早熟靈武長棗果實糖代謝酶與早熟的相關性

李百云， 李 慧

(寧夏農林科學院園藝研究所，寧夏銀川 750002)

靈武長棗是寧夏地區3個主栽紅棗品種之一[1]，是中國國家地理標志產品。2003年以來，靈武長棗的相關研究主要包括樹形、水肥管理[2-6]、選育技術與種質資源引進[7]、果實采后保鮮[8-11]和果實中糖的轉化運轉[12-13]等方面。靈武長棗的群體資源(普通型、大果型、針刺退化型、早熟型)豐富，為了從中找到特早熟型優系，筆者所在團隊曾在靈武長棗成熟期前2周進行跟蹤調查，發現了提前 15～20 d成熟的靈武長棗單株。隨后利用嫁接技術，在不同地方嫁接早熟靈武長棗枝條，通過多年和多代觀察比較發現，靈武長棗果實均表現出早熟特性。本研究利用棗樹物候期的觀測資料[14]，跟蹤果實著色[15]、果實不同發育時期糖酸含量及相關酶活性[16-17]，試圖闡明靈武長棗的早熟優系形成機制，并促進靈武長棗的新品種審定工作，對寧夏回族自治區農業產業結構調整和產品提升、農村增效和農戶增收、低碳綠色高質量生產都具有十分重要的現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為靈武長棗(CK)、早熟靈武長棗(TZ)。試驗地位于靈武園藝場，于2007年定植靈武長棗自根苗，株行距2 m×4 m，株干高180～200 cm，樹形采用自由紡錘形。早熟靈武長棗2018年嫁接于靈武長棗，每株樹設6個主枝條進行高接，管理水平與生產園一致。試驗于2021年5月3日開始觀察物候期，每隔5～7 d調查1次，直至棗樹落葉；8月6日開始采集棗果實，間隔7 d采集1次直至棗果全紅。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 靈武長棗和早熟果實的發育進程 從2021年7月12日開始，各選用5株長勢一致的靈武長棗、早熟型優系，并用2齡以上的棗股棗吊中部果實進行標記，在棗樹上每隔7 d用游標卡尺測定1次棗果縱橫徑。

1.2.2 靈武長棗和早熟果實品質相關指標的測定 從2021年8月6日開始，每隔7 d進行棗果采樣。在東、南、西、北方位采集2齡以上棗股棗吊的正常果實，將棗果裝入采樣箱中，帶回實驗室待測。測定果實中維生素C、可溶性糖(TSS)、可滴定酸(TA)含量[18-19]。

1.2.2.1 果實橫縱徑、果形指數和果實著色情況的測定。取30個果粒，用數顯游標卡尺測定果粒橫縱徑，計算果形指數：果形指數=果粒縱徑/橫徑；果實著色情況采用CR-10色度計測定。

1.2.2.2 TSS、TA和可溶性糖含量分別用手持糖量計、蒽酮法和酸堿滴定法測定。

1.2.2.3 果糖、葡萄糖和蔗糖含量參照關軍鋒的方法[20]測定。

1.2.2.4 用紫外分光光度法測定總酚含量[21]，原花青素[22]、總類黃酮含量采用Peinado等的方法[23]測定。

1.2.3 棗果蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、酸性轉化酶(AI)和中性轉化酶(NI)活性的測定 SS、SPS、AI、NI活性采用北京盒子生工科技有限公司的活性檢測試劑盒測定。合成酶(SS、SPS)活性單位(U/g)定義：1 g組織1 min內催化產生1 μg蔗糖定義為1個酶活性單位。轉化酶(AI、NI)活性單位(U/g)定義：37 ℃條件下，1 g組織在 1 min 內催化產生1 μg還原糖定義為1個酶活力單位。

