雜交榛果實發(fā)育過程中糖類與脂肪酸相關(guān)性研究

馮亞莉

(太原市森林資源監(jiān)測中心，山西 太原 030012)

榛子是世界上四大油料樹種之一。榛子油含有90%以上的不飽和脂肪酸，被稱為心臟健康食品。榛子果實優(yōu)質(zhì)程度主要取決于成熟堅果果實中不飽和脂肪酸的積累，目前國內(nèi)關(guān)于榛子果實發(fā)育過程中營養(yǎng)變化的研究較少。脂肪酸合成是以乙酰輔酶A作為前體的。一個途徑是糖類分解之后，通過糖酵解過程形成丙酮酸，在有氧條件下線粒體轉(zhuǎn)化成乙酰輔酶A，葡萄糖→丙酮酸→乙酰輔酶A→CO2+H2O；另一個途徑是糖轉(zhuǎn)化為脂肪，葡萄糖→乙酰輔酶A→脂肪酸→脂肪。通過這2個途徑，可發(fā)現(xiàn)糖類與脂肪酸的合成有密切關(guān)系。筆者通過對作用于該過程的乙酰輔酶A羧化酶進(jìn)行定性定量測定，研究糖類與脂肪酸之間的關(guān)系，可用于提高堅果的含油量。

1 材料及方法

1.1 材料

試材為栽植于北京鷲峰林場實驗基地的雜交榛84-545和雜交榛81-19 2個品系，均為6年生，盛果初期植株。

1.2 方法

1.2.1 物候期觀測

參照郭永強對歐榛物候期的觀測方法并加以修改。從5月16日開始到8月下旬果實成熟，每隔15 d對試材的果實進(jìn)行1次觀測并記錄，了解其發(fā)育過程。

1.2.2 乙酰輔酶A羧化酶活性測定

參照熊靜對乙酰輔酶A羧化酶活性的測定方法并加以修改。對榛子不同時期果實中乙酰輔酶A羧化酶的蛋白含量及活性進(jìn)行測定。乙酰輔酶A羧化酶的粗提取條件是用溶解度為30%～50%的(NH4)2SO4鹽析，在蛋白純化系統(tǒng)中利用MonoQ陰離子交換器進(jìn)行洗脫。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交榛果實發(fā)育過程

通過對林場雜交榛果實生長發(fā)育過程的觀測，可將試材果實發(fā)育過程分為4個時期。

1) 果實膨大期。子房明顯增大，從 3月23日開花到5月23日(花后60 d)。

2) 果實迅速增長期。幼果體積迅速增大至堅果硬化，5月23日(花后60 d)至7月13日(花后110 d)。

3) 種仁充實期。果仁內(nèi)含物開始充實，積累干物質(zhì)，直至成熟，7月13日(花后110 d)至7月22日(花后120 d)。

4) 果實成熟期。堅果由白色變?yōu)榧t褐色，7月22日(花后120 d)到8月13日(花后140 d)。

2.2 雜交榛果實中糖類和脂肪酸的相關(guān)性

同一品系雜交榛果實中糖類和脂肪酸的相關(guān)性分析見表1.

表1 同一品系雜交榛果實中糖類與脂肪酸的相關(guān)性分析

由表1可以看出，雜交榛84-545果仁中，葡萄糖和亞油酸、硬脂酸呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.72，-0.70；蔗糖與各種脂肪酸均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均大于0.75.雜交榛81-19果仁中，葡萄糖和亞油酸、硬脂酸也呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.78，-0.78；蔗糖僅與油酸、亞油酸、棕櫚酸呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)大于0.75.

2.3 雜交榛果實中乙酰輔酶A羧化酶的測定

不同時期不同品種榛果中乙酰輔酶A羧化酶含量(ACCase)如圖1所示。

圖1 不同品系榛果中乙酰輔酶A羧化酶含量

圖1中數(shù)據(jù)表明，乙酰輔酶A羧化酶(ACCase)的含量有一定的變化規(guī)律。在榛子果實膨大期含量較低且增長量較小。果實迅速增長期乙酰輔酶A羧化酶(ACCase)含量呈先上升后降低的趨勢，雜交榛84-545中ACCase的濃度此階段達(dá)到最高值，約為初始濃度的13倍，之后又有所降低。種仁充實期乙酰輔酶A羧化酶(ACCase)含量再次升高，雜交榛81-19中ACCase的濃度此階段達(dá)到最高值。果實成熟期2個品系的乙酰輔酶A羧化酶(ACCase)的含量又有所降低。

從6月26日開始，2個品系之間的變化發(fā)生差別。雜交榛84-545果仁中ACCase開始增長，到7月21日達(dá)到另一個峰值，是初始濃度的4.5倍。而雜交榛81-19果仁中ACCase濃度開始大幅下降，7月2日降至初始值的0.67倍，之后再次大幅增長，達(dá)到最大峰值，是初始濃度的10倍。

