新疆厚皮甜瓜果實可溶性糖積累規律及其差異分析

楊 永，翟文強，張學軍，李寐華，張永兵，馬新力，伊鴻平

(新疆農業科學院哈密瓜研究中心，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】厚皮甜瓜是新疆重要的特色作物之一。糖是果實其它風味物質的基礎，是決定果實品質和消費者認可度最關鍵的影響因素[1]。不同厚皮甜瓜材料間糖分積累差異明顯，厚皮甜瓜果肉較厚，一般近種腔端(心部)果肉甜度高于近果皮端(邊部)果肉，若糖梯度過大，將影響口感。研究厚皮甜瓜及其不同部位糖分積累規律，對于進一步挖掘其分子生物學基礎，培育高糖低梯度新品種及指導栽培管理具有重要意義。【前人研究進展】厚皮甜瓜屬葫蘆科園藝作物，葉源光合產物主要以水蘇糖和棉子糖形式運輸至果實庫中[2]，也有研究認為成熟期果實可能也以蔗糖形式由葉源光合產物直接進入果實[3]。甜瓜果實中糖分主要由葡萄糖、果糖和蔗糖組成[4]，3種糖分含量在果實不同部位及不同發育時期均呈現一定差異。在厚皮甜瓜果實縱向分布上，含糖量由高至低依次為臍部果肉、中部果肉和蒂部果肉[4, 5]；在橫向分布上，從外果皮至中心胎座也呈現明顯差異，胎座總糖含量最高，邊部最低[6, 7]。無論是臍部果肉、中部果肉還是蒂部果肉果糖、葡萄糖均含量相當，且變化趨勢一致，呈先增加后積累平緩或降低的趨勢，而蔗糖呈持續增加的變化趨勢[3, 4, 7]。【本研究切入點】在收集的厚皮甜瓜種質資源中，糖積累類型按總糖含量及橫向糖梯度可分為三類：心部邊部均高、心部邊部均低和心部高邊部低3種類型，前人尚未對心部高邊部低即橫向高糖梯度材料的可溶性糖積累差異及規律進行研究，厚皮甜瓜邊部果肉可溶性糖積累規律也鮮見報道。研究新疆厚皮甜瓜果實可溶性糖積累規律及其差異。【擬解決的關鍵問題】選擇3份代表性的厚皮甜瓜材料，利用液相色譜儀測定其果實不同發育時期可溶性糖含量，分析不同類型材料、不同果實部位可溶性糖組分差異及其積累規律，為解析內在的分子生物學機制奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

k9-2(HH)、k9-3(LL)和K9-6(HL)共3份材料均由新疆農業科學院哈密瓜研究中心提供。2020年3月28日種植于新疆農業科學院哈密瓜研究中心吐魯番基地，每個材料種植50株，吊蔓生長，單蔓整枝，坐果節位7～9節，留一果，種植模式及水肥管理均一致。圖1

分別于授粉后10、20、30、35、40和45 d，每個材料選擇授粉日期、坐果節位、果實大小及植株長勢相對一致的3個果實，利用取樣器(直徑約1 cm)于果實赤道位置采集6個圓柱狀樣品，去除果皮和粘連的瓜瓤，將剩余果肉兩端(近果皮端為邊部果肉，另一端為心部果肉)各1/3置于提前做好標記的2個離心管中，將2個取樣點相同部位果肉混為1管，置于液氮中備用。

1.2 方 法

1.2.1 可溶性糖萃取

將樣品從液氮取出后，稍放置約2 min，擦去離心管表面水汽，稱重。將50個空離心管稱重和樣品重，即樣品=裝有樣品離心管-空離心管。

將裝有樣品的離心管中放入1粒5 mm鋼珠，利用羅氏MagNA Lyser組織勻漿儀以4 500 r/min震蕩30 s，瞬時離心5 s，倒入15 mL離心管中，利用5 mL去離子水分3次清洗樣品管，每個15 mL離心管中再加入5 mL去離子水，分別加入1.93 mol/L的乙酸鋅和0.26 mol/L的亞鐵氰化鉀各500 μL，400 r/min震蕩30 min，4 000 r/min離心10 min，將上清液轉至15 mL容量瓶中，然后用去離子水定容至15 mL，上下顛倒混勻后，取1.5 mL利用0.22 μm微孔濾膜過濾，置于色譜瓶中，待利用液相色譜儀檢測。

1.2.2 儀器及相關參數

高效液相色譜儀(美國安捷倫1260)，色譜柱：氨基柱(PlatisilNH25IXmx250rnmx4.6 mm)，檢測器為示差檢測器 (G1362A RID)；利用色譜級乙腈(品牌：oceanpak)配置流動相，乙腈∶去離子水=75∶25，流動相需要超聲波脫氣30 min，脫氣過程中，上下顛倒3次；流速設置為1.0 mL/min，進樣量20 μL，柱溫和檢測器溫度均為35℃。

