不同需冷量棗品種休眠期間糖組分含量及相關酶活性變化規律

王超 張川疆 王振磊 吳翠云 林敏娟 于軍

關鍵詞：棗；需冷量；休眠；碳水化合物；代謝酶活性

棗樹（Zizyphus jujuba Mill.）是鼠李科棗屬植物，為我國特色果樹品種之一，具有較高的營養和經濟價值。休眠期是果樹重要的物候期，體內儲藏的碳水化合物是抵御冬季逆境脅迫、維持最基本生理代謝的重要物質基礎。其中休眠期間碳水化合物的積累和糖代謝酶活性的變化對進入休眠及解除休眠后的果樹營養狀況起著至關重要的作用。近年來，關于植物休眠期間碳水化合物和相關代謝酶活性變化的研究已成為國內外的研究熱點，主要研究方向在于休眠結束后碳水化合物間的運輸與轉換、休眠前后碳代謝的轉化與利用、休眠期碳水化合物代謝及相關基因表達、休眠期碳水化合物的變化與坐果之間的關系等方面。但目前關于棗樹休眠期間碳水化合物代謝相關研究鮮有報道，對其生理機制的研究還不夠深入。

果樹休眠過程中糖類是保障其正常生命活動的重要能源物質，其含量變化會影響植物的生長、發育和代謝。有研究表明，蔗糖在果樹生長代謝過程中起著較為重要的作用。為進一步探究碳水化合物代謝與棗樹休眠之間的關系，本試驗選取3個不同需冷量棗樹品種當年生棗頭枝條為材料，研究分析其休眠過程中不同糖分的積累特性及糖代謝相關酶活性的變化規律，以期找出與棗樹休眠關系較為密切的生理生化指標，為棗樹休眠生理機制研究提供理論參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗取材于塔里木大學園藝實驗站棗種質資源圃。供試棗品種共3個，分別為高需冷量品種‘胎里紅（816h）、中需冷量品種‘伏脆蜜（528h）和低需冷量品種‘京棗39（360h）。選取其休眠期間長勢相同的當年生棗頭中部枝條為試材，自然條件下試材從2020年10月15日開始采樣，每隔14d采樣1次，每次采集10根同一部位、粗細一致的當年生枝條，共計采樣7次：人工低溫處理試材與自然條件下試材同一時間開始采樣，每個棗品種一次性選取150根當年生棗頭枝條。

1.2樣品處理

枝條采集后立即帶回實驗室分組進行樣品處理。自然條件組樣品用蒸餾水刷洗3次后剪成圓片，于液氮條件下將枝條均勻打成粉末，放入-80℃超低溫冰箱中保存備用：人工低溫處理組樣品刷洗后用蠟將枝條傷口處封住，一組10根用報紙包住放入4℃冰箱中保存。以每個棗品種自然需冷量為中心前后設置15個低溫時數梯度，京棗39、伏脆蜜、胎里紅分別在低溫處理時數達96、240、528h時取出，各時間點之后每隔24h取出一組，在液氮條件下將枝條均勻打成粉末，用于糖含量及糖代謝相關酶活性的測定。

1.3測定指標及方法

采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量，采用高效液相色譜法（HPLC）測定鼠李糖、果糖、葡萄糖含量，每個樣品重復3次。

酶液提取：稱取枝條粉末1.0g，放人15mL離心管內，加入磷酸緩沖液（50mmol．L-1，pH值7.4）10mL，冰上研磨20min，4℃下、5000r/min離心20min，收集上清液4℃下保存，用于酶活性測定。

蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）、酸性轉化酶（AI）、中性轉化酶（NI）、淀粉酶（AMS）活性測定均使用試劑盒（酶聯生物，mLbio）分光光度法測定。

1.4數據處理與分析

試驗數據采用Microsoft Excel進行整理．Ori-gin 2022軟件進行相關數據分析與作圖。

2結果與分析

2.1不同需冷量棗品種休眠期間枝條糖組分含量的變化

2.1.1可溶性糖含量的變化由圖1可知，自然越冬條件下，3個棗品種枝條可溶性糖含量整體呈上升一下降一上升的變化趨勢。其中，休眠前可溶性糖含量呈上升趨勢，京棗39、伏脆蜜均于11月12日達到峰值，分別為1.28%、1.01%，胎里紅于11月19日達到峰值，為1.10%：進入休眠后可溶性糖含量呈下降趨勢，伏脆蜜、胎里紅可溶性糖含量比京棗39提前到達谷值，休眠結束后可溶性糖含量隨之升高，且伏脆蜜可溶性糖含量在進入休眠前高于其他2個品種，休眠解除后，伏脆蜜可溶性糖含量低于其他兩個品種。

