不同類型黑莓品種的生理生化特性分析與評價

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（1.南京林業大學 a.南方現代林業協同創新中心；b.林學院，江蘇 南京 210037；2.江蘇省中國科學院植物研究所，江蘇 南京 210014）

黑莓Rubusspp.原產北美洲，為薔薇科懸鉤子屬灌木狀栽培果樹[1]，根據植株的生長性狀可分為直立、半直立和蔓生3 種栽培類型，其果實因具豐富的營養以及獨特的風味，廣受消費者喜愛，是近年風靡全球的第3 代水果的代表種類。黑莓果實為聚合漿果，色澤艷麗，富含花色苷、黃酮醇、鞣花酸等酚類物質，具有較強的抗氧化作用[2]，被聯合國糧農組織認定為新型健康食品。

1986年黑莓由江蘇省中國科學院植物研究所引入我國[3]，目前在全國各地均有栽培。隨著經濟的發展和人們生活水平的提高，黑莓市場前景廣闊，因此篩選一些優良品種進行種植推廣，對黑莓的大規模生產具有積極的作用。本研究以南京地區栽培的不同類型黑莓品種為試驗材料，進行了生理生化特性的觀察測定和評價，以期為黑莓的栽培管理以及品種選用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究材料

研究材料為不同類型的9 個黑莓品種，即直立類型栽培品種‘納瓦荷’（‘Navaho’）、‘喬克多’（‘Choctaw’）、‘薩尼’（‘Shawnee’），半直立類型栽培品種‘赫爾’（‘Hull’）、‘三冠王’（‘Triple Crown’）、‘卡伊娃’（‘Kiowa’）、‘寧植4號’（‘Ningzhi 4’），以及蔓生類型栽培品種‘黑布特’（‘Black Butte’）、‘寶森’（‘Boysen’）。各品種均種植于南京市溧水區白馬科技園區江蘇省中國科學院植物研究所試驗基地內。黑莓種植園為丘陵坡地，土壤粘重，pH7.25。種植行株距為2.5 m×1.5 m，日常精細化管理，肥水充足。采用籬壁式支架，冬季適量修剪。2019年5月，分別選擇每個品種發育良好的3 株健康植株，隨機采集植株1年生營養生長枝中部的成熟葉片和當季完全成熟、外觀形態一致、無機械損傷的果實，存放于-80 ℃冰箱中保存待測。

1.2 生理生化指標測定

1.2.1 葉片葉綠素含量的測定

葉綠素含量的測定，采用丙酮浸提法[4]。

1.2.2 果實主要糖含量相關指標的測定

蔗糖、果糖和蔗糖磷酸合成酶活力的測定，采用南京建成生物公司試劑盒。蔗糖磷酸合成酶活力，以每克組織酶每分鐘催化產生1 mg 蔗糖定義為1 個酶活性單位，測定3 次重復。葡萄糖含量的測定，采用上海榮盛生物藥業有限公司試劑盒。總糖含量為蔗糖含量、果糖含量、葡萄糖含量之和。

1.2.3 果實主要品質指標的測定

固形物含量的測定，采用WYT-A 型手持糖度計。可滴定酸含量的測定，參照GB/T12456—2008《食品中總酸的測定》中的方法，以檸檬酸計測定。總酚含量的測定，采用Folin-Ciocalteu法[5]。總花色苷含量的測定，采用pH 示差法[6]，利用花色苷及黃酮的結構特性，當pH=1.0 時，510 nm 處二者均有最大吸收峰，而當pH=4.5 時，花色苷轉變為無色查爾酮形式，在510 nm 處無吸收，用示差法計算溶液中總花色苷含量。

1.2.4 果實抗氧化系統相關指標的測定

1.3 統計分析

所有試驗數據為 3 次重復的平均值±標準差，采用Excel 2016 軟件進行數據處理，用DPS 7.05軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同類型黑莓品種葉片的葉綠素含量