1.2.3 標準曲線制作

將果糖、葡萄糖、蔗糖的標準使用液10 299.99、10 200和11 049.99 μg/mL配制混標，逐級稀釋，利用高效液相色譜測定峰面積，以樣品濃度為橫坐標，樣品峰面積為縱坐標，進行一元線性回歸分析，制作標準曲線，采用外標法進行定量。

1.3 數據處理

利用WPS office Excel整理數據，并利用R語言進行統計分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 標準曲線

研究表明，果糖、葡萄糖和蔗糖標準曲線R2均大于0.99，接近1，且對應P值均遠小于0.01，樣品中果糖、葡萄糖、蔗糖濃度與其峰面積極顯著相關，標準曲線回歸方程可用于樣品的準確定量。圖2

2.2 3份材料成熟期果實可溶性糖含量差異

研究表明，HH心部果肉總糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均顯著高于邊部果肉，其中心部果肉總糖約為邊部果肉的1.3倍；HL心部果肉的總糖和蔗糖含量均顯著高于邊部果肉，心部果肉與邊部果肉間的果糖、葡萄糖含量均無顯著性差異，心部果肉總糖約為邊部果肉的2.4倍。LL心部和邊部果肉可溶性糖含量間的顯著性差異與HL完全一致，心部果肉總糖約為邊部果肉的2.7倍。HL和LL邊部果肉積累較少的蔗糖，尤其是HL邊部果肉蔗糖含量極低，僅占總糖含量的5%，蔗糖含量是造成HL、LL心部果肉和邊部果肉間總糖含量差異的主要因子。

無論是心部果肉還是邊部果肉，HH總糖、蔗糖、果糖、葡萄糖含量均顯著高于LL；HH心部和邊部果肉的總糖、蔗糖均顯著高于HL，心部果肉果糖略低于HL，葡萄糖含量顯著低于HL，邊部果肉果糖、葡萄糖均顯著低于HL。HL心部和邊部總糖含量均高于LL，心部差異顯著，而邊部無顯著差異；HL心部和邊部蔗糖含量均低于LL，但均無顯著差異；HL心部和邊部果肉的葡萄糖和果糖含量均顯著高于LL。心部和邊部總糖含量均最高的HH得益于蔗糖的大量積累；LL心部和邊部果肉果糖、葡萄糖和蔗糖含量均積累較少，導致其總糖最低；而HL相較于LL，心部果肉具有較高的總糖含量，得益于果糖、葡萄糖的積累，而邊部果肉總糖較低，主要是由于蔗糖積累缺失。圖3

2.3 果肉可溶性糖積累規律及其動態積累差異

研究表明，3份材料從授粉后10～45 d，葡萄糖和果糖含量整體波動相對較小，除HL邊部果肉呈持續增加趨勢外，其它均呈先增加后降低的趨勢；HH、HL和LL的心部果肉和邊部果肉蔗糖含量均呈持續增加的趨勢；HH、LL總糖含量均呈先增加后降低趨勢，而材料HL總糖含量呈持續增加趨勢。

HH在授粉后20 d，心部和邊部果肉總糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均開始積累，尤其心部果肉總糖、蔗糖含量增加幅度較大；而邊部果肉總糖、葡萄糖和果糖增加幅度較大，蔗糖含量在授粉后30 d快速增加。HL在授粉后20 d，心部果肉總糖、蔗糖、葡萄糖和果糖均開始緩慢積累，尤其總糖、葡萄糖、果糖增加幅度相對較大，而蔗糖在授粉后30 d呈現急劇增加；邊部果肉總糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量在授粉后20 d后呈緩慢增加。LL在授粉后20 d，心部果肉和邊部果肉的總糖、葡萄糖、果糖含量均開始積累，而心部果肉蔗糖含量在授粉后30 d呈大幅度升高，而邊部果肉蔗糖含量在35 d后呈較大幅度增加。不同材料間蔗糖積累的起始時間具有明顯差異，積累的起始時間越早，成熟期總糖含量越高。圖4

HH心部果肉在授粉后30 d時，蔗糖含量已接近總糖的50%，在45 d時，達到72%；邊部果肉蔗糖在30 d時約占總糖8%，35 d時達42%，45 d時達到70%。LL心部果肉30 d時尚無蔗糖，在35 d時達到53%，45 d時達到77%；邊部果肉分別于40和45 d到25%和45%。HL心部果肉30 d時蔗糖約占總糖10%，35 d時達到39%，45 d時達到59%；邊部果肉在35 d后才積累少量的蔗糖，45 d時僅占總糖5%。厚皮甜瓜心部和邊部果肉前期可溶性糖組分以果糖和葡萄糖為主，后期以積累蔗糖為主，在成熟期，除HL邊部果肉外，蔗糖占總糖比例均接近或超過50%。圖5