人工低溫處理條件下，京棗39、伏脆蜜、胎里紅枝條可溶性糖含量的變化趨勢差異較大：京棗39隨低溫時數的增加，可溶性糖含量呈下降趨勢，當達到一定低溫時數時休眠解除，可溶性糖含量又緩慢上升；伏脆蜜可溶性糖含量整體呈上升趨勢；胎里紅可溶性糖含量整體變化不大，基本維持在0.6%～0.8%之間。

2.1.2鼠李糖含量的變化由圖2可知，自然越冬條件下，3個棗品種枝條鼠李糖含量隨休眠進程推進呈現上升一下降的變化趨勢。其中京棗39于12月31日上升至最大值，含量為0.117%：伏脆蜜、胎里紅鼠李糖含量均于12月24日升至最大值，分別為0.079%、0.072%，且3個棗品種枝條鼠李糖含量隨著休眠的解除呈下降趨勢。

人工低溫處理條件下，京棗39枝條鼠李糖含量的變化幅度比其他兩個品種大，隨著低溫處理時數增加，其含量呈現持續下降趨勢：伏脆蜜鼠李糖含量在408h之前呈穩定性變化，至432h時急劇升至峰值，之后呈持續下降趨勢：胎里紅鼠李糖含量一直呈較穩定性變化趨勢，含量范圍在0.01%～0.03070之間。

2.1.3果糖含量的變化由圖3可知，自然越冬條件下，3個不同需冷量棗品種枝條的果糖含量呈上升一下降的變化趨勢。休眠前，3個棗品種枝條果糖含量持續增加，京棗39于12月31日上升至峰值，含量為0.34%，是10月15日采樣時的3.4倍：伏脆蜜、胎里紅均在12月24日上升至峰值，含量分別為0.31%、0.33%，較初始采樣時增加1.0、1.8倍。

人工低溫處理條件下，京棗39枝條果糖含量呈現持續下降趨勢：伏脆蜜果糖含量在整個低溫處理期間呈穩定性趨勢變化，在0.1%～0.3%之間；胎里紅果糖含量整體變化不大，但在需冷量達到624h時急劇增加至峰值，之后又快速下降。

2.1.4葡萄糖含量的變化由圖4可知，自然越冬條件下，3個棗品種枝條葡萄糖含量呈下降一上升一下降的變化趨勢，表現為進入深度休眠前葡萄糖含量總體提高，休眠解除后葡萄糖含量隨之下降。其中，京棗39葡萄糖含量于12月31日到達峰值，為0.44%；伏脆蜜、胎里紅均在12月24日到達峰值，含量分別為0.41%、0.44%。

人工低溫處理條件下，3個棗品種枝條葡萄糖含量變化幅度差異較大：隨著低溫處理時數增加，京棗39葡萄糖含量總體呈下降趨勢，伏脆蜜葡萄糖含量相對來說比較穩定，沒有明顯變化，胎里紅葡萄糖含量總體呈上升趨勢。

2.1.5蔗糖含量的變化由圖5可知，自然越冬條件下，休眠前3個棗品種枝條蔗糖含量呈持續上升趨勢，隨著休眠進程的推進蔗糖含量開始緩慢下降，休眠解除后蔗糖含量呈持續上升趨勢。11月12日，京棗39蔗糖含量上升到最大值，為0.63%：11月19日伏脆蜜、胎里紅蔗糖含量均上升到最大值，分別為0.45%、0.36%。12月24日，京棗39蔗糖含量下降到最小值，為0.11%：12月31日伏脆蜜蔗糖含量下降到最小值，為0.05%;1月7日，胎里紅蔗糖含量下降到最小值，為0.08%。

人工低溫處理條件下，3個棗品種枝條蔗糖含量的整體變化趨勢一致，但變幅有著明顯差異且峰值、谷值所對應的時間也不同。其中，京棗39蔗糖含量在低溫處理216h時達到峰值，低溫處理360h時下降至谷值：伏脆蜜蔗糖含量在低溫處理336h時達到峰值，低溫處理達528h時降至谷值：胎里紅蔗糖含量在低溫處理600h時達峰值，低溫處理816h時下降至谷值。分析得出，峰值和谷值對應著進入休眠和解除休眠的時間點，因此可以反映出蔗糖含量隨著休眠進程而變化。