2 結果與分析

2.1 靈武長棗和早熟優系的生物學特性

由表1可以看出，早熟靈武長棗和靈武長棗的萌芽期、展葉期分別在5月3日、5月12日，沒有差異，但是早熟靈武長棗的現蕾期、盛花期比靈武長棗提早1～2 d；早熟靈武長棗和靈武長棗的物候期逐漸拉開差距是從坐果期開始的，前者的坐果期提早了7 d左右，著色期提早了15 d左右，二者的半紅期、全紅期相差20 d左右，并且差距延續到落葉期。早熟靈武長棗在8月底至9月上旬完成果實著色發育，而靈武長棗在9月中旬至10月上旬完成果實著色發育，時間推后且跨度較長，可能是早熟靈武長棗提早成熟的原因之一。

表1 靈武長棗和早熟優系的物候期

2.2 靈武長棗及早熟優系果實的著色進程

由圖1-a可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗的L值(亮度)在8月26日前均有小幅上升，分別比8月9日的L值提高了12.5%、6.8%；之后，靈武長棗的L值一直維持小幅上升趨勢，9月12日的L值比開始測定時提高了16.2%，表明靈武長棗的亮度略有增加。

由圖1-b可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗的b值(藍變黃)在8月21日前小幅上升，之后靈武長棗的b值出現波動式小范圍上升，至9月12日到達39.5，早熟靈武長棗成熟時呈紅色，成熟過程中有由黃變藍過程。

由圖1-c可以看出，靈武長棗與早熟靈武長棗在全部采樣期的a值(由綠變紅)均不斷提高，靈武長棗的a值在整個調查期(8月9日至9月12日)小幅上升，由-8.63升高至0.01，果實處于綠果期；早熟靈武長棗的a值在8月21日增速加快，在8月26日果實開始出現紅色，在9月12日變成全紅。

2.3 靈武長棗及早熟優系果實的形態發育

由圖2可以看出，靈武長棗和早熟優系的果實縱徑在7月23日前增長得較快，之后略緩慢增長，但總體變化趨勢一致；靈武長棗和早熟優系橫徑的總體變化趨勢一致，但增速不同。6月29日測得的靈武長棗、早熟優系的橫徑一致，但是隨著時間的推移，早熟靈武長棗橫徑的增速明顯加快，特別是在7月底到8月底的1個月間拉開的差距最大，果實發育進程明顯快于普通靈武長棗。靈武長棗、早熟優系果型指數的變化趨勢一致，初期(6月29日到7月4日)增加，隨后至8月26日迅速下降，后期趨于平緩。但在整個果實指數變化過程中，早熟靈武長棗始終低于靈武長棗，二者的果實縱徑一致，早熟靈武長棗的橫徑整體上大于靈武長棗。

2.4 果實糖、酸含量的動態變化

由圖3-a可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實的蔗糖含量在白熟期之前相近。白熟期之后，早熟芽變果實的蔗糖含量會呈直線型增長，而靈武長棗的果實蔗糖含量先出現緩慢增長，隨后經歷短暫快速增長，在9月12日后進入一段平穩期，到全熟前會再次增長。

由圖3-b可以看出，靈武長棗的葡萄糖含量在整個時期呈多變趨勢，在整個8月呈較平穩的增長趨勢，9月初期暴增，9月中旬含量降低，成熟前會繼續增長，而早熟靈武長棗果實的葡萄糖含量在各個時期均呈增長趨勢，且含量均高于常規靈武長棗。

由圖3-c可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實的果糖含量也會進入增長期，但早熟靈武長棗果實的果糖含量呈持續增長趨勢，而靈武長棗的果糖積累量多變，在白熟期先增后平穩，直到全熟前呈激增的趨勢。

由圖3-d可以看出，從白熟期至全熟期，早熟靈武長棗果實的總糖含量均高于靈武長棗。

由圖4-a可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實的TSS含量隨果實的成熟呈上升趨勢，其中靈武長棗的TSS含量全程均在上升，但在10月1日后變化平緩，早熟靈武長棗果實的TSS含量在8月21日趨于平緩，從8月下旬直到成熟均表現為較快的上升趨勢。綜合比較可知，早熟靈武長棗果實的可溶性固形物含量高于靈武長棗，果實甜度更高，口感更優越。