2.4 厚皮甜瓜果實中可溶性糖含量相關性

研究表明，果糖、葡萄糖隨果實發育呈先增加后降低趨勢，蔗糖和總糖含量均隨果實發育呈逐漸增加趨勢，尤其30 d后快速增加；果糖和葡萄糖之間呈極顯著線性正相關，相關系數高達0.94；蔗糖和果糖之間顯著線性正相關，相關系數為0.43，相對較低；蔗糖與葡萄糖之間呈線性正相關，相關系數為0.41，相對較低；總糖與蔗糖、果糖、葡萄糖和果實發育期均呈極顯著線性正相關，相關系數依次為0.96、0.67、0.65和0.63，與蔗糖相關系數最高。蔗糖含量是決定總糖積累量的最重要的因子。圖6

3 討 論

3.1 厚皮甜瓜果肉糖梯度現象

厚皮甜瓜果實糖含量既存在縱向的差異，也存在橫向的不同。在縱向上，張明方等[4]和鄭賀云等[5]將果實分為蒂部、中部和臍部，3個部位主要呈現蔗糖含量梯度，由高至低依次為臍部>中部>蒂部。在利用手持折光糖測定儀鑒定果實實踐中，也有類似發現，臍部、中部及蒂部果肉折光糖含量具有一定差異，但在果實赤道位置，心部和邊部折光糖含量的差異更為明顯。研究選取了果實赤道位置取樣，以去除縱向糖含量差異的影響。王蘭菊等[7]研究發現，厚皮甜瓜自交系HN-004中心胎座與中部果肉相比，蔗糖含量升高，而葡萄糖、果糖含量降低。Benolt Biais等將厚皮甜瓜赤道位置從邊部至心部平分成5等份，研究采集的邊部和心部果肉相對應于其2號和5號位置，HL、LL同其測定結果一致，心部和邊部的葡萄糖含量無顯著差異，心部蔗糖含量顯著高于邊部。研究中HH、LL的葡萄糖、果糖含量均低于HL，但蔗糖含量均高于HL，與克利斯托和娜依托品種中部果肉糖含量差異[4]表現一致，推測可能在成熟期果糖和葡萄糖在相關酶的作用下轉化為了蔗糖，進而促進了蔗糖在果實中的積累，導致葡萄糖和果糖含量降低。索濱華等[8]利用14C同位素示蹤技術證實厚皮甜瓜成熟期果實中蔗糖的積累，主要依賴于光合作用同化產物的輸入，其次為同化物的再分配和轉化。前人研究表明，厚皮甜瓜果實中可溶性糖以蔗糖為主[4, 8, 9]，研究中HH和LL成熟果實中心部和邊部果肉均積累了大量的蔗糖，蔗糖占總糖的比例均在45%以上，心部果肉最高達77%；而HL材料較為特別，成熟期心部果肉蔗糖占總糖比例為59%，但邊部果肉積累了極少量的蔗糖，占總糖比例僅5%。馬夢婕等[10]報道的厚皮甜瓜品系HN-004中部果肉也以果糖和葡萄糖為主，蔗糖含量極少，不足5 mg/g，而鄭賀云等[5]對西周密25號的測定結果顯示，果肉中葡萄糖、果糖和蔗糖含量較均衡，差異較小。可見厚皮甜瓜不同材料積累的可溶性糖含量及其組成具有一定的特殊性。

3.2 厚皮甜瓜果實可溶性糖積累規律

甜瓜果實中主要存在果糖、葡萄糖和蔗糖3種可溶性糖，其中果糖、葡萄糖可相互轉化，并分別直接參與糖酵解和三羧酸循環途徑，為果實細胞建成和其它風味物質的合成提供能量和碳骨架，而蔗糖作為最主要的光合終產物貯藏在成熟果肉細胞中[11]。研究顯示，葡萄糖和果糖含量相近，在不同材料中，除HL邊部果肉外，均呈先增加后降低的變化趨勢，蔗糖含量在所有樣品中均呈持續增加的變化趨勢，與前人[3, 4, 10, 11]研究結果一致。

不同厚皮甜瓜蔗糖積累的起始時間不同。研究中HH心部、邊部果肉及HL心部果肉蔗糖積累均起始于授粉后20 d，與中密1號表現一致[12]，西州密25號果實蒂部、中部和臍部蔗糖積累的起始時間略有差異，在授粉后21～24 d[5]；而LL的心部和邊部果肉積累蔗糖起始于授粉后30 d或更晚，與伊麗莎白[3]、克利斯托[4]和Dulce[11]等表現一致。除了受遺傳因素影響外，許傳強等[13]發現，與自根相比，通過嫁接將厚皮甜瓜蔗糖積累的起始時間提前了7 d左右，但并沒有提高果實總糖含量。同一材料不同部位及不同材料同一部位間可溶性糖積累的顯著差異，還有待于進一步從分子生物學層面進行解析。

4 結 論

厚皮甜瓜赤道位置果肉可溶性糖積累量及積累規律在不同材料間和不同部位均具有明顯差異，3份材料總糖、葡萄糖和果糖均呈先增加后降低趨勢，蔗糖呈持續增加趨勢。蔗糖含量、蔗糖積累起始時間是造成不同材料間及同一材料心部、邊部總糖含量差異的主要因子。