2個品系的榛子果仁中ACCase濃度從7月21日起再次開始下降，最后均比初始值高，雜交榛84-545，雜交榛81-19分別約為初始值得1.66倍和2.75倍。不同品系變化趨勢大致相同，但也存在一定的差異，這與2個品系果仁中糖類的變化規(guī)律密不可分。筆者在雜交榛子果仁糖類變化規(guī)律的研究中發(fā)現(xiàn)，6月17日、7月21日分別為2個拐點，蔗糖含量增加則ACCase酶也隨之增加，蔗糖的分解，為飽和脂肪酸的合成提供了原材料。同樣，這一變化的關(guān)鍵時期也符合脂肪酸的變化規(guī)律。飽和脂肪酸從6月17日開始增加，總飽和脂肪酸含量保持相對穩(wěn)定，并在7月21日之后減少。不飽和脂肪酸從6月26日開始迅速增加，7月21日之后略有減少，7月31日又開始增加。飽和脂肪酸的合成與酶和原材料的供給有著密切的關(guān)系，而不飽和脂肪酸的含量受飽和脂肪酸形成的影響。由此也可證明，乙酰輔酶A羧化酶是脂肪酸代謝過程的關(guān)鍵酶和限速酶。另可表明，乙酰輔酶A羧化酶主要作用在果實迅速增長期，使得糖類大量轉(zhuǎn)化為飽和脂肪酸，以滿足不飽和脂肪酸合成的需要，而不飽和脂肪酸含量在果實成熟期仍在積累。

3 結(jié)論與討論

3.1 榛子果實中糖類和脂肪酸轉(zhuǎn)化特點

所有生物脂肪酸合成的生化反應(yīng)途徑基本相同，但動物和酵母脂肪酸合成是在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的，而植物脂肪酸合成主要在體內(nèi)進(jìn)行。乙酰輔酶A是在質(zhì)體中合成脂肪酸的前體，參與脂肪酸合成的酶主要是乙酰輔酶A羧化酶和脂肪酸合成酶，具體轉(zhuǎn)化過程研究已比較清楚，大豆中脂肪酸的合成方法與細(xì)菌類似。乙酰輔酶A的碳代謝物主要來源于細(xì)胞質(zhì)中，其中，碳代謝物包括6-磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、蘋果酸鹽、丙酮酸鹽、磷酸烯丙酮酸鹽等。因此，糖類成為脂肪酸合成的原料。本研究的2個雜交榛品系中糖類、脂肪酸含量的變化相輔相成，且葡萄糖和亞油酸、硬脂酸呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.72和-0.70；蔗糖與各種脂肪酸均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均大于0.75.當(dāng)單糖的含量減少時，脂肪酸含量增加，與脂肪酸合成的模式相符。通過進(jìn)一步研究可以控制脂肪酸形成的種類及飽和與不飽和脂肪酸的比例。

3.2 榛子果實中乙酰輔酶A羧化酶變化規(guī)律

本研究測試的2個雜交榛品系中糖和脂肪酸含量的變化規(guī)律大致相同，糖中單糖先增加后減少，蔗糖含量持續(xù)增加。脂類中不飽和脂肪酸不斷增加，飽和脂肪酸含量先增加后減少。作用于脂肪酸合成的關(guān)鍵酶(ACCase)含量，在代謝的2個關(guān)鍵時期(6月17日、26日)均上升，2個品系的變化大致相似，但含量和活性的變化率以及最大值不同，這與它們的基因型差異有關(guān)。Paul等(1998)的研究顯示，油菜胚胎形成期間，乙酰輔酶A羧化酶、脂肪酸合成酶系以及硬酯酰-ACP去飽和酶3者表達(dá)量相當(dāng)。Diepenbrock等人測得油菜種子中脂肪酸的去飽和過程主要是發(fā)生在油菜莢果伸長期，而脂肪酸延長則發(fā)生在種子發(fā)育和成熟期。張鳳華等(2000)研究表明，油菜花后30 d內(nèi)為油粒積累較快期，花后10 d～25 d為花后強烈形成期。L.A.Appelqvist總結(jié)油分積累的3個階段為：籽粒含水率高，且大量積累碳水化合物，為脂肪形成和積累作準(zhǔn)備；油分快速積累；油分只有少量增加，水分損失。根據(jù)本試驗數(shù)據(jù)，雜交榛中的油脂含量形成模式符合此規(guī)律，油脂強烈形成期在花后85 d，在雜交榛快速生長期，作用于脂肪酸合成的關(guān)鍵酶(ACCase)也處于高度活躍的狀態(tài)，含量也達(dá)到了一個高峰。