西瓜果肉與中果皮糖相關酶活性動態進行了比較，為西瓜果實糖代謝研究提供了新的方向。高水平糖的積累可能來自幾個因素，包括酸性α-半乳糖苷酶、不溶性酸轉化酶、SuSy和SPS的活性增加。目前正在對果實發育過程中‘97103和‘PI 296341-FR果實的果肉和中果皮進行全球轉錄組分析，轉錄組結果將提供更詳細的信息，以闡明西瓜果實品質發展的分子機制。