不同類型黑莓品種葉片的葉綠素含量的測定結果見表1。由表1可知，直立類型黑莓品種植株葉片中葉綠素a、葉綠素b 及總葉綠素含量均高于半直立和蔓生類型；3 個品種中，‘薩尼’葉綠素含量最高，其次為‘納瓦荷’‘喬克多’。半直立類型中，‘卡伊娃’的總葉綠素含量顯著較低，其他3 個品種均值在1.75 mg/g 左右。蔓生類型的2 個品種間有顯著差異，‘黑布特’總葉綠素含量顯著較高，僅次于直立類型的3 個品種。除個別品種外，葉綠素a 在各類型的品種之間的差異不顯著，葉綠素b 的含量差異顯著，即葉綠素總量的差異主要體現在葉綠素b 含量的差異上。

2.2 不同類型黑莓品種果實的糖含量

不同類型黑莓品種果實中各種糖分含量的測定結果見表2。由表2可知，各類型品種之間，果實中總糖含量差異顯著。其中，‘喬克多’和‘寧植4號’的含量最高，口感較佳；其次是‘納瓦荷’‘三冠王’‘薩尼’和‘黑布特’。各品種間蔗糖、葡萄糖和果糖含量亦呈現顯著差異。在9 個品種中，‘納瓦荷’和‘三冠王’蔗糖含量均較高；‘寧植4號’‘喬克多’和‘納瓦荷’的葡萄糖含量均較高；‘喬克多’的果糖含量顯著高于其它品種，為116.75 mg/g；‘寧植4號’的果糖含量在半直立類型中較高。可以看到，總糖含量的差異主要體現在果糖含量上。

2.3 不同類型黑莓品種果實的蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性

不同類型黑莓品種果實中的蔗糖磷酸合成酶活性如圖1所示。從圖1中可以看到，各類型內品種間蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性差異顯著，從類型間總體來看，直立類型的SPS 活性相對較低。在所有品種中，半直立類型的‘三冠王’和蔓生類型的‘寶森’的SPS 活力與其它品種相比差異顯著，處在較高的水平，分別為756.63 和731.79 μg/(min·g)。‘寧植4號’和‘喬克多’的SPS 活性最低，它們的糖含量較高，二者之間是否存在關聯，值得探討。

表1 不同類型黑莓品種葉片的葉綠素含量Table1 Chlorophyll content in leaves of different cultivars of blackberry

表2 不同類型黑莓品種果實的糖含量Table2 Sugar content in fruits of different cultivars of blackberry

2.4 不同類型黑莓品種果實的可溶性固形物與總酸含量

可溶性糖為水果中可溶性固形物的主要成分，因此常用可溶性固形物近似地表述為可溶性糖含量。不同類型黑莓品種果實中可溶性固形物與總酸含量的測定結果見表3。從表3中可以看出，除直立栽培類型中的‘納瓦荷’和‘喬克多’的可溶性固形物含量顯著較高外，其他7 個品種大致相當，其中‘寶森’可溶性固形物最低僅為10.27%。總酸含量表現為直立類型品種普遍大于半直立類型品種，蔓生類型‘黑布特’及‘寶森’最高，平均達到半直立類型的2 倍左右，高于直立栽培類型的2.6 倍左右。固酸比是反映果實甜度的一個重要指標，數值越大表示果實口感越甜。由表3可知，直立栽培類型固酸比顯著高于其他兩種栽培類型，其中‘喬克多’與‘納瓦荷’固酸比最高，口感最甜；半直立栽培類型的四個品種的固酸比較高，均大于10，口感較好；蔓生栽培類型中2 個品種，固酸比較低，口感偏酸。

圖1 不同類型黑莓品種果實的蔗糖磷酸合成酶活性Fig.1 Activity of sucrose phosphate synthase in fruits of different blackberry cultivars

表3 不同類型黑莓品種果實的可溶性固形物與總酸含量Table3 Soluble solids and total acid contents in fruits of different blackberry cultivars

2.5 不同類型黑莓品種果實的多酚與花色苷含量

不同類型黑莓品種果實中多酚與花色苷含量的測定結果見表4。從表4中可以看出，‘寧植4號’及‘寶森’的果實多酚含量顯著低于其他品種，其余品種無顯著差異。花色苷含量差異顯著，‘納瓦荷’含量高于其余品種，為12.91 mg/kg，直立類型的3 個品種均高于半直立類型，蔓生類型的2 個品種的花色苷含量均顯著低于其他7 個品種，與多酚含量變化相一致。綜合來看，直立類型品種果實中花色苷含量較高，蔓生類型品種果實中的多酚和花色苷含量均較低。

2.6 不同類型黑莓品種果實的自由基與丙二醛（MDA）含量

不同類型黑莓品種果實中自由基與丙二醛含量的測定結果見表5。由表5可知，各品種間的果實自由基與MDA 含量差異顯著，分析認為可能與各品種生長代謝水平的高低有關。直立類型中，‘喬克多’的產生速率、H2O2含量和MDA 含量顯著高于其他2 個品種，在所有品種中也是處在較高的水平；半直立類型中‘卡伊娃’和‘寧植4號’的自由基水平較高；蔓生類型中‘黑布特’的產生速率、H2O2含量和MDA 含量在所有品種中最低，表現出較強的抗氧化能力。

2.7 不同類型黑莓品種果實的抗氧化酶活性和抗氧化物質含量

不同類型黑莓品種果實中抗氧化酶活性和抗氧化物質含量的測定結果見表6。由表6可知，各品種間果實中SOD 酶活性差異顯著，其中最低的‘喬克多’僅為96.07 U/g，而‘寶森’最高，達到了177.22 U/g。CAT 活性除‘三冠王’‘黑布特’‘薩尼’差異顯著外，其它品種間差異不顯著，其中‘三冠王’CAT 活性僅為20.81 U/g，顯著低于其他品種。各品種間的AsA 含量差異顯著，與CAT 呈現相反情況，其中‘薩尼’的含量最高，其次是‘三冠王’‘納瓦荷’。品種間的還原性谷胱甘肽（GSH）含量有顯著差異，其中蔓生類型2 個品種的GSH 含量顯著低于其他栽培類型的品種，‘薩尼’的GSH 含量最高，其余品種差異不顯著。總體來看，蔓生類型中的‘黑布特’‘寶森’品種，各項指標均處在較低的水平，生長代謝水平較低。

表4 不同類型黑莓品種果實的多酚與花色苷含量Table4 Contents of polyphenols and anthocyanins in fruits of different blackberry cultivars

表5 不同類型黑莓品種果實的自由基與丙二醛（MDA）含量Table5 Contents of free radical and malondialdehyde in fruits of different blackberry cultivars

表6 不同類型黑莓品種果實的抗氧化酶活性和抗氧化物質含量Table6 Antioxidant enzyme activity and antioxidant content in fruits of different blackberry cultivar

2.8 不同類型黑莓品種果實的可溶性蛋白含量

不同類型黑莓品種果實中可溶性蛋白含量如圖2所示。從圖2中可以看出，直立栽培類型3 個品種中，‘納瓦荷’的果實可溶性蛋白含量最高，為0.91 mg/g，其后依次為‘喬克多’‘薩尼’。半直立栽培類型4 個品種中，‘卡伊娃’的可溶性蛋白含量顯著較低，其余3 個品種差異不顯著，均值為0.73 mg/g。所有品種中，‘納瓦荷’含量最高，除‘卡伊娃’‘黑布特’‘薩尼’蛋白含量均顯著低于其他品種外，其它品種間的差異均不顯著。

圖2 不同類型黑莓品種果實的可溶性蛋白含量Fig.2 Soluble protein content in fruits of different blackberry cultivrs

3 討論與結論

近年來，隨著消費者保健意識的增強，黑莓越來越受到人們的歡迎。但不同品種黑莓果實品質差異較大，糖含量偏低，鮮食口感偏酸，這也是制約黑莓鮮食銷售的一個重要因素。因此有必要開展黑莓果實的生理生化特性分析與評價，從而進一步指導生產實踐。

黑莓果實內在品質主要由可溶性固形物、有機酸、多酚和花色苷含量等要素構成[13]，同時糖等風味物質的變化也直接影響果實品質。本研究顯示，直立栽培類型的總蛋白含量高于其他兩個類型，直立栽培和半直立栽培類型黑莓果實中糖含量較高，對應的花色苷含量也較高，果實品質較好，顏色鮮艷，口感較甜。其中‘納瓦荷’果實可溶性固形物含量最高，含酸量較低，果實甜，風味佳，且花色苷含量高。抗氧化性是黑莓果實重要的評價指標。GSH、AsA 等小分子物質是植物體內重要的抗氧化物質，是ROS 清除系統中的重要保護劑，它們與CAT、SOD 等協同作用使得果實一直處于活性氧產生和清除的平衡狀態，從而保證了果實的正常發育直到完全成熟[14-15]。可以看到，‘薩尼’的ASA-GSH 總量為所有品種中最高，同時其SOD 活性及CAT 活性均處在較高的水平；此外，‘納瓦荷’‘喬克多’‘寧植4號’以及‘三冠王’的AsA-GSH 總量在所有調查的9 個品種中處在較高的水平，但是‘喬克多’的SOD 活性僅為96.01 U/g，其MDA 含量在所有品種中最高，為3.37 ug/g，表明其氧化物質生產較多。綜合來看，‘納瓦荷’‘薩尼’‘寧植4號’以及‘三冠王’表現出較好的抗氧化性。MDA 是膜脂過氧化的主要產物之一，其在植物體內的含量與植物所受氧化壓力成正相關，可以間接反應出細胞受損傷程度[16-17]。本研究顯示，‘黑布特’的MDA 含量處在最低的水平，其氧化產物含量也最少，同時其葉綠素a 含量也最高，但是其糖含量卻不高；這表明該品種光合同化產物可能參與合成酸的合成，增強了該品種抗逆性。除‘喬克多’外，其他不同類型品種間的變化并不明顯，均處在較低的水平，這與果實中氧化物質的清除保持動態平衡是一致的。

糖的種類及其含量是水果中甜味最重要的組成部分，也是評價果實品質的重要指標，它們決定著果實的產量和質量[18]，是影響果實品質和商品價值的主要因素之一[19]。研究表明，蔗糖、果糖和葡萄糖是黑莓果實內主要積累的糖類物質[20]，其中，蔗糖是碳運輸的主要形式，是高等植物光合作用的主要產物[21]。蔗糖是果實代謝的基礎原料，處于果實次生代謝的上游，在植物的生長發育、風味化合物合成以及其他重要代謝過程中發揮著重要的作用[22]。本研究發現，‘納瓦荷’的蔗糖含量最高，其次是‘三冠王’和‘寧植4號’，同時這三個品種的固形物含量也較高，作為光合作用的主要產物，可能是由于這三個品種具有較強的光合能力。研究發現，這3 個品種的葉綠素含量較高，特別是葉綠素b 的含量顯著高于其他品種，其次是半直立類型中的‘寧植4號’‘三冠王’和蔓生類型品種中的‘黑布特’，這與可溶性固形物的變化基本一致，表明其蔗糖的合成和轉化能力較強。此外，已有研究表明，SPS 是蔗糖合成路徑中的關鍵限速酶，在蔗糖代謝過程中蔗糖磷酸合成酶與多種酶一起發揮了重要的作用[23]，對于調節“源”“庫”關系具有重要意義。在甘蔗中，蔗糖含量與SPS 活力呈顯著的正相關關系[24]。在小麥旗葉中SPS 活性高低代表了其光合產物轉化為蔗糖的能力[25]，但也有相關研究顯示，在番茄果實中蔗糖的積累主要受蔗糖轉化酶（Ivr）及蔗糖合成酶（SS）調控，而SPS 似乎與蔗糖積累無明顯關系[26]。在本研究中，我們發現黑莓果實中的SPS活力對蔗糖含量的影響不顯著，推測可能是由于SPS 主要促進蔗糖在葉片中的合成，然后再運輸到果實等“庫”器官，因此蔗糖含量可能主要受葉片中SPS 活性的調控，而果實中SPS 可能在其他代謝過程中發揮作用。相關機制，如SPS 在黑莓蔗糖運輸與代謝的基因表達中處于何種地位、調控蔗糖代謝的3 種酶之間存在何種互作關系等還需要進一步開展深入研究，比如相關基因表達分析等。

本文通過對3 種不同類型的9 個黑莓栽培品種的生理生化特性的調查分析表明：直立栽培類型和半直立栽培類型的品種在南京地區均表現生長優良，光合能力、抗氧化能力較強，糖含量較高，果實品質較好。從品種層面來看，每個品種都各有特點，直立類型的‘納瓦荷’‘喬克多’和半直立類型的‘寧植4號’果實甜、風味佳，各項指標表現優異，適應性較強，適宜在南京地區推廣種植。