2.2不同需冷量棗品種休眠期間糖代謝相關酶活性的變化

2.2.1蔗糖合成酶活性的變化由圖6可知，自然越冬條件下，3個不同需冷量棗品種枝條蔗糖合成酶（SS）活性的變化差異不大。其中，休眠前京棗39、伏脆蜜SS活性均呈上升趨勢，胎里紅SS活性呈下降趨勢；進入休眠后，3個棗品種SS活性呈下降一上升一下降的變化趨勢；休眠解除后，3個棗品種SS活性均呈緩慢下降趨勢。

人工低溫處理條件下，京棗39的枝條SS活性整體呈上升一下降一上升的變化趨勢；伏脆蜜SS活性在整個休眠過程中波動不大；胎里紅在休眠初期SS活性呈上升一下降趨勢，進入深度休眠以后SS活性變化較顯著并呈“M”型，休眠解除后SS活性迅速下降。

2.2.2蔗糖磷酸合成酶活性的變化由圖7可知，自然越冬條件下，3個棗品種枝條蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性變化也均不相同，京棗39的SPS活性變化幅度較大，明顯高于胎里紅、伏脆蜜。其中，未進入休眠時，胎里紅、伏脆蜜的SPS活性均呈緩慢下降趨勢，京棗39的SPS活性呈緩慢升高趨勢；進入休眠后，京棗39的SPS活性迅速下降，進入深度休眠期和解除休眠前又呈現迅速上升后迅速下降的趨勢，胎里紅和伏脆蜜2個品種休眠期間該酶活性變化差異不大：休眠解除后，伏脆蜜、胎里紅的SPS活性均呈緩慢上升趨勢。

人工低溫處理條件下，京棗39的枝條SPS活性最高，伏脆蜜的最低：隨著休眠的解除京棗39的枝條SPS活性呈上升趨勢，胎里紅、伏脆蜜的SPS活性均呈下降趨勢。

2.2.3酸性轉化酶活性的變化由圖8可知，自然越冬條件下，伏脆蜜和胎里紅的枝條酸性轉化酶（AI）活性整體變化趨勢一致，呈現下降一上升一下降一上升的變化趨勢：京棗39的AI活性變化在休眠前期與其他兩個品種一致，之后變化幅度較大。

人工低溫處理條件下，京棗39的枝條AI活性整體呈上升趨勢，但在低溫處理時數達216h和336h時AI活性隨之下降并且這兩個低溫處理時數與該品種進入深度休眠和解除休眠的低溫時數一致，由此可說明當京棗39進入休眠關鍵節點時，AI活性會隨之下降：伏脆蜜的AI活性變化幅度最小，在12～15umol·g-1 .min-1之間；胎里紅的AI活性整體呈上升一下降趨勢，低溫處理816h前后AI活性呈迅速上升一迅速下降趨勢。

2.2.4中性轉化酶活性的變化由圖9可知，自然越冬條件下，3個棗品種枝條的中性轉化酶（NI）活性均呈現上升一下降一上升的變化趨勢。其中，休眠前3個棗品種NI活性逐漸上升，進入休眠后活性下降，休眠解除后NI活性又上升。11月19日京棗39、伏脆蜜、胎里紅NI活性均上升到峰值，分別為20.02、15.60、16.73um01·g-1·min-1；12月24日，京棗39的NI活性下降到最小值（12.60umol·g-1．min-1），12月31日伏脆蜜的下降到最小值（12.34um01·g-1·min-1），1月7日胎里紅的下降到最小值（11.36umol·g-1．min-1）。整個休眠進程中，京棗39的NI活性大于其他兩個棗品種，并且最高點和最低點對應著進入休眠和解除休眠的關鍵時間點，因此NI活性是影響棗樹休眠進程的重要指標。

人工低溫處理條件下，3個棗品種枝條NI活性的變化與自然休眠進程一致均呈現上升一下降一上升的變化趨勢。京棗39、伏脆蜜、胎里紅低溫處理時數分別達360、528、816h時這3個品種解除休眠，這與自然休眠的需冷量一致。

2.2.5淀粉酶活性的變化由圖10可知，自然越冬條件下，胎里紅的枝條淀粉酶（AMS）活性休眠前期降幅大于其他兩個棗品種：京棗39的AMS活性變化幅度較其他兩個品種相對較大并在11月19日降到最低值后又迅速升高。

人工低溫處理條件下，休眠初期京棗39的枝條AMS活性在15～18umol·g-1·min-1之間波動，休眠解除后AMS活性逐漸升高：胎里紅的AMS活性在整個休眠期呈下降一上升一下降的變化趨勢：伏脆蜜整個休眠期AMS活性變化幅度很小，休眠解除時AMS活性逐漸升高。

3討論

3.1棗枝條中糖含量變化與休眠的關系

碳水化合物是果樹在休眠及生長萌芽過程中物質代謝的主要能量來源。果樹休眠期間糖類物質的代謝與果樹的休眠進程緊密相關，但不同樹種其碳水化合物的種類和含量也有差異。例如：秋季蘋果樹韌皮部的糖分主要以山梨醇的形式存在，其次為葡萄糖、蔗糖和果糖；落葉前桃樹韌皮部的糖分主要是山梨醇和果糖，蔗糖含量較少；葡萄在休眠期間樹體內主要是由淀粉來提供能量。本試驗得出，棗樹休眠期間枝條可溶性糖含量最高。一些研究結果表明，可溶性糖含量高會提高樹體的抗性能力，可能是歐李抗性能力強的原因。本試驗發現，棗樹進入休眠后，其可溶性總糖含量整體呈下降趨勢，當到達深度休眠后其含量持續在一個相對較低的水平，這可能是由于棗樹休眠過程中代謝能量的損失主要是由可溶性糖提供。高、中、低3個不同需冷量棗品種在自然越冬和人工低溫處理條件下，其果糖、葡萄糖、鼠李糖含量變化并不一致，因此與棗樹休眠關系并不緊密：但其蔗糖含量隨著休眠進程的推進呈階段性變化，即休眠前蔗糖含量上升，隨著休眠進程的推進緩慢下降，休眠解除后又呈持續上升趨勢，且自然越冬與人工低溫處理條件下蔗糖含量的變化趨勢相同。這與王慧等對油桃的研究結果基本一致。張麗麗等研究發現，蔗糖代謝途徑通路被阻斷后會對果樹生長、發育進程產生影響。本研究發現，當高、中、低需冷量棗品種進入和解除休眠關鍵時期時，枝條蔗糖含量也會產生很大的波動。因此認為蔗糖是棗樹休眠進程中較為關鍵的物質，其含量影響著棗樹休眠，可以作為判斷棗樹休眠進程的重要指標。

3.2棗枝條糖代謝酶活性變化與休眠的關系

糖代謝在落葉果樹休眠期生理生化活動中占主導地位，而糖類物質的代謝離不開相關酶的作用。蔗糖代謝是糖積累與代謝的重要環節，與蔗糖代謝關系較為密切的酶有蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合成酶（SS）、蔗糖轉化酶（Inv）等。本試驗中，休眠期間高、中、低需冷量棗品種的糖代謝酶活性變化有著明顯差別，且參與糖代謝的酶活性各不相同。其中高需冷量棗品種較中、低需冷量棗品種較為活躍的糖代謝酶種類多，酶活性變化幅度也較大，且同一種酶的活性變化也不同，由此說明糖代謝相關酶活性變化調控過程并不一致。

隨著休眠進程推進，3個棗品種的中性轉化酶（NI）活性均呈現上升一下降一上升的變化趨勢，且人工低溫處理條件下的酶活性變化和自然越冬條件下得出的結論一致，故可以判斷NI是影響棗樹休眠進程的關鍵酶之一。常尚連等對西瓜、袁野等對番茄的研究結果與本試驗一致。另外，Lombardo等研究指出，桃果實的糖代謝過程中，SPS、SS起著至關重要的作用：王永章等對蘋果果實的研究表明，蔗糖代謝主要是由AI和SS調控：胡麗松等對菠蘿蜜、盧彩玉等對葡萄果實的研究也皆與本研究結論不一致。這可能是由于研究的果樹品種及生長的氣候條件等不同所致，具體原因還有待進一步研究。

本試驗目前只研究了休眠期間不同需冷量棗樹品種各類糖代謝酶活性的變化，未對糖代謝酶分工進行研究，因而仍需深入探究糖代謝的機制，以進一步優化棗樹的設施栽培。

4結論

棗樹休眠期間棗枝條中的碳水化合物主要以可溶性糖為主，蔗糖含量的變化會影響棗樹休眠進程．中性轉化酶活性的變化與3個不同需冷量棗品種休眠進程有著緊密聯系。高需冷量棗品種較中、低需冷量棗品種參與糖代謝較為活躍的酶種類多，說明相關代謝酶在低溫達到一定時數時才能被激活，且中性轉化酶是棗樹休眠過程中糖分積累的關鍵酶。因此蔗糖和中性轉化酶對棗休眠進程有重要的調控作用，可以作為判斷棗樹休眠進程的關鍵指標。