由圖4-b可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實的TA含量隨著果實的生長同樣呈上升的趨勢。其中靈武長棗果實的TA含量在8月初至9月上旬緩慢上升，后期上升較快，成熟期達到0.32%；早熟靈武長棗果實的TA含量在果實發育時期的8月初至成熟的9月中旬緩慢上升，由0.185%上升至0.219%。早熟靈武長棗全熟后果實中的TA含量比靈武長棗果實低，但糖酸比更高。

2.5 果實中維生素C和酚類物質含量的動態變化

由圖5-a可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實的維生素C含量均呈下降趨勢，其中靈武長棗的維生素C含量在8月6日到8月13日無明顯變化，之后至9月2日持續降低，在9月2日至9月6日略有增加后緩慢下降，至全熟時維生素C含量最低。早熟靈武長棗果實發育時期縮短，在相同采樣時間內均低于靈武長棗，但在完熟期，早熟靈武長棗果實的維生素C含量卻高于靈武長棗。

由圖5-b、圖5-c、圖5-d可以看出，靈武長棗和早熟靈武長棗果實的總酚、類黃酮、原花青素含量均呈下降趨勢，且變化趨勢總體一致。靈武長棗果實類黃酮在8月6日到8月13日下降較快，之后至9月2日呈緩慢下降趨勢，9月2日至9月6日略有增加后快速下降至成熟期最低，原花青素含量在8月6日至8月21日呈緩慢下降趨勢，之后至9月12日變化較平穩，9月12日后出現快速下降。早熟靈武長棗果實的類黃酮、原花青素含量在8月初至8月中旬緩慢下降，至成熟期(9月中旬)下降得較快，成熟期早熟靈武長棗果實中總酚、類黃酮、原花青素含量略高于靈武長棗。

2.6 果實中糖代謝酶活性的動態變化

由圖6-a可以看出，靈武長棗的SS活性有2個峰值，表現為經過2個高峰后呈下降趨勢，第1峰值出現在8月21日，達55.7 U/g，第2個峰值出現在9月6日，達110.0 U/g；早熟靈武長棗的SS活性變化與靈武長棗一致，均出現2次峰值，分別在8月13日、8月26日，分別達89.8、127.3 U/g，早熟靈武長棗SS的活性峰值較靈武長棗提早8～10 d，且第1、第2峰值對應的SS活性分別比靈武長棗高61.2%、15.7%。

由圖6-b可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實蔗糖磷酸合成酶活性先升高到達1個峰值，然后下降。靈武長棗果實生長至8月26日時的SPS活性最高，為129.0 U/g；早熟靈武長棗在8月13日的SPS活性達到峰值，為192.1 U/g，到達峰值所需時間早于靈武長棗13 d，且SPS活性比靈武長棗高48.9%。由此可以看出，早熟靈武長棗提早成熟，與SS、SPS活性的提前有密切關系。

由圖6-c、圖6-d可以看出，靈武長棗、早熟靈武長棗果實的酸性轉化酶、中性轉化酶活性從8月初至果實成熟時均呈現緩慢下降的趨勢，并且變化趨勢基本一致。

2.7 果實中糖含量與代謝酶活性的相關性分析

由表2可以看出，在整個發育時期，早熟靈武長棗幼果期果實中的果糖含量SS、SPS活性呈極顯著正相關(相關系數分別為0.946、0.955)，與AI活性呈顯著負相關(-0.863)；在果實白熟期，蔗糖、葡萄糖和總糖含量與SS、SPS活性呈極顯著正相關，與NI活性呈極顯著或顯著正相關；在轉色期，果實總糖含量與SS、SPS活性呈極顯著正相關(相關系數分別為0.978、0.997)，與AI活性呈極顯著負相關(-0.993)；在全紅期，果實葡萄糖含量與SS、SPS活性呈極顯著正相關(相關系數分別為0.993、0.978)，與AI活性呈極顯著負相關(-0.991)。

表2 早熟靈武長棗果實不同發育時期糖含量與糖代謝酶活性的相關性分析

由表3可以看出，在整個發育時期，白熟期靈武長棗果實蔗糖、果糖和葡萄糖含量與SS、SPS活性呈極顯著正相關，與NI活性呈極顯著負相關；在轉色期，靈武長棗果實果糖、葡萄糖和總糖含量與SS、SPS活性呈極顯著正相關。

表3 靈武長棗果實不同發育時期糖含量與糖代謝酶活性的相關性分析

3 討論

水果成熟是一個復雜且協調的不可逆過程，在這個過程中受到植物激素的調節，同時伴隨著一系列生理生化的改變，涉及果實品質性狀的改變，也包括果實顏色的轉變、香氣的釋放、果實體積的明顯增大等外觀品質變化，也有果實內部物質的變化如果肉硬度、糖類物質、有機酸組分、酚類物質含量的變化等[24-25]。

果實的發育機制相當復雜，在果樹生產過程中發現，果實成熟期的芽變材料是研究果實成熟機制的最佳材料。早熟靈武長棗是靈武長棗的早熟芽變，除成熟期外，其他特性與靈武長棗基本一致。早熟靈武長棗整個果實發育進程明顯縮短，棗樹果實的生長曲線屬于雙“S”形曲線，根據生長狀態，可將其分為3個階段(第I階段為快速生長期，第Ⅱ階段為緩慢生長期，第Ⅲ階段為快速生長期)，生長呈快—慢—快的動態曲線[26]。靈武長棗及其早熟芽變果實的生長曲線屬于這個變化規律，但早熟芽變橫徑的增長一直快于靈武長棗，靈武長棗早熟芽變果型指數明顯低于靈武長棗。可溶性糖和有機酸是影響水果味道的重要組成部分，它們與香氣一同對水果的整體感官品質有很大影響[27]。但是糖的種類和比例也是影響果實品質的重要因素，因此筆者所在課題組對早熟靈武長棗的果糖、葡萄糖和蔗糖含量持續進行監測，從白熟期至全熟期每個時期糖含量均高于常規靈武長棗的含量，表明在相同時期內早熟靈武長棗明顯積累快于普通靈武長棗，但最終早熟靈武長和普通靈武長棗均達到全紅時相差不大。早熟芽變果實的TA含量在全熟前均高于常規靈武長棗的含量，但全熟后早熟TA含量低于普通靈武長棗。在監測過程中，早熟靈武長棗的維生素C、類黃酮、原花青素、總酚含量整體低于普通靈武長棗，但果實成熟時的含量基本一致。

早熟靈武長棗、靈武長棗果實的蔗糖合成酶活性均顯現雙峰型變化規律，蔗糖磷酸合成酶活性呈現單峰變化規律，這與章英才等研究得出的靈武長棗果實糖積累規律相近[28]。但是，早熟靈武長棗果實蔗糖合成酶峰值提早了8～10 d，蔗糖磷酸合成酶峰值提早了13 d，且兩者的高峰明顯高于普通靈武長棗。崔紀芳研究西瓜果實發育期間糖分積累及糖代謝相關酶活性發現，中晚熟品種果糖、葡萄糖含量出現的高峰比早熟品種晚4～8 d，SS、SPS活性升高與果實成熟階段蔗糖含量的增加一致[29]。許傳強等研究發現，嫁接網紋甜瓜中果肉內蔗糖積累時間較自根提前了7 d左右，主要由于提高了蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性[30]。上述研究結果與本研究結果有類似之處。在早熟靈武長棗幼果期，其果實果糖含量與蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性呈現極顯著正相關(相關系數分別為0.946、0.955)，與酸性轉化酶活性呈顯著負相關(-0.863)，而在靈武長棗白熟期，其果實果糖積累量與蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性呈現極顯著正相關，相對早熟靈武長棗延后。

4 結論

果糖、蔗糖是靈武長棗所含主要糖類。在棗果實發育過程中，果實內蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶提早調控且活性顯著提高，從而加速果實糖積累，促進早熟靈武長棗提早